CN106460682B - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

介绍了用于运行内燃机的方法和组件。在方法中限定了负荷阈值(102)，在该负荷阈值(102)之下利用节流阀(104,114)进行负荷调节。

Description

用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于利用可变的气门传动装置(Ventiltrieb，有时称为阀传动装置)来运行内燃机的方法以及一种用于执行该方法的组件。
背景技术
在机动车中作为驱动装置而使用的燃烧发动机(Brennkraftmaschine)被称作内燃机。这些燃烧发动机是热力发动机，其通过燃烧过程将燃料的化学能转换成机械能。气缸用作燃烧室，在气缸中分别引导有活塞。
为了针对待着火燃烧的燃料气体混合物进入到气缸中应用了气门(Ventil，有时称为阀)。因此对于柴油发动机使用进气气门(Einlassventil，有时称为进气阀)，以为了使纯粹的空气进入。通过喷射喷嘴喷射燃料。对于燃气发动机事先被压缩的空气燃气混合物通过进气气门引入到气缸中。为了控制气门设置有称作气门控制装置或气门传动装置的机构。通过气门的打开和关闭控制了内燃机的换气(Ladungswechsel，有时称为充气交换)。通常气门由凸轮轴通过挺杆开启，该凸轮轴由曲轴驱动。在此在气缸中包含的混合物的交换被称作换气。
可变的气门传动装置或可变的气门控制装置使可变的打开时间、可变的气门行程以及可变的张开(Spreizung)成为可能并且通过影响换气工作、混合物制备以及燃烧减少燃料消耗。利用这样的可变的气门传动装置能够控制发动机的负荷。对此所谓的气门控制管理(VCM)是必要的。因此能够通过影响各气缸的打开时间和关闭时间控制并且因此也调节发动机的负荷以及由此功率。
应考虑的是，在低负荷范围中操作可变的气门传动装置系统是困难的，因为气门必须在其向上运动中被制动并且重新被关闭，以为了实现短暂的打开时间。这有损于精确性并且对于非常短暂的气门打开时间技术上不能够实现。
另一问题在于确定在气缸中的空气质量。在可变的气门传动系统中安装有空气质量传感器，但是该空气质量传感器当在低负荷范围中出现低的空气质量流量时仅仅具有不足的精确性。
发明内容
介绍了用于利用可变的气门传动装置来运行燃烧发动机的方法，其中内燃机包括至少一个气缸，该至少一个气缸分别关联有至少一个进气气门，其中进行负荷调节，在该负荷调节中在限定的负荷阈值之上打开节流阀并且调节器作为调节变量对每个气缸预设了气门控制时间并且在负荷阈值之下负荷调节利用节流阀实现并且对于气门控制时间预设了固定的值。
节流阀是位于通到进气气门的抽吸管(Saugrohr，有时称为进气管)中的构件。利用该节流阀能够调节用于进气气门的流量。该节流阀在很多情况中仅仅由可转动地支撑的板件制成。在关闭的状态中通过节流阀封闭抽吸管。
在一种实施方式中负荷阈值确定为最大负荷的大约1/8。
能够设置成，在负荷阈值之上完全地打开节流阀。
此外介绍了一种用于利用可变的气门传动装置来运行燃烧发动机的组件，其中内燃机包括至少一个气缸，该至少一个气缸分别关联有至少一个进气气门。该组件尤其适用于执行上文讨论的方法。组件设立成进行负荷调节，对此设置有：调节器，其作为调节变量对每个气缸预设了气门控制时间；和节流阀，其能够依赖于负荷被操纵。
因此通过将节流阀与可变的气门传动装置联合能够改善发动机的低负荷调节。根据所描述的方法在限定的部分负荷之下利用节流阀以及对于进气气门关闭时间的固定的角度调节发动机的功率。在限定的部分负荷之上完全地打开节流阀并且通过预设进气气门关闭时间调节功率。这解决了两个上文提到的问题。因此进气气门能够更长久地保持打开，这使操作简化。同时能够通过空气消耗综合特性曲线确定空气质量流量。
应注意的是，在可变的气门传动系统中技术上难以实现尤其较小的气门行程，因为气门必须在其向上运动中被拦截，以为了在正确的关闭时间点处到达气门座中。此外在带有空气质量测量器的系统中困难的是，在低负荷范围中测量空气质量，因为针对空气质量在最大负荷范围内进行空气质量传感器的设计。从现在起通过确定进气气门关闭时间能够足够地精确地通过空气质量足够地精确地通过空气消耗综合特性曲线估计空气质量。
此外介绍了补充的方法，其用于利用可变的气门传动装置来运行内燃机，其中内燃机包括至少一个气缸，该至少一个气缸分别关联有至少一个进气气门。在此在负荷阈值之上通过调节器举例来说单回路(einschleifiger)调节器例如PI调节器作为调节变量对每个气缸预设气门控制时间来进行负荷调节或功率调节。每个气缸的气门控制时间通过预控值(Vorsteuerwert)调整。调节变量因此包括对每个气缸的气门控制时间，利用其分别操控与气缸相关联的所述至少一个进气气门，其中预设了关闭角度或关闭时间点。
在一种实施方案中加上了预控值，也就是说调节变量提高了预控值。
预控值在设计方案中从分别在时间点t处的负荷跃变提升和理论负荷中得出。在获取预控值时备选地或补充地也能够考虑转速跃变提提升以及理论转速。
在柴油发动机或燃气发动机中能够使用所介绍的方法。
此外介绍了补充的用于利用可变的气门传动装置来运行内燃机的组件，其中内燃机包括至少一个气缸，该至少一个气缸分别关联有至少一个进气气门。组件尤其适用于执行上文讨论的方法。在此组件设立成进行负荷调节，对此设置有：调节器，其作为调节变量对每个气缸预设了气门控制时间；和元件(Glied)，其通过预控值调整每个气缸的气门控制时间。例如加法器用作元件。
尤其对于经受剧烈的负荷波动的发动机而言，能够利用所介绍的方法降低由于负荷跃变引起的转速的扰动。此外能够在卸载的情况下拦截剧烈的转速过高，这能够由驾驶员察觉为起干扰作用。
因此对于用于预控制的气门控制时间或负荷对的数据组的确定以这样的方式进行，即对于所要求的负荷储存合适的气门控制时间。由此在燃气发动机(在其中从发电机信号中已知负荷要求)中，在最短的时间内这样操控气门，即使得能够呈现所要求的负荷。在没有该预控制的情况下调节器需要长得多的时段，以为了调整正确的气门控制时间。附加地存在的例如单回路调节器平衡了在转速中的较小的偏差。
补充的方法因此使得在发动机的剧烈的负荷接入和负荷切断时拦截发动机的转速的扰动或升高成为可能。
本发明的此外的优点以及设计方案从说明书以及附图中得出。
应理解的是，上面提到的以及下面的还将解释的特征能够不仅在分别说明的组合中而且在其它的组合中或独有地被应用，而不离开本发明的范围。
附图说明
借助于实施方式在图纸中示意性地示出了本发明并且随后参考图纸详细地描述了本发明。
图1示出了所描述的方法的实施方案。
图2示出了补充的方法的流程。
图3在三个图表中示出了信号进程。
具体实施方式
在图1中在包含节流阀(Drosselklappe)的情况下说明了负荷调节。示图示出了箭头100，在该箭头处从0%到100%绘出了负荷。此外示图示出了负荷阈值102，其利用虚线说明并且也称作低负荷阈值。该负荷阈值102在该实施方案中处于大约200kW，其相应于最大负荷的1/8。
在负荷阈值102之下节流阀104轻微地打开。在图表106中说明了进气气门的行程，在该图表106的横坐标108处绘出了角度Φ并且在该图表106的纵坐标110处绘出了行程。进气气门关闭角度ΦS112是恒定的。负荷调节通过节流阀104实现。
在负荷阈值102之下节流阀114是打开的。在图表116中说明了进气气门的行程，在该图表116的横坐标118处绘出了角度Φ并且在该图表116的纵坐标120处绘出了行程。进气气门关闭角度ΦS122依赖于行程而改变。负荷调节通过进气气门关闭角度ΦS122实现并且因此通过气门控制管理实现，该气门控制管理预设了气门关闭时间。因此为了负荷调节对每个气缸预设了气门控制时间。
在图2中根据补充的方法描述了气门预控制的原理。该原理在带有这样的可变的气门传动装置的内燃机中使用，即该可变的气门传动装置使使得预设每个单个的气缸的气门控制时间成为可能。气缸因此能够单个地被控制。应注意的是，在内燃机的负荷或功率的全局的调节的范围中使用该方法，其中能够单个地预设针对每个气缸的预控制。
图2示出了受控系统(Regelstrecke，有时称为调节对象)，其为所描述的组件的实施方案并且总体上利用附图标记10标明。示图示出了调节器12(在这种情况下PI调节器)以及内燃机14。值负荷理论|t以及由此在时间点t处的内燃机的理论负荷用作受控系统10的输入变量16。该变量与受控变量18负荷实际|t(在时间点t处的实际负荷)的差值，形成了调节器12的输入变量20。调节器输出调节变量(Stellgröße)22(对于每个单个的气缸的气门控制时间)。在该调节变量22输入到内燃机14中之前，预控值24即在这种情况下ΔVCM = f(Δ负荷理论|t,负荷理论|t)被加在该调节变量22上，从而得到合适的或提高的调节变量26以用于预设单个气缸的典型地与单个气缸的死点有关的气门控制时间。
该预控值24从在时间点t处的理论负荷的改变或在时间点t处的负荷跃变高度以及在时间点t处的理论负荷中得出。为了调整调节变量22设置有元件28，其在所示出的实施方案中构造为加法器并且将预控值24加在调节变量22上，以为了因此获得合适的调节变量26。预控值24还备选地或补充地能够从在时间点t处的理论转速的改变以及在时间点t处的理论转速中得出。
对于预控值24的值能够原则上计算出来或也可从综合特性曲线中得出。该综合特性曲线能够例如借助于仿真获取。
因此预控制在带有可变的气门控制系统的内燃机14中利用快速的反应进行，如有可能能够将调节器12规模设计成更弱，以便能够阻止过度的超调(Überschwingen)。当出现负荷跃变时用于气门控制的值即调节变量22依赖于负荷跃变高度以及当前的负荷“人为地”被提高，以便内燃机14更早地到达其运行点。作为调节变量22并且因此也作为合适的调节变量26在此预设了进气气门的关闭角度或关闭时间点。
图3在三个图表中说明了描述的方法的效果。作为示出的进程的基础的测量在独立运行中示出了转速扰动的明显的减小。在第一图表30中在横坐标32处绘出了时间[s]并且在纵坐标34处绘出了发电机功率[kW]。曲线36示出了理论功率的跃变式地增加的进程。该曲线36在21处示出了从200kW到700kW的负荷提升。
在第二图表50中在横坐标52处绘出了时间[s]并且在纵坐标54处绘出了气门控制值[°KW]。第一曲线56示出了没有预控制情况下的气门控制值的进程，第二曲线58示出了在带有预控制的情况下的气门控制值的进程。利用双箭头说明了预控值60。
应认识到的是，利用预控制显著更快地调节内燃机并且明显地减小了超调。
在第三图表70中在横坐标72处绘出了时间并且在纵坐标74处绘出了转速[1/min]。第一曲线76示出了理论转速的进程，第二曲线78示出了在没有预控制情况下的转速进程并且第三曲线80示出了在带有预控制的情况下的转速进程。预控制因此促使明显更低的转速扰动82，如这利用双箭头说明的那样。

Claims (6)

1.一种用于利用可变的气门传动装置来运行内燃机(14)的方法，其中所述内燃机(14)包括至少一个气缸，该至少一个气缸分别关联有至少一个进气气门，其中进行负荷调节，在该负荷调节中在限定的负荷阈值(102)之上打开节流阀(104,114)并且调节器(12)对每个气缸预设气门控制时间作为调节变量(22)，并且在所述负荷阈值(102)之下所述负荷调节利用所述节流阀(104,114)实现并且对于气门控制时间预设固定值；
其中，在所述负荷阈值(102)之上通过调节器(12)作为调节变量(22)对每个气缸预设气门控制时间而进行所述负荷调节，其中每个气缸的气门控制时间通过所述调节变量加上预控值(24,60)而调整；
所述预控值(24,60)从负荷跃变提升、理论负荷、转速跃变提升以及理论转速中得出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负荷阈值(102)确定为最大负荷的大约1/8。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述负荷阈值(102)之上所述节流阀(104,114)完全打开。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，单回路调节器作为所述调节器(12)。
5.一种用于利用可变的气门传动装置来运行内燃机(14)的组件，其中所述内燃机(14)包括至少一个气缸，该至少一个气缸分别关联有至少一个进气气门，所述组件用于执行根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述组件设立成进行负荷调节，对此设置有：调节器(12)，该调节器对每个气缸预设气门控制时间作为调节变量(22)；和节流阀(104,114)，该节流阀能够依赖于负荷被操纵。
6.根据权利要求5所述的组件，其中，单回路调节器作为所述调节器(12)。
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