CN108798911A - 用于运行具有能够调节的压缩比的燃烧马达的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有VCR调节器的燃烧马达的方法，VCR调节器用于在燃烧马达的气缸中调节压缩比，燃烧马达能够以第一种燃料运行模式来运行，在第一种燃料运行模式中喷射具有较高的爆震倾向的第一种燃料品种的燃料，燃烧马达能够以第二种燃料运行模式来运行，在第二种燃料运行模式中喷射具有较低的爆震倾向的第二种燃料品种的燃料，所述方法具有以下步骤：根据燃料运行模式之间的转换的要求，在转换过程中连续地降低其中一种燃料品种的燃料的供给量的份额，同时连续地提高另一种燃料品种的燃料的供给量的份额；在所述燃料运行模式之间的转换过程的开始之前或者结束之后，在气缸中调节压缩比，以便在转换过程期间在运行燃烧马达时不出现爆震。

Description

用于运行具有能够调节的压缩比的燃烧马达的方法和装置
技术领域
本发明涉及具有VCR调节器（VCR：Variable Compression Ratio，可变压缩比））的燃烧马达、尤其是往复活塞式燃烧马达，所述燃烧马达能够实现对于所述燃烧马达的燃烧室的压缩比的可变的调整。此外，本发明涉及用于运行这样的具有VCR调节器的燃烧马达的方法。
背景技术
对于往复活塞式燃烧马达来说，存在着通过不同的措施来调节气缸的燃烧室中的压缩比的可行方案。所述压缩比表明在所述燃烧马达的做功冲程的期间在所述燃烧室的最大的容积与所述燃烧室的最小的容积之间的比例。所述压缩比能够通过合适的所谓的VCR调节器来可变地调适。
比如从公开文献WO 2014/019684中公开了一种往复活塞式内燃发动机，该往复活塞式内燃发动机具有可变的压缩比并且具有用于改变压缩比的操纵单元。所述操纵单元具有拥有可变的长度的连杆、拥有可变的压缩高度的活塞和/或拥有可变的曲轴半径的曲轴。
此外，从公开文献DE 10 2008 050 827 A1中公开了一种用于燃烧马达的曲轴的调节装置。所述曲轴在调节轴承中得到了支承，所述调节轴承能够通过调节轴来调节，以改变所述曲轴在气缸中的活塞的最小压缩位置与最大压缩位置之间的位置。
此外，从公开文献US 2014/0014071中公开了一种用于在燃烧马达中调节可变压缩比的装置。所述装置包括用于接纳曲轴的偏心轴承机构。所述偏心轴承机构包括能够旋转的偏心环，所述曲轴在所述偏心环中得到了支承，其中通过所述偏心环的旋转能够调节所述压缩比。
此外，知道具有能够调节的压缩比的燃烧马达，对于所述燃烧马达来说根据所使用的燃料来调节所述压缩比。
公开文献DE 10 2013 220 479 A1说明了一种具有至少一个气缸的内燃机，所述内燃机在第一种运行模式中能够用液态的燃料来运行，并且在第二种运行模式中能够用气态的燃烧来运行，并且对于所述内燃机来说所述至少一个气缸具有至少一个入口，用于借助于进气系统来输送增压空气的进气管路连接到所述入口上。设置了用于将气态的燃料加入到所述至少一个气缸中的直接喷射和用于将液态的燃料加入到所述进气系统中的进气道喷射。所述至少一个气缸的压缩比能够改变并且由此能够与相应的燃料相匹配。
公开文献DE 10 2012 001 650 A1公开了一种用于运行内燃机的方法，所述内燃机具有用于至少一种第一和第二燃料的燃料输送机构，其中所述内燃机具有至少一个拥有至少一个进气阀的气缸，能够通过进气道将空气、尤其是新鲜空气输送给所述气缸。在所述内燃机的第一种运行模式中，将所述第一燃料仅仅加入到所述进气道中，并且在第二种运行模式中，将所述第二燃料仅仅直接加入到所述气缸中，其中在所述第二种运行模式中将进气阀打开时间间隔设定得比在所述第一种运行模式中短。此外，在所述第一种运行模式中能够比在所述第二种运行模式中设定更高的有效的用于所述气缸的压缩比。
公开文献DE 10 2006 031 052 A1公开了一种用于运行内燃机的方法，所述内燃机被设计并且适合用于使用至少两种不同的燃料种类，其中确定处于所述内燃机的燃料供给系统中的燃料的燃料种类，并且使所述内燃机的工作参数与这种燃料种类相匹配。在此，获取所述燃料种类的抗爆性并且使所述内燃机的至少一个对爆震倾向有影响的工作参数在效率优化的情况下与所述燃料种类的抗爆性相匹配。
发明内容
按照本发明设置了按权利要求1的用于运行具有能够调节的压缩比的燃烧马达的方法以及按并列权利要求的装置和具有燃烧马达的马达系统。
另外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具有VCR调节器的燃烧马达的方法，所述VCR调节器用于在所述燃烧马达的气缸中调节压缩比，其中所述燃烧马达能够以第一种燃料运行模式来运行，在所述第一种燃料运行模式中喷射具有较高的爆震倾向的第一种燃料品种的燃料，并且所述燃烧马达能够以第二种燃料运行模式来运行，在所述第二种燃料运行模式中喷射具有较低的爆震倾向的第二种燃料品种的燃料，所述方法具有以下步骤：
-根据燃料运行模式之间的转换的要求，在转换过程中连续地降低其中一种燃料品种的燃料的供给量的份额，并且同时连续地提高另一种燃料品种的燃料的供给量的份额；并且
-在所述燃料运行模式之间的转换过程的开始之前或者结束之后，在所述气缸中调节所述压缩比，以便在所述燃料运行模式之间的转换的期间始终如此选择所述压缩比，使得在运行所述燃烧马达时不出现爆震。
具有VCR调节器的燃烧马达能够借助于对于气缸的燃烧室中的压缩比的调节通过换气损失的优化来降低燃料消耗。因为燃烧马达的热效率取决于所述压缩比，所以要为燃烧马达的运行根据工作点设定合适的压缩比。尤其能够在低负荷工作点和部分负荷工作点中通过高的压缩比来实现高的热力学效率，而在高负荷的工作点中则必须降低所述压缩比，用于降低所述燃烧马达的爆震或者爆震倾向。
用天然气来运行的燃烧马达通常提供传统的汽油马达的扩展方案，其中设置了用于吹入天然气的第二燃料系统。作为能量载体的气体的使用在经济上更加便宜并且通常引起清洁的燃烧。
与传统的燃料相比，燃烧马达的用气体进行的运行由于天然气的大约130 ROZ的高辛烷值或者汽车燃气的大约110 ROZ的高辛烷值而具有高的抗爆性，而传统的超级汽油则通常具有95到98 ROZ的辛烷值。这对于开头所提到的、能够不仅用天然气而且用传统的汽油燃料来运行的燃烧马达来说，通过压缩比之间的相应的取决于燃料品种的转换得以考虑。
燃料运行模式之间、也就是作为燃料使用气体或者汽油的运行模式之间的转换流畅地进行并且对于转矩不变的转变来说降低其中一种燃料品种的量，而同时提高另一种燃料品种的量。因此在转变阶段中，不仅更易爆震的汽油而且抗爆震的天然气都在燃烧室中被燃烧。而借助于所述VCR调节器能够比所述燃料运行模式之间的转换过程的持续时间更快地改变所述压缩比。
因此按照上述方法规定，在所述燃料运行模式之间转换时如此进行所述压缩比的转换，使得排除爆震危险。这通过以下方式来实现，如此进行对于所述压缩比的调节，从而在转换过程期间的任何时刻都不出现爆震或者都不存在爆震危险。
能够规定，在从所述第一种燃料运行模式转换到所述第二种燃料运行模式时只有在完全转换为所述第二种燃料运行模式时才提高所述压缩比。在从第一种燃料运行模式转换到第二种燃料运行模式时、比如在从汽油运行模式转换到天然气运行模式时，只有在完全转换为所述第二种燃料运行模式时才提高所述压缩比，所述第一种燃料运行模式与用具有更低的爆震倾向的（第一种燃料品种的）燃料进行的马达运行相对应，所述第二种燃料运行模式与用具有更高的爆震倾向的（第二种燃料品种的）燃料进行的马达运行相对应。在所述燃料运行模式之间的转变的期间，所述压缩比因而保持在以前所设定的数值上，或者相应地根据工作点如此设定所述压缩比，好像完全在所述第一种燃料运行模式中运行所述燃烧马达。在所述燃料运行模式之间的转换完全结束之后、也就是还仅仅喷射所述第二种燃料品种的燃料，而后能够提高所述压缩比，尤其是将其提高到最大值。
此外能够规定，在从所述第二种燃料运行模式转换到所述第一种燃料运行模式时，在开始喷射所述第一种燃料品种的燃料之前，在喷射更易爆震的第一种燃料品种的燃料之前，将所述压缩比的转换调节到用于所述第一种燃料品种的目标值。
能够规定，在用所述第二种燃料品种的燃料进行的供给中断时在中断时刻设置所述第一种燃料品种的燃料的立即的供给，其中在中断时刻尽快地降低压缩比，并且将点火时刻推迟，用于防止所述第一种燃料品种的所喷射的燃料的爆震的燃烧。在用所述第二种燃料品种的燃料进行的供给中断时，不是通过逐渐地降低所述第二种燃料品种的燃料的供给并且提高所述第一种燃料品种的燃料的供给来进行转换，而是必须立即输送所述第一种燃料品种的燃料的、与所要求的马达功率相适应的量。因此，不存在足够的时间用于所述压缩比的以前的降低。在这种情况下，尽快地降低所述压缩比并且推迟所述点火时刻，用于防止所述第一种燃料品种的所喷射的燃料的爆震的燃烧。而后，随着所调节的压缩比的增大的降低程度，又能够提早所述点火时刻，只要爆震特性允许。
总之，上述方法能够在所述燃料运行模式之间转换时防止爆震。
按照另一个方面，设置了一种用于运行具有VCR调节器的燃烧马达的装置，所述VCR调节器用于在所述燃烧马达的气缸中调节压缩比，其中所述装置构造用于：
-以第一种燃料运行模式来运行所述燃烧马达，在所述第一种燃料运行模式中喷射具有较高的爆震倾向的第一种燃料品种的燃料，并且/或者以第二种燃料运行模式来运行所述燃烧马达，在所述第二种燃料运行模式中喷射具有较低的爆震倾向的第二种燃料品种的燃料；
-根据燃料运行模式之间的转换的要求，在转换过程中连续地降低所述第一种燃料品种的燃料的供给量的份额，并且同时连续地提高另一种燃料品种的燃料的供给量的份额；并且
-在所述燃料运行模式之间的转换过程的开始之前或者结束之后，在所述气缸中调节所述压缩比，以便在转换过程期间在运行所述燃烧马达时不出现爆震。
按照另一个方面，设置了一种马达系统，所述马达系统包括：
-具有VCR调节器的往复活塞式燃烧马达；
-用于第一种燃料品种的燃料的第一供给系统；
-用于第二种燃料品种的燃料的第二供给系统；以及
-上述装置。
附图说明
下面借助于附图对实施方式进行详细解释。其中：
图1示出了具有燃烧马达的马达系统的示意图，所述燃烧马达具有用于在气缸的燃烧室中调节可变压缩比的VCR调节器并且能够以不同的燃料运行模式来运行；
图2a、2b、2c关于时间示出了在燃料运行模式转换的期间第一种燃料品种的燃料K1和第二种燃料品种的燃料K2的（以百分比计的）按份额的供给量的走势；并且
图3示出了用于说明一种方法的流程图，所述方法用于用VCR调节器并且以不同的燃料运行模式来运行燃烧马达。
具体实施方式
图1示出了具有燃烧马达2的马达系统1的示意图，所述燃烧马达以往复活塞式燃烧马达的形式构成。所述燃烧马达2比如能够以汽油马达或者柴油马达的形式来构成。
所述燃烧马达2具有气缸3，所述气缸则具有燃烧室31，活塞4以本身熟知的方式在能够运动的情况下布置在所述燃烧室中。所述活塞4在其与所述燃烧室31对置的一侧上通过（未示出的）连杆与曲轴5相耦合，从而将所述活塞4的通过所述燃烧马达2中的燃烧冲程引起的往复运动转化为所述曲轴5的旋转运动。
所述燃烧马达2在其它方面像传统的燃烧马达一样构成。新鲜空气通过进气系统7来输送并且燃烧废气通过排气系统8来排出。进气阀和排气阀为一目了然起见而未示出。
所述燃烧马达2与第一燃料供给系统9并且与第二燃料供给系统11相耦合。所述第一燃料供给系统9提供来自燃料箱91的、具有低的辛烷值并且由此较高的爆震倾向的第一种燃料品种的燃料、像比如超级汽油。所述第一种燃料品种的燃料借助于第一供给装置92要么被喷射到所述进气系统7的进气管区段中，要么通过所述燃烧马达2的气缸3上的相应的喷射阀要么以其它的方式来直接输送给所述燃烧马达2的气缸3。
此外，所述第二燃料供给系统11规定，将具有较高的辛烷值并且由此较低的爆震倾向的第二种燃料品种的燃料根据所述燃烧马达2的运行借助于第二供给装置112来输送给所述燃烧马达2的气缸3，所述第二种燃料品种的燃料来自相应的燃料存储器111、像比如用于天然气、汽车燃气或者类似气体的存储器。
所述曲轴5与所述气缸3中的活塞4之间的耦合能够设有VCR调节器6（VCR：Variable Compression Ratio，可变压缩比），用于在所述气缸3中可变地调节压缩比。所述压缩比对应于所述气缸3的燃烧室31的最大的容积、也就是在所述活塞4处于下止点处时所述燃烧室31的容积相对于所述气缸3的燃烧室31的最小的容积、也就是在所述活塞4处于上止点处时所述燃烧室31的容积的比例。
所述燃烧马达2以本身熟知的方式通过控制单元10来运行。附加于被设置用于运行传统的燃烧马达2的调节可能性，所述控制单元10也能够调节所述VCR调节器6。
所述压缩比ε的可调节性的优点从燃烧马达的热效率ηTH与所述压缩比的相关性中以如下方式来产生：
在此，ε描述了所述压缩比，所述压缩比对于汽油马达来说通常在8与14之间，并且k描述了混合物的绝热指数，所述绝热指数对于均匀的燃烧来说能够用大约1.3来假设。由此，在所述压缩比的整个调节范围内，在将所述压缩比从最小值提高到最大值时，将所述热效率ηTH提高了大约10%。由此能够降低所述燃烧马达的燃料消耗。
在运行中基本上如此调节所述压缩比，使得其尽可能最大，但是要避免所述燃烧马达的爆震。这意味着，在低负荷工作点和部分负荷工作点中设定高的或者最大的压缩比，而在高负荷工作点中则相应地降低所述压缩比，以便在所述燃烧马达中不出现爆震。
所述控制器10能够不仅用所述第一种燃料品种的燃料以第一种燃料运行模式来运行所述燃烧马达2，而且用所述第二种燃料品种的燃料以第二种燃料运行模式来运行所述燃烧马达。能够在运行期间实施所述燃料品种的转换，其中所述燃烧马达2的运行的、从第一种燃料运行模式到所述第二种燃料运行模式的转变以及相反的转变根据其中一种燃料品种的燃料的连续的减少和相应另一种燃料品种的燃料的相应连续的增加借助于所述供给装置92、112如此进行，使得转矩不变地进行所述燃料运行模式转换。
比如在图2a中关于时间t示出了在燃料运行模式转换的期间第一种燃料品种的燃料K1和第二种燃料品种的燃料K2的（以百分比计的）按份额的供给量的走势。可以看出所述第二种燃料品种的燃料的量的连续的增加，以及所述第一种燃料品种的燃料的量的相应同时的减少。所述连续的增加和减少能够线性地或者以其它单调升高的或者降低的走势来进行。对于所述第一种燃料品种和第二种燃料品种的燃料的供给量的调整在图2a和2b中斜坡状地示出，但是也能够采用相应的燃料的量份额的其它走势。
相应地，在从所述第二种燃料运行模式转换到所述第一种燃料运行模式时能够从图2b中看出相应的燃料的供给量的类似的走势。图2c示出了从所述第二种燃料运行模式到所述第一种燃料运行模式的突然的转换。
在图3中示出了一种用于对在转换燃料运行模式时所述燃烧马达的运行进行说明的方法。在步骤S1中检查，是否要求从所述第一种燃料运行模式到所述第二种燃料运行模式的燃料运行模式转换。如果是这种情况（二选一：是），就用步骤S2来继续所述方法。否则就用步骤S6来继续所述方法。
在步骤S2中，如在图2a中示出的那样提高所述第二种燃料品种的燃料的量并且相应地降低所述第一种燃料品种的燃料的供给量。
在步骤S3中检查，所述第一种燃料品种的燃料的量是否为零。如果不是这种情况（二选一：否），就用步骤S2来继续所述方法，否则（二选一：是）就如在图2a中所描绘的那样，在步骤S4中将所述压缩比提高到能够根据工作点并且根据所述第一种燃料品种来选择的数值ε2，或者调节到最大能够调节的压缩比ε最大。随后用步骤S1来继续所述方法。
如果在步骤S1中发现不存在从所述第一种燃料运行模式到所述第二种燃料运行模式的燃料运行模式转换（二选一：否），就用步骤S6来继续所述方法。在步骤S6中检查，是否存在对从所述第二种燃料运行模式到所述第一种燃料运行模式的燃料运行模式转换的要求。如果是这种情况（二选一：是），就用步骤S7来继续所述方法，否则（二选一：否）用步骤S10来继续所述方法。
在步骤S7中根据所述燃烧马达2的目前的运行状态并且根据所述第一种燃料品种的燃料的辛烷值将所述压缩比调节到压缩比ε1。
在步骤S8中检查，是否结束按照步骤S7的、将所述压缩比调节到所述数值ε1的过程。如果是这种情况（二选一：是），就在步骤S9中开始所述燃料运行模式转换并且根据在图2b中示出的走势来调整燃料的供给量。否则（二选一：否）就跳回到步骤S7。
在步骤S9之后用步骤S1来继续所述方法。
如果在步骤S6中不要求燃料运行模式转换（二选一：否），就用步骤S10来继续所述方法。在步骤S10中检查，是否存在所述第二种燃料运行模式的故障。如果不是这种情况（二选一：否），就用步骤S1来继续所述方法。否则就在步骤S11中立即指示所述VCR调节器6降低所述压缩比，并且更确切地说降低到下述数值，所述数值从所述第一种燃料品种的燃料的辛烷值和所述燃烧马达的工作点、也就是转速、负荷和类似参数中产生。如能够从图2c中看出的那样，因为所述VCR调节器6不能够在降低所述压缩比的期间直接实现所述转换，所以延迟点火时刻，用于尽可能地降低所述第一种燃料品种的处于气缸3中的燃料的爆震倾向。随着越来越近地达到对所述第一种燃料品种的燃料来说所期望的压缩比，提早所述点火时刻。比如能够借助于能够应用的特性曲线族来将所述点火时刻调节到较后的时刻、尤其是延迟所述点火时刻。

Claims (11)

1. 用于运行具有VCR调节器（6）的燃烧马达（2）的方法，所述VCR调节器用于在所述燃烧马达（2）的气缸（3）中调节压缩比，其中所述燃烧马达（2）能够以第一种燃料运行模式来运行，在所述第一种燃料运行模式中喷射具有较高的爆震倾向的第一种燃料品种的燃料，并且所述燃烧马达能够以第二种燃料运行模式来运行，在所述第二种燃料运行模式中喷射具有较低的爆震倾向的第二种燃料品种的燃料，所述方法具有以下步骤：
-根据燃料运行模式之间的转换的要求（S1、S6），在转换过程中连续地降低其中一种燃料品种的燃料的供给量的份额，并且同时连续地提高另一种燃料品种的燃料的供给量的份额；并且
-在所述燃料运行模式之间的转换过程的开始之前或者结束之后，在所述气缸中调节所述压缩比，以便在转换过程期间在运行所述燃烧马达（2）时不出现爆震。
2.按权利要求1所述的方法，其中在从所述第一种燃料运行模式转换到所述第二种燃料运行模式时，只有在完全转换为所述第二种燃料运行模式时才提高所述压缩比。
3.按权利要求2所述的方法，其中将所述压缩比的数值提高到通过所述燃烧马达的工作点所确定的数值，或者提高到用于所述压缩比的最大值，所述工作点尤其是根据转速和/或负荷来给定。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中在从所述第二种燃料运行模式转换到所述第一种燃料运行模式时，在开始喷射所述第一种燃料品种的燃料之前，在喷射更易爆震的第一种燃料品种的燃料之前，将所述压缩比的转换调节到用于所述第一种燃料品种的目标值。
5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中在用所述第二种燃料品种的燃料进行的供给中断时，在中断时刻设置所述第一种燃料品种的燃料的立即的供给，其中在所述中断时刻尽快地降低所述压缩比，并且将点火时刻推迟，用于防止所述第一种燃料品种的所喷射的燃料的爆震的燃烧。
6.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述第一种燃料品种的燃料对应于汽油燃料，并且所述第二种燃料品种的燃料对应于气体燃料。
7.用于运行具有VCR调节器（6）的燃烧马达（2）的装置，所述VCR调节器用于在所述燃烧马达（2）的气缸（3）中调节压缩比，其中所述装置构造用于：
-以第一种燃料运行模式来运行所述燃烧马达（2），在所述第一种燃料运行模式中喷射具有较高的爆震倾向的第一种燃料品种的燃料，并且/或者以第二种燃料运行模式来运行所述燃烧马达，在所述第二种燃料运行模式中喷射具有较低的爆震倾向的第二种燃料品种的燃料；
-根据燃料运行模式之间的转换的要求，在转换过程中连续地降低其中一种燃料品种的燃料的供给量的份额，并且同时连续地提高另一种燃料品种的燃料的供给量的份额；并且
-在所述燃料运行模式之间的转换过程的开始之前或者结束之后，在所述气缸中调节所述压缩比，以便在转换过程期间在运行所述燃烧马达时不出现爆震。
8.马达系统（1），其包括：
-具有VCR调节器（6）的往复活塞式燃烧马达（2）；
-用于第一种燃料品种的燃料的第一供给系统（9）；
-用于第二种燃料品种的燃料的第二供给系统（11）；以及
-按权利要求7所述的装置。
9.计算机程序，所述计算机程序构造用于：执行按权利要求1到6中任一项所述的方法的所有步骤。
10.机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上保存了按权利要求9所述的计算机程序。
11.电子控制器，所述电子控制器具有按权利要求10所述的存储介质。
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