CN1218119C - 运行内燃机的方法、控制装置以及内燃机 - Google Patents

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Abstract

内燃机在不佳运行条件下运行会导致，在燃烧室(4)内产生沉积。兹提出一种运行尤其是汽车的内燃机(1)的方法和装置，其中，燃料被输送到一个燃烧室(4)内并在那里燃烧，在此，当判定燃烧室(4)内有沉积时，目的明确地导入清洗燃烧室(4)的措施，其中，尤其是引入爆震燃烧和/或添加清洗液到所吸入的燃烧空气中。

Description

运行内燃机的方法、控制装置以及内燃机
现有技术
本发明涉及一种运行内燃机、尤其是汽车内燃机的方法和控制装置以及涉及一种内燃机，其中，燃料被输送到一个燃烧室内并且在那里燃烧。
背景技术
内燃机在不佳运行条件下运行时会导致在燃烧室内产生沉积。尤其对于采用直接喷油的内燃机，特别在喷射阀上，或者说是在喷射阀的尖上或尖部内形成沉积，这会对燃料射束形成并因此对燃烧产生不利影响。人们通常称其为喷射阀的积碳(Verkokung)。
由DE 198 28 279 A1公开了一种电控制装置，借此，可实现多缸内燃机中各汽缸转矩量值的均衡。在此，为使各汽缸转矩量值相同，例如所喷射的燃料量、点火时刻(在汽油机中)、废气再循环比率或喷射状态(Einspritzlage)将被改变。各汽缸转矩量值的确定可通过对曲轴或凸轮轴旋转运动的时间曲线的求值实现，其中求出各段时间。另外，为判定燃烧中断而在控制装置内形成的运行不稳定值可以被利用。汽缸均衡调节的目的是，利用调节方案使运行不稳定值最小化。根据所判定的模式和各个过滤的和未过滤的运行不稳定值的量值，可以在发动机上进行相应的干涉。尤其是在直接喷油的发动机中，喷射阀积碳使得相应汽缸的转矩很低。所述的相应汽缸在这种情况下运行在太稀薄的混合气下。调节功能的主要组成部分根据DE 198 28 279 A1为各汽缸单独的PI调节器。
尚未公开的德国专利申请DE 100 09 065.6描述了一种用于进行汽缸均衡调节的效果监测的方法和装置。根据说明书引言，在直接喷油的汽油机中，存在着特殊的需求。这里会出现更强的运行不稳定，这是由于分层运行方式下燃烧方法的偏差一致性很低和/或由于所采用的高压喷射阀或者说在燃料向各汽缸的分配中的偏差引起的。由于老化引起的高压喷射阀的流量特性的变化也会起作用。在DE 100 09 065.6的范围内，最好一个汽缸的转矩(实际转矩)量值相对于其点火过程、即不确定绝对转矩地通过对曲轴或凸轮轴旋转运动的时间曲线的求值来获得。汽缸均衡调节范围内的改善通过以下方式实现，即对汽缸均衡调节设置了效果监测，并且当汽缸均衡调节范围内有干扰时，产生相应的故障信号。效果监测这样来实现，即单个汽缸转矩量值在进行汽缸均衡调节干预后被如下地进行检查，看调节是否有效。如果效果不如所希望的那样明显，则逐渐减小单个汽缸PI-调节器的调节电路放大到一个预先给定的终值。调节因此更稳定，不过，在动态上也更慢，它被容忍。如果PI-调节器调节到预先给定的终值后仍达不到所希望的效果，则发出故障信号。
上述德国专利申请DE 100 09 065.6的公开应明确地包括在这个申请中。
US 4,841,765公开了一种方法，其中，例如由燃料中的脏物堵塞的喷油嘴通过中断识别被识别出并且被关断。在该文献中没有公开燃烧室中的沉积，也没有公开清洗燃烧室的措施。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的方法、控制装置以及内燃机，借此，可以简单方式识别出并去除内燃机燃烧室内的沉积。
按照本发明，提出了一种运行汽车内燃机的方法，其中，燃料被送入一个燃烧室内并在那里燃烧，其中，通过汽缸均衡调节的效果监测，推断出燃烧室内的沉积并且随后采取措施来清洗燃烧室。
按照本发明，还提出了一种用于运行汽车内燃机的控制装置，其中，该控制装置具有用于实施上述方法的装置。
按照本发明，还提出了一种汽车的内燃机，其中，该内燃机具有用于实施上述方法的装置。
本发明的特别大的优点在于，在内燃机整个寿命期间，可以以简单方式保持燃烧室没有沉积，因此始终给出良好燃烧的最佳条件。
另外的优点在于，通过喷水降低燃烧温度并因此相应地使Nox排放更少。此外，借助由于高温而在燃烧室内汽化的水的水蒸气压力，改善内燃机的热力学效率。
本发明的其它优点由下面对实施例的说明结合以下措施给出。
有利的是，引入爆震燃烧和/或添加清洗液到所吸入的燃烧空气中来清洗燃烧室。
有利的是，在预定的时间上执行清洗燃烧室的措施。
有利的是，清洗燃烧室的措施被一直执行，直到在燃烧室内不再识别出沉积。
有利的是，清洗燃烧室的措施、尤其是爆震调节仅仅被实施这样长的时间，即它不会造成对内燃机的损害。
有利的是，清洗燃烧室的措施应预防性地以预定的时间间隔在预定的时间上被执行。
有利的是，它应用于柴油内燃机中。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进一步说明。
图1示出了带有控制装置的内燃机的示意图，
图2示出了本发明方法的流程图，
图3示出了具有一个控制装置和一个可将水或一种任意的其它清洗液添加入吸入的燃烧空气的装置的内燃机示意图。
具体实施方式
图1示出了内燃机1，在该内燃机中，一个活塞2可在一个汽缸3内往复移动。汽缸3设有一个燃烧室4，一个进气管6和一个排气管7通过阀5与该燃烧室连接。此外，一个可由信号TI控制的喷射阀8和一个可由信号ZW控制的火花塞9与该燃烧室4相连。在此，信号TI和ZW由一个控制装置16传递给喷射阀8及火花塞9。
进气管6设有一个空气质量(流量)传感器10，排气管7设有一个λ传感器11。空气质量传感器10测得输送到进气管6内的新鲜空气质量并依此产生一个信号LM。λ传感器11测得排气管7内废气的氧含量并依此产生一个信号λ。空气质量传感器10和λ传感器11的信号被输送到控制装置16。
进气管6内设有一个节气门12，它的旋转状态可借助信号DK调节。
在内燃机1的第一运行方式、即分层运行中，节气门12被大大打开。燃料在由活塞2形成的压缩阶段由喷射阀8喷入燃烧室4。然后，燃料借助火花塞9被点火，活塞2在接着的工作阶段通过被点火的燃料的膨胀而被驱动。
在内燃机1的第二运行方式、即均质运行中，节气门12依照所希望的、输送的空气质量被部分地打开或关闭。燃料在由活塞2形成的进气阶段由喷射阀8喷入燃烧室4。通过同时被吸入的空气，喷入的燃料被涡旋并因此基本上均匀地分布在燃烧室4内。此后，燃料/空气混合物在压缩阶段被压缩，以便由火花塞9点火。活塞2通过被点火的燃料的膨胀被驱动。
在分层运行以及在均质运行中，受驱动的活塞将曲轴14带入旋转运动，借此，最后驱动汽车车轮。曲轴14上设有一个齿轮16，它的齿由一个直接设在对面的转数传感器15扫描。转数传感器15产生一个信号，根据它求得曲轴14的转数N并将该信号发送给控制装置16。
在分层运行和均质运行中由喷射阀8喷入燃烧室的燃料量由控制装置16尤其是在考虑低燃料消耗和/或低有害物质产生条件下控制和/或调节。为此目的，控制装置16设有一个微处理器，它在存储介质、尤其是在只读存储器(ROM)中存储了一个程序，该程序适合于执行内燃机1的总控制和/或调节。
控制装置16被输入输入信号，它们是由传感器测得的内燃机运行参数。例如，控制装置16与空气质量传感器10、λ传感器11和转数传感器15相连。此外，控制装置16与一个油门踏板传感器17相连，它产生一个信号FP，说明可由驾驶者操纵的油门踏板的位置并因此说明驾驶者所要求的力矩。控制装置16产生输出信号，借助它们通过执行机构可根据所希望的控制和/或调节影响内燃机1的性能。例如，控制装置16与喷射阀8、火花塞9、节气门12相连并产生控制它们所要求的信号TI、ZW和DK。
图2示出了本发明的尤其是用于直接喷射汽油的内燃机的方法流程图。
在图2所示步骤215中，汽缸均衡配置调节的有效性被询问，该步骤例如以未公开的德国专利申请DE 100 09 065.6中描述的对汽缸均衡调节进行效果监测的方法为基础。这里所用的输入数据由转数传感器15提供给控制装置16，该控制装置以它为基础进行单个汽缸转矩量值的控制和适配。在此，由控制装置16改变例如喷入的燃料量(TI)、点火时刻(ZW)、废气再循环比率(图2中未示出)或喷射状态(TI)。
在方法开始后，在步骤210中检查是否出现分层运行。只要没出现分层运行，询问就继续进行。相反，当出现分层运行时，在步骤215中，检查是否存在效果监测的故障信号。如果是这种情况，即汽缸均衡调节无效，则直接过渡到步骤250，该步骤后面还将详细描述。因此可直接推断出积碳。如果在步骤215中证实，汽缸均衡调节的效果监测没有产生故障信号，则在步骤220中检查，在分层运行方式中是否出现燃烧中断。如果不能确定燃烧中断，则跳回到步骤210。相反，如果判断出燃烧中断，则在步骤230中借助控制装置16从分层运行方式转换到均匀运行方式。
与在步骤220中一样，在步骤240中在均匀运行方式下检查，是否出现燃烧中断。如果不能确定燃烧中断，则在步骤250中由此推断出，喷射阀积碳，或者说在喷射阀上已形成沉积。
喷射阀上的沉积可导致，损害在汽油直接喷射中重要的射束制备。虽然近似相同的燃料量喷入燃烧室4，但是射束形状或射束导向会由于沉积而被改变。这尤其在分层运行中有负面作用，因为，在点火时刻，在紧邻火花塞9的周围没有可点燃的空气/燃料云，由此出现燃烧中断，甚至根本不再燃烧。在均匀运行中，喷射阀8的稍微积碳的干扰作用小，因为此时燃烧不是主要依赖于所喷射燃料的射束导向。燃料在此前已在进气阶段被喷射，由此，用来均匀分布的时间足够。
在步骤260中，开始实施去除喷射阀8上沉积的措施。作为对图2中所示方法结尾的一种替换，也可在步骤260后跳回到步骤210，以便检查，清洗燃烧室的措施是否有效。这种选择由虚线表示出。
作为去除沉积的措施，例如可促成爆震燃烧。对采用爆震燃烧运行的内燃机的试验表明，这些内燃机具有很清洁的燃烧室。这种效果在本发明中被利用。
这归因于，通过爆震燃烧形成压力波动，它与正常的压力分布叠加。通过附外的压力波动，产生强烈的高频震荡，由此，燃烧室4内并且尤其是在喷射阀8的喷嘴上的沉积可被去除。爆震燃烧必须在时间上被限制，以避免损坏内燃机1。
与爆震燃烧相结合或作为独立的方法，也可将水或任意一种其它清洗液添加到吸入的燃烧空气中，由此可获得和爆震燃烧中近似一样的清洗效果。通过对内燃机进行的使水通过一个不密闭的缸盖密封件灌入或另外喷入燃烧室4的试验表明，这些内燃机总是具有特别清洁的燃烧室。该效应在本发明中被利用。
在完成燃烧室清洗后，又转换到分层运行，以检验内燃机1是否没有中断地运行。如果又有中断被确定，则可以重新开始该方法。
为避免燃烧室内出现沉积，也可预先考虑在预定的时间间隔内进行爆震燃烧和/或向空气中加水。
如果在步骤240中既使在均质运行中也判断出燃烧中断，则在步骤270开始另一诊断方法。在这种情况下，燃烧中断不能再仅仅归因于喷射阀喷嘴上的沉积。例如，燃烧中断也可能由于不再受控打开的喷射阀8或有缺陷的火花塞9造成。在这种情况下，不能完全判断出喷射阀8的积碳。无论如何，燃烧中断的原因必须通过其它诊断方法进一步加以确定。相应地将故障存储在一个故障存储器中，有助于以后的修复工作，以便完成准确的诊断。
图3示出了内燃机1，和图1中已经示出的一样，它具有一个控制装置16，并具有一个可以将水或一种任意的其它清洗液添加到空气中的装置。为简化起见，相同的部件采用了和图1中相同的参考标号。
此外，内燃机1上还设有一个水容器18。在该水容器18上设有一个阀19，它可由控制装置16控制。阀19与一个喷嘴20相连。借助喷嘴20，在操作阀19时水可以直接到达进气管6内。
当例如由控制装置16判定出喷射阀8上有沉积时，则产生一个信号WA，阀19借此被控制或被打开。由于在进气管6内通常具有的负压，水在阀19打开时从水容器18通过阀19和喷嘴20导入进气管6中。进气管6内的水在内燃机1的下一个进气过程中进入燃烧室4。水在那里与喷射过程中进入燃烧室4的空气和燃料混合。由于燃烧室4内的高温，水立刻蒸发并有助于清洗燃烧室。
尽管作为实施例选择说明了汽油直接喷射(BDE)的内燃机，但是，完全可以将所述方法以略微调整的方式用于其它的内燃机，如柴油—内燃机或采用进气管喷油(SRE)的内燃机。
本发明方法的一种特殊实施形式是，以计算机程序形式借助程序编码装置实现。这样的计算机程序可储存在一存储介质、如CD-ROM或EPROM上，并且使得，当计算机程序在一个控制装置(或者说一般在一个任意的计算机)中运行时，本发明的方法步骤被引入，用于燃烧室清洗。这类产品的制造商可通过这种方式简单地将产品提供给用户。

Claims (13)

1.运行汽车内燃机(1)的方法，其中，燃料被送入一个燃烧室(4)内并在那里燃烧，其特征是，通过汽缸均衡调节的效果监测，推断出燃烧室(4)内的沉积并且随后采取措施来清洗燃烧室(4)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，它用于运行汽车的直接喷射式内燃机(1)，其中，燃料在第一运行方式下在压缩阶段或者在第二运行方式下在进气阶段借助喷射阀(8)被直接喷射到内燃机(1)的燃烧室(4)内，并且其中，连续地进行带效果监测的汽缸均衡调节和/或中断识别，当出现效果监测的故障信号时，则推断出喷射阀积碳，或当内燃机(1)在第一运行方式下运行期间识别出中断时，接着被转换到第二运行方式下，并且当在第二运行方式下没有出现中断时，则推断出在喷射阀(8)的喷嘴上有沉积，或者喷射阀(8)积碳。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征是，引入爆震燃烧和/或添加清洗液到所吸入的燃烧空气中来清洗燃烧室(4)。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征是，使用水作为清洗液。
5.按照权利要求1或3所述的方法，其特征是，在预定的时间上执行清洗燃烧室(4)的措施。
6.按照权利要求1或3所述的方法，其特征是，清洗燃烧室(4)的措施被执行到在燃烧室(4)内没有沉积再被识别出为止。
7.按照权利要求1或3所述的方法，其特征是，清洗燃烧室(4)的措施被实施的时间长度，以不造成对内燃机(1)的损害为原则来确定。
8.按照权利要求1或3所述的方法，其特征是，清洗燃烧室(4)的措施应预防性地以预定的时间间隔在预定的时间上被执行。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征是，它应用于柴油内燃机中。
10.按照权利要求7所述的方法，其特征是，所述清洗燃烧室的措施是爆震燃烧。
11.按照权利要求2至4之一所述的方法，其特征是，所述第一运行方式为分层运行，所述第二运行方式为均质运行。
12.用于运行汽车内燃机(1)的控制装置，其特征是，具有用于实施权利要求1至11中一项所述方法的装置。
13.汽车的内燃机(1)，其特征是，具有用于实施权利要求1至11中一项所述方法的装置。
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