CN105569864A - 用于控制内燃机中的燃烧的方法和内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制内燃机中的燃烧的方法以及一种用于实施该方法的装置，该内燃机具有至少一个气缸(30)，其中，借助于爆震传感器(37)检测气缸(30)中的爆震强度；调整气缸(30)的与额定废气温度相应的预定的额定点火角；并且根据检测的爆震强度控制向气缸(30)中的流体混入。

Description

用于控制内燃机中的燃烧的方法和内燃机

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机中的燃烧的方法和一种具有如此控制的燃烧的内燃机。

背景技术

在内燃机、例如在汽油机、尤其是在高增压的汽油机中，可能发生爆震燃烧。这可导致在燃烧时功率降低和较低的效率。这在极端情况下甚至可能导致部件损坏。

为了抵制或者预防爆震，已知向后推迟气缸的点火角。但是因此恶化燃烧效率和提高废气温度。为了抵制废气系统的较高的热负荷，在需要的情况下必须加浓喷入到气缸中的空气-燃料混合物，即需要设置较高的燃料比例。但是因此可能恶化燃料消耗、功率和排放。

因此为了降低爆震倾向，将流体、例如水直接施加到内燃机或燃料中，因此在流体蒸发时冷却气缸填充物。因此点火角可以朝提前的方向调整，并且改善内燃机的燃料消耗和功率。

DE3142729A1说明一种用于根据爆震过程的出现来调节内燃机的此类装置。

但是另外，在燃烧过程的排放控制方面的新法规和加强的法规要求遵守废气温度的界限值。废气温度也可以通过添加流体来降低。但是这要求，必须持久地维持一定的流体量，以便保证流体的混入。在此，精确的流体量取决于许多不同的影响参数，例如进气温度、内燃机温度、燃料品质、部件误差例如在气缸密封方面的部件误差、信号误差例如在气缸填充时的信号误差、在燃烧室中的沉积物等等。这些影响参数不能充分地被预先控制或以其他方式被探测。因此总是需要维持大量流体，并且流体消耗提高。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供一种方法和一种装置，在燃烧控制中，流体消耗降低，同时可以控制废气温度，使得尤其是可以遵守废气温度界限值。

为了达到该目的而规定一种用于控制内燃机——尤其是机动车的内燃机——中的燃烧的方法，该内燃机具有至少一个气缸，该方法具有步骤：借助于爆震传感器检测气缸中的爆震强度。在另一步骤中，调节气缸的预定的额定点火角，该额定点火角与额定废气温度对应。在又一步骤中，根据监测的爆震强度控制向气缸中的流体混入。

流体在此可以尤其是水、乙醇或其他适用于降低燃料燃烧温度或废气温度的流体。在此通过流体在气缸中的蒸发焓来实现冷却。向气缸中的混入可以通过将流体喷入到气缸中和/或通过将流体直接喷入到燃料中来实现。

按照本发明，在出现爆震效应时，调节预定的点火角，在该点火角时达到确定的废气温度。调节的点火角与出现的爆震之间的相关性在此优选是已知的并且可以在控制装置例如发动机电子装置中存储。爆震效应于是可以在遵守一定的废气温度、例如最大废气温度的情况下通过有目的地添加流体来抵制。因此可以根据爆震信号较好地预定必要的流体量。这允许优化地利用提供的流体。此外可以降低流体消耗，同时可以实现改善地遵守废气温度规定。

流体需求可以较早地识别并且流体可以可靠地维持。因此可以减小从流体的随后的事实上的需求起的静止时间，并且流体可以在需求情况下较快地提供给流体喷射器。

另外，控制装置可以至少基于额定废气温度和/或检测的爆震强度来确定要喷入到气缸中的流体的额定量。通过这种方式可以已经借助于检测的信号来确定流体的维持量。

因此，通过分析流体消耗和由于添加流体而实现的爆震强度变化，可以执行流体消耗的第一次可信度检验。确定的流体添加引起气缸填充物的可预订的冷却并且因此引起气缸中的燃烧温度的预订的冷却。这因此也引起废气温度的预订的冷却。通过温度降低也实现爆震的降低。即可预订的流体量引起可预定的爆震降低。

如果尽管流体添加充足但未实现预定程度的爆震降低，这可以在控制装置中被确定并且作为故障报告进行存储或发出。作为取代或作为补充，尤其是为了预防损害，控制装置可以发出控制命令，这些控制命令例如在当前情况下引起流体输入的进一步提高或者在此导致有关气缸或整个内燃机的切断。

类似地或附加地，这对于确定废气温度可以在添加流体之前和之后实现。也类似地或附加地，也可以按这种方式对点火角调整进行可信度检验，在添加的流体量可以精确地限定时尤其如此。按本发明的方法可以构成自我封闭的调节回路。

为了对流体添加进行可信度检验，例如在添加流体之前和在添加流体之后可以用爆震强度传感器检测爆震强度并且将其存储在控制装置的存储装置中。类似地，计算的流体量和/或实际混入的流体量，如果实际混入的流体量不同于计算的流体量的话，可以存储在存储装置中。在控制装置中可以构成比较器，其执行与预定值的比较。预定值例如可以以数据表格(也称为查找表)的形式存在。在实际值与预定值的可预定的偏差时，可以实现程序例如故障记录的预定过程和/或输出相应控制信号和/或其他用于处理故障的步骤。

数据表格可以具有理论值、一般性的实践经验值和/或来自无干扰运行的气缸特定的或发动机特定的经验值。

在具有多个气缸的内燃机中，按本发明的方法可以对于每个气缸有选择地检测爆震强度和/或有选择地控制流体混入。因此可以有针对性地减少一个气缸的爆震，而不损害其他气缸的功率和效率。这可以允许，减少维持的流体量并且在爆震极限上提高内燃机、尤其是汽车发动机的效率。

在降低爆震强度以便将爆震调整到预定的额定爆震值时，例如流体混入、即混入的流体量可以被降低。相应地，在爆震强度提高以便将爆震调整到预定的额定爆震值时，流体混入可以被提高。通过这种方式可以对当前的燃烧特性快速地反应。另外，应该使用于燃烧的流体量可以被预定，并且相应的流体维持量可以被提供。尤其是在高压流体被施加到气缸中或被直接施加到燃料系统的燃料中的情况下，仅需施加计算的具有压力的流体量。因此也可以达到整个内燃机的较高的效率。以这种方式也可以通过调整确定的或可确定的爆震强度在调整的点火角的情况下允许改进地遵守废气温度界限值。

在一种改进的方法中，额定爆震强度可以与实际爆震强度在控制器中进行比较和/或额定废气温度可以与实际废气温度在控制器中进行比较。控制器在此可以与上述说明类似地至少在额定值与实际值的预定偏差的情况下实施故障记录。作为替换或作为补充，控制装置可以发出修正控制信号。

各额定值又可以是与不同的规定的参数相关、例如与最大允许废气温度相关、但与点火角、车辆速度、加速度等无关的理论值。额定值也可以是通过控制装置确定的值，所述值在确定的调整的参数时是可预期的，例如用于预定的气缸点火角的废气温度。

控制装置也可以将实际消耗的流体量与需要混入的流体的额定量进行比较。在确定如此比较的流体量的偏差的情况下，可以实施故障记录。也可以从控制装置发出修正控制信号。所述偏差尤其可以是各值彼此间的预定的例如百分比的偏差。通过这种方式可以实现流体消耗的可信度检验。另外在内燃机中出现故障时，可以实现故障识别或者故障原因的推断。此外按照这种方式也可以根据实际流体消耗来适配需要被维持的流体量。

可被执行的故障记录例如可以包含故障向内部或外部的诊断装置的发送。在机动车应用中，诊断装置尤其可以是车载诊断器。

控制装置的基于故障出现而可被发出的控制信号也可以在控制装置中实施故障记录的范围内被发出。该控制信号可以是提高或降低流体供应的信号。它也可以是调整点火角的信号、改变燃料供应的信号或使气缸完全停止工作的信号。控制信号也可以作为调节回路的一部分而发出，该调节回路用于紧急排除故障，例如用于防止损害。

按照本发明的另一方面，为了达到本发明的目的，提供一种用于将流体混入到内燃机的至少一个气缸中的装置，该装置包括流体泵和计量装置。在该装置中构成控制装置，该控制装置构成用于确定要被混入的流体量，该计量装置将确定的流体量计量到流体储存器、燃料系统和/或进气系统中。作为流体储存器，在本发明的上下文中也可以理解流体管，流体流过该流体管。

该装置允许预定流体量，该流体量在气缸中的燃烧过程中应被混入，因此流体的维持量可以精确地适配于预定消耗。因此可以降低流体消耗。另外可以降低维持的流体量。

流体储存器也可以通过流体管或流体泵构成。

另外，该装置可以具有爆震强度传感器。在此，控制装置可以构成用于至少基于通过爆震强度传感器检测的爆震强度来确定要被混入的流体量。因此，流体量可以适配于当前的燃烧特性。这可以允许改进的燃烧过程控制。另外，这可以允许在准备阶段检测将来需要的流体量，因为较高的爆震强度要求较高的燃料混入，如果点火角不应被调整的话。

该装置也可以具有废气温度传感器。在此，控制装置可以构成为，控制气缸的点火角，使得废气温度处于预定的温度区间之内，尤其是不超过预定的废气温度。通过这种方式可以降低爆震或者说将爆震调整到预定值，而不违背废气法规。因此可以实现，降低排放例如氮氧化物排放。同时可以更好地利用气缸功率并且因此也可以更好地利用发动机功率。流体供应的调整在这种情况下可以允许还更精细的爆震强度调整，而不向上或向下越过废气温度阈值。

按照本发明的装置可以对于内燃机的多个气缸或者所有气缸具有这种计量装置或这种流体储存器。在本发明的一些实施形式中，在多个气缸的情况下，可以对于每一个气缸构成一个单独地可控制的计量装置或一个单独地可填充的流体储存器。这允许每一个单个的气缸或者一组气缸单独地调整。因此在控制时和在使用气缸时也可以考虑气缸特定的特性例如沉积物、磨损等等。

附图说明

其他优点和特征在后续说明中结合附图描述。附图如下：

图1是按本发明一种实施形式的用于内燃机的流体喷射系统的示意图；

图2是按本发明一种实施形式的用于内燃机的流体喷射系统的示意图；

图3是按本发明一种实施形式的用于描述流体填充和发动机转速的与时间相关的发展的曲线图。

具体实施方式

图1显示流体喷射系统1的示意图。流体喷射系统1具有流体系统10。该流体系统10包括流体泵11，该流体泵维持流体或者说将流体以可预定的压力输送到流体系统10中。此外，流体泵11可以具有用于储存可预定的流体量的流体储存器(未显示)。该流体在流体系统10中已经被施加压力，流体以该压力被喷射到燃料系统50中或者直接喷射到气缸30中。

流体在流体系统10中通过流体管12引导致流体喷射器13。流体喷射器13尤其是可以构成为节流阀。在图1所示的实施形式中，流体喷射器13将流体系统10与气缸30的进气系统的进气管21连接。在此，在该实施形式中，进气管21是内燃机、尤其是机动车内燃机的共同的进气管或者是共同体。流体喷射器13因此将流体喷射到发动机的进气中。流体喷射器13因此在该实施形式中也称为共同体喷射阀。

另外，流体系统10具有另一个流体喷射器14，其在此构成为节流阀。节流阀14将流体系统10与燃料系统50连接。因此，流体也可以从流体系统10直接喷射到内燃机的燃料中。在替换的实施形式中，也可以仅仅流体喷射器13或仅仅节流阀14构成在流体系统10中。

流体喷射系统1还具有控制装置60。该控制装置60尤其是包含或构成数字的发动机电子装置，该控制装置经由控制线61与流体喷射器13或与节流阀14连接。另外，控制装置60与燃料系统50的高压泵51连接。通过这种方式可以控制经由燃料管53的燃料供应以及流体通过节流阀14的混入，并且流体-燃料混合物可以经由输入管52供应至燃料喷射器41。燃料喷射器41在所示的实施形式中与共轨装置40连接，该共轨装置对于技术人员是已知的。

燃料喷射器41将流体-燃料混合物喷射到气缸30中。气缸30在当前是用于四冲程运行的气缸。在第一冲程中，活塞34经由连杆35通过未示出的曲轴移动，使得气缸30的自由的容积即气缸的燃烧室31增大。因此产生真空。进气阀32将燃烧室31与进气系统20连接。富含流体的空气进入燃烧室，如果进气阀32打开的话。在发动机的第二冲程中，活塞移动，使得燃烧室减小，并且燃料从燃料喷射器41喷射到燃烧室中。由于燃烧室的减小，燃料与供应的空气和供应的流体被强烈压缩。在发动机的第三冲程中，压缩的燃料混合物与气缸的点火角相关地点火。活塞向下移动，越过下死点，并且在第四冲程中，排气阀33打开。通过继续的活塞行程，燃烧的混合物通过废气管36排出。

另外在气缸30上设置爆震传感器37。爆震传感器37检测，在气缸30中是否存在爆震燃烧。爆震传感器37与控制装置60连接并且向控制装置60传送检测的数据，即传送是否存在爆震燃烧并且也许传送爆炸燃烧的程度。

另外在流体系统10中可以构成在此未描述的流量传感器，其检测流体体积量，该流体体积量通过流体系统输送至流体喷射器13和/或节流阀14。

图2显示本发明的一种替换的实施形式。在此，相同部件设有相同附图标记，并且在此省去对它们的重复说明。

图2的实施形式与图1的实施形式的区别在于，经由进气管22实现流体喷射。在此，发动机的每个气缸30具有一个单独的进气管22，使得流体喷射对于每个气缸30单独地进行。各个喷射器13经由一个共同的共同体15被供应流体。共同体15在此用作为流体储存器，以便可以为燃烧过程维持充足的流体量。各个气缸的流体供应的单独控制在此前说明的实施形式中相反经由向燃料系统中的直接的水喷射(DWI)来实现并且可以相应地在控制装置60中形成。

原则上，向进气管中喷射也是可能的，与按图1的实施形式类似。

图3显示曲线图，其描述在需要情况下与时间相关的流体填充。对于填充而被维持的预测的额定流体量的曲线与实际维持的实际流体量的曲线的比较显示大约1.5秒的时间差，直至实际填充状态达到需要的额定填充状态。在流体的额定填充状态与实际填充状态之间存在差异的时间中，存在爆震燃烧的风险。通过按本发明预测在一定负荷时需要的流体量，降低额定流体填充量与实际流体填充量趋向相等的时间，以便可以降低爆炸燃烧的风险。通过这种方式也可以对负载变化更快且更灵活地做出反应。

另外如由图3可见，发动机转速在流体需求与流体实际供应之间的时间滞后期间强烈提高，以便补偿在混入流体时的延迟时间并且达到发动机的期望的功率。这尤其是在高增压的汽油机中又会促进爆炸燃烧。提高发动机上的负荷。如果提供预测的流体量，则可以降低转速的提高。降低发动机负荷。

图3描述在直接喷水的情况下填充和发动机转速的与时间相关的发展的示例，类似曲线也对于喷射到共同体21或直接喷射到相应气缸进气管22中的情况是可预期的。

如在图中未描述的，另外在这种流体喷射系统1中可以设置用于检测流体品质和/或发动机温度和/或进气温度等等的传感器。作为替代或补充，这些信息也可以存储和/或收集在控制装置中。另外可以考虑，检测当前的发动机转速。另外在控制装置中可以存储预测的发动机转速和预测的流体填充。

尤其是在流体施加在喷射器上的情况下，这些信息的全部或一部分可以为了精确地计算喷射时刻、喷射持续时间、喷射体积量等等由控制装置考虑。另外，当前的实际爆震强度的检测可以在控制装置中处理，以便调节流体混入。为此，在控制装置中可以构成在此未描述的调节器，该调节器根据实际爆震强度和/或额定爆震强度和/或额定点火角和/或实际点火角和/或额定废气温度和/或实际废气温度和/或其他参数来确定修正因子。该修正因子于是可以在计算或在调节流体填充时在控制装置中考虑。

水的填充可以通过流体泵11实现。该流体泵11为此与控制装置60连接。一旦控制装置60确定要被输送的流体量或者流体混入的额定流量，则实现流体混入的控制。于是在需求情况下也实现爆震强度的调节，如上所述。为此，控制装置发送输送命令到流体泵11，该流体泵于是相应地提供流体。

因此，流体泵11仅输送实际要被消耗的流体体积量，因此降低流体消耗并且可以降低用于维持流体的能量消耗。

对于图3要注意到，需要的水量主要与转速和负荷相关，并且因此与填充系数相关。关于温度和燃料品质的修正仅作为偏移量。

如果水以混入燃料的形式被喷入，则流体优选在燃料高压泵之前混入，以便能够用小的流体压力来完成。因此，燃料高压系统的从流体导入点直至喷射器顶端的体积量作为无效体积。在开始水喷射时，该体积必须首先经由内燃机被冲洗，然后流体到达燃烧室并且在那里起作用。

为了降低有效的静止时间，尝试考察将来，以便可以已经提前开始将水混入到燃料中。为此预测参数转速和负荷。在理想情况下使得在实际转速和负荷达到在特性场中为此设置的值时流体到达燃烧室中。在实际中可以显著降低静止时间。

转速预测如此实现，即经由实际转速的梯度确定，当转速以相同梯度继续改变时，该值在确定时间处于哪里。在预测负荷时，取代经由废气涡轮增压器被延迟地建立的实际填充系数，使用额定填充系数。

Claims (10)

1.用于控制内燃机中的燃烧的方法，该内燃机具有至少一个气缸(30)，该方法具有以下步骤：

借助于爆震传感器(37)检测气缸(30)中的爆震强度；

调整气缸(30)的与额定废气温度相应的预定的额定点火角；并且

根据检测的爆震强度控制向气缸(30)中的流体混入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制装置(60)至少基于额定废气温度和/或检测的爆震强度来确定要被喷入到气缸(30)中的额定流体量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于每个气缸(30)，选择性地检测爆震强度和/或选择性地控制流体混入。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在爆震强度减小时，降低流体混入；而在爆震强度提高时，提高流体混入，以便调整额定爆震强度。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将额定爆震强度与实际爆震强度在控制装置(60)中进行比较和/或将额定废气温度与实际废气温度在控制装置(60)中进行比较，并且该控制装置(60)至少在额定值与实际值的预定偏差的情况下实施故障记录和/或该控制装置(60)发出修正控制信号。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，控制装置(60)将实际消耗的流体量与要被混入的额定流体量进行比较，并且至少在流体量的预定偏差的情况下实施故障记录和/或控制装置(60)发出修正控制信号。

7.用于将流体混入到内燃机的至少一个气缸(30)中的装置(1)，该装置具有流体泵(11)和计量装置(13、14、15)，并且控制装置(60)构成用于确定要被混入的流体量，该计量装置(13、14)将确定的流体量计量到流体储存器(15)、燃料系统(50)和/或进气系统(20)中。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)另外包括爆震强度传感器(37)，所述控制装置(60)构成用于，至少基于通过爆震强度传感器(37)检测的爆震强度来确定要被混入的流体量。

9.根据权利要求7或8所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)另外包括废气温度传感器，所述控制装置(60)构成用于，控制气缸(30)的点火角，使得废气温度处于预定的温度区间之内，尤其是不超过预定的废气温度。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置(1)，其特征在于，在多个气缸(30)的情况下，对于每一个气缸(30)构成一个单独的计量装置(13、14、15)。