CN104675527A - 用于运行内燃机的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行内燃机的方法和装置。在用于运行内燃机（2）的方法中，所述内燃机（2）具有气缸（3），所述气缸则具有用于在受控制的情况下供给来自进气管的新鲜空气的进气阀（21），其中在特定的运行模式中通过在进气冲程中在进气管压力（psr）恒定时预先给定所述进气阀（21）的关闭时刻这种方式来设定所期望的充气量（rl）。

Description

用于运行内燃机的方法和装置

技术领域

本发明普遍涉及内燃机的领域，并且尤其涉及用于对内燃机的气缸进行充气控制的方法。

背景技术

目前在进气管运行中，也就是说在较低的负荷及转速范围内如此运行传统的汽油机，从而通过节流阀的位置来设定在气缸中的充气量。在较高的负荷及转速范围内，所述进气管运行被增压运行所取代，在所述增压运行中所述充气量决定性地通过增压装置、比如涡轮增压器的、可变的压缩功率来确定。

在进气管运行中认为，在进气管压力瞬态振荡之后从所述节流阀中穿过的质量流量相当于在所述气缸中流动的新鲜空气质量。

在汽油机中进行传统的进气管运行时，对于一种气门间隙来说-对于该气门间隙来说进气阀在活塞运动处于下死点处时关闭-，出现换气损失，所述换气损失降低了所述内燃机的有效的效率。此外，现代的内燃机能够在曲轴角范围内实现对于所述进气阀的关闭时刻的可变的调整。现代的系统同样能够在最大的活塞速度的范围内、也就是说关于下死点在曲轴角为+/-90°时设置关闭时刻（全可变的气门传动装置）。在远离下死点的曲轴角范围内具有进气阀的关闭时刻的运行模式中，进气管压力不再仅仅是主要地对在气缸中的充气量产生影响的参量。此外，对于这样的内燃机来说，通过对于节流阀的调整来实施的充气控制不再可靠，因为比如在改变了的环境条件下无法保证，用所期望的凸轮轴位置来实现额定充气量。

发明内容

按照本发明，设置了按权利要求1所述的、用于运行内燃机的方法以及按并列权利要求所述的装置、发动机系统以及计算机程序。

其它的设计方案在从属权利要求中得到了说明。

按照第一方面，设置了一种用于运行内燃机的方法，其中所述内燃机具有气缸，所述气缸则具有用于在受控制的情况下供给来自进气管的新鲜空气的进气阀，其中在特定的运行模式中通过在进气冲程中在进气管压力恒定或者恒定地被调节时预先给定所述进气阀的关闭时刻这种方式来设定充气量。

上述方法的构思在于，在内燃机的进气管运行中通过进气凸轮轴的相位调节、尤其是通过对于进气阀的关闭时刻的调整来设定对于在气缸中的充气量的控制。对此，尤其合适的是在最大的活塞速度的区域附近的关闭时刻，因为在那里所述关闭时刻的影响明显超过所述进气管压力的影响。尤其对于在气缸中的充气量的控制基于在进气管压力恒定时对于所述进气阀的关闭时刻的调整，所述进气管压力尤其为了降低用于换气的开销而得到了优化。由此可以设置不同的策略，所述策略在所述内燃机的不同的运行范围内通过所述进气阀的关闭时刻的变化、对于所述节流阀的设定以及对于增压装置的效率的设定、比如通过对于废气门阀的调节来设定所述充气量。

因此，可以在改变了的环境条件下、比如在较高的地理位置中在环境压力较低时也保证，用所期望的凸轮轴位置来实现所述额定充气量。

此外，可以通过在所述气缸中的、有待设定的充气量的范围来确定所述特定的运行模式。

可以规定，在所述特定的运行模式中，在气缸中的活塞运动的上死点之后的70°与180°KW之间的范围内设定所述进气阀的关闭时刻。

按照一种实施方式，在所述特定的运行模式中通过对于节流阀的位置的调整来设定恒定的进气管压力。

可以通过凸轮轴相位调节器来设定所述进气阀的关闭时刻。

可以规定，如果有待设定的充气量处于预先给定的第一充气量阈值之下，在进气管运行模式中运行所述内燃机，其中在所述进气管运行模式中通过对于所述节流阀的调节来设定所述充气量，并且根据所述内燃机的运转平稳性及燃料消耗对所述进气阀的关闭时刻进行优化，并且其中如果有待设定的充气量处于第一充气量阈值之上，则占据所述特定的运行模式。

此外，可以规定，如果所述有待设定的充气量处于预先给定的第二充气量阈值之上，在增压运行模式中运行所述内燃机，其中在所述增压运行模式中通过对于增压装置的效率的调节来设定所述充气量，所述增压装置提供处于提高了的压力之下的新鲜空气，并且将所述进气阀的关闭时刻设定到预先给定的最大值，并且其中如果所述有待设定的充气量处于所述第二充气量阈值之下，则占据所述特定的运行模式。

按照另一方面，设置了一种用于运行内燃机的装置、尤其是控制仪，所述内燃机具有气缸，所述气缸则具有用于在受控制的情况下供给来自进气管的新鲜空气的进气阀，其中所述装置构造用于：在特定的运行模式中通过在进气冲程中在进气管压力恒定时预先给定进气阀的关闭时刻这种方式来设定充气量。

按照另一方面，设置了一种具有内燃机和上述装置的发动机系统。

此外，可以设置凸轮轴相位调节器，用于可变地设定进气阀的关闭时刻。

按照另一方面，设置了一种计算机程序，该计算机程序被设立用于执行上述方法的所有步骤。

附图说明

下面借助于附图对本发明的优选的实施方式进行详细解释。附图示出：

图1是具有内燃机的发动机系统的示意图；

图2是关于曲轴角绘出的、在所述进气阀的不同的关闭时刻所述能够充气的气缸容积的图示；

图3是在进气管压力恒定时通过凸轮轴调整来提高充气量的图示；并且

图4是用于进行充气控制的、不同的运行模式的图示。

具体实施方式

图1示出了一种具有内燃机2的发动机系统1，该内燃机比如可以构造为汽油机。该内燃机2具有气缸3，所述气缸则具有燃烧室，活动的活塞（未示出）布置在所述气缸3中，从而可以进行具有工作冲程、燃烧冲程、排气冲程、进气冲程和压缩冲程的四冲程运行。

可以通过进气系统4来将新鲜空气输送给所述气缸3。在所述内燃机2运行时，燃料/空气混合物在所述燃烧室中燃烧，并且将在这过程中产生的燃烧废气排放到排气区段5中，并且最后排放到环境中。

此外，所述发动机系统1具有用废气驱动的增压装置6，该增压装置包括压缩机61并且布置在进气系统4中。所述压缩机61构造用于从所述发动机系统1的环境中吸入新鲜空气，并且将其在提高了的压力、所谓的增压压力之下输送给所述内燃机2。所述压缩机61通过轴66与布置在所述排气区段5中的涡轮机62机械地耦合。所述涡轮机62用于将来自由所述内燃机2排出的废气流的废气焓转化为机械能，用于相应地驱动所述压缩机61。所述涡轮机62被旁通管路64绕开，在所述旁通管路64中有废气门阀63。所述废气门阀63能够可变地操控，并且用于设定所述增压装置6的效率，用于就这样控制有待提供的压缩机功率。也可以设想其它的可行方案，用于可变地设定所述增压装置6的效率。

此外，在所述进气系统4的、处于压缩机61与内燃机2的气缸3之间的区段中布置了节流阀8，用该节流阀可以设定有待输送给所述内燃机2的新鲜空气的量。所述进气系统4的、处于节流阀8与进气阀21之间的区段被称为进气管。

借助于进气阀21在受控制的情况下将新鲜空气放入到所述气缸3中，并且通过排气阀22相应地将其排放到所述排气区段5中。通过进气阀-凸轮轴位置编码器23和排气阀-凸轮轴位置编码器24来设定所述气门传动装置，所述凸轮轴位置编码器与所述内燃机2的输出轴相耦合。在当前的情况中，如此构造所述凸轮轴位置编码器23、24，从而至少对于所述进气阀21来说可以实现全可变的气门传动装置。也就是说，所述进气阀21的打开时刻和关闭时刻关于点火时刻或者曲轴角能够在较宽的范围内设定，并且由此所述进气阀21的关闭时刻也可以处于气缸3的、最大程度的活塞运动的范围内。

此外设置了控制单元10，该控制单元以合适的方式运行着所述发动机系统1，用于提供特定的发动机力矩。对于汽油机来说，所设定的发动机力矩从在所述气缸3中存在的充气量中产生。而后根据在所述气缸3中存在的充气量来计量有待喷射的燃料量。

为了控制所述发动机系统1，所述控制单元10检测所述内燃机2的运行状态、比如发动机转速、所供给的新鲜空气量及类似参量，其中在考虑到额定参量预先规定、比如额定发动机力矩的情况下通过对于位置编码器、比如节流阀8、用于对所述增压装置6的效率进行设定的位置编码器、在所述气缸3上的喷射阀以及所述进气阀-及排气阀-凸轮轴位置编码器23、24的设定以合适的方式运行所述发动机系统1。

原则上，可以在不同的工作点中以不同的方式来运行内燃机。在负荷较高时，提供较大的废气焓，并且将其用于转化为机械能。由此提供一种相应的压缩机功率。这在所述压缩机61的输出侧在所要求的空气质量流量较高时引起较高的增压压力，从而可以设定所述内燃机2的增压运行模式。在负荷较低时，比如在空转时，仅仅较小的废气焓可供使用，从而，只要存在着基本增压范围-在所述基本增压范围内所述压缩机61基本上不会提供增压压力，可供使用的压缩机功率就较小并且就以进气管运行模式来运行所述内燃机2，。

如果通过所述进气阀-凸轮轴位置编码器23对所述进气阀21的关闭时刻进行的控制基本上是全可变的，那么也可以在下死点之前的90°的曲轴角处，也就是说在进气冲程中的上死点与下死点之间设定关闭时刻。在这种曲轴角范围内，所述处于相关的气缸3中的活塞具有最大的活塞速度，使得在所述进气管中的压力不再是主要地对在所述气缸3中的充气量的大小产生影响的参量。因此像在按照现有技术的进气管运行中所熟悉的那样的、通过对进气管压力的影响进行的充气量控制不再是主要目标，因为比如在变化了的环境条件下、比如在变化的环境压力下没有保证，用所期望的凸轮轴位置实现所述额定充气量。

在图2中示出了所述进气阀21的、关闭时刻的较大的影响，图2关于在上死点GOT之后的曲轴角KW示出了所述气缸3的容积V的曲线的图表。由此图3示出，所述充气量根据相关的进气阀21的关闭时刻并且根据当前的气缸容积V来如何表现。可以看出，在上死点与下死点UT之间在曲轴角为大约90°时（区域S1）在用于进气阀21的关闭时刻，所述关闭时刻的变化（敏感性dV/dKW）引起有待用新鲜空气来填充的气缸容积V的、比在曲轴角KW靠近下死点UT附近（区域S2）时关闭时刻的变化大的变化。

因此规定，在进气管运行模式中通过所述增压装置6在所述节流阀8之前仅仅提供基本增压压力，所述基本增压压力一般来说仅仅稍许高于环境压力，比如在所述环境压力的1.1倍与1.3倍之间，并且通过以最大的活塞运动的范围为幅度、也就是以下死点之后90°为幅度调整有待充气的气缸3的进气阀21的关闭时刻这种方式来确定在所述气缸3中的充气量。这优选以保持恒定的进气管压力来进行。

优选如此选择所述进气管压力，从而将换气损失尽可能降低到最低限度。尤其可以通过所述控制仪10来将所述进气管压力调节到预先给定的、处于所述环境压力的0.8倍与所述环境压力之间的数值。为了将所述进气管压力保持恒定，可以实施压力调节，所述压力调节对所述节流阀8的位置产生影响，用于将所述进气管压力保持恒定。

在图3中示意性地示出了一张图表，该图表关于进气管压力psr绘出相对的充气量rl。所述箭头P表明，如何可以在进气管压力恒定时通过所述进气阀21的关闭时刻的预先规定来调整所述充气量。

将所述进气管压力调节到所选择的额定进气管压力，尤其所选择的额定进气管压力取决于所期望的充气控制策略或者所述内燃机的运行模式。按所要求的充气量或者取决于其的额定力矩，可以如在图4示出的那样选择所述运行模式B1、B2或者B3之一。所述图表示出了所述废气门阀63的位置WST的（较高的数值相应于所述废气门阀的进一步关闭的位置）、在所述进气阀的关闭时刻的曲轴角KW_ES的、所述进气管压力psr的以及所述节流阀8的位置DST的曲线（较高的数值相应于所述废气门阀的进一步打开的位置）。

按照第一种运行模式B1（进气管运行模式）来规定，打开所述增压装置6的废气门阀63，从而仅仅提供最小的增压压力-基本增压压力。在较低的负荷范围内占据这种运行模式B1。充气量控制通过对于所述节流阀8的调节来进行。在运转平稳性和燃料消耗方面对所述进气阀21的关闭时刻进行优化。

第二种运行模式B2的负荷范围紧挨着所述第一种运行模式B1的负荷范围，在所述第二种运行模式B2中可以规定，还总是没有通过所述增压装置6进行增压，也就是说所述废气门阀63保持打开的状态。但是要激活进气管压力调节机构，所述进气管压力调节机构将所述进气管压力调节到恒定的进气管压力值。如此预先给定所述进气管压力值，从而将在所述气缸3中的换气损失尽可能降低到最低限度。所述进气管压力值取决于所述内燃机2的结构形式。为了将所述进气管压力保持恒定，由于在所述内燃机2的负荷上升时较高的空气量而有必要对所述节流阀8的位置进行相应的调整，这一点可以从图4的相应的特性曲线中看出来。

此外，在所述第二种运行模式B2（凸轮轴运行模式）中，通过对于所述进气阀21的关闭时刻的预先给定来设定在所述气缸3中的、为提供所述额定发动机力矩所需要的充气量。利用升高的所需要的充气量，将所述关闭时刻向后推移，直至达到通过所述机构或者预先规定来确定的、用于所述关闭时刻的最大值。这个最大值处于围绕着下死点的+/-20°的曲轴角范围内。

如果达到了用于所述关闭时刻的最大值，也就是说，所述充气控制通过对于所述进气阀21的关闭时刻的操纵能够不再进一步提高在所述气缸3中的充气量，那么在所述内燃机2的负荷进一步上升时就转换到第三种运行模式B3（增压运行模式）。在所述第三种运行模式B3中，通过对于所述增压压力的规定来控制所述充气量。为此有必要将输出给增压压力控制/调节机构的额定值限制到对于在所述进气阀-凸轮轴位置编码器23的止挡位置中所需要的增压压力。

此外，根据另一种运行模式，可以将所述废气门阀63保持仅仅部分关闭的状态，与此同时借助于对于所述进气阀21的关闭时刻的操纵在所述气缸3中进行充气。

Claims (13)

1.用于运行内燃机（2）的方法，其中所述内燃机（2）具有气缸（3），所述气缸则具有用于在受控制的情况下供给来自进气管的新鲜空气的进气阀（21），其中在特定的运行模式中通过在进气冲程中在恒定的进气管压力（psr）下预先给定所述进气阀（21）的关闭时刻这种方式来设定所期望的充气量（rl）。

2.按权利要求1所述的方法，其中通过在所述气缸（3）中的、有待设定的充气量（rl）的范围来确定所述特定的运行模式。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中在所述特定的运行模式中在所述气缸（3）中的活塞运动的上死点之后的70°与180°KW之间的范围内设定所述进气阀（21）的关闭时刻。

4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中在所述特定的运行模式中通过对所述节流阀（8）的位置的调节来设定所述恒定的进气管压力（psr）。

5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中通过凸轮轴相位调节器（23）来设定所述进气阀（21）的关闭时刻。

6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，其中当有待设定的充气量（rl）处于预先给定的第一充气量阈值之下时，在进气管运行模式中运行所述内燃机（2），其中在所述进气管运行模式中通过对所述节流阀（8）的调节来设定所述充气量并且根据所述内燃机（2）的运转平稳性及燃料消耗对所述进气阀（21）的关闭时刻进行优化，并且其中当所述有待设定的充气量（rl）处于第一充气量阈值之上时占据所述特定的运行模式。

7.按权利要求1到6中任一项所述的方法，其中当所述有待设定的充气量（rl）处于预先给定的第二充气量阈值之上时，在增压运行模式中运行所述内燃机（2），其中在所述增压运行模式中通过对增压装置（6）的效率的调节来设定所述充气量，所述增压装置（6）提供处于提高了的压力之下的新鲜空气，并且将所述进气阀（21）的关闭时刻设定到预先给定的最大值，并且其中当所述有待设定的充气量（rl）处于所述第二充气量阈值之下时占据所述特定的运行模式。

8.用于运行内燃机（2）的装置、尤其是控制仪，所述内燃机（2）具有气缸（3），所述气缸具有用于在受控制的情况下供给来自进气管的新鲜空气的进气阀（21），其中所述装置构造用于在特定的运行模式中通过在进气冲程中在恒定的进气管压力下预先给定进气阀（21）的关闭时刻这种方式来设定所期望的充气量（rl）。

9.发动机系统（1），包括：

-内燃机（2）；和

-按权利要求8所述的装置。

10.按权利要求9所述的发动机系统（1），其中设置了凸轮轴相位调节器（23），用于可变地设定进气阀（21）的关闭时刻。

11.计算机程序，该计算机程序被设立用于执行按权利要求1到7中任一项所述方法的所有步骤。

12.电子的存储介质，在该电子的存储介质上保存了按权利要求11所述的计算机程序。

13.电子的控制仪，该电子的控制仪具有按权利要求12所述的电子的存储介质。