CN113939646A - 控制包括在内燃机点火装置中的预燃室温度的装置和方法 - Google Patents

控制包括在内燃机点火装置中的预燃室温度的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本主题涉及用于控制包括在内燃机中的点火装置的燃料供给预燃室的温度的控制单元和方法。为了避免预燃室的不允许的高温，根据预燃室温度，在压缩冲程期间将目标喷射引入主燃烧室和/或引入预燃室。在压缩冲程结束时将喷射引入主燃烧室可以降低预燃室内/周围的气体混合物的温度且因此有助于在不负面影响颗粒排放的情况下将预燃室温度控制在适度升高的温度下。因此，只有当预燃室温度急剧升高时，才需要直接进入预燃室的冷却喷射，该冷却喷射可能导致有关颗粒排放的缺陷。

Description

控制包括在内燃机点火装置中的预燃室温度的装置和方法
技术领域
本主题涉及用于控制包括在内燃机中的点火装置的燃料供给预燃室的温度的控制单元和方法。
背景技术
为了改善内燃机的热效率，已知使用包括燃料供给预燃室的点火装置，特别是在汽油发动机或燃气发动机的情况下。此类点火装置的高点火能量由在预燃室中发生的预燃提供。此预燃是通过将少量燃料喷射到预燃室中并点燃其中所得的空气-燃料混合物而开始的。因为预燃室经由小孔连接到主燃烧室，所以预燃室内的燃烧产生多个反应射流，它们从预燃室进入主燃烧室并点燃其中的空气-燃料混合物。这些反应射流通常在整个主燃烧室中膨胀，从而提供多个点火点，从而即使非常稀薄的空气-燃料混合物，也能可靠点火。
然而，如上所述的预燃烧的使用可能引起颗粒排放的增加。例如，在预燃室的热条件下进入预燃室的燃料喷射可能引起预燃室喷射器的表面上的残留物的沉积。残留物的沉积可能引起颗粒排放的增加。此外，喷射到主燃烧室中的燃料可能在预燃室的热外表面上自燃并且可能产生发动机的热损坏。主室中的温度随着发动机负荷的增加而升高，由于从主室到预燃室的热传递，预燃室的温度也升高。因此，可以预期例如在发动机的高负载条件期间的高温条件。
为了避免例如在高负荷条件期间的预燃室和发动机的热损坏，曾经提出通过应用冷却措施抑制热预燃室表面的自燃并避免预燃室的热损坏。在此背景下，曾经提出通过在燃烧发生后将燃料附加喷射到预燃室内来降低预燃室内的温度。附加喷射的燃料汽化冷却预燃室内部。
专利文献1(JP 2018-91267 A)描述用于包括燃料供给预燃室的内燃机的控制装置，其中预燃室内的喷射器的温度通过在预燃室燃烧结束后对预燃室进行第二/附加喷射而降低。
然而，如上所述，对预燃室执行附加/第二喷射可能导致颗粒排放增加/过高，尤其是在发动机的高负载条件下。
引用文件列表
专利文献
PTL 1：JP 2018-91267 A
发明内容
技术问题
所描述的主题的目的是实现用于在不增加燃烧发动机的颗粒排放的情况下有效地冷却预燃室的控制单元和方法。
问题的解决方案
上述目的由根据独立权利要求的主题解决。进一步优选的改进方案由从属权利要求描述。
用于控制内燃机的控制单元可根据预燃室的温度来控制进入内燃机的预燃室和/或主燃烧室的燃料的喷射/喷射量。此喷射优选地是可以在用于燃烧的燃料喷射之后发生的附加喷射。附加喷射在下文中可称为“冷却喷射”，且一般而言，术语“喷射”应指冷却喷射，尤其是其在未指明任何其他情况的情况下使用时。
换句话说，控制装置可以执行包括“决定”将燃料喷射(用于冷却)到预燃室还是主燃烧室中的控制。“决定”可以根据预燃室的温度来做出。还可以执行将燃料喷射到主燃烧室和预燃室中的组合喷射。
关于将在下文中用于包括预燃室燃料喷射器的点火装置的模式/状态的术语，应注意，在其期间燃料被喷射到预燃室中的模式或操作可被命名为“主动模式”并且在其期间燃料被喷射到主燃烧室中的模式或操作可以被称为“被动模式”。
内燃机可以具有至少一个气缸、至少一个主燃烧室(简称：“主室”)、至少一个进气口、至少一个主燃料喷射器和可以点燃主燃烧室内的空气燃料混合物的至少一个点火装置。点火装置可包括火花塞、预燃室燃料喷射器和可经由预燃室壁中的至少一个孔连接到主燃烧室的预燃室。
如果预燃室的温度高于预定温度，则控制单元可以在内燃机的压缩冲程期间控制主燃料喷射器执行进入主燃烧室的喷射(冷却喷射)。优选地，所述预定温度可以具有在100℃至250℃范围内的值。预定温度或其值/值范围可以根据在预燃室内/上的确定温度的位置来设置。甚至更优选地，该范围可以设置在150℃和200℃之间。
在上述情况下，点火装置以被动模式运行，使得在冷却喷射期间(基本上)没有燃料(直接)喷射到预燃室内。
如上所述，在发动机的高负载条件下，将燃料的附加/冷却喷射到预燃室中可能导致不希望的高颗粒排放。本主题避免这一点，该主题使用进入主燃烧室(简称：“主室”)的附加燃料喷射来冷却预燃室。具体地，如果在活塞向上运动时执行进入主室的冷却喷射，则喷射的燃料的至少一部分可流入预燃室并在其中汽化，而燃料的另一(较大)部分可在主燃烧室中汽化。燃料的汽化冷却预燃室。优选地，在气缸的温度由于先前的压缩而升高时，进入主燃烧室的喷射冷却(其可称为“后期喷射”)可以在压缩冲程的结束时开始。这可导致燃料快速汽化，其可以有效地降低预燃室内以及预燃室内周围的混合物温度。优选地，冷却喷射在点火正时之前完成，因为不然的话，由于其中压力增加，喷射的燃料可能被阻止进入预燃室。
如果在预燃室中的压力低于主燃烧室中的压力时由控制单元启动冷却喷射，则上述喷射燃料从主室进入预燃室的流动/输送可以增强。主室和预燃室之间的所述压差可支持小燃料滴和冷却的空气-燃料混合物输送到预燃室中。
为了确定主燃烧室和预燃室中的压力，可以在这两室中均设置压力传感器。关于预燃室，如上所述，可使用测量火花塞，其可包括紧邻/靠近/邻近中心电极的压力传感器。也可以在预燃室内安装小型独立压力传感器。为了测量主燃烧室中的压力，可以使用公知的永久使用的压力传感器。
替代地，也可以在发动机测试阶段期间确定最佳曲柄角区域，在该区域中应该执行冷却喷射。此测试阶段可以包括所有相关的操作点并且由此确定的最佳曲柄角值可以作为特征曲线或映射存储在控制单元中。
此外，控制单元可以根据预燃室的温度调节喷射到主燃烧室中用于冷却的燃料量。如果应该执行多次冷却喷射(这在本主题的框架内优选是可能的)，则冷却喷射期间待喷射的燃料量可以适应预燃室的温度对进入主室的第一冷却喷射的反应。例如，在第一冷却喷射之后预燃室温度下降的情况下，在第二冷却喷射期间喷射的燃料量可以减少，或者在第一冷却喷射之后预燃室温度还升高或保持恒定的情况下，在第二冷却喷射期间喷射的燃料量可以增加。
具体而言，例如，如果在包括例如喷射到主燃烧室中的总燃料量(总量可以包括为了燃烧和一次或多次冷却喷射而喷射的燃料量)的1％的第一(后期)冷却喷射之后预燃室温度未降低，相应燃料量可以增加到总燃料量的1.5％或2％。如果预燃室温度仍然保持恒定，则还可以增加喷射的燃料量，直到达到后期冷却燃料喷射的极限，该极限可取决于碳氢化合物和/或颗粒排放。在压缩冲程期间喷射到主燃烧室中用于冷却的最大燃料量可以优选地在总燃料量的4％至10％的范围内，并且最优选地在其5％至7％的范围内。另外，例如，在预燃室温度下降但不低于预定温度(阈值)的情况下，根据温度梯度，用于冷却预燃室而喷射的燃料的量可以减少。或者，如果预燃室温度迅速下降，则喷射的燃料量可减少较高值，诸如总燃料质量的1％，而如果预燃室温度缓慢下降，则喷射的燃料量可保持恒定或可仅减少很小的值，诸如总燃料量的0.3％。
此外，控制单元可根据预燃室的温度控制预燃室燃料喷射器以执行进入预燃室的冷却喷射。例如，如果进入主燃烧室的一次或多次冷却喷射未引起预燃室温度的降低和/或在预燃室温度超过可能导致热损坏的另一个/第二温度阈值时，则可以执行进入预燃室的冷却喷射。在此类(紧急/异常)情况下，点火装置可以切换到主动模式并且无论颗粒排放是否可能增加，都可以将少量燃料喷射到预燃室中，以便避免由于预燃室的热表面引起的不受控制的自燃引起的预燃室的热损坏或甚至发动机损坏。喷射到预燃室中的燃料量可以优选地在总燃料量的1％至5％的范围内并且最优选地在2％至4％的范围内。根据在其中确定温度的预燃室中/上的位置，开始进入预燃室(主动模式)的喷射的第二温度阈值可以优选地高于第一阈值并且它可以在200℃至500℃的范围内。最优选地，它可以在300℃至400℃的范围内。
通过启动主动模式，可以完全停止进入主燃烧室的(后期)冷却喷射，或者可以执行从被动到主动模式的连续转变。在后一种情况下，在燃烧冲程结束时喷射到主燃烧室的燃料量可以连续或逐步减少，其中喷射到预燃室的燃料量可以同时连续或逐步增加。还可以通过将第一量的燃料喷射到主燃烧室中并将第二量的燃料直接喷射到预燃室中来组合主动模式和被动模式。
此外，控制单元可以基于测量的温度和/或基于作为特征曲线或映射存储在控制单元中的特征参数来确定预燃室的温度。
优选地，预燃室温度可以通过使用至少一个永久置于预燃室内或预燃室壁上的温度传感器来测量。例如，安装在预燃室内的温度传感器可以测量其中的气体温度。替代地或另外，预燃室壁的温度可以用作预燃室温度的参考。在此情况下，温度传感器可以应用在例如面向主燃烧室的预燃室壁的下表面上。
替代地或另外，预燃室内的压力可以由例如集成到火花塞中的压力传感器测量。测量预燃室内的压力升高可以估计其中的热释放且从而提供预燃室内的估计气体温度以及与预燃室壁温的良好相关性。
此外，温度传感器或压力传感器可以仅在其中在所有相关边界条件下进行发动机操作的测试阶段期间提供。在测试阶段期间，预燃室内的气体温度和/或预燃室壁温和/或预燃室内的压力可以在例如不同的发动机负载和转速、不同的点火正时、不同的空燃比、不同的进气温度和压力、不同的EGR率、不同的气门正时等情况下测量。根据由控制单元连续测量或计算的参数，在测试阶段确定的特征预燃室温度可以作为特征曲线或映射存储在控制单元中。
此外，可以通过执行考虑相关发动机操作点的所有可能边界条件的CFD模拟来确定特征预燃室温度。通过模拟确定的温度值也可以作为特征曲线或映射存储在控制单元中。
此外，该主题可包括用于控制内燃机的方法，该内燃机具有至少一个气缸、至少一个主燃烧室、至少一个进气口、至少一个主燃料喷射器、用于点燃主燃烧室内的空气燃料混合物的至少一个点火装置和至少一个控制单元，其中点火装置可包括火花塞、预燃室燃料喷射器和预燃室，该预燃室经由预燃室壁中的至少一个孔连接到主燃烧室，并且其中待喷射(用于冷却)到预燃室和/或主燃烧室中的燃料量可以由控制单元根据预燃室的温度来控制。
根据所描述的主题，如果预燃室的温度高于(第一)预定温度，则主燃料喷射器可以在内燃机的压缩冲程期间执行进入主燃烧室的冷却喷射，以便将至少一部分喷射的燃料输送到预燃室并通过所述燃料的潜热冷却预燃室。
优选地，在预燃室中的压力低于主燃烧室中的压力以支持燃料输送到主燃烧室中时，在压缩冲程期间进入主燃烧室的冷却喷射可以由主燃料喷射器执行。
此外，在压缩冲程期间进入主燃烧室的冷却喷射的燃料量可以由主燃料喷射器根据预燃室的温度来调节。这允许在执行进入主燃烧室的第一冷却喷射之后根据预燃室温度的发展来调整待喷射的燃料量。
在进一步增加引入主燃烧室的冷却喷射的燃料量不引起预燃室温度的降低，或者在预燃室温度的第二温度阈值被超过的情况下，进入主燃烧室的喷射可以由预燃室燃料喷射器根据预燃室的温度来执行。
此外，该主题可以包括内燃机，其具有至少一个气缸、至少一个主燃烧室、至少一个进气口、至少一个主燃料喷射器和可以点燃主燃烧室内的空气燃料混合物的至少一个点火装置，其中点火装置可以包括火花塞、预燃室燃料喷射器和预燃室，该预燃室经由预燃室壁中的至少一个孔连接到主燃烧室，并且内燃机可以包括如上所述的控制单元。
此外，该主题可以包括可存储在存储器中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，在由计算机或计算单元执行时，该指令使计算机执行上述方法或其方面；以及包含指令的计算机可读[存储]介质，在由计算机执行时，该指令使计算机进行所述方法或其方面。
本发明的有益效果
总而言之，用于控制包括在内燃机中的点火装置的燃料供给预燃室的温度的控制单元和方法在不增加颗粒排放的情况下在高发动机负载下提供预燃室的有效冷却。这是通过根据预燃室温度执行进入主燃烧室和/或进入预燃室的燃料的目标冷却喷射来实现的。
在下文中，将基于参考所附示例性和示意性图的至少一个优选示例进一步解释本主题，其中：
附图说明
[图1]图1描绘内燃机的气缸的示意图，该内燃机包括具有燃料供给预燃室的点火装置；
[图2]图2描绘点火装置示意图；
[图3]图3(图3a-3c)示意性示出根据预燃室温度的不同燃料喷射模式；
[图4]图4(图4a-4c)示意性显示根据预燃室温度的发动机循环期间的喷射燃料量；
[图5]图5示出在预燃室和主室中确定的示例性压力曲线以及相关压差；
[图6]图6描绘作为请求保护的控制方法的示例的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出另外未指定的内燃机的示例性气缸100，该内燃机可以具有多于一个气缸100。发动机可以例如具有两个、三个、四个、六个、八个或更少/更多气缸100。发动机包括由曲轴(未示出)经由连杆3驱动的至少一个活塞2，活塞2用于在气缸100中重复往复运动以在其中限定主燃烧室。
带有进气阀6的(空气)进气口4以及带有排气阀7的排气口5连接到主燃烧室1。环境空气通过进气口4被吸入主燃烧室，废气经由排气口5从燃烧室1排出。包括火花塞10a、预燃室燃料喷射器10b和预燃室10c的点火装置10附接到内燃机。温度传感器(未描绘)可以设置在预燃室(10c)中/上。
点火装置10的火花塞10a可以电连接到点火线圈(未描绘)。火花塞10a与点火线圈组合形成火花点火装置，其优选地提供可变火花持续时间或多重火花点火。内燃机可具有一个或多个点火装置10。优选地，其在每个气缸100具有至少一个点火装置10。点火装置10或其至少一部分连接到主燃烧室1的内部，使得反应射流(以虚线描绘)可以被引入到主燃烧室1中。此外，直接燃料喷射器8或其至少一部分接合到主燃烧室1的内部，这允许在其中喷射燃料。直接燃料喷射器8可以优选地是电动液压燃料喷射器或压电燃料喷射器。另外，进口燃料喷射器9连接到气缸100的进气口4。直接燃料喷射器8的高压燃料供应源和进口燃料喷射器9的高压或低压燃料供应源未描绘。主燃料喷射可以由直接主燃料喷射器8或进口主燃料喷射器9执行或者可以在两个喷射器之间分开。
用于控制点火装置的控制单元11在图1中进一步示出。控制单元11电连接到点火装置10、直接主燃料喷射器8和/或进口主燃料喷射器9并控制多个单元/喷射器/执行器。控制单元11例如可以是发动机控制单元(ECU)。
控制单元11也可以是任何其他控制单元，且控制单元11和受控单元之间的信号线连接可以与图1的示例不同。例如，可以存在多个控制单元11，其可以控制受控单元的子组，例如一个控制单元11-1可以只控制点火装置10，另一个控制单元11-2可以只控制燃料喷射器8、9等。更进一步，如果存在多个控制单元11，则这些控制单元11可以分层地或以其他方式彼此互连。替代地，可以存在一个单独控制单元11，其包括多个致动器的所有控制功能。
此外，至少一个温度传感器(其未示出)可以设置在点火装置10的预燃室10c内部或预燃室壁10d上(见图2)。此温度传感器允许监测特征预燃室温度，以便及时启动预燃室冷却措施以防止发动机损坏。
此外，压力传感器(其未示出)可以设置在例如主燃烧室1的壁中和/或点火装置10的预燃室10c中。测量主燃烧室1和/或者预燃室10c内的压力允许实现反馈燃烧控制并且还可以通过提供关于两个燃烧室中的条件的附加信息来改进预燃室冷却措施。
在图2中，描绘点火装置10的示意图。点火装置10包括燃料喷射器10a、火花塞10b和预燃室10c。预燃室10c通过预燃室壁10d与主燃烧室1隔开，在预燃室壁10d中设置有孔10e以将预燃室燃烧产生的反应射流引入主燃烧室1。
此外，至少一个温度传感器(其未示出)可以设置在预燃室10c内部和/或预燃室壁10d上。以允许测量其中的气体温度的方式设置在预燃室中的温度传感器可以首先能够由此推断预燃室的部件温度，且其次可以用于获得关于预燃室燃烧质量的信息。替代地或另外，附接在预燃室壁10d上的温度传感器可以递送相关温度。在此情况下，温度传感器可以应用在例如预燃室壁10d的下表面上，靠近孔10e，因为在此位置，预计出现最热的温度。这将允许获得关于预燃室壁的温升的早期信息。同样可以将温度传感器设置在远离预燃室10c的尖端定位的预燃室壁上，以便保护传感器免于因过高温度而损坏。
替代地或另外，也可以在火花塞10b上，例如在火花塞的中心电极和/或接地电极上设置至少一个温度传感器。替代地或另外，至少一个温度传感器可以布置在预燃室燃料喷射器10a的尖端上。在此位置的温度传感器可以特别提供关于由于预燃室喷射而预期增加的颗粒排放的信息。
预燃室10c的形状不限于图2所示的形状，而是可以设计成许多不同的形状，诸如半球形、圆锥形或圆柱形或它们的组合。此外，预燃室壁10d中的孔10e的数量、几何形状和位置不限于图2中所示的示例。预燃室10c可以包括设置在预燃室壁10d中的不同位置处且具有不同直径的多个孔10e。预燃室喷射器10a可以连接到发动机的高压燃料供应源或低压燃料供应源(未描绘)或可以连接到单独燃料供应源(未描绘)以喷射被喷射进入主燃烧室1的不同燃料。火花塞10b可以电连接到点火线圈(未描绘)，其可以包括在点火装置10中或位于远离点火装置10的发动机的另一位置。优选地，可以存在针对每个点火装置10的一个点火线圈，但也可以是针对多个点火装置10的单个点火线圈。
图3a-3c示意性示出根据预燃室温度TPC的不同燃料喷射模式。图3a示出如下情况：其中预燃室温度TPC保持在(第一)温度阈值T1以下，使得预燃室冷却不必要并且在进气冲程期间只执行进入主燃烧室1的一次主喷射(用于燃烧)。替代地或另外，用于燃烧的主喷射或主喷射的至少一部分可以被引入进气口4。在图3b中示出在预燃室温度TPC在第一预定温度(阈值)T1和第二预定温度(阈值)T2之间时的情况。在此情况下，进入主室1的冷却喷射在压缩冲程的结束时，或者更准确地说，在点火上止点FTDC之前在限定的曲柄角执行。适当的喷射正时与点火正时相关，这将结合图5进行解释。此外，图3c描绘如下情况：其中预燃室温度TPC超过阈值T2，使得在进气冲程期间，除了主室喷射(用于燃烧)之外，进入预燃室10c的冷却喷射在点火上止点FTDC之前不久执行。
图4a-4c示意性显示根据预燃室温度TPC的发动机循环期间的不同喷射燃料量。在预燃室温度TPC保持低于第一温度阈值T1的情况下，在用于燃烧的进气冲程期间，全部燃料量被喷射到主燃烧室1中。替代地或另外，用于燃烧的全部燃料量或其至少一部分可以被喷射到进气口4中。如果预燃室温度TPC升高到阈值T1以上，则引入到主室1或进气口4中的全部燃料量的一部分在压缩冲程期间被喷射以达到冷却效果。如图4b中示意性描绘的，用于冷却的所述燃料量随着预燃室温度TPC的增加而增加。除了冷却预燃室10c外，在压缩冲程后期喷射的燃料的至少一部分也有助于主室1中的热释放。因此，如图4a中示意性描绘的，在压缩冲程期间增加燃油量时，进气冲程期间喷射的燃料量可以减少。如图4c中示意性示出的，在预燃室温度TPC超过第二阈值T2的情况下，执行进入预燃室10c的冷却喷射。图4c中描绘的虚线示出如果在压缩冲程期间主燃烧室1中不执行冷却喷射，则需要喷射到预燃室10c中的燃料量。
在图5中，描绘在预燃室10c和主室1中测量的示例性压力曲线以及由此产生的压差。从图5可以得出，主燃烧室1中引入的后期冷却喷射应该在预燃室10c内的燃烧开始之前执行。否则，由于预燃室10c中的压力增加，喷射的燃料被阻止进入预燃室10c。图5示出后期喷射进入预燃室的时段在点火上止点FTDC之前的某个角度开始，并在主室压力pcyl和预燃室压力p预燃室之间的压差下降时结束。这可为在火花塞10b已经执行点火之后预燃室10c中的燃烧开始时的情况。因此，还可以确定相对于点火正时的最晚可能喷射正时。此外，为了有效地冷却预燃室10c，进入主室1的喷射冷却应尽可能晚地开始。因此，冷却喷射的开始可以根据所述喷射的最晚可能结束时间和待喷射的燃料量来确定。
为了确定主室1和预燃室10c中的压力，可以在两个室中应用压力传感器。关于预燃室10c，可以使用测量火花塞，其包括紧邻中心电极的压力传感器。也可以使用适用于预燃室10c内部的小型压力传感器。为了测量主燃烧室1中的压力，可以应用公知的永久使用的压力传感器。
替代地，也可以确定在发动机测试阶段内进入主室1的后期冷却喷射的理想时段。在此测试阶段中，可以考虑所有相关的操作点并且可以将用于进入主燃烧室1的后期喷射的所确定最佳曲柄角范围作为特性曲线或映射存储在控制单元11中。
在图6中，描绘显示所要求保护的控制方法的示例的流程图。只要预燃室温度TPC保持在允许范围内，待喷射到预燃室中的燃料质量mf_PC以及在压缩冲程期间待喷射到主燃烧室中的燃料质量mf_MC_CS都设置为零(S100，S101)且温度阈值T1和T2在每个时间步长Δt定期检查。用于监测预燃室温度TPC的时间步长Δt可以优选地在10ms到1000ms的范围内并且最优选地在50ms到500ms的范围内。在预燃室温度TPC超过第二阈值温度T2的情况下，预燃室燃料质量mf_PC在每个时间步长Δt增加预定义值Δmf_PC直到其达到预定义极限mF_PCmax(S102)。预定义值Δmf_PC可以优选地在总燃料质量的0.1％至1％的范围内并且最优选地在总燃料质量的0.3％至0.7％的范围内。此外，预定义极限mF_PCmax可以是总燃料质量的5％并且最优选地是总燃料质量的4％。根据确定温度的预燃室内/上的位置，第二阈值温度T2可以优选地在200℃到400℃的范围内并且最优选地在250℃到350℃的范围内。
如果预燃室燃料质量mf_PC超过极限mF_PCmax并且预燃室温度TPC仍然保持在阈值T2以上，则发动机功率P降低预定义值ΔP(S103)，该值可以优选地在1kW至10kW的范围内且最优选地在2kW至5kW的范围内。只要发动机功率P不低于预定义阈值Pmin，则在每个时间步长Δt之后执行功率降低。在发动机功率低于阈值Pmin的情况下，检测到错误(S104)，这可例如导致发动机以跛行回家模式运行或完全停止。在此背景下，发动机功率极限Pmin可以优选地在额定功率的85％至98％的范围内并且最优选地在额定功率的90％至95％的范围内。
在预燃室温度TPC未超过温度阈值T2但超过温度阈值T1的情况下，在压缩冲程期间待喷射到主燃烧室中的用于冷却的燃料质量mf_MC_CS在每个时间步长Δt增加值Δmf_MC_CS，直到其达到预定义极限mF-_MC_CSmax(S105)。预定义值Δmf_MC_CS可以优选地在总燃料质量的1％至20％的范围内并且最优选地在总燃料质量的10％至15％的范围内。此外，预定义极限mF_MC_CSmax可以在总燃料质量的10％至50％的范围内并且最优选地在其20％至40％的范围内。
如果超过所述极限mF_MC_CSmax，则通过将mf_MC_CS设置为零来停止主燃烧室1中的后期冷却喷射(S106)并且通过将喷射到预燃室中的燃料量mf_PC增加值Δmf_PC来开启预燃室冷却喷射(S102)。在以下步骤中，执行与条件TPC>T2相同的程序。在此背景下，代替将mf_MC_CS设置为零，通过连续或逐步减少喷射到主燃烧室1的燃料量并同时增加喷射到预燃室10c的燃料量，还可以执行从后期主室喷射到预燃室喷射的连续过渡。另一种可能性可以是通过将第一量的燃料引入主燃烧室1和将第二量的燃料直接引入预燃室10c的两种冷却喷射的组合。
一般而言，本文描述的并且由附图示出的不同实施例、方面和示例的所有特征可以部分地或全部地组合。在不应用创造性活动的情况下，只要这些组合对本领域技术人员显而易见，本文描述的主题也将包含这些组合。
还应指出，描述和附图仅说明所提出的方法、装置和系统的原理。因此将理解，本领域技术人员将能够设计出各种设置，尽管在本文中没有明确描述或示出，但是体现所要求保护的主题的原理并且被包括在其精神和范围内。
再次总结，本主题通过根据预燃室温度在压缩冲程期间将目标冷却喷射引入主燃烧室和/或引入预燃室来避免预燃室的不允许的高温。在压缩冲程结束时将冷却喷射引入主燃烧室有助于控制预燃室温度而不增加颗粒排放。活塞的向上运动将至少一部分喷射的燃料输送到预燃室中，在那里燃料可以汽化并冷却预燃室。因此，对于发动机的扩展操作范围，直接进入预燃室的冷却喷射(其可能导致颗粒排放增加)可通过本主题而避免，并且仅在预燃室的温度变得太高时才被执行。
附图标记列表
1...主燃烧室
2...活塞
3...连杆
4...进气口
5...排气口
6...进气阀
7...排气阀
8...直接主燃料喷射器
9...进口主燃料喷射器
10...点火装置
10a...火花塞
10b...预燃室燃料喷射器
10c...预燃室
10d...预燃室壁
10e...孔
11...控制单元
100...气缸。

Claims (13)

1.一种用于控制内燃机的控制单元(11)，所述内燃机具有至少一个气缸(100)、至少一个主燃烧室(1)、至少一个进气口(4)、至少一个主燃料喷射器(8、9)和至少一个点火装置(10)，所述点火装置(10)被配置为点燃所述主燃烧室(1)内的空气燃料混合物，
其中所述点火装置(10)包括火花塞(10a)、预燃室燃料喷射器(10b)和预燃室(10c)，所述预燃室(10c)经由预燃室壁(10d)中的至少一个孔(10e)连接到所述主燃烧室(1)，并且
其中，所述控制单元(11)被配置为根据所述预燃室(10c)的温度控制进入所述预燃室(10c)和/或进入所述主燃烧室(1)的燃料的喷射。
2.根据权利要求1所述的控制单元(11)，其中，
当所述预燃室(10c)的温度高于预定温度时，
所述控制单元(11)被配置为在所述内燃机的压缩冲程期间控制所述主燃料喷射器(8)执行进入所述主燃烧室(1)的喷射。
3.根据前述权利要求1至2中至少一项所述的控制单元(11)，其中
所述控制单元(11)被配置为在所述预燃室(10d)中的压力低于所述主燃烧室(1)中的压力时，控制所述主喷油器(8)执行进入所述主燃烧室(1)的喷射。
4.根据前述权利要求1至3中至少一项所述的控制单元(11)，其中
所述控制单元(11)被配置为根据所述预燃室(10d)的温度调节进入所述主燃烧室(1)的喷射的燃料量。
5.根据前述权利要求1至4中至少一项所述的控制单元(11)，其中，
所述控制单元(11)被配置为根据所述预燃室(10c)的温度控制所述预燃室燃料喷射器(10b)执行进入所述预燃室(10c)的喷射。
6.根据前述权利要求1至5中至少一项所述的控制单元(11)，所述控制单元(11)被配置为基于测量的温度和/或基于作为特征曲线或映射而存储在所述控制单元中的特征参数来确定所述预燃室(10c)的温度。
7.一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具有至少一个气缸(100)、至少一个主燃烧室(1)、至少一个进气口(4)、至少一个主燃料喷射器(8、9)、至少一个点火装置(10)和至少一个控制单元(11)，所述点火装置(10)被配置为点燃所述主燃烧室(1)内的空气燃料混合物，
其中所述点火装置(10)包括火花塞(10a)、预燃室燃料喷射器(10b)和预燃室(10c)，所述预燃室(10c)经由预燃室壁(10d)中的至少一个孔(10e)连接到所述主燃烧室(1)，并且
其中，进入所述预燃室(10c)和/或进入所述主燃烧室(1)的燃料喷射由所述控制单元(11)根据所述预燃室(10c)的温度来控制。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
在所述预燃室(10c)的温度高于预定温度时，
进入所述主燃烧室(1)的喷射由所述主燃料喷射器(8)在所述内燃机的压缩冲程期间执行。
9.根据前述权利要求7至8中至少一项所述的方法，其中
在所述预燃室(10d)中的压力低于所述主燃烧室(1)中的压力时，进入所述主燃烧室(1)的喷射由所述主燃料喷射器(8)执行。
10.根据前述权利要求7至9中至少一项所述的方法，其中
进入所述主燃烧室(1)的喷射的燃料量由所述控制单元(11)根据所述预燃室(10c)的温度来调节。
11.根据前述权利要求7至10中至少一项所述的方法，其中，
进入所述预燃室(10c)的喷射由所述预燃室燃料喷射器(10b)根据所述预燃室(10c)的温度来执行。
12.一种内燃机，其包括至少一个根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的控制单元。
13.一种能够存储在存储器中的计算机程序产品，包括指令，在由计算机执行时，所述指令使得所述计算机执行根据方法权利要求7至11中至少一项所述的方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11519322B1 (en) 2021-08-27 2022-12-06 Caterpillar Inc. Method and system for fuel combustion
CN115750067B (zh) * 2022-11-09 2024-04-12 重庆长安汽车股份有限公司 一种混动汽油机燃烧系统、燃烧方法、发动机和车辆

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1418489A (en) * 1972-12-09 1975-12-24 Thermo Electron Corp Pre-combustion chamber internal combustion engines
JP2004036424A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料ガス供給量制御装置、および同制御装置を備えた副室式ガスエンジン
JP2004211633A (ja) * 2003-01-07 2004-07-29 Osaka Gas Co Ltd 副室式エンジン
US20160230645A1 (en) * 2012-11-27 2016-08-11 Board Of Trustees Of Michigan State University Internal combustion engine
US20160252030A1 (en) * 2013-10-28 2016-09-01 Yanmar Co., Ltd. Auxiliary-chamber-type gas engine
CN107587930A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 马勒动力系统有限责任公司 用于起动内燃机的方法
DE102016219875A1 (de) * 2016-10-12 2018-04-12 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotorsystems für ein Kraftfahrzeug und Verbrennungsmotorsystem für ein Kraftfahrzeug
JP2018091267A (ja) * 2016-12-06 2018-06-14 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
WO2019027800A2 (en) * 2017-08-01 2019-02-07 Board Of Trustees Of Michigan State University DIESEL ENGINE WITH TURBULENT JET IGNITION

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019183815A (ja) * 2018-04-17 2019-10-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1418489A (en) * 1972-12-09 1975-12-24 Thermo Electron Corp Pre-combustion chamber internal combustion engines
JP2004036424A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料ガス供給量制御装置、および同制御装置を備えた副室式ガスエンジン
JP2004211633A (ja) * 2003-01-07 2004-07-29 Osaka Gas Co Ltd 副室式エンジン
US20160230645A1 (en) * 2012-11-27 2016-08-11 Board Of Trustees Of Michigan State University Internal combustion engine
US20160252030A1 (en) * 2013-10-28 2016-09-01 Yanmar Co., Ltd. Auxiliary-chamber-type gas engine
CN107587930A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 马勒动力系统有限责任公司 用于起动内燃机的方法
DE102016219875A1 (de) * 2016-10-12 2018-04-12 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotorsystems für ein Kraftfahrzeug und Verbrennungsmotorsystem für ein Kraftfahrzeug
JP2018091267A (ja) * 2016-12-06 2018-06-14 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
WO2019027800A2 (en) * 2017-08-01 2019-02-07 Board Of Trustees Of Michigan State University DIESEL ENGINE WITH TURBULENT JET IGNITION

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