CN106894889A - 内燃机的运行方法和内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(12)的运行方法，包括至少一个燃烧室(26)。内燃机(12)有至少一个进气阀和至少一个排气阀。用于进气过程的所述至少一个进气阀，为了在燃烧室(26)内引进充气，可以在旋转一个曲轴角期间开启。在本方法中，在所述至少一个排气阀关闭后以及在处于内燃机(26)中的充气与吹入的燃气一起压缩前，燃气直接吹入内燃机(12)所述至少一个燃烧室(26)中。在这里，在所述至少一个排气阀关闭前，为了进气过程开启所述至少一个进气阀。此外本发明涉及一种可以用燃气作为燃料运行具有发动机控制器(30)的内燃机(12)，它用按本发明的方法运行。

Description

内燃机的运行方法和内燃机
技术领域
本发明涉及一种具有按权利要求1前序部分所述特征的内燃机的运行方法。此外本发明还涉及一种按权利要求10前序部分所述的内燃机。
背景技术
对于内燃机有利的燃料是燃气，尤其含高甲烷成分的天然气，例如压缩天然气(CNG)，因为它有大的辛烷值和高的纯度。主要有两种不同的途径将燃气输送给内燃机的燃烧室：在第一类内燃机中进行吸气管吹入，优选地在吸气管多个位置将燃气吹入各个气缸各自的流体管道内(在外部形成混合气)。在第二类内燃机中燃气直接喷入燃烧室内(在内部形成混合气)。
喷射器供给来自以一定的燃气压力工作并通过减压器与燃气罐连接的燃气分配管(燃气轨)的燃气用于在内部形成混合气。所述一定的燃气压力的高低决定燃气喷入燃烧室内的喷入时间，它随燃气压力增大而缩短。但由于实用的原因，应将所述一定的燃气压力规定得宁可低一些，因为它同时也确定了最低压力，在最低压力下燃气仍要从燃气罐流入燃气轨。其结果是，导致限制燃气喷入燃烧室内的喷入时间。对于可供利用的用于加入燃气的时间极限(时窗)构成限制的，一方面是排气阀的关闭，为的是不从燃烧室吹出未经燃烧的燃气。另一方面是必须在燃烧室内压力在压缩期间达到高值前结束燃气的加入。当燃烧室内的压力高于所述的燃气压力时，期望的燃气量基于阻力不能进入燃烧室内或甚至燃气通过喷射器实施回流。由此看来在直接喷入时基本上限制了可加入的燃气量。因此带来的疑问是，在压缩的使用和排气阀的关闭方面存在何种变化性。
由专利文献DE102012001650A1获知一种内燃机的运行方法和一种内燃机。这种内燃机是双燃料式内燃机，亦即可选择用第一种加入吸气管内的燃料，尤其燃气，和用第二种直接喷入燃烧室内的燃料，尤其汽油来运行。在尽管不同的燃料性质仍能在内燃机运行时达到低消耗的背景下，对于不同的运行方式，燃烧室进气阀开启时间的时长以及进气阀的关闭时刻可以根据扭矩改变。
例如在专利文件DE102006014965A1中介绍了一种有凸轮轴的内燃机，优选地外源点燃式发动机，它设计为直接喷入式发动机和尤其也可以取代汽油用压缩天然气运行。凸轮可以相对于凸轮轴调整，因此可以改变为该凸轮配设的换气阀的阀控制时间。这种可调式凸轮优选地同时控制内燃机气缸的进气阀和排气阀。
由专利文件US2015/0252695A1已知一种燃气和柴油两用发动机，其中可以改变在排气阀最大开度时所处的曲轴角。为了改变排气阀控制时间，例如使用相位调节机构或凸轮转换器。优选地它涉及一种二冲程发动机。
在此背景下提出的问题是，燃气喷射的时窗能够增大到什么程度。
发明内容
本发明的目的是，对于一种能够用燃气运行的内燃机，能实现用于将燃气直接喷入燃烧室内的大的时窗。
按本发明所述目的通过一种具有按权利要求1所述特征的内燃机运行方法达到。在从属权利要求中说明本发明有利的进一步发展的特征。
在按本发明的内燃机运行方法中，内燃机包括至少一个燃烧室，它有至少一个进气阀和至少一个排气阀，以及用于进气过程的所述至少一个进气阀，为了在燃烧室内引进充气，可以在旋转一个曲轴角期间开启(可以被打开)。按本方法，在所述至少一个排气阀关闭后以及在处于内燃机中的充气与吹入的燃气一起被压缩前，将燃气直接吹入内燃机所述至少一个燃烧室中。在这里，在所述至少一个排气阀关闭前，为了进气过程开启所述至少一个进气阀。
换句话说，所述至少一个排气阀和所述至少一个进气阀的开启时间交叉(阀交叉)。这种过程也流行称为扫气(Scavenging)。以此方式，残余废气有利地从燃烧室冲掉(冲洗换气)，由此与没有阀交叉的运行相比导致充填更多的新鲜空气。
基于按本发明提前开启进气阀，直至压缩处于燃烧室内的充气，可以为燃气的吹入提供使用一个大的时窗。
在多个排气阀的情况下，尤其可以关闭与按本发明的步骤有关的所有排气阀。在多个进气阀的情况下，尤其可以打开与按本发明的步骤有关的所有进气阀。一个进气过程是一段时间，在此期间开启所述至少一个进气阀，尤其多个进气阀中至少一个，亦即从一个此时所述至少一个进气阀，尤其多个进气阀中至少一个打开的时刻，直至随此之后的一个此时所述至少一个进气阀，尤其多个进气阀中至少一个被重新关闭的第一时刻为止。随这之后每另一次的开启和关闭确定另一个进气过程。
在按本发明的方法中优选地正好有一个进气过程。此外也优选的是只有一个排气过程，类似于进气过程的定义适用于排气过程。
特别优选的是，在按本发明的方法中，在燃烧室达到最大容积前或(优选地)后关闭进气阀，亦即在进气冲程结束之前或优选地已经处于压缩冲程之中。换句话说，内燃机按米勒循环运行。由此提高几何膨胀，与此同时并不提高压缩压力。
业已表明对于最佳充填新鲜空气特别有利的是，将内燃机燃烧室的进气过程设计为，令进气过程的曲轴角大于188度和小于200度，尤其大于190度和小于198度，优选大于192度和小于196度。涉及燃烧过程的循环的时间以曲轴角大小计量，以及以曲轴角位置说明相对的时间数据。
按优选的实施形式，所述方法使用于外源点燃式内燃机。换句话说，处于燃烧室内经压缩的充气被火花式点火。以此方式利用燃气有利的燃烧特性。
特别有利的是，在内燃机中借助相位调节机构按其凸轮轴角位置可以调整或调整所述至少一个进气阀的开启。按本发明，借助内燃机进气凸轮轴的相位调节机构，可以调整所述至少一个进气阀从排气阀处于关闭位置后的第一时刻到排气阀处于关闭位置前的第二时刻的开启。以此方式可以调整，尤其可以按选择起用或消除阀交叉。
除此之外或作为其替代方式，按一种进一步发展有利的是，在内燃机中借助相位调节机构按其凸轮轴角位置可以调整或调整所述至少一个排气阀的关闭。按本发明，借助内燃机排气凸轮轴相位调节机构，可以调整所述至少一个排气阀从进气阀处于开启位置前的第一时刻到进气阀处于开启位置后的第二时刻的关闭。以此方式同样可以调整，尤其可以按选择起用或消除阀交叉。除此之外，可以支持，优选地更进一步加强从燃烧室冲洗出残余废气。
此外，在按本发明方法的第一组实施形式中，在所述至少一个进气阀关闭后，将全部燃气量直接吹入内燃机的所述至少一个燃烧室中。
作为其替代方式，在按本发明方法的第二组实施形式中，在所述至少一个进气阀开启期间，将至少部分燃气量直接吹入内燃机所述至少一个燃烧室中，此时，内燃机用压气机增压。
为了减少或优选地甚至补偿尤其在部分负荷区的充填不足，在按本发明的方法中可以通过加大节流器开度，提高通过内燃机节流器的质量流量。由此还能有利地减小因高的吸气管压力造成的换气损失。
与本发明思想结合还提供一种能以燃气为燃料运行的内燃机。这种按本发明的内燃机有包括至少一台计算机和存储元件的发动机控制器。在这里，在存储元件内储存程序，当在计算机中至少部分执行此程序时，实施具有按此说明的特征或特征组合的方法的步骤。
内燃机可以是汽车，尤其是无轨陆上运输工具的牵引机。这种内燃机可以是能增压的，尤其是内燃机可以有增压装置，例如包括至少一个，优选地正好一个废气涡轮增压器。
此外，这种按本发明的内燃机还可以有液体燃料分配装置，所以内燃机是双燃料式的，能够交替地用液体燃料，尤其汽油，以及用燃气运行。尤其还可以涉及一种直接喷入液体燃料的内燃机。
附图说明
借助下面参见附图的说明表示本发明的其他优点和有利的实施形式以及进一步发展。附图中：
图1表示汽车中的内燃机一种实施形式的拓扑结构图，包括发动机控制器，其中存在用于实施按本发明方法的程序；
图2示意表示按本发明方法的一种优选的实施形式过程图；以及
图3表示按本发明优选的实施形式的阀升程变化过程优选的曲线图。
具体实施方式
图1表示汽车10中的内燃机12一种实施形式的拓扑结构图，它用燃气，尤其天然气或CNG作为燃料运行，包括发动机控制器30和发动机体14。在此优选的实施形式中，内燃机12是一种外源点燃式内燃机。
内燃机12可以借助废气涡轮增压器18增压。通过新鲜气体装置16将空气供给发动机体14，优选地在这里作为示例是具有四个燃烧室26的活塞式发动机。空气通过废气涡轮增压器18的压气机20压入新鲜气体装置16中。在这里没有表示的节流器处于压气机20的下游。为每个燃烧室26配设一个燃气喷射器28，用它可以将燃气直接加入燃烧室内。燃气从在这里没有表示的燃气罐出发，经过在这里没有表示的燃气轨，分配给燃气喷射器28。燃气轨处于在这里没有表示的减压阀下游，减压阀将燃气压力从燃气罐压力降为燃气轨压力。从燃烧室28排出的废气到达废气装置22内，在其中废气首先驱动废气涡轮增压器18的涡轮24。膨胀降压后的废气然后流过在这里没有表示的废气处理装置的部件。
图2示意表示按本发明方法的一种优选的实施形式过程图。具有按图1的拓扑结构的外源点燃式内燃机12用燃气作为燃料运行，其中以冲程的形式开启和关闭至少一个进气阀和至少一个排气阀以及外源点燃经压缩的充气与吹入的燃气。工作冲程将近结束时开启所述至少一个排气阀，使废气能主要在排气冲程期间离开燃烧室。按本发明在步骤36，在所述至少一个排气阀已重新关闭前，为了进气过程开启所述至少一个进气阀。以此方式造成阀交叉。在步骤38中关闭所述至少一个排气阀，在这之后所述的时窗开始，在此时窗内燃气吹入燃烧室(步骤40)，此时所述至少一个进气阀仍然开启以及内燃机借助压气机增压。然后时窗尤其一直延伸到进气冲程。一旦充气与吹入的燃气一起在燃烧室36内被压缩便不再吹入。尤其当所述至少一个进气阀关闭并与此同时燃烧室几何容积减小时便是这种情况。在步骤42中，在燃烧室26达到最大容积以及此容积重新减小后(米勒循环)，关闭所述至少一个进气阀。接着，在步骤44压缩充气，然后将其点燃，从而开始下一个工作冲程。
图3表示按本发明优选实施形式的阀升程变化过程优选的曲线图。阀升程48的高度用以度(°KW)计量的曲轴角位置46的函数表示。曲轴角是在燃烧过程的冲程中用于度量相对时间的量。曲轴角0度和360度是燃烧室最小容积的时刻，曲轴角-180度和180度是燃烧室最大容积的时刻。点火在360度曲轴角的区域内进行。排气阀升程变化过程50基本上从-240度一直延伸到30度曲轴角。在图3中首先表示用于进气阀的升程变化过程基准曲线52。基准曲线52描述在曲轴角的函数中升程变化过程典型的位置，例如在使用汽油为燃料时可以获得这种升程变化过程。进气阀升程变化过程54按本发明按冲程比基准曲线52位置提前。因为进气阀升程变化过程54基本上从-60度一直延伸到210度，所以在这种进气过程中实现一种阀交叉。
在图示的示例中对于升程变化过程的基准曲线52，在360度曲轴角时点火前，为将燃气加入燃烧室提供使用一个从曲轴角0度至270度的时窗56。当打开进气阀喷入燃气时，部分燃气通过进气阀朝新鲜气体装置，尤其吸气管方向流动。由此形成一个与在外部形成混合气相似的工作点。
进气过程的长度基于新鲜气体能最佳充填的原因，按优选的设计规定在194度曲轴角。为了尤其在低端扭矩区域内能利用直接吹入燃烧室内的优点，在进气阀关闭后必须停止吹入。结合基准曲线52，在图示的示例中这是在240度曲轴角时的情况。因此，由于上升的气缸压力，所以直至在270度时的吹入边界前只有30度曲轴角可供用于放下全部的天然气量。
为了增大用于吹入燃气的时窗，进气过程借助相位调节机构移动到一个提前的位置，优选地提前最多的位置，此时与排气阀发生阀交叉。在这里作为示例表示调整了60度曲轴角，所以现在有90度曲轴角可供用于输入燃气。通常在充填用燃气运行的内燃机时，尤其对于低端扭矩区域对这种运行方式有兴趣，因为在这里涡轮功率不足以用来补偿在外部形成混合气的充填缺陷。
对于在能为涡轮提供足够废气焓可供使用的工作点，按本发明也已经在进气阀开启期间发生燃气的开始喷入。按本发明通过提升增压压力有效克服由此形成的充填缺陷。以此方式可以再进一步增大可供使用的时窗。在图示的示例中时窗可以达到270度曲轴角。
在部分负荷区内，所述用外部形成的混合气运行，甚至对内燃机的消耗起积极的作用。在这里通过更宽大地打开节流器，例如节流阀，补偿充填缺陷。
附图标记清单
10 汽车
12 内燃机
14 发动机体
16 新鲜气体装置
18 废气涡轮增压器
20 压气机
22 废气装置
24 度气涡轮机
26 燃烧室
28 燃气喷射器
30 发动机控制器
32 计算机
34 存储元件
36 进气阀开启步骤
38 排气阀关闭步骤
40 燃气吹入步骤
42 进气阀关闭步骤
44 充气增压步骤
46 曲轴角位置
48 阀升程
50 排气阀升程变化过程
52 升程变化过程基准曲线
54 进气阀升程变化过程
56 用于吹入燃气的时窗
58 吹入的边界

Claims (10)

1.一种内燃机(12)的运行方法，内燃机(12)包括至少一个燃烧室(26)，该燃烧室(26)有至少一个进气阀和至少一个排气阀，以及其中，用于进气过程的所述至少一个进气阀为了在燃烧室(26)内引进充气，可以在旋转一个曲轴角期间开启，在所述至少一个排气阀关闭后以及在处于内燃机(26)中的充气与吹入的燃气一起被压缩前，在此进气过程中燃气直接吹入内燃机(12)的所述至少一个燃烧室(26)中，其特征为：在所述至少一个排气阀关闭前，为了进气过程开启所述至少一个进气阀。
2.按照权利要求1所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，在燃烧室(26)达到最大容积前或后关闭进气阀。
3.按照权利要求1或2所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，进气过程的曲轴角大于188度和小于200度。
4.按照上述权利要求之一所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，处于燃烧室内经压缩的充气被火花式点火。
5.按照上述权利要求之一所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，借助内燃机(12)进气凸轮轴的相位调节机构，调整所述至少一个进气阀从排气阀处于关闭位置后的第一时刻到排气阀处于关闭位置前的第二时刻的开启。
6.按照上述权利要求之一所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，借助内燃机(12)排气凸轮轴的相位调节机构，调整所述至少一个排气阀从进气阀处于开启位置前的第一时刻到进气阀处于开启位置后的第二时刻的关闭。
7.按照上述权利要求之一所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，在所述至少一个进气阀关闭后，将全部燃气量直接吹入内燃机(12)的所述至少一个燃烧室(26)中。
8.按照上述权利要求之一所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，在所述至少一个进气阀开启期间，将至少部分燃气量直接吹入内燃机(12)的所述至少一个燃烧室(26)中，其中，内燃机(12)用压气机(20)增压。
9.按照权利要求8所述内燃机(12)的运行方法，其特征为，通过加大节流器开度，提高通过内燃机(12)节流器的质量流量。
10.一种能够用燃气作为燃料运行的内燃机(12)，它有包括至少一台计算机(32)和存储元件(34)的发动机控制器(30)，其特征为：存储元件(34)内储存程序，当在计算机(32)中至少部分执行此程序时，实施按照上述权利要求之一所述方法的步骤。
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