CN1367862A - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents
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Abstract
描述一种特别是用于汽车的内燃机(1),其设置有一个燃烧室(4),空气可通过节气门(11)吸入该燃烧室中,燃料可以以第一种运行方式在吸气阶段中或以第二种运行方式在压缩阶段中直接由一个喷射阀(9)喷入燃烧室(4)中并被一个火花塞(10)点燃。空气－燃料混合物可通过一个油箱排气装置(15,16,17)输送给燃烧室(4)。通过控制器(18)这样控制和/或调节内燃机(1),使得在第二种运行方式中,通过节气门(11)和通过油箱排气装置(15,16,17)向燃烧室(4)中吸入稀薄的空气－燃料混合物,并且,借助于附加喷入燃烧室(4)中并被点燃的燃料将该稀薄的空气－燃料混合物点燃。
Description
现有技术
本发明涉及一种用于运行内燃机、特别是汽车内燃机的方法，其中，空气通过一个节流装置、特别是一个节气门被吸入燃烧室。燃料以第一种运行方式在吸气阶段中或以第二种运行方式在压缩阶段中直接喷入燃烧室中并被点燃。并且，空气-燃料混合物通过一个油箱排气装置吸入燃烧室。本发明同时涉及用于特别是汽车内燃机的控制器以及特别是汽车的内燃机。
一种这类型的方法、这类型的内燃机和这类型的控制器例如从所谓的汽油直接喷射中已知。其中，燃料以均匀工作方式在吸气阶段期间或者以分层工作方式在压缩阶段期间喷入内燃机的燃烧室内。均匀工作方式优选为内燃机的满负荷运行设置，而分层工作方式适合于怠速运行和部分负荷运行。在这类型的直喷内燃机中例如根据所希望的所要求的转矩在所述运行方式之间转换。
在均匀工作方式中可通过一个油箱排气装置将空气-燃料混合物输送至燃烧室。由于通过节气门吸入的空气和在吸气阶段中直接喷入燃烧室的燃料直至点燃前均匀地形成涡流，在燃烧室内形成均匀的混合物。因此，燃烧室内的空气-燃料混合物的λ可以通过一个λ调节器被控制和/或调节到一个额定值。
用这种方式可通过一个这样的油箱排气装置在均匀工作方式中使吸附了燃料的活性炭过滤器再脱附。在燃料箱中蒸发的燃料由此可以通过油箱排气装置加以利用。然而这种脱附需要相当长的持续时间，其结果是，内燃机只在短时间内以节油的分层工作方式运行。
在分层工作方式中存在下述危险，通过节气门和油箱排气装置附加吸入的空气-燃料混合物由于其燃料成分少而未被点燃，以致未燃烧的燃料排放到大气中。
本发明的任务是，提供一种用于运行内燃机的方法，利用该方法可达到油耗尽可能小，同时，排放到大气中的未燃烧燃料尽可能少。
按照本发明，对于开头所述类型的方法，该任务的解决方案是，在第二种运行方式中，通过一个节气门并通过一个油箱排气装置将稀薄的空气-燃料混合物吸入燃烧室，借助于附加喷入燃烧室中并被点燃的燃料将该稀薄的空气-燃料混合物点燃。对于开头所述类型的内燃机和控制器，该任务根据本发明同样地解决。
通过在分层工作方式中附加喷入并被点燃的燃料产生所谓的火焰点火。它点燃通过节气门和通过油箱排气阀吸入的稀薄的空气-燃料混合物。
在此，通过节气门和油箱排气装置吸入的空气-燃料混合物应尽可能稀薄。这种触发火花不要求易燃性。但同时，该空气-燃料混合物应这样浓，使其被火焰点燃后彻底燃烧。为此相应调整节气门和油箱排气阀。
活性炭过滤器的吸附程度可通过短时的试验排气以及通过其对废气λ的影响推算出。在此，试验排气应尽可能在均匀工作方式下进行，因为在此时可以最准确地测定废气的λ。
考虑内燃机的效率，将节气量调整得尽可能小。有时必须使油箱排气阀和活性炭过滤器的尺寸比通常大，以便能够输送必要的燃料量。由于同样原因，排气也是从活性炭过滤器的一定填满水平时起才有意义。
因此，开创了这样的可能性，即，不仅在均匀工作方式中起用油箱排气装置，在分层工作方式中也起用油箱排气装置。在此，通过油箱排气装置输入的空气-燃料混合物的完全燃烧由附加直接喷入并被点燃的燃料量来保证。因此不产生会危害环境的未燃烧燃料。
同时，内燃机在分层工作方式时的效率可通过由油箱排气装置附加输入的空气-燃料混合物改善。分层工作方式可以由于通过油箱排气装置附加吸入空气-燃料混合物而被用于产生较大的力矩。因此较少必须转换成耗费燃料的均匀工作方式。
同样，通过油箱排气装置的运行，在分层工作方式时也可以达到，整个油箱排气装置效率更高并且可以比迄今有更多的蒸发燃料被输送供燃烧。这样在减少有害物质产生的同时进一步节省了燃料。
可以理解，按照本发明在分层工作方式中起用油箱排气装置可以与已知的在均匀工作方式中起用油箱排气装置相组合。
在本发明的一种有利方案中，喷入的总燃料量由在通过油箱排气装置吸入的稀薄空气-燃料混合物中所包含的燃料量和附加喷入的燃料量组成。
特别有益的是，附加喷入的燃料量根据总共喷入的燃料量并根据在通过油箱排气装置吸入的稀薄空气-燃料混合物中所包含的燃料量推算出。
因此可以保证，内燃机所产生的力矩可以通过控制器准确地控制和/或调节到所希望的力矩。在此，控制器一方面考虑由空气-燃料混合物所产生的力矩，同样也考虑由直接喷入的燃料量所产生的力矩。
在本发明的一种有利扩展方案中，如果稀薄的空气-燃料混合物可独自点燃，则不喷射附加的燃料。这表示内燃机的只通过油箱排气装置实现的、均匀的稀薄混合气运行。
此时内燃机的效率虽然比分层工作方式时差，但在均匀的稀薄混合气运行中可以实现活性炭过滤器的再生，而不需转换成效率更差的λ＝1运行状态。这在例如较长时间在很小负荷和高的环境温度下运行并且活性炭过滤器有溢出的危险时是特别有益的，因为在这种情况下，在无节流的分层工作方式中由于附加产生力矩而不可能有油箱排气。
另一种可能是，在用火焰点火的分层工作方式中，节气门和油箱排气阀只部分地开启从而转变为节流的运行方式。
但由于上述两种可能性都比不节流的分层工作方式差，因此应当只在所述的例外情况下才使用它们。
在此特别有益的是，为了影响所产生的力矩，油箱排气装置和/或节气门被节流。由此可防止内燃机产生的力矩升高到超出驾驶员所希望的力矩。
另外一种可能，即活性炭过滤器迅速再生，在均匀工作方式中在NOx存储催化器的清理阶段中产生。在该清理阶段中应在λ＝1的状态下行驶。这时可借助于油箱排气装置的燃料实现加浓。在此附加通过喷射阀产生的空气-燃料混合物甚至可以是稀薄的。
特别有意义的是，本发明方法以一种控制元件的形式实现，该控制元件为内燃机、特别是汽车内燃机的控制器设置。其中在该控制元件上存储了一个程序，该程序可以在一计算装置上、特别是在一个微处理器上运行，并且适合于实施本发明方法。在这种情况下，本发明通过一个存储在该控制元件上的程序实现，使得设有该程序的该控制元件与该程序适合于实施的该方法以相同的方式体现本发明。作为控制元件特别是可以使用一种电气存储介质，例如一个只读存储器或一个快速存储器。
本发明的其它特征、使用可能性和优点由下面对本发明实施例的描述中得出，这些实施例见附图所示。在此，说明或描述的所有特征单独或以任意组合形式构成本发明的主题，不取决于在权利要求书中对它们的概括或其引用关系，并且不取决于在说明书及附图中对其的撰写及描述。
唯一的附图示出本发明内燃机的一个实施例。
在附图中示出一个汽车的内燃机1，其中，一个活塞2可以在一个汽缸3内往复运动。汽缸3设置有一个燃烧室4，它此外通过活塞2、至少一个进气门5和至少一个排气门6限制边界。一个进气管7与进气门5连接，一个排气管8与排气门6连接。
在进气门5和排气门6的区域内一个喷射阀9和一个火花塞10伸入燃烧室4中。通过该喷射阀9可以将燃料喷入燃烧室4中。利用该火花塞10可以将燃烧室4中的燃料点燃。
在进气管7中安装有一个可转动的节气门11，通过它可以向进气管7输入空气。送入的空气量取决于节气门11的角度位置。在排气管8中安装有一个催化器12，该催化器用于净化由于燃料燃烧所产生的废气。
活塞2由于燃烧室4中的燃料燃烧而被推动往复运动，这种运动被传递给一个在此未示出的曲轴并在其上作用一个转矩。
一个废气回流管13连接排气管8和进气管7。在该废气回流管13中装有一个废气回流阀14。总体以此方式实现废气再循环。废气再循环可以、但不是必须强制地设置。
一个活性炭过滤器15通过一个油箱排气管16与进气管7连接。在油箱排气管16中装有一个油箱排气阀17。活性炭过滤器15与一个燃料箱对应设置。从该燃料箱中蒸发的燃料被吸纳到活性炭过滤器15中并被中间存储。在油箱排气阀17打开的情况下，中间存储的燃料可通过油箱排气管16吸入进气管7中。总体以此方式实现油箱排气装置。
一个控制器18被供给输入信号19，输入信号19描述借助传感器测得的内燃机1的运行参数。控制器18例如与一个空气量传感器，一个λ传感器，一个转速传感器和类似传感器连接。此外，控制器18与一个加速踏板传感器连接，该加速踏板传感器产生一个信号，该信号给出可由驾驶员操作的加速踏板的位置并从而给出所要求的转矩。控制器18产生输出信号20，借助这些输出信号可以通过执行元件或执行器影响内燃机1的性能。控制器18例如与喷射阀9、火花塞10、节气门11、油箱排气阀17和类似件连接，并且产生为了它们的控制所要求的信号。
此外，控制器18为此设置，即，用于控制和/或调节内燃机1的运行参数。例如，由喷射阀9喷入燃烧室4中的燃料量特别是针对燃料消耗量小和/或产生的有害物质少而被控制器18控制和/或调节。为此目的，控制器18配置有一个微处理器，该微处理器在一个存储介质中、特别是在一个快速存储器中存储了一个程序，该程序适合于进行所述的控制和/或调节。
在第一种运行方式中，即内燃机1的均匀工作方式，节气门11根据所希望的转矩部分地开启或关闭。燃料在由活塞2引起的吸入阶段中被喷射阀9喷入燃烧室4中。通过同时由节气门11吸入的空气，喷入的燃料形成涡流并从而基本均匀地被分配到燃烧室4内。之后，燃料/空气混合物在压缩阶段中被压缩，以便然后被火花塞10点燃。由于被点燃的燃料的膨胀，活塞2被驱动。在均匀工作方式中，所产生的转矩此外取决于节气门11的位置。考虑少量产生有害物质，尽可能将燃料/空气混合物调整到λ等于1。
在该第一种运行方式中，可以开启油箱排气阀17，从而可以补充直接喷入的燃料量而从活性炭过滤器15向燃烧室4中吸入空气-燃料混合物。被吸入的空气-燃料混合物中所含的燃料量可由控制器18通过λ的变化推算出并从而在确定直接喷入的燃料量时加以考虑，而λ的变化λ传感器探测。
在第二种运行方式中，即内燃机1的所谓分层工作方式，节气门11宽阔地开启。燃料在一个由活塞2引起的压缩阶段中被喷射阀9喷入燃烧室4内，确切地说局部地在火花塞10的最接近的周围以及在时间上隔开一个适当的距离在点火时刻之前。然后借助火花塞10点燃燃料，从而活塞2在接下来的工作阶段中由于被点燃的燃料膨胀而被驱动。在分层工作方式中所产生的转矩很大程度上取决于喷入的燃料量。分层工作方式基本上是为内燃机1的怠速运行和部分负荷运行设置的。
最好在第一种运行方式中、但也有时在第二种运行方式中，一直重复检查活性炭过滤器15的吸附状态。为此，将油箱排气阀17短时开启并借助λ传感器探测由此而引起的λ的变化，由此可由控制器18推算出可作为空气-燃料混合物从活性炭过滤器15中吸入的燃料量。
如果活性炭过滤器15超出规定的吸附状态，则油箱排气阀17开启。同时节气门11被这样控制，使得总的通过油箱排气阀17和节气门11向燃烧室4中吸入稀薄的空气-燃料混合物。该稀薄的空气-燃料混合物很均匀地分布在燃烧室4中。这样存在于燃烧室4中的空气-燃料混合物可稀薄得以致其独自不能通过触发火花点燃。
然后通过喷射阀9向燃烧室4直接喷入一些附加的燃料量。这部分燃料量选择得尽可能小。该燃料量取决于在通过油箱排气阀17吸入的空气-燃料混合物中所包含的燃料量和由控制器18推算出的为产生所需力矩而要求的、要喷入或要输入的总燃料量。
通过喷射阀9附加直接喷入的燃料量被火花塞10点燃。即发生所谓的火焰点火，通过火焰点火就同样点燃了从活性炭过滤器15吸入燃烧室4中的稀薄的空气-燃料混合物。
因此，内燃机1产生的力矩包括由从活性炭过滤器15中吸入的稀薄的空气-燃料混合物所产生的力矩，以及包括由附加直接喷入燃烧室4中的那些燃料所产生的力矩。因此，所描述的内燃机1的运行方式可以在内燃机1要求的力矩大于由稀薄空气-燃料混合物所产生的力矩时才起用。
下面所描述的内燃机1的运行方式在效率方面的优越性低于前面描述的运行方式。因此，下述的运行方式只在由于作用在内燃机上的负荷很小和由于活性炭过滤器15被完全装满而不能执行前述运行方式时才采用。
如果内燃机1例如很长时间在很低的负荷下运行，而且如果活性炭过滤器15例如经过较长期处在较高温度下而有溢出的危险，那么，可以通过油箱通气阀17的一个相应位置，借助于油箱排气装置和通过节气门11吸入的空气，在燃烧室4中仅提供均匀的稀薄空气-燃料混合物。可能这些从活性炭过滤器15吸入燃烧室4内的稀薄空气-燃料混合物不需要附加直接喷入的燃料即可点燃。在这种情况下，则不附加喷入燃料，并且该空气-燃料混合物直接被火花塞10点燃。这是内燃机1的一种均匀的稀薄工作方式，它仅通过油箱排气装置实现。
如果在内燃机1的所述运行方式中产生的力矩比所要求的大，则可通过油箱排气阀17和/或节气门11的相应节流使产生的力矩降低到所希望的值。这是一种节流的火焰点火分层工作方式。这样可以可靠地避免产生不希望的过大力矩。
前面描述的油箱排气装置在分层工作方式中的起用可以与同样描述的油箱排气装置在均匀工作时方式中的起用组合。
油箱排气装置此外可以在均匀工作方式中在NOx存储催化器的清理阶段期间起用。在这种情况下，通过该附加的油箱排气装置在均匀工作方式期间达到空气-燃料混合物的加浓效果，它有助于NOx存储催化器的清理。
Claims (9)
1.用于运行内燃机(1)、特别是汽车内燃机的方法，其中空气通过一个节流装置、特别是通过一个节气门(11)吸入燃烧室(4)中，其中，燃料以第一种运行方式在吸气阶段中或以第二种运行方式在压缩阶段中直接由一个喷射阀(9)喷入燃烧室(4)中并被一个火花塞(10)点燃，并且，空气-燃料混合物通过一个油箱排气装置(15，16，17)吸入燃烧室(4)中，其特征在于，在第二种运行方式中，通过节气门(11)和通过油箱排气装置(15，16，17)向燃烧室(4)中吸入稀薄的空气-燃料混合物，并且，借助于附加喷入燃烧室(4)中并被点燃的燃料将所述稀薄的空气-燃料混合物点燃。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，总共喷入的燃料量由通过节气门(11)和通过油箱排气装置(15，16，17)吸入的稀薄的空气-燃料混合物中所包含的燃料量和附加喷入的燃料量组成。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，附加喷入的燃料量根据总共喷入的燃料量并根据在通过节气门(11)和通过油箱排气装置(15，16，17)吸入的稀薄的空气-燃料混合物中所包含的燃料量推算出。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，如果稀薄的空气-燃料混合物可独自点燃，则不喷入附加的燃料。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，为了影响所产生的力矩，油箱排气装置(17)和/或节气门(11)被节流。
6.按权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，可从油箱排气装置(15，16，17)吸入的燃料量被事先推算出。
7.控制元件，特别是快速存储器，用于特别是汽车的内燃机(1)的控制器(18)，在其中可存储一个程序，该程序可以在一个计算装置上、特别是在一个微处理器上运行，并且适合于实施按权利要求1至6之一所述的方法。
8.用于特别是汽车的内燃机(1)的控制器(18)，其中，内燃机(1)具有一个燃烧室(4)，空气可通过一个节气门(11)吸入该燃烧室中，燃料可以以第一种运行方式在吸气阶段中或以第二种运行方式在压缩阶段中直接由一个喷射阀(9)喷入该燃烧室中并被一个火花塞(10)点燃，空气-燃料混合物可通过一个油箱排气装置(15，16，17)吸入该燃烧室中，其特征在于，通过控制器(18)，在第二种运行方式中，稀薄的空气-燃料混合物可通过节气门(11)和通过油箱排气装置(15，16，17)吸入燃烧室(4)中，并且，通过控制器(18)，借助于附加喷入燃烧室(4)中并被点燃的燃料将所述稀薄的空气-燃料混合物点燃。
9.内燃机(1)，特别是用于汽车，具有一个燃烧室(4)，空气可通过一个节气门(11)吸入该燃烧室中，燃料可以以第一种运行方式在吸气阶段中或以第二种运行方式在压缩阶段中直接由一个喷射阀(9)喷入该燃烧室中并被一个火花塞(10)点燃，空气-燃料混合物可通过一个油箱排气装置(15，16，17)吸入该燃烧室中，并且具有一个控制器(18)，其特征在于，通过控制器(18)，在第二种运行方式中，稀薄的空气-燃料混合物可通过节气门(11)和通过油箱排气装置(15，16，17)吸入燃烧室(4)中，并且，通过控制器(18)，借助于附加喷入燃烧室(4)中并被点燃的燃料将所述稀薄的空气-燃料混合物点燃。
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