CN111108282B - 用于运行内燃机的方法及相应的内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机(1)的方法，该内燃机具有至少一个气缸(2)，在内燃机(1)的工作循环期间将新鲜空气引入到气缸中以达到确定的理论容积效率。在此规定，所述理论容积效率被限制到极大容积效率，该极大容积效率在内燃机(1)启动时被设置到第一预定值，在内燃机(1)启动之后使该极大容积效率朝向第二预定值的方向增大。本发明还涉及一种内燃机(1)。

Description

用于运行内燃机的方法及相应的内燃机

技术领域

本发明涉及一种用于运行内燃机的方法，该内燃机具有至少一个气缸，为此在内燃机的工作循环期间引入新鲜空气以达到确定的理论容积效率/充气系数。本发明还涉及一种内燃机。

背景技术

在现有技术中例如已知文献DE 10 2012 024 318 A1。它说明了一种用于运行内燃机的方法。内燃机具有至少一个燃烧室、进气管、用于在进气管中产生具有充气密度的充气的压缩机和用于改变从进气管到至少一个燃烧室中的充气的容积效率的装置。根据该方法，充气的一部分以容积效率从进气管传送到至少一个燃烧室中，其中，容积效率根据充气密度来调节。在此，容积效率根据在内燃机的环境中存在的空气压力来确定和调节。

此外，文献WO 2009/065541 A1示出了一种用于控制固定式燃气发动机的方法，在其中基于理论转速以及实际转速算出转速控制偏差，通过转速控制器由转速控制偏差确定作为调节参量的理论力矩，其通过力矩限制限制到空气过量系数限定力矩，并且由限定的理论力矩确定理论体积流，以确定混合物节流阀开启角以及燃气节流阀开启角。

此外，文献DE 10 2005 044 399 A1、DE 10 2017 112 690 A1、DE 10 2013 202720A 1以及DE 197 58 641 B4公开了其他的内燃机以及用于运行该内燃机的方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于运行内燃机的方法，该方法相对于已知的方法具有优点，尤其能够优选在内燃机的暖机运行期间以低排放实现内燃机的运行。

根据本发明，该目的通过根据本发明的用于运行内燃机的方法来实现。在此规定，将理论容积效率限制到或者说受限于极大容积效率，该极大容积效率该极大容积效率在内燃机启动时被设置到第一预定值，在内燃机启动之后使该极大容积效率朝向第二预定值的方向增大，其中，根据内燃机的温度确定极大容积效率，在较低温度下所选择的极大容积效率比在较高温度下低，随着温度达到运行温度，所述极大容积效率被设置到第二预定值。

所说明的方法用于运行内燃机。内燃机优选地用于驱动机动车，即用于提供旨在驱动机动车的转矩。内燃机具有至少一个气缸，然而优选地具有多个气缸。在本说明中仅仅探讨至少一个气缸和与之相关的操作。然而，该实施方案始终可转用于内燃机的多个气缸——如果存在，更具体地讲，可转用于多个气缸中的每个气缸。因此，如果存在多个气缸，所说明的方法可针对多个气缸中的每个气缸来实施。

在内燃机的每个工作循环期间将新鲜气体引入到气缸中，新鲜气体完全由新鲜空气组成或至少具有新鲜空气。示例性地，新鲜气体由新鲜空气和排气组成，即，如果进行排气再循环。工作循环由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。新鲜气体、更确切地说新鲜空气的引入通常在进气冲程期间进行。新鲜空气如此引入，即，在引入气缸中之后存在对应于理论容积效率的新鲜空气量。

容积效率应当理解成，引入到气缸中的新鲜空气量除以理论上可行的新鲜空气量的比率，其中，后者可在缓慢吸气时、即在气缸中没有负压的情况下实现。理论上可行的新鲜空气量依据在内燃机外部的环境压力和环境温度来确定。就此而言，环境压力和环境温度与内燃机的运行和内燃机的温度无关。

内燃机以理论容积效率运行，或者在内燃机处设定理论容积效率。示例性地，首先将理论容积效率设成预定容积效率，其由机动车的驾驶员和/或机动车的驾驶员辅助装置的预先设定引起。示例性地，预定容积效率由预定转矩和/或依据加速踏板位置来确定。在将理论容积效率设成预定容积效率时或之后，将理论容积效率限制到或者说受限于极大容积效率，尤其向上受限，即朝更大的值来限定。因此，理论容积效率等于极大容积效率或小于极大容积效率。

如果内燃机具有低于其运行温度的温度，并且同时应存在高的理论容积效率，则内燃机的有害物质排放急剧增加。出于该原因规定，极大容积效率首先在内燃机启动时被设置到第一预定值，在内燃机启动之后朝第二预定值的方向增大。在此，第二预定值大于第一预定值，从而在内燃机启动时首先存在更小的极大容积效率。

在内燃机启动之后增大极大容积效率，即朝第二预定值的方向来增大。示例性地如此提高极大容积效率，即，在内燃机的温度达到运行温度时，极大容积效率达到第二预定值。原则上可根据任意过程实现极大容积效率始于第一预定值朝第二预定值的方向提高，尤其提高到第二预定值。示例性地，该过程是线性的，从而根据参考变量线性提高极大容积效率。示例性地考虑温度或时间作为参考变量。

因为理论容积效率是借助于内燃机产生的转矩或由内燃机输出的功率的量度，原则上还可行的是，可由内燃机产生的最大转矩在内燃机启动时设成第一预定转矩，并且在内燃机启动之后朝第二预定转矩的方向增大，其中，第二预定转矩大于第一预定转矩。

为了运行内燃机，优选地首先确定预定转矩，示例性地由内燃机所驱动的机动车的驾驶员的预先设定或依据驾驶员辅助装置的预先设定来确定。预定转矩对应于驾驶员或驾驶员辅助装置期望的转矩。接着由预定转矩确定理论转矩，并且在内燃机处设定该理论转矩。

接着运行内燃机，使得内燃机提供理论转矩。在由预定转矩确定理论转矩时，此时限制到或者说受限于上述的可提供的最大转矩。换句话说，与时间上在启动之后相比，在内燃机启动时理论转矩被限制到更小的转矩。

通过所说明的做法可显著减少内燃机的有害物质排放，其发生在内燃机启动时和在内燃机启动之后，具体而言，通过减小在内燃机启动时的极大容积效率或最大可产生的转矩来实现。优选地所述内燃机是点火式内燃机、尤其是奥托内燃机。

除了在内燃机启动时将极大容积效率设成第一预定值并且随后使极大容积效率朝第二预定值的方向增大之外，可规定将内燃机的转速限制到最大转速，其中，在内燃机启动时的最大转速设成第一转速值，并且在内燃机启动之后朝第二转速值的方向增大。第二转速值优选地对应于内燃机的最大允许转速，该最大允许转速应在内燃机按规定运行时在达到运行温度之后出现，而不会出现内燃机的损坏或预期不会损坏内燃机。

本发明的另一设计方案规定，极大容积效率根据内燃机的温度来确定，其中，在低温时的极大容积效率选择成低于在高温时的极大容积效率。就此而言，极大容积效率随内燃机的温度变化(为温度的函数)，其中，该函数具有作为输入变量的温度和作为输出变量的极大容积效率。该函数如此选择，即，极大容积效率在低温下比在高温下小。根据温度确定极大容积效率具有的优点是特别有效地匹配极大容积效率与内燃机的运行条件和/或环境条件，从而实现有害物质排放的特别明显的降低。

本发明的另一优选的实施方式规定，将气缸的燃烧室的燃烧室温度用作内燃机的温度。将燃烧室温度理解成在燃烧室中的温度，即，在燃烧室中存在的流体的温度。燃烧室温度的确定可示例性地通过借助于传感器、尤其布置在燃烧室中的传感器的测量或者通过估计来实现。示例性地将温度模型用于估计，该温度模型由至少一个其他的参数、尤其测得的温度来确定燃烧室温度。

燃烧室温度对在内燃机运行时出现的有害物质排放的量起决定性作用。因此，燃烧室温度越低，有害物质排放越高。出于该原因特别有利的是，考虑燃烧室温度来确定极大容积效率，因为由此实现特别明显地降低有害物质排放。

本发明的另一改进方案规定，将内燃机的运行介质的运行介质温度用作内燃机的温度。燃烧室温度的确定在某些情况下可能很复杂。出于该原因可规定，考虑用运行介质温度代替燃烧室温度。将运行介质温度理解成内燃机的运行介质的温度。通常，运行介质温度跟随燃烧室温度或者说随燃烧室温度而变，从而还可依据运行介质温度来匹配极大容积效率或理论容积效率，从而明显降低有害物质排放。

在本发明的另一实施方式中可规定，用于内燃机冷却的冷却剂或用于内燃机润滑的润滑剂用作运行介质。就此而言，运行介质是冷却剂或润滑剂。冷却剂以及润滑剂的温度可相对简单地来确定，并且以通常的方式来相应进行测量。

冷却剂的温度以及润滑剂的温度通常跟随燃烧室温度，或者与燃烧室温度相关。在一定时段内燃烧室温度的升高通常也跟随着运行介质温度、即冷却剂或润滑剂的温度的升高。相应地可考虑用冷却剂的温度或润滑剂的温度来有利地确定极大容积效率，从而使有害物质排放的显著降低。

本发明的另一有利的实施方式规定，极大容积效率从第一预定值起根据自内燃机启动起经过的时间朝向第二预定值的方向增大。因此，代替温度或附加于温度，理论容积效率还根据时间来确定，即，自内燃机启动起经过的时间。如果极大容积效率仅仅根据时间来确定，则这可以特别低的成本地实现。示例性地极大容积效率关于时间的曲线如此来选择，即，恰好或只有在内燃机的温度在内燃机按规定运行时对应于其运行温度时，极大容积效率达到第二预定值。

当然，还可根据温度以及时间来确定极大容积效率，从而极大容积效率为温度和时间的函数。换句话说，该函数具有作为输入变量的温度和时间以及作为输出变量的极大容积效率。这在确定极大容积效率时是特别有利的做法。

本发明的另一设计方案规定，在温度达到运行温度时将极大容积效率设置到第二预定值。将运行温度理解成内燃机在准稳定的运行中所具有的温度。因此以达到运行温度的方式运行内燃机。尤其如此冷却内燃机，即，内燃机的温度对应于运行温度。通过一旦温度达到运行温度就将极大容积效率设成第二预定值来确保对于处于运行温度下的内燃机可调出内燃机的最大的转矩或最大功率。

本发明的另一实施方式规定，第二预定值对应于内燃机的在当前存在的环境条件下的最高容积效率。最高容积效率对应于在当前环境条件下针对内燃机的最大的功率、更确切的说公称功率存在的容积效率。最高容积效率示例性地为环境条件的函数，尤其为环境压力和/或环境温度的函数。这种做法确保在处于运行温度的内燃机中可调出最大的转矩或最大的功率。

最后，在本发明的另一设计方案中可规定，由环境条件确定最高容积效率，其中，极大容积效率通过从最高容积效率减去差值来确定，其中，差值从在内燃机启动时的第一差值起朝向第二差值的方向减小。于是，首先基于环境条件确定最高容积效率。接着确定极大容积效率，其中，其由最高容积效率减去差值得到。因此，极大容积效率在最高时与最高容积效率一样大，即，当差值等于零时。如果差值不为零，则极大容积效率不同于最高容积效率，尤其小于最高容积效率。

首先，在内燃机启动时将在确定极大容积效率时所考虑的差值设置到第一差值。在内燃机启动之后，使该差值从第一差值起朝向第二差值的方向减小。第二差值优选地等于零，使得在差值达到第二差值之后，极大容积效率对应于最高容积效率。在考虑差值的情况下所说明的做法为一种特别的设计方案，根据该设计方案将理论容积效率限制到极大容积效率，其在内燃机启动时被设置到第一预定值，并且在内燃机启动之后朝向第二预定值的方向增大。然而，该设计方案可替代地加以考虑。

本发明还涉及一种内燃机，它尤其用于执行根据在本说明书的实施方案的方法，其中，内燃机具有至少一个气缸，在内燃机的工作循环期间将新鲜空气引入该气缸中以达到确定的理论容积效率。在此规定，内燃机构造成将理论容积效率限制到极大容积效率，其在内燃机启动时被设置到第一预定值，并且在内燃机启动之后朝向第二预定值的方向增大。

已经指出了这种方法或内燃机的这种实施方式的优点。内燃机及用于运行内燃机的方法可根据本说明中的实施方案进一步改进，从而在此方面进行参考。

附图说明

下面借助在附图中示出的实施例在没有限制本发明的情况下进一步阐述本发明。在此，

唯一的附图示出了内燃机的示意性图。

具体实施方式

附图示出了内燃机1的示意图，其在此处示出的实施例中具有多个气缸2。气缸2中的每个气缸具有至少一个进气门3和至少一个排气门4。通过进气门3中的每个进气门可为相应的气缸2输送来自新鲜气体气道5的新鲜气体，而通过排气门4中的每个排气门可将排气从相应的气缸2排出，即，朝向排气道6的方向。新鲜气体借助于压缩机7提供给进气门3，压缩机是排气涡轮增压器8的一部分。除了压缩机7之外，排气涡轮增压器8具有涡轮机9，该涡轮机通过作为排气道6的组成部分的排气管路10与排气门4在流动技术上相联接。在涡轮机9下游可存在有排气净化装置11，其示例性地具有至少一个催化转化器。

内燃机1借助于这样的方法来运行，即，根据该方法，在内燃机的工作循环期间将新鲜空气引入气缸2中的至少一个中，优选地引入到气缸2中的每个气缸中。将新鲜空气引入到一个或多个气缸2中如此进行，使得在相应的气缸中实现确定的理论容积效率。在将新鲜气体、特别是新鲜空气引入相应的气缸2之前，将理论容积效率限制到极大容积效率/或者说使理论容积效率受限于极大容积效率，即向上受限。这意味着，理论容积效率始终小于或等于极大容积效率。

极大容积效率在内燃机1启动时设成第一预定值，并且在启动内燃机1之后朝向第二预定值的方向增大。以这种方式，在内燃机启动时、尤其在内燃机1的暖机运行期间理论容积效率所限的值小于在内燃机的温度达到内燃机的运行温度之后的值。因此明显降低了在暖机运行期间内燃机的有害物质排放。

Claims (8)

1.一种用于运行内燃机(1)的方法，该内燃机具有至少一个气缸(2)，在内燃机(1)的工作循环期间将新鲜空气引入到气缸中以达到确定的理论容积效率，其特征在于，所述理论容积效率被限制到极大容积效率，该极大容积效率在内燃机(1)启动时被设置到第一预定值，在内燃机(1)启动之后使该极大容积效率朝向第二预定值的方向增大，其中，根据内燃机(1)的温度确定极大容积效率，在较低温度下所选择的极大容积效率比在较高温度下低，随着温度达到运行温度，所述极大容积效率被设置到第二预定值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)的温度是气缸(2)的燃烧室的燃烧室温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)的温度是内燃机(1)的运行介质的运行介质温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述运行介质是用于内燃机(1)冷却的冷却剂或用于内燃机(1)润滑的润滑剂。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述极大容积效率从第一预定值起根据自内燃机(1)启动所经过的时间朝向第二预定值的方向增大。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二预定值相当于内燃机(1)在当前存在的环境条件下的最高容积效率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，由环境条件确定最高容积效率，通过由最高容积效率减去差值来确定所述极大容积效率，其中，差值从在内燃机(1)启动时存在的第一差值起朝向第二差值的方向减小。

8.一种内燃机(1)，该内燃机用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法，内燃机(1)具有至少一个气缸(2)，在内燃机(1)的工作循环期间将新鲜空气引入气缸中以达到确定的理论容积效率，其特征在于，内燃机(1)构造成，使所述理论容积效率被限制到极大容积效率，该极大容积效率在内燃机启动时被设置到第一预定值，在内燃机(1)启动之后使该极大容积效率朝向第二预定值的方向增大，其中，根据内燃机(1)的温度确定极大容积效率，在较低温度下所选择的极大容积效率比在较高温度下低，随着温度达到运行温度，所述极大容积效率被设置到第二预定值。

Images