用于运行具有内燃机的车辆的方法与流程

文档序号:11195175
用于运行具有内燃机的车辆的方法与流程

本发明基于一种用于运行具有内燃机的车辆的方法。



背景技术:

从DE 39 28 611 A1中例如已知一种具有将水喷射燃烧室中的内燃机。



技术实现要素:

发明优势

用于运行带有内燃机的车辆的根据本发明的方法相应与此具有的优点在于,在内燃机中(在其中,在第一运行模式中,仅燃料被加入到燃烧室中,并且在第二运行模式中,将燃料和水加入到燃烧室中),连续地求取两个不同的运行模式的燃料消耗的差。此差然后被用于触发在该车辆中的至少一个另外的过程。这样能够以匹配至相应的燃料消耗或消耗优势的方式而使用不同的运行策略。

通过优选实施例和其它实施例的特征得到了另外的优点和改进方案。通过从测量中推导出燃料消耗,会改善所述两个运行模式的燃料消耗的差的确定的准确性。作为备选方案,自然也能够计算两个值,但是其中,测量是优选的,因为它比计算更加准确。对于为求取该差所必需的计算能够尤其考虑把使得冷却的燃料加入到在所述内燃机的较大的热加载的运行状态中的燃烧室中的影响。在较大的热加载的运行状态中,尤其在带有全负荷的较长的运行中,必要的是,喷入过剩的燃料,以便冷却该马达。由此,通过这种额外的燃料,在不带有水喷射的运行中的燃料消耗相对于带有水喷射的运行显著提高。还能够考虑基于水加入的所述内燃机的效率改善。通过借助于水加入的额外的冷却,减小了爆震倾向,并且由此将点火角移动到改善效率的范围中是可行的。同样,在计算在两个不同的运行模式之间的燃料消耗的差时,考虑此效果。通过考虑用于水的储箱的填充程度,能够实现有意义的运行策略。尤其,在储箱的填充程度较小时,能够触发另外的过程。这点还能够额外地依赖于用于燃料的储箱的填充程度。如果用于水的储箱的填充程度较小,则尤其能够使得切换到第二运行模式中依赖于所述差的阈值。这具有的优点在于,水喷射就仅还在这样的运行区域中进行:在其中,所述差尤其高,也即,对于每个所喷射的水量,节省了尤其大量的燃料。还能够实现对车辆的驾驶员的消息:再次填注水,其中,对于该驾驶员还额外地提供了信息:该驾驶员在过去通过所述水加入已经节省了多少量的燃料。这点提高了驾驶员的积极性:再次填注用于水的储箱。

附图说明

图示:

图1至3是用于将燃料和水加入到内燃机的燃烧室中的系统的不同的构造方案,

图4是差计算的概况视图,

图5是基于在热学上必需的冷却的差计算的具体情况,并且

图6是内燃机的改善效率的冷却的差计算的具体情况。

图7是把所计算的燃料差用于控制所述内燃机的示意。

具体实施方式

在图1中示意示出了带有缸体10的内燃机。在该缸体10中通过活塞100定义了燃烧室101。给该缸体10或燃烧室101通过进料管11提供了用于燃烧的空气,并且通过燃料喷射器13提供了用于在缸体10中燃烧的燃料。在此产生的废气通过排气管12从所述缸体10导走。在这里,它指的是在图1中仅示意展示的常见的汽油马达或者柴油马达。尤其,未示出另外的控制元件,例如空气输入阀和废气排出阀、用于影响通过所述进料管11的空气流的器件(例如节气门)、火花塞或者引火塞和常见的汽油马达和柴油马达的其它元件,因为它们对于本发明的理解不重要。此外,在图1中示出了将水喷射到进料管11中的水喷射部。该水喷射部包括水储箱2,该水储箱通过连接线路5与电泵1相连。通过所述连接线路5能够使得水从所述储箱2中向着电泵1流动或由电泵1从所述储箱中向外吸取。所述电泵1的侧部(该侧部经过连接线路5与所述水储箱2相连)在下文中称为输进部。此外,所述电泵1具有高压输出端,该高压输出端经过所述连接线路5与水轨3相连。所述水轨3指的是蓄水器,该蓄水器能够利用水由电泵填充并且利用压力来加载。尤其,在喷射到所述进料管中时,压力相对较低,从而所述水轨3也能够构造为简单的软管或者构造为软管分配器。所述水轨3然后经过一个另外的连接线路5与水喷射器4相连,该水喷射器汇接到所述进料管11中。在储箱2中的水由此经过输进部被提供给电泵1,并且在该泵1的高压输出端处、带有经提高的压力可供使用。此水然后被暂存在水轨3中,直到它通过所述水喷射器4的相应的口部而喷射到所述进料管11中。

在所述水轨3处也能够联接多个水喷射器4,该水喷射器利用水来供应多个缸体10。这尤其在多缸马达(正如它们当今在机动车中常见的那样)中是这样的构造方案:利用该构造方案使得每个缸体各自地能够利用被协调至该缸体的水量来供应。

通过将水喷射到所述进料管11中,在所述缸体10的燃烧室101中,连同通过所述燃料喷射器13所喷射的燃料,产生空气、燃料和水的混合物。通过在柴油马达中的相应的点火(要么通过火花塞要么通过自行点火程序),于是在所述缸体10的燃烧室中实现了燃料-空气混合物的燃烧。通过被包含在此空气燃料混合物中的水,实现了在缸体10中的燃烧室101的有效的冷却,从而降低燃烧温度并且在汽油马达的应用中减小爆震倾向。经此,经优化的点火时刻是可能的,该点火时刻在积极方面作用到所述汽油马达的效率或能耗上。在所述汽油马达和柴油马达中,也还能够减小有害废气的产生。因此,将水加入到燃烧室中是一种措施,利用该措施能够在积极方面影响在所述缸体10的燃烧室中的燃烧的品质。通过此措施,能够在积极方面影响废气的品质以及缸体10的热负荷、功率以及燃料需求。

在图2中同样示出了具有将水喷射到所述缸体10的燃烧室中的水喷射部的马达。利用附图标记10、11、12、13、1、2、3、4、5、100、101再次指代与在图1中相同的对象。但是,不同于图1,水喷射器4不会如此布置:即,它汇接在所述进料管11中,而是直接汇接在所述缸体10的燃烧室101中。相比于喷射到所述进料管中,将水直接喷射到所述缸体10的燃烧室中需要明显更大的压力。对于将水喷射到所述进料管11中,几个少量的bar的水压力是足够的。因为喷射到所述缸体10的燃烧室中能够此时进行:即当所述空气输入阀已经向着所述进料管11的方向闭合并且所述缸体位于压缩阶段中时,则对于将水喷射到燃烧室中能够需要显著更大的高达200 bar的数量级的压力。因此,在所述水轨3中必须存储带有显著更大的压力的水以便实现直接喷射到所述缸体10的燃烧室中。对此,在电泵1的后方设置了高压泵6。所述高压泵6的输进部经过连接线路5与所述电泵1的高压输出端相连。所述高压泵6的高压输出端经过连接线路5与所述水轨3相连。从而建立了一种装置,在其中,产生了足够高的压力,以便实现将水径直直接地喷射到所述马达的燃烧室中。

在图3中示出了带有水喷射系统的马达的一个另外的形式。利用附图标记1、2、3、4、5、10、11、12、13、100、101再次指代与在图1中相同的对象。此外,在图3中还示出了带有燃料箱21的燃料供应系统,该燃料箱经过连接线路5与前置泵22相连。

前置泵22经过连接线路5与高压泵6相连。高压泵6然后经过连接线路5与轨3相连。所述高压泵6在这里具有两个输进接头,其中,一个输进接头与电泵1(通过该电泵来泵送水)相连,并且高压泵6的另一个输进部与所述燃料预供送泵22相连。高压泵6泵送两种介质,并且在其高压输出端处提供了具有对于直接喷射到所述燃烧室中合适的压力的所述两种液体的乳浊液。因为燃料和水一般不会混合,则给水添加乳化剂,从而通过水和燃料的混合能够导致构造燃料和水的乳浊液。这种乳浊液然后在轨3中以相应高的压力进行存储并且通过喷射器4直接喷射到所述缸体10的燃烧室101中。由此,通过所述喷射器4将燃料和水同时喷射到所述燃烧室101中。

具有水喷射的内燃机的另外的变体方案同样可行并且通过在图1-3中所示的马达的变型得到。例如,燃料喷射到进料管中也能够利用同样将水喷射到进料管中要不然直接喷射到所述缸体中来进行。作为另外的变体方案,能够使用燃料到进料管中以及缸体中的双重的喷射。在多缸马达中,对于水喷射,能够仅设置单个的缸体、尤其较大的热加载的缸体。

在图4中,概况地,展示了用于计算在第一和第二运行模式中的燃料消耗的差的方法步骤。第一运行模式指的是这样的运行模式:在其中,仅燃料加入到按照图1至3的内燃机的燃烧室101中。第二运行模式指的是这样的运行模式:在其中,燃料和水加入到所述内燃机的燃烧室101中。通过概念:水喷射和水加入来说明相同的内容,因为水加入一般地通过借助于阀进行的喷射来进行。通过将水连同燃料加入到燃烧室中,实现了在燃烧室101中的燃烧的冷却。这种冷却能够一方面被需要用于防护内燃机免受过高的温度(在热学上所需的冷却),要不然被用于在所述燃烧室中的燃烧过程的效率改善。

内燃机的防护尤其在较大的热加载的运行阶段、例如较长的满负荷运行中是必要的。因此,在传统的内燃机中,进行所谓的满负荷加浓,也即,在所述燃烧室中的燃料空气比在传统的马达中向着较大程度的燃料过剩移动,从而相比于通过所加入的空气实际上能够燃烧的燃料,更多的燃料位于所述燃烧室中。这种额外的燃料促成燃烧室的冷却并且因此是用于减小在所述燃烧室中的燃烧温度的合适的措施。如果取代所述附加量的燃料而在这些运行阶段中喷射水,则能够达到相同的冷却效果,从而,正如在传统的马达中那样,不再需要所需的满负荷加浓。由此,在这些较大的热加载的运行阶段中,燃料的一部分能够直接被水取代,而这点不会与内燃机的功率损失相联系。由此,这种效果直接得到了燃料节省,因为取代所述燃料,将水加入到所述燃烧室中。

此外,将水加入到所述燃烧室中也在其它的在热学上没有如此大的热加载的运行阶段中促成了燃烧的冷却并且与之相连地促成了所述热力学的效率的提高。这种效果尤其表现在于,能够更好地选择所述燃烧的重心,因为尤其移动了边界,该边界通常必须通过在所述马达中的爆震式的燃烧来考虑。通过将水加入到所述燃烧室101中,能够由此选择带有经改善的效率的最佳的点火角。因为从而提高了所述内燃机的效率,则也实现了燃料节省,因为利用较小的燃料量实现了所述内燃机的相同的输出功率。

此时,概要地在图4中展示了这两个效果。在图5中,展示了求取基于取代所述满负荷加浓的所述消耗优势的具体情况,并且在图6中展示了通过所述水喷射而进行的效率改善的具体情况。

在图4中示意展示了求取在燃烧室中仅带有燃料的第一运行模式和在燃烧室中带有燃料和水的第二运行模式之间的燃料消耗的差。在第一工艺步骤401中,求取内燃机的运行参数,例如负荷、转速和必要时求取燃料空气比(拉姆达)。这些运行参数通过所述内燃机的实时的运行状态和车辆的驾驶员的输入来得到。这样所求取的运行参数表现为对于后续的求取框402、403和405的输入值。在框402中,在较大的热加载的运行状态(在其中,必须进行满负荷加浓)期间,在额外将水加入到所述燃烧室中的前提条件下,计算所述燃料量。在所述工艺步骤403中,在所述运行状态期间(在其中,必须进行满负荷加浓),在没有将水加入到所述燃烧室中的情况中,求取燃料质量。分别根据所述内燃机恰好位于哪个运行状态中,则在所述框402和403中仅基于理论上的值来进行所述计算之一,而其它的计算框额外地还能够以在所述内燃机处的实时的测量值为依据。这样所确定的值然后被提供给后续的计算框404,该计算框形成了所述两个燃料量的差,其中,此份额唯独回引到所述满负荷加浓的避免上。此外,在所述步骤405和后续步骤中,基于效率的改善实现了计算燃料差。由此,在步骤405中,推导出了等价的马达负荷,也即通过将水加入到所述燃烧室中或者不将水加入到所述燃烧室中而进行的马达负荷的改变。然后,在跟随其后的步骤406中,形成了相对于实时的马达负荷的差,并且在步骤407中,求取所述燃料量的通过马达负荷的这种改变所实现的差。在后续的步骤408中,所述燃料质量的在步骤404和407中所求取的差被累加为所述燃料量的总差。步骤409跟随所述步骤408,在该步骤409中,所述燃料量通过总计而转化为单位时间的燃料量。在跟随其后的步骤410中,从单位时间的这种燃料量中,能够结合所驶过的路段来求取单位路段的燃料量或者单位燃料量的路段。从中于是能够在后续的步骤411中求取在百分比中或者在每100km升中的燃料节省,要不然求取所述车辆的有效行程的改善。在所述步骤408至411中所求取的差中的每个差能够被用于控制在所述车辆中的过程。

在图5中还一次地示出了基于所需的满负荷加浓的燃料量求取的差的具体情况,或者恰好示出了通过水喷射进行的满负荷加浓的消失。在第一步骤501中,识别内燃机的运行点:在其中,需要满负荷加浓。对此,求取运行点,例如负荷、转速、马达温度、燃料品质、空气密度和另外的参数,并且从而确定的是,所述内燃机的实时的运行点要求额外的冷却。步骤504和步骤508跟随所述步骤501,在该步骤504中,求取在带有水加入时的燃料量,并且在该步骤508中,求取在没有将水加入到所述燃烧室101的情况中的所述燃料量或所述燃料消耗。分别根据是否水喷射可行,则此求取途径之一能够纯计算地进行,而其它的求取途径能够以实时的运行状态和尤其所述内燃机的传感器的测量值为依据。在步骤504中,在带有水喷射时的单位时间燃料量从内燃机的运行参数中进行计算,并且从中在步骤505中进行计算单位路段的燃料量或者单位燃料量的路段。在步骤508中,实现了在不带有水加入的运行中的单位时间燃料量的相同的计算,并且在步骤509中进行计算单位路段的燃料量或者单位燃料量的路段。这种值一般高于在步骤504或505中所求取的值。步骤504的和步骤508或505和509的结果在步骤510中从彼此得出,并且从而求取通过带有水加入的运行的所述燃料量的差或者燃料节省。步骤510由此对应于图4的步骤404。

在图6中展示了基于通过水加入的效率改善的燃料节省的计算的具体情况。在步骤601中,对此,识别所述内燃机的运行点,在该运行点中,通过水喷射能够进行效率改善。例如,在空转运行中,没有效率改善能够通过水喷射来进行,因为在此运行中,需要燃料的特定的最小量,以便维持住燃烧并且因此不期望通过水喷射进行效率改善。当这样的运行点(在其中,借助于将水加入到所述燃烧室101中能够获得效率改善)时,在所述步骤601上跟随着下述的步骤:在步骤602至604中,实现了在带有水喷射的运行中的求取,并且在步骤605至607中实现了在不带有水加入的情况中的求取。在步骤602中,首先求取这样的点火时刻:在该点火时刻处,通过在火花塞处的点火火花来启动燃烧。然后,在所述点火时刻的这种求取上跟随着在步骤603中求取点火角效率,然后从中在步骤604中对于这种带有水加入的运行来计算经建模的马达力矩。在步骤605中实现了在不带有水加入时的点火时刻的计算,在步骤606中实现了计算从中得到了点火角效率,并且在步骤607中从中计算对于不带有水加入的运行的经建模的马达力矩。这些计算步骤602至604或605至607要么指的是完全的模型计算要么却考虑了用于这些计算的内燃机的传感器的实际的测量值。

如果考虑到了内燃机的所测量的传感器值,则此求取被称为“测量的”求取,并且如果所述计算仅基于建模,则此计算称为“理论上的”求取。分别根据是否实现了带有或不带有水加入的运行,则就测量地求取或者纯理论地建模这些计算的一个或者另一个分支。在步骤602至607中的所述求取的结果被使用作为用于所述计算框611的另外的求取的输入值。在此,分别按照运行状态,对于计算框611使用不同的输入参数。在图6中展示了这样的状态:这时带有水喷射的运行是可行的。在该情况中,在带有水加入时的经建模的马达力矩和在不带有水喷射时的点火角效率用作用于框611的输入值,所述马达力矩已经被在步骤604中求取,所述点火角效率已经被在步骤606中求取。如果对于不带有水喷射的运行应该实现相同的计算,则用于框611的输入参量会是来自框607的在不带有水加入时的经建模的马达力矩和来自框603的在带有水喷射时的点火角效率。在在图6中所示的示例中,在框611中,通过在带有水加入时的经建模的马达力矩与在不带有水加入时的点火角效率的比较,计算了等价运行点,利用该等价运行点来达到等价的力矩。这种等价的马达力矩然后在框612中被换算为等价的马达负荷,该马达负荷然后在步骤613中被求取到在带有水加入时的马达负荷和在步骤612中所求取的等价马达负荷的差中。然后,所述马达负荷的这种差在跟随其后的步骤614中被换算为所述燃料质量的差。然后,相应地,在步骤615中将所述燃料质量的差换算为燃料节省,或在步骤616中换算为单位时间的消耗优势或者按百分比的消耗优势或者在每100km升中的消耗优势。在框616中已经求取到的这种值由此对应于图4的框407。由此,通过这种计算求取的是,基于内燃机的由于水喷射进行的经改善的效率而得到了多少燃料节省。

在图6中,还将内燃机的功率改善作为另外的计算来计算。对此,在带有水加入时的马达力矩(步骤604)和在不带有水加入时的马达力矩(步骤607)在步骤608中彼此比较。在步骤609中将所述马达力矩的这种差换算为相应的功率差,然后这在后续的步骤610中作为功率差换算为千瓦或者实时功率的百分比。由此,用于通过水喷射进行的功率改善的值或用于基于缺少的水喷射进行的功率变差的值可供使用。能够给带有相应的内燃机的车辆的驾驶员如此地展示:用于水喷射的水储箱的规律的填注得到了多少燃料节省或多少功率改善,或由于耽误所述水喷射的水储箱的填注而不会实现燃料消耗的多少提高或多少功率损失。能够从而提高具有带有可能水喷射的内燃机的车辆的驾驶员对于规律地填注所述水储箱的积极性。

此时,在图7中展示了把所计算的燃料差用于控制所述内燃机。在第一步骤701中,首先实现燃料量的差的读取或燃料消耗的差的读取或者在特定的时间段上总计的燃料差或所述燃料消耗的差的读取。在所述步骤701上跟随着步骤702,在该步骤702中,求取用于将水喷射到燃烧室101中的用于水的储箱的储箱液位和必要时额外地求取在所述车辆中的燃料箱的液位。在所述步骤702上然后跟随着步骤703,在该步骤703中,这样所求取的值被用于控制车辆,尤其用于触发在车辆中的过程。

在所述步骤703中,尤其得到了在用于水喷射的用于水的储箱中的余料较小时对于车辆的控制的优点。如果用于水喷射的储箱完全填充,则(每当带有水喷射的运行可行和有意义时)也实现这种水喷射。如果该储箱对于水喷射而言是空的,则不能够实现水喷射,并且因此仅实现不带有水喷射的运行。在这两个情况中,进行计算所述差是仅为了告知驾驶员、尤其给该驾驶员展示:通过水喷射的可用性或者不可用性(基于用于水的储箱是满的或空的)得到了多少节省或者多少更多消耗。

尤其是当在用于水的储箱中的余料大概不足以在水的下一次填注之前连续地实现带有水喷射的运行时,得到了优化。为了预言:是否在用于水的储箱中的水量不再足以连续地实现所述带有水喷射的运行,尤其考虑所述燃料箱的填充程度。通常期待的是,车辆的驾驶员同时实施所述燃料箱和水储箱的填注,尤其是当在燃料箱中的过小的液位强迫他补充加料时。因为虽然在不带有水喷射的情况中的机动车的运行是可能的,但并非不带有燃料,认为的是,当燃料箱的补充填充也是必要的时,才进行用于水的储箱的补充填充。如果基于所述燃料箱的填充程度而不期待所述水储箱的填充状态足以实现带有水喷射的连续的运行,则应该达成的保护措施是,优化水消耗。对此,例如能够设置的是,水喷射就仅还在这样的运行状态中实现:在其中,通过所述水喷射所实现的燃料节省尤其大。对此,依赖于在用于水的储箱中的水的剩余量,定义了用于燃料差的阈值,在该阈值中才实现了从不带有水喷射的运行模式切换到带有水喷射的运行模式中。由此,能够实现这样一种运行:其在水的剩余量较小的情况下依然还实现了燃料的尽可能小的消耗。

作为备选方案,也能够实现这样一种运行:其导致尤其干净的废气。正如已经对于图5所实施的那样,满负荷加浓要求将额外的燃料喷射到燃烧室中,该燃料然后不被完全燃烧地输出给周边环境。因此,此废气被视为尤其有害,至少比这样的废气更加有害:其是通过经提高的消耗但是是在燃料的完全燃烧的情况中产生的。因此,在用于喷射的水储箱中的剩余液位较小时,能够设置的是,此喷射就仅还使用在这样的运行状态中:在其中,必须进行满负荷加浓。能够从而改善废气的品质。

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