专利名称：运行内燃机的方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的运行内燃机的方 法。此外，本发明还涉及一种计算机程序和用于内燃机的控制设备。
背景技术：
已知内燃机，其具有称为HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition—预混合压缩点火)的运行方式，在这些内燃机中，将燃料直 接喷入燃烧室，并且-可和柴油原理相比较-实现自点火。在其他为外 源点火运行的内燃机中，特别是由于其减少油耗和减少排放的潜力大， 而采用这种HCCI燃烧方法。因为通常HCCI燃烧方法对已变化的边界条 件很敏感，例如环境温度、内燃机的阀门系统中的变化、环境压力、内 燃机的部件的老化等等，所以传统的HCCI燃烧方法规定用于气缸充气 使用比较大量的热的剩余气体，这些气体在内部或者外部废气再循环过 程中通过换气阀门的相应构造或者控制被引入到燃烧室中。通过这一措 施，在已公开的HCCI燃烧方法中达到足够高的气缸内部温度。这种温 度对燃烧过程的稳定性有积极的作用，并且使得燃烧或者点火成为可 能。在传统的HCCI燃烧方法中，由于气缸充气的较大剩余气体份额， 减少了相应气缸中新鲜空气的比例，这样位于气缸的燃烧室中的燃料空 气混合气的热特性变差，由此油耗也提高了。发明内容相应地本发明的任务是，将本文开头所述类型的方法作如下的改 进，使得在不损害燃烧稳定性的情况下能使油耗更小。根据本发明，在本文开头所述类型的方法中，通过下述办法完成这 一任务，即求出描述了处在燃烧室中的燃料空气混合气的燃烧稳定性特 征的特征参数；并且调节配属与燃烧室的气缸的剩余气体份额，特别是 将其最小化，其中，只要特征参数不低于可预定的稳定极限，优选迭代 渐进地(iterativ)减少剩余气体4分额。根据本发明形成的描述了燃烧或者其稳定性特征的特征参数，使得 影响燃料空气混合比例的参数被有针对性地最佳化，特别是剩余气体份 额的最佳化，优选地使它最小化，并且同时不损害燃烧的稳定性。这样以特别有效的方式，也使内燃机的基于HCCI燃烧方法的运行方式油耗 最佳化。根据本发明，有利地通过下述措施达到特别有效地降低油耗， 即只要所述特征参数不低于可预定的稳定极限，就减少剩余气体份额。 如果特征参数是根据内燃机的输出功，特别是每个工作循环的输出 功，以及特别是根据输出功的变化和/或根据输出功相对于由一定数量 工作循环的输出功所形成的平均值的变化被求出，就形成根据本发明的 方法的有利变型方案，用于得到特别精确描述燃烧稳定性特征的特征参 数。代替地或者补充地，也可有利地4艮据燃烧状况(Verbrennungs-lage)，特别是根据燃烧状况的变化来求出特征参数。内燃机的输出功与基于喷射的燃料量所期望的输出功的商，也可有 利地用作描述燃烧稳定性特征的特征参数，或者用于形成特征参数。此外，根据本发明，可通过下述措施得到用于燃烧稳定性的特征参 数的特别有说服力的数值，即根据前面已测取的未完全燃烧和/或燃烧 断火，特别是根据其次数来求出特征参数。根据本发明，可有利地根据大量的传感器信号或者这些信号的组合 来形成特征参数，特别是根据气缸内部压力传感器信号和/或离子流传 感器信号和/或爆震传感器信号和/或曲轴角度传感器信号形成特征参 数。如已说明过的那样，根据本发明有利地通过下述措施可特别有效地 降低油耗，即只要特征参数不低于可预定的稳定极限，就减小剩余气体 份额。优选地采用一种迭代渐进的方法，完成根据本发明地减小剩余气 体份额，在这种方法中，只要特征参数还未达到或者还不低于可预定的 稳定极限，则在多个循环中降低剩余气体份额，降低幅度分别为一个可 预定的步距。相应地当达到或者低于稳定极限时，可以相应地又提高剩余气体份 额，提高幅度为可预定的步距，以保证燃烧的足够稳定性。根据本发明，用于提高或者减小剩余气体份额的步距是根据特征参 数本身和/或根据内燃机的其它运行参数形成的，这样，特别是也可根 据实际测取的内燃机的运行状态，使剩余气体份额特别能精确地接近于 可能的最小数值。优选地通过相应地控制内燃机的换气阀，来调节根据本发明的应调 节的剩余气体份额。例如在采用具有负的阀重叠的阀门方案时，可通过下述措施提高气缸充气时的剩余气体份额-关闭排气阀和打开进气阀的控制时间对称地朝着换气循环 (GW0T)中上死点的方向推移，-排气阀28的打开时间位置，但不是持续时间，朝GW0T方向推移， 而同时保持进气阀的控制时间。除了调节剩余气体份额以外，也可设想根据特征参数调节喷射到燃 烧室中的燃料量，或者一般专业技术人员已知的影响燃料空气混合比的 其他内燃机参数，特别是燃料系统的参数。为了使油耗最小化，类似于 调节剩余气体份额地改变这些参数，直到根据本发明的特征参数达到相 应的稳定极限。也可设想在同时考虑多个参数时实现多元最佳化。以计算机程序的形式实现根据本发明的方法具有特别的意义，该计 算机程序可以在控制设备的计算机或者计算单元中运行，并且适合于执 行本方法。例如该计算机程序可存储在电子存储介质中，其中，例如存 储介质本身可包括在控制设备中。在下述说明中得到本发明的其它优点、特征和细节情况。在下述说 明中，借助附图对本发明的不同实施例进行了说明。在这种情况中，在 权利要求和在说明书中提到的特征，无论是单个的或者任何组合对于本 发明都是重要的。
这些附图是图l本发明所述内燃机的示意图，图2本发明所述方法的第一实施方式的简化流程图。
具体实施方式
在图1中，用附图标记10表示整个内燃才几。该内燃机优选地用于 驱动未示出的汽车。内燃机IO包括多个气缸，其中在图1中示例地示 出具有燃烧室12和活塞14的气缸。活塞14和曲轴16连接。燃烧用空 气通过进气阀18和进气通道20到达燃烧室12。进气通道20具有用于
调节新鲜空气质量流的节气阀22。该新鲜空气质量流通过进气通道20 被输送到燃烧室12。燃料通过喷射器24直接喷入到燃烧室12中。喷射器在它那侧由高 压燃料系统26提供燃料。与一种进气管喷射相比，将燃料直接喷射到 燃烧室12中的做法，实现更加有针对性地影响内燃机10的基于HCCI 的运4亍方式成。热的燃烧废气从燃烧室12经过排气阀28和排气通道30被排出。 进气阀18由可调节的凸轮轴32操作，而排气阀28由可调节的凸轮轴 34操作。替代可调节的凸轮轴32、 34，也可有利地在内燃机10中使用一种 全变化的阀门控制装置(未示出)，以便在影响换气过程时，能利用最 大数量的自由度。内燃机10的使用者通过操作加速踏板36表示一种扭矩愿望。由下 面简称为控制设备的控制调节装置38来控制和调节内燃机10的运行。 此外该控制调节装置还处理由加速踏板36提供的信号。此外，控制设 备38还得到曲轴角麾传感器或者转速传感器40的信号以及热膜空气质 量(HFM)传感器42的信号，其中曲轴角度传感器或者转速传感器40 传感器测取曲轴16的曲轴角度或者转速，而热膜空气质量(HFM)传感 器42测取通过进气通道20流入的空气质量，并且控制设备38还得到 气缸内压传感器44的信号，该气缸内压传感器测取燃烧室12中的压 力。此外，为了调节内燃机10的运行点，还对喷射器24和节气阀22 进行控制。也通过控制设备38的相应信号来影响进气凸轮轴32和排气 凸轮轴34的位置或者全变化的阀门控制装置的状态。涉及本发明，因为只有内燃机10的均匀自燃运行(HCCI)是重要 的，所以在此未示出其它对于建立在外源点火原理基础上的内燃机10 的运行方式所必需的火花塞。在根据本发明所讨论的HCCI燃烧方法中，由喷射器24喷射到燃烧 室12中的燃料，是根据封闭在燃烧室12中的燃料空气混合气的温度升 高自行点燃的。这种温度升高是在气缸的压缩冲程过程中，在压缩燃料 空气混合气时产生的。为了实施内燃机10的特别省油的运行，随后实施参考在图2中所
示的流程图所说明的方法。在该方法中，求出描述处在燃烧室12中的 空气燃料混合气的燃烧稳定性的特征参数，并且根据这个特征参数，对 内燃机1G的运行进行控制。根据本发明，在第一步骤100中求出所述特征参数。 优选地根据内燃机10的输出功求出特征参数，其中，特别是考虑 输出功的变化和/或相对于输出功的平均值的变化，以便能得出关于内 燃机10的输出功的时间变化的推断，并由此得出关于燃烧室12中的燃 烧稳定性的推断。用于形成本发明所述特征参数的另 一标准是燃烧状况 或者燃烧状况的变化，这一标准或者可以单独地使用，或者可以同前述 内燃机10的输出功相组合地使用。有关燃烧状况的信息有利地特别是 可从表示了内燃机10的曲轴16的转速的曲轴角度信号或者转速信号中 得到，或者是可直接从气缸内压的时间变化中得到，这种气缸内压可通 过气缸内压传感器44 (图1 )得到。此外，根据本发明，可以根据内燃机10的输出功与基于喷入的燃料量所期待的输出功的商来求出特征参数。此外也可以根据前面测取的不完全燃烧和/或燃烧断火，特别是根据它们的次数求出特征参数。也可设想，将用于形成特征参数的上述方法进行组合。除了分析气缸内压传感器44或者曲轴角度传感器或者转速传感器 40的信号外，特别是也可分析在图1中未示出的离子流传感器和/或爆 震传感器或者类似传感器的信号。根据本发明的方法，优选迭代渐进地减小在燃烧室12中存在的剩 余气体份额，以便尽可能稀薄地并且因此节油地使内燃机10运行。在 这种迭代渐进地减小剩余气体份额的框架内-由内燃机10的传统HCCI 运行为出发-逐步地减少剩余气体份额，直到使在本实施例中在步骤 100 (图2)中求得的特征参数达到可预定的稳定极限。当在根据本发明的方法的步骤100中首先求出特征参数以后，在根 据本发明的方法的下步骤110中，对该特征参数进行分析，特别是针对 是否达到或者低于可预定的稳定极限。只要从步骤IOO求出的特征参数 推出如下结论，即在不损害内燃机10的运行稳定性的情况下，可以继 续减小剩余气体份额，则紧接着在方法步骤120中相应地减小剩余气体 份额，减小幅度为可预定的步距。优选为在图1中所示的内燃机10的
气缸的随后工作冲程减小剩余气体份额，其中，用于减小剩余气体份额的步距优选地根据特征参数和/或根据内燃机10的其它运行参数进行选择。这样，有利地使实际设定的剩余气体份额特别精确地接近于为内燃机10稳定运行所最小必需的剩余气体份额。此外，通过这一措施也有利地提高本发明所述方法的稳定性。只要在步骤110中对本发明所述特征参数的分析得出这样的结论，即该特征参数已经达到或者甚至低于可预定的稳定极限，则根据本发明 不再减小剩余气体份额。反而有利地为气缸的随后的工作冲程提高剩余气体份额，以重新建立或者保证内燃机10的稳定运行。以技术人员熟知的方式，通过内燃机10的控制设备38,通过相应 地控制进气凸轮轴32和排气凸轮轴34或者替代地使用的全变化的阀门 控制系统来调节剩余气体份额。在采用具有例如负阀重叠的阀门控制装置时，特别是可通过下述措 施减少剩余气体份额-排气阀28的关闭时间点和进气阀18的打开时间点对称地朝换气 循环(GWOT)的上死点方向推移，-排气阀28的打开时间位置一但不是持续时间_朝GWOT方向推 移，而保持进气阀18的控制时间。相应地可通过倒转的做法，或者通过其它的技术人员熟知的措施， 来调节更高的剩余气体份额。来选择用于减:、或者增大剩余气体份^的步:，由此还可更加精确地:周 节出内燃机10的燃料最佳的并且仍然稳定的运行。因为本发明所述运行方法以及特别是在这其中所进行的改变剩余 气体份额的做法，通常也改变燃烧的其它特征，例如燃烧状况和效率，出功的相应控制和调节方法组合运用。通常在使用根据本发明的特征参数时，所有对于技术人员来说都熟 知的用于在气缸充气时调节剩余气体份额的方法都可使用，以保证内燃 机10的燃料最佳和虽然如此仍稳定运行。除了上面作为示例说明的调节剩余气体份额的做法外，也可设想根 据行性参数来调节喷入到燃烧室12中的燃料量，或者内燃机的通常对
于技术人员来说熟知的其他影响燃料空气混合比例的参数。为了使油耗 最小化，与调节剩余气体份额相类似地改变一些参数，直到本发明所述 的特征参数达到相应的稳定极限。为了实施上述根据本发明的方法，控制设备38可以具有相应的计算 单元，例如微控制器或者配属有电子存储介质的数字信号处理器，该存 储介质包括用于实现本发明所述方法的计算机程序。
权利要求
1.运行以奥托原理工作的内燃机(10)的方法，在这种方法中，燃料特别是汽油直接喷射到燃烧室(12)中，并且通过自燃点火，其特征在于，求出描述了处于燃烧室(12)中的燃料空气混合气的燃烧稳定性特征的特征参数；并且根据该特征参数对配属于燃烧室(12)的气缸的剩余气体份额进行调节，特别是使其最小化，其中只要所述特征参数不低于可预定的稳定极限，就优选地迭代渐进地减小剩余气体份额。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据内燃机(10) 的输出功，特别是根据输出功的变化和/或根据输出功相对于输出功的 平均值的变化求出所述特征参数。
3. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据燃 烧状况，特别是根据燃烧状况的变化求出所述特征参数。
4. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据内 燃机(10)的输出功与基于喷射的燃料量所期望的输出功的商来求出所 述特征参数。
5. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据前 面已测取的未完全燃烧和/或燃烧断火，特别是根据其次数求出所述特 征参数。
6. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据气 缸内压传感器(44)和/或离子流传感器和/或爆震传感器和/或曲轴角 度传感器(40)的信号求出所述特征参数。
7. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，调节一 个或者多个其它影响空气燃料比的参数，特别是燃料系统的参数。
8. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，只要所 述特征参数低于可预定的稳定极限，就提高剩余气体份额。
9. 按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，改变所 述剩余气体份额，其改变幅度为与所述特征参数和/或与内燃机UO) 的其它运行参数有关的步距。
10. 按照前述4又利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过相 应地控制内燃机(10)的换气阀(18、 28)来调节剩余气体份额。
11. 计算机程序，其特征在于，其用于实施按照权利要求1至10 中任一项所述的方法。
12.用于内燃机(IO)的控制设备(38),其特征在于，该控制设 备用于实施按照权利要求1至10中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种运行以奥托原理工作的内燃机(10)的方法，在这种方法中，燃料特别是汽油直接喷射到燃烧室(12)中，并且通过自燃点火。根据本发明，求出描述了处于燃烧室(12)中的燃料空气混合气的燃烧稳定性特征的特征参数；并且根据该特征参数对配属于燃烧室(12)的气缸的剩余气体份额进行调节，特别是使其最小化，其中只要所述特征参数不低于可预定的稳定极限，就优选地迭代渐进地减小剩余气体份额。
文档编号F02D45/00GK101210523SQ200710305410
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月26日 优先权日2006年12月27日
发明者C·绍尔, J·黑林, R·卡雷尔迈耶, W·费希尔 申请人:罗伯特.博世有限公司