CN112412634A - 用于运行内燃机的喷射装置的方法和喷射装置以及内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机(2)的喷射装置(1)、尤其是直接喷射装置的方法。在此，所述喷射装置(1)包括至少一个喷射器(10)，所述喷射器用于喷射由燃料和水组成的混合物。根据所述方法，在所述内燃机(2)的运行点中将待喷射混合物的水含量的额定量调设到第二值(302)。所述第二值(302)高于在所述内燃机(2)的同一运行点中针对所述待喷射混合物的水含量的额定量所预先确定的第一值(301)并且针对预先确定的时间段(t)使用所述第二值。本发明还涉及一种喷射装置(1)，所述喷射装置设置为用于实施先前所说明的方法。本发明还涉及一种具有这种喷射装置的内燃机。

Description

用于运行内燃机的喷射装置的方法和喷射装置以及内燃机
技术领域
本发明涉及一种用于运行内燃机的喷射装置、尤其是直接喷射装置的方法。本发明还涉及这种喷射装置以及内燃机。
背景技术
由于对减少二氧化碳排放的要求提高，内燃机在燃料消耗方面越来越多地得到优化。然而，已知的内燃机在具有高负荷的运行点中可能在消耗方面没有优化地运行，因为这种运行受到爆震倾向和高废气温度的限制。用于降低爆震倾向并且用于降低废气温度的可能措施是喷射水。在此，通常存在独立的喷射系统，以便能够实现水喷射。水可以或者直接喷射到燃烧室中或者可以喷射到内燃机的进气道中。尤其，水可以首先与燃料混合，然后可以喷射所产生的混合物。在此应注意，水不是随着用于水喷射的请求立即可供使用。尤其在直接喷射装置中配量水的情况下，在该直接喷射装置中进行燃料和水的混合，在达到额定量之前必须利用由燃料和水组成的混合物冲洗从配量点直至喷射器的容积并且在高压喷射器处建立所需要的水浓度。
发明内容
本发明的内燃机的喷射装置具有以下优点：在喷射装置的至少一个喷射器中可以更快地达到一定的水量或者说水浓度。换句话说，直到喷射器中的水量达到其额定值(目标值)的无效时间减少。这根据本发明通过一种用于运行内燃机的喷射装置的方法实现，其中，该喷射装置包括至少一个用于喷射由燃料和水组成的混合物的喷射器。根据该方法，在内燃机的运行点中将待喷射混合物的水含量的额定量调设到第二值，该第二值高于在内燃机的同一运行点中针对待喷射混合物的水含量的额定值所预先确定的第一值。将第二值用于预先确定的时间段。换句话说，针对预先确定的时间段，超调(übersteuern)待喷射混合物的水含量的额定值或额定量。通过针对预先确定的时间段使用更高的额定量，可以更快地达到待喷射混合物的水含量的预先确定的额定量。换句话说，该预先确定的额定量相当于待喷射混合物的水含量的、针对相应运行点所预先确定的或者说配属于相应运行点的目标量。也就是说，待喷射混合物的水含量的额定量相当于待喷射混合物的水含量的、由燃烧决定的所请求的量。因此，即使在内燃机的动态运行方式或者说在包括内燃机的车辆以快速的加速度梯度实现的动态行驶方式的情况下，也能够在燃烧室中及时提供水。这具有以下有利效果：可以避免废气系中的损害构件的温度峰值。在相应的运行点中达到目标量是特别重要的，因为仅以充足的水量才能够足够地降低爆震倾向，使得通过使点火角度提前来有效地降低废气温度。尤其，该喷射装置是一种直接喷射装置，其中，将由水和燃料组成的混合物直接喷射到内燃机的燃烧室中。待喷射混合物的水含量的额定量可以或者限定为绝对水量或者限定为含水比率，尤其是待喷射混合物的额定水量与待喷射混合物的额定燃料量的比例。待喷射混合物尤其应理解为喷射器中的混合物。如果喷射装置具有多个布置在共同的分配器上的喷射器，则待喷射混合物尤其应理解为分配器中的混合物或这些喷射器中的混合物。
优选实施方式示出本发明的优选扩展方案。
优选，当在内燃机的运行点处待喷射混合物的水含量的第一值与实际值之间的差大于等于预先确定的阈值(第一阈值)时，则将待喷射混合物的水含量的额定量调设为第二值。待喷射混合物的水含量的第一值与实际值之间的差大于预先确定的阈值的状态意味着内燃机的动态运行方式。与此相对，第一值与待喷射混合物的水含量的实际值之间的差小于预先确定的阈值的状态相当于内燃机的稳定运行方式。在内燃机的稳定运行模式中，优选仅将第一值用于待喷射混合物的水含量的额定量。待喷射混合物的水含量的实际值相当于待喷射混合物的水含量的实际量的实时值。水含量的实际量可以由混合物的实际量和燃料的实际量计算出。
优选，至少直到在至少一个喷射器中探测到水为止针对待喷射混合物的水含量的额定量使用所述第二值。如果喷射器装置包括两个或多个喷射器，则优选至少直到在这些喷射器中或在喷射装置的与所有喷射器连接的分配器中探测到水为止将所述第二值用于待喷射混合物的水含量的额定量。换句话说，预先确定的时间段至少被确定为直到在至少一个喷射器或分配器中探测到水为止所经过的时间段。
优选，如果待喷射混合物的水含量的实际值大于预先确定的阈值(第二阈值)，则以下时间段期满，在该时间段期间针对待喷射混合物的水含量的额定量使用第二值。
在预先确定的时间段期间，第二值优选保持恒定。
在预先确定的时间段期满之后，优选针对待喷射混合物的水含量的额定量使用第一值，在该预先确定的时间段期间针对待喷射混合物的水含量的额定量使用第二值。
尤其，第二值比第一值高至少30％，优选至少50％，特别优选高了70％。
在将额定量调设到第二值时，优选这样适配燃料含量，使得能够由水和燃料组成稳定的混合物。换句话说，优选始终输送足够的燃料。
优选，喷射装置可以包括水箱和用于将来自水箱的配给量引入到燃料区域中的水配量阀。根据本方法的一个优选实施方式，配给量根据混合物的水含量的额定量、根据喷射装置的布置在水配量阀和至少一个喷射器之间的元件的几何容积并且根据由燃料和水组成的混合物的额定量计算出。布置在水配量阀和至少一个喷射器之间的元件尤其可以是至少一个管线、尤其是水管线和/或燃料管线，和/或是泵、尤其是高压泵，和/或在具有多个喷射器的喷射装置中，所述元件包括布置有这些喷射器的分配器。
本发明还涉及一种内燃机的喷射装置，尤其是直接喷射装置。在此，该喷射装置包括至少一个用于喷射由燃料和水组成的混合物的喷射器并包括控制单元。控制单元设置为用于在内燃机的一个运行点中将混合物的水含量的额定量调设到第二值并且针对预先确定的时间段使用该第二值，该第二值高于在内燃机的同一运行点中针对混合物的水含量的额定量所预先确定的第一值。与先前所说明的方法有关的阐述内容和优点也涉及喷射装置。
尤其，提出一种喷射装置，所述喷射装置设置为用于实施先前所说明的方法。
此外，提出一种具有这种喷射装置的内燃机。
附图说明
下面，参考附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中：
图1示出具有根据本发明优选实施例的喷射装置的内燃机的示意性简化图。
图2示出曲线图，通过所述曲线图来阐述根据本发明优选实施例的本方法。
具体实施方式
下面参照图1和2详细说明根据本发明的一个优选实施例的内燃机2的喷射装置1和用于运行喷射装置1的方法。
在该实施例中，内燃机2具有多个汽缸。为了更好的概览，在图1中仅示出一个汽缸。然而，在内燃机2的结构方面的以下说明适用于所有汽缸。
如从图1可看出，内燃机2或者说汽缸包括燃烧室20，在该燃烧室中活塞21能往复运动。此外，内燃机2具有进气通道22，经由该进气通道可以将空气供应至燃烧室20。为此，设置有入口阀25，该入口阀释放或关闭入口通道22。废气经由废气通道23被排出。为此，设置有出口阀26，该出口阀释放或关闭废气通道23。
在该实施例中，喷射装置1具有多个喷射器10。为了更好的概览，图1仅示出一个喷射器10。然而，在喷射器10方面的以下说明适用于所有喷射器10。
在图1中示出的喷射器10布置在燃烧室20上并且设置为用于将由水和燃料组成的混合物直接喷射到燃烧室20中。因此，该喷射装置1是一种直接喷射装置。为了给喷射器10供给由水和燃料组成的混合物，喷射器10与分配器11连接或布置在分配器11上。在分配器11上连接了喷射装置1的所有喷射器10。
喷射装置1还包括水泵14，用于输送来自水箱15的水。在水箱15和水泵14之间优选设置有过滤器16。
此外，在喷射装置1中设置有与水泵14连接的水配量阀13和高压泵12。
内燃机2还包括燃料管线27，经由该燃料管线可以将燃料供应给高压泵12。水配量阀13与高压泵12这样连接，使得在通过高压泵12发生压力升高之前，水通过水配量阀13被引入到燃料区域中。该燃料区域包括高压泵12的抽吸区域18。但该燃料区域可以包括燃料管线27。在这种情况下，水被直接引入到燃料管线27中。
然后，由燃料和水组成的混合物通过高压泵12被输送至分配器11。从分配器11，由燃料和水组成的混合物可以通过该喷射器10被喷射到该燃烧室20中，或通过多个喷射器10被喷射到多个燃烧室中。
为了控制该喷射器10或多个喷射器10，设置有控制单元17。控制单元17还设置为用于控制水泵14、水配量阀13和高压泵12。然而，也能为这些元件中的每一个元件或者为由这些元件组成的组设置单独的控制单元。
参照图2阐明根据优选实施例的方法。
图2示出曲线图，其中，x轴以秒为单位标出时间T并且y轴标注水比率W，也就是说，要喷射的水量与要喷射的燃料量的比例。在曲线图中说明的值应仅理解为本发明的示例。
在曲线图中，示出四个曲线。第一曲线201和第二曲线202涉及针对内燃机2的(同一)运行点的待喷射混合物的水含量的额定量，其中，第三曲线203和第四曲线204涉及在分配器11中的待喷射混合物的水含量的时间变化曲线。尤其，第三曲线203示出，当按照第一曲线201来调设待喷射混合物的水含量的额定量时，在分配器11中的待喷射混合物的水含量的时间变化曲线。相应地，第四曲线204示出，当按照第二曲线202来调设待喷射混合物的水含量的额定量时，在分配器中的待喷射混合物的水含量的时间变化曲线。
第一曲线201具有第一区域201-1、第二区域201-2和第三区域201-3。在第一区域201-1中，额定量为零。在第二区域201-2中，额定量在预先确定的时间t具有第二值302并且在第三区域201-3中具有第一值301。在此，第二值302高于第一值301。尤其，第二值302比第一值301高了超过30％。
第二值302在预先确定的时间段t期间是恒定的。
第二曲线202包括第一区域202-1和第二区域202-2。在第一区域202-1中，额定量为零。在该曲线图中，第二曲线202的第一区域202-1被第一曲线201的第一区域201-1覆盖。在第二区域202-2中，额定量具有第一值301。第二曲线202的第二区域202-2(虚线)被第一曲线201的第三区域201-3部分覆盖。
根据本发明，按照第一曲线201在内燃机2的一个运行点处调设额定量。第二曲线202涉及针对内燃机2的同一运行点的预先确定的额定量。也就是说，针对内燃机2的该运行点预先确定了第一值301。这意味着，在内燃机的这个运行点中，在分配器11中的水量在向分配器11输送水结束时必须基本上相当于第一值301。
尤其，根据所提出的方法，将待喷射混合物的水含量的额定量调设到被用于预先确定的时间段t的第二值302。
优选，如果在内燃机2的运行点中第一值301与待喷射混合物的水含量的实际值之间的差值大于等于预先确定的阈值(第一阈值)，则将待喷射混合物的水含量的额定量调设到第二值302。
如由第一曲线201和第三曲线203得出那样，在探测到水已经到达分配器11之后，预先确定的时间段t结束。发生这种情况的时间点在曲线图中被标注为时间点t1。
如果待喷射混合物的水含量的实际值大于预先确定的阈值303(第二阈值)，则预先确定的时间段t期满，在该时间段期间，针对待喷射混合物的水含量的额定量使用第二值302。但预先确定的时间t也可以具有固定值。
在预先确定的时间段t期满之后，将额定量调设回到第一值301。然后，直到水含量的实际值接近第一值301或者说当实际值等于或基本上等于第一值301时，针对额定量使用第一值301(第一曲线201的第三区域201-3)。
通过水配量阀13提供的配给量根据混合物的水含量的额定量的对应值、根据在水配量阀13和喷射器10之间的喷射装置的元件的几何容积，即高压泵12、水配量阀13和高压泵12之间的管线、高压泵12和分配器11之间的管线以及分配器11的几何容积并且根据由燃料和水组成的混合物的额定量的对应值被计算出。
因此，如果在时间点t0通过控制单元17请求水喷射或者说喷射由燃料和水组成的混合物，则首先检查：第一值301和待喷入混合物的水含量的当前实际值之间的差值是否大于等于预先确定的阈值(第一阈值)。如果是这种情况，则控制单元17按照上述方法超调(übersteuern)水含量的额定量。此外，控制单元17操控水泵14以使水从水箱15中被抽吸出并且操控水配量阀13来调设所需要的配给量。
通过所提出的方法，有针对性地超调由水和燃料组成的混合物的水含量的额定量。这具有以下优点，分配器11或喷射器10中的水量更快速地增加或者说达到第一值301。如从第三曲线203和第四曲线204可见，针对同一时间点，第三曲线203得到比第四曲线204更高的针对分配器11中的水量的值。

Claims (10)

1.一种用于运行内燃机(2)的喷射装置(1)的方法，所述喷射装置尤其是直接喷射装置，其中，所述喷射装置(1)包括至少一个喷射器(10)，所述喷射器用于喷射由燃料和水组成的混合物，其中，根据所述方法，在所述内燃机(2)的运行点中将待喷射混合物的水含量的额定量调设到第二值(302)并且针对预先确定的时间段(t)使用所述第二值，其中，所述第二值(302)高于在所述内燃机(2)的同一运行点中针对所述待喷射混合物的水含量的额定量所预先确定的第一值(301)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在所述内燃机(2)的运行点中所述第一值(301)与所述待喷射混合物的水含量的实际值之间的差值大于等于预先确定的阈值，则将额定量调设到所述第二值(302)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少直到在至少一个喷射器(10)中探测到水为止使用所述第二值(302)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所述待喷射混合物的水含量的实际值大于预先确定的阈值(303)，则所述预先确定的时间段(t)期满。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述预先确定的时间段(t)期间，所述第二值(302)保持恒定。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，在所述预先确定的时间段(t)期满之后，使用所述第一值(301)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二值(302)比所述第一值(301)高至少30％，优选高至少50％，特别优选高70％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述喷射装置(1)包括水箱(15)和水配量阀(13)，所述水配量阀用于将来自所述水箱(15)的配给量引入到燃料区域(18)中，其中，所述配给量根据所述待喷射混合物的水含量的额定量、根据所述喷射装置(1)的在所述配量阀(13)和所述至少一个喷射器(10)之间的元件的几何容积并且根据由燃料和水组成的混合物的额定量来计算。
9.一种内燃机(2)的喷射装置(1)，尤其是直接喷射装置，所述喷射装置包括：
-至少一个喷射器(10)，用于喷射由燃料和水组成的混合物，和
-控制单元(17)，所述控制单元设置为用于，在所述内燃机(2)的运行点中将待喷射混合物的水含量的额定量调设到第二值(302)并且针对预先确定的时间段(t)使用所述第二值(302)，其中，所述第二值(302)高于在所述内燃机(2)的同一运行点中针对所述待喷射混合物的水含量的额定量所预先确定的第一值(301)。
10.一种内燃机(2)，所述内燃机包括根据权利要求9所述的喷射装置(1)。
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