专利名称：实施进气管喷射的方法
技术领域：
本发明涉及一种用来实施进气管喷射的方法和装置。
背景技术：
为了降低4冲程汽油发动机的消耗，应用了所谓的“Downsizing (小型化)”，也就 是说，在性能参数(典型的是转矩和/或功率)不变的情况下减少汽缸工作容积。为了不 改变功率，要么借助由曲轴驱动的压缩机或废气涡轮增压机来提高最大转速，要么提高汽 缸的相对的空气充气量。在后面所述的情况下，较低转速范围内的转矩无力是已知的。通常，为使流体机械 匹配于发动机需要折衷，因为较低转速范围内的转矩与类似功率级的自吸式发动机的转矩 是不同的。如果空气质量流量在运转过程中达到了一定的数值，所述数值与流体机械的布 局和构造有关，则足以构建增压压力，从而把转矩带到自吸式发动机的水平。所述转矩无力应该克服，其中其它的目标值(如低排放及运行安静)也应该实现。 迄今的开发和研究工作已经表明，通过所谓的“扫气(Scavenging) ”可为上述的转矩无力实 现成本划算的解决方案。在扫气方法(它是指除气方法)中规定，按照汽缸的数量并按照弯管、吸气侧和气 门传动机构的布局，在燃烧循环的720°的曲轴角内具有时间间隔，在此期间排气背压低于 吸管压力。如果在所述时间间隔期间同时打开进气阀和排气阀，这被称之为所谓的阀门重 叠，则新鲜空气会通过汽缸的燃烧室流动。所述流动将剩余的废气从燃烧室中扫走，从而提 高空气充气量。所述措施的效果是按期望地提高转矩。此外，还可明显地改善内燃机的动 力。扫气效应的缺点是，通过进入阀流入的新鲜空气的一部分马上进入排气歧管，而 没有参与燃烧。这一事实例如在3路催化器中对于废气清洁具有效果，因此只能局部地实 现转换。如果不是新鲜空气，而是化学计算的混合物用于穿流，则在排气歧管存在着来自燃 烧、新鲜空气、蒸发的燃料的废气构成的混合物。催化器只能不充分地转换这个由不同气体 构成的混合物。在化学计算的转换的情况下，还会产生发热，这会严重损坏催化器，至少会 明显地缩短它的使用寿命。这一挑战的解决方案是，将扫气和所谓的汽油直喷结合起来。所述技术允许实现 这样的喷射策略，即它避免未烧尽的、混有空气的燃料输入排气歧管中。但是，在上述组合 中使用由现有技术已知的装置会增加成本。汽油直喷技术或BDE技术通常需要高质量的、 用于高压喷射的元件，典型的是公差很紧的高压泵、高压导管、压力控制器、喷射阀等。对于BDE技术来说，成本划算的备选方案是，应用传统的进气管喷射(SRE)，但它 在实际形式中不能避免未烧尽的碳氢化合物的传输。在一般情况下，在进气管喷射技术(后面称为SRE技术)中，在进气阀打开之前， 燃料不再喷入用于提供传递的进气通道中，因此在进气通道中构成壁膜。所述壁膜在进气 阀下次开启时破裂。因此，还可使具有良好性能的燃料_空气混合物均质化。并且减少了排放，并减少了催化器的损害。因而可以遵守规定的废气标准。通过同时应用位于前面的喷射和扫气效应，在SRE技术中存在着这样的危险，即 由废气、新鲜空气、未烧尽的蒸发的燃料构成的混合物会直接进入排气歧管中，这会增加排 放。对于所述SRE特有的问题来说，迄今已经公开了多个不同的解决方案，并在此示 例性地陈述。文献JP 2005/083285A涉及一种用涡轮增压机装载的汽油发动机以及它的阀门 控制时间。此处所使用的阀门系统对于电动机的每个汽缸都包含两个进气阀和两个排气 阀，它们分别具有所属的进气通道。例如借助进气凸轮之间可变化的偏差，每个汽缸的所述 进气阀都时间错开地开启。所述时间错开在构造上是确定的且前后一致地不可变化。为了 能应用扫气效应，进气阀和排气阀的重叠是必需的。因此文献JP2005/083285规定了一种 装置(例如所谓的“可变化的阀门控制器，它在发动机运转过程中允许改变进气侧的开启 时间，因此可自由选择进气阀和排气阀的重叠。燃料借助唯一的喷射阀喷入进气通道中，第 一进气阀也位于该处。所述第一进气阀开启得比第二进气阀更迟，因此第一进气阀和排气 阀没有显现出重叠。如果第二进气阀和排气阀的开启状态是重叠的，且燃料在第一进气阀 这一侧上以预储量(Vorlagerimg)进行喷射，而所述燃料没有以未烧尽的形式进入排气歧 管的危险，则扫气效应因此应用在第二进气阀这一侧上。由于这种构造，可为电动机应用所 提及的扫气效应，而不会提高碳氢化合物的排放。文献JP 2005/180285A描述了相类的系统，它涉及一种控制器，用于借助增压涡 轮机强制吸氧的内燃机。在此也可规定涡轮之间的偏差，用来操纵两个进气阀，但每个进气 通道都配备了喷射阀，因此每个汽缸都具有两个喷射阀。为了把阀门重叠调整到进气侧上， 同样使用可变化的阀门控制器。如果想应用扫气效应，则只需在侧面上喷射预储的燃料，无
需阀门重叠。
发明内容
在这种背景下，介绍了一种具有独立权利要求的特征的方法和装置。由从属的专 利权利要求和描述得出本发明的其它构造方案。在实现具有进气管喷射的发动机(SRE发动机)时，相应地在下述发动机中，即进 气管喷射或燃料到进入通道或进气通道中的喷射是在进气阀之前进行的，通过应用扫气效 应，本发明可以提高转矩。同时，本发明应该可以将未烧尽的碳氢化合物降至最低，因此避 免催化器由于放热上升而明显加重的负载。另外在本发明中还规定了喷射策略，其中在出口或排气阀关闭(“出口关闭”)之 后开始喷射，并在入口或进气阀关闭(“入口关闭”)之前结束喷射或结束喷射时间。本发明可应用在所有的汽油发动机中，与其几何形状或形式(例如直列3缸、直列 4缸、V6汽缸、V8汽缸)无关，它们可支持扫气效应。为了能在如所述短的时间内喷入所需的燃料量，需要调整燃料系统或相应的燃料 装置。在此，可通过构造方面的措施来提高喷射阀的稳态的质量流Qstat。喷射压力也可提 高，因此可在喷射过程中实现明显更大更稳态的质量流。为了在空转时也只沉积少量的燃 料量，而不会到喷射阀的非线性区域中，系统压力在运转时应在约3至约9bar之间变化。为此，可应用一种调节燃料压力的系统(例如按需控制供油)。通常可使用各种喷射系统或各种喷射装置，它能够缩短喷射时间，使得在本发明 框架中规定的喷射策略可用来执行本发明。为了让在喷射时间中喷入的燃料量可完全烧尽，可通过构造方面的措施(例如， 把喷射阀定位在进气通道中，设置进气通道)来确保，来自燃料的飞沫与进气通道的尽可 能小的面积相接触。从而避免出现预储量效应(Vorlagerimgseffekt)，并避免已喷入的燃 料的一部分在下一次循环时未烧尽地进入燃烧室中，并因此进入排气歧管。所述装置构造得可实施介绍的方法的所有步骤。在此，所述方法的单个步骤也可 由所述装置的单个部件来实施。此外，所述装置的功能或所述装置的单个部件的功能都可 作为本方法的步骤来实现。此外，本方法的步骤可作为所述装置的单个部件或整个装置的 功能来实现。从描述和附图中得出本发明的其它优点和构造方案。应这样来理解，即上面所述的以及下面将阐述的特征不仅能以各自说明的组合来 应用，而且也能以其它的组合或独自地应用，而不会离开本发明的框架。
图1在示意图中示出了已申请专利的SRE内燃机的细节，它应用了扫气效应。当 扫气效应开始起作用时，位于旁边的图表示出了所用的喷射策略。图2在示意图中示出了同样的内燃机。当不再应用扫气效应时，位于旁边的图表 示出了所用的喷射策略。图3示出了内燃机的第一实施例的细节，并示出了喷射策略的第一实施例的图 表，在首次转化按本发明的方法时应用所述喷射策略。图4示出了内燃机的第二实施例的细节，并示出了喷射策略的第二实施例的图 表，如何在按本发明的方法的第二实施例中应用所述喷射策略。图5在示意图中示出了内燃机的第三实施例的细节，并示出了喷射策略的第三实 施例的图表，在按本发明的方法的第三实施例中应用所述喷射策略。
具体实施例方式借助附图中的实施例示意性地描述了本发明，并在下面参照附图进行详细地阐 述。这些附图的描述是连续且综合性的，相同的参考标记表示相同的部件。图1和2分别在示意图中示出了内燃机2的细节，它应用了已申请专利的方案，用 来在SRE技术中应用扫气效应。根据所述方案的描述，可与此处公开的发明进行比较。内燃机2包含燃烧室4，所述燃烧室4通过第一进气阀6、第二进气阀8分别与进 气通道10、12相连。此外，燃烧室4与两个排气阀14、16相连。每个进气通道10、12都配 备了喷射阀18、20。进气阀6、8的控制是通过凸轮轴实现的，偏置的凸轮安装在所述凸轮轴 上，所述凸轮在运转过程中时间错开地操纵这两个进气阀6、8。在运转过程中，借助阀门控 制器可改变进气控制时间。图1和2的两个图表包含垂直定位的轴线22，内燃机2的部件的状态沿着所述轴线22表示在水平定位的时间轴线23上。在借助图1所述的运转状态下，扫气效应开始起作用。图1在图表中示出了第一 排气阀14的开启时间24、第二排气阀16的开启时间26、第一进气阀6的开启时间28、第二 进气阀8的开启时间30以及第二喷射阀20的喷射时间32。在内燃机2运转时，排气阀14、16通过所属的排气凸轮轴进行加载，并为了实现它 们的开启时间24、26而同时开启并同时关闭。进气阀6、8通过进气凸轮进行加载，所述进 气凸轮是时间错开地工作。在这种情况下，第一进气阀6的开启时间28分别在第二进气阀 8的开启时间30之前开始和结束。还如图1的图表所示，在第一进气阀6和第一排气阀14上出现阀门重叠，其中第 一进气阀6和第一排气阀14同时开启。如同已提及的一样，在此处所述的情况下内燃机2 在扫气模式下进行驱动。第二喷射喷嘴20的喷射时间32延伸到所有进气阀6、8和所有排 气阀14、16的开启时间上。借助图2描述了内燃机1的第二运行情况。如图2的图表所示，两个进气阀6、8的 开启时间28、30在时间上是错开的。相反，排气阀24、26的开启时间是同步的。此外，与借 助图1所示的运行情况不同的是，排气阀14、16的开启时间24、26和进气阀6、8的开启时 间28、30不会出现阀门重叠。图2的图表还补充地示出了第一喷射阀18的第一喷射时间 34和第二喷射阀20的喷射时间36。喷射阀18、20的喷射时间34、36在此只与排气阀14、 16的开始时间24、26重叠。相应地，内燃机2在这种运行情况下没有应用扫气效应。图1和2示出了，相对于传统的内燃机需要做出哪些改变，以便能应用扫气效应， 而不会引起排放的上升。其它的附图描述了公开的、与之竞争的发明。图3在示意图中示出了具有燃烧室42或汽缸的第一内燃机40的细节，所述燃烧 室42或汽缸在进气侧上可借助第一进气阀44和第二进气阀46开启和关闭。所述燃烧室 42在排气侧上可借助第一排气阀48和第二排气阀50开启和关闭。此外，第一进气阀44构 成朝向第一进气通道52的过渡区，所述进气通道52配备了喷射阀54。第二进气通道56通 过第二进气阀46与燃烧室42相连。在图3中补充地示意性地示出了控制器57的实施例。对于此处详细示出的内燃机40的燃烧室42来说，实施了进气管喷射。这意味着， 通过进气通道52、56引过空气。通过喷射阀54，燃料额外地喷入第一进气通道52中，因此 在所述第一进气通道52中形成燃料-空气混合物。所述燃料_空气混合物在第一进气阀 44打开之后进入燃烧室42中，并在它里面燃烧。图3的图表包含垂直定位的轴线58，内燃机40的部件的运行状态沿着所述轴线 58表示在水平定位的时间轴线60上。在此规定，两个排气阀48、50在第一时间点62( \)开启。还在第一排气阀48的 开启时间64以及第二排气阀50的开启时间65的过程中，第一进气阀44和第二进气阀46 在第二时间点68(Τ2)开启。在第三时间点70(Τ3)关闭这两个排气阀48、50。相应地，进气 阀44、46的开启时间72、74在它们的开始时是同步的。在第四时间点76(Τ4)规定，打开喷 射阀54，因此喷射阀54的喷射时间78在第四时间点76 (T4)开始。喷射阀54的喷射时间 78在第五时间点80 (T5)随喷射结束而结束。下面，在第六时间点82 (T6)设定进气阀42、46 的开启时间72、74的结束。在内燃机90的第二实施例的在图4中示意示出的细节中，示出了燃烧室92，它通过第一进气阀94与第一进气通道96相连，并通过第二进气阀98与第二进气通道100相 连。此外，内燃机92通过第一排气阀102和第二排气阀104来开启和关闭。内燃机90的 喷射阀106在两个进气通道96、100之间设置在中央，因此可通过所述喷射阀106同时把燃 料喷入两个进气通道96、100中。通过喷射阀106喷入的燃料在进气通道96、100中与空气 混合，所述空气在燃烧室92或汽缸的方向上输入进气通道96、100的内部。相应地，对于燃 烧室90的第二实施例来说，也实施了进气管喷射。此外，图4在示意图中示出了控制器11 的其它实施例。如图3的图表所示的相似，沿着竖直定位的轴线58并通过水平定位的时间轴线 60，在图4的图表中描述了内燃机50在它的时间进程中的运行状态。在此规定，两个排气阀102、104的开启时间108、110在第一时间点112 (T1)开始。 进气阀94、98的开启时间116、118在第二时间点IH(T2)已经开始了。排气阀102、104的 开启时间108、110在第三时间点117(T3)结束。喷射阀106的喷射时间120在第四时间点 119 (T4)开始。在图4的图表中，为这两个进气通道96、110示出了两次喷射时间120，因为 燃料借助所述喷射阀106同时喷入两个进气通道96、100中。喷射阀106的喷射时间120 在第五时间点122 (T5)结束。进气阀94、98的开启时间116、118在第六时间点124 (T6)结 束ο在内燃机130的第三实施例的在图5中示意示出的细节中，示出了燃烧室132，它 通过进气阀134与进气通道136相连。此外，燃烧室132通过排气阀138来开启和关闭。内 燃机130还包含从属于进气通道136的喷射阀140。在此同样示意性地描述了控制器141 的实施例。对于内燃机130的第三实施例来说，也实施了进气管喷射，其中通过进气通道136 传输的空气与通过喷射喷嘴140喷入的燃料混合在一起。在此产生的燃料_空气混合物通 过进气阀134输入燃料腔132中，并在它里面燃料。由于燃烧所述燃料_空气混合物所产 生的废气通过排气阀138从燃烧室132中排出。如图3和4的图表所示的相似，图5的图表包含竖直定位的轴线58和水平定位的 时间轴线60。在图5的图表中，描述了排气阀138的开启时间142、进气阀134的开启时间144 以及喷射阀140的喷射时间146。详细地规定了，排气阀138的开启时间142在第一时间点 148 (T1)开启。进气阀134的开启时间144在第二时间点150 (T2)开始。排气阀138的开启 时间142在第三时间点152 (T3)结束。喷射阀140的喷射时间146在第四时间点154 (T4) 开始，其中所述喷射时间146在第五时间点146 (T5)结束。进气阀134的开启时间144在 第六时间点158 (T6)结束。如同借助图3和4所述的本发明的实施例一样，排气阀138和进气阀134在第二 时间点150和第四时间点154之间同时开启，从而产生阀门重叠，并因此还产生扫气效应。所有在图3、4和5中示出的三个实施例具有共性，即在至少一个排气阀48、50、 102、104、138的开启时间64、66、108、110、142结束之后，并因此在所述至少一个排气阀48、 50、102、104、138关闭之后，开始喷射阀54、106、140的喷射时间78、120、146。此外还规定， 在至少一个进气阀44、46、94、98、134的开启时间72、74、116、118、144结束之前，结束喷射 阀 54、106、140 的喷射时间 78、120、146。
此外在所有的实施例中都规定，在所述至少一个排气阀48、50、102、104、138和所 述至少一个进气阀44、46、94、98、134之间，在第二时间点68、114、150 (T2)和第三时间点 70、117、152(T3)之间产生阀门重叠。在第四时间点76、119、154(T4)中的阀门重叠之后，才 开始或开始喷射阀54、106、140的喷射时间78、120、146。相应地，当所述至少一个排气阀 48、50、102、104、132、138关闭时，并且所述至少一个进气阀44、46、94、98、134开启时，才能 通过喷射阀54、106、140进行喷射。借助图3、4和5所述的喷射策略分别通过控制器57、111、141来控制。为此，控 制器57、111、141直接或间接地控制喷射阀54、106、140的喷射时间78、120、146，通过喷射 开始和喷射结束来在时间上限定所述喷射时间78、120、146，其中考虑到了所述至少一个排 气阀 48、50、102、104、132、138 和至少一个进气阀 44、46、94、98、134 的开启时间 64、66、72、 74、108、110、116、118、142、144。为此，控制器57、111、141可与用来对所述阀门进行加载的 装置或凸轮轴进行相互作用，并由此还可控制它们的开启时间64、66、72、74、108、110、116、 118。
权利要求
一种用来为内燃机(40、90、130)的至少一个燃烧室(42、92、132)实施进气管喷射的方法，其中在每个燃烧室(42、92、132)中配备了至少一个进气阀(44、46、94、98、134)、至少一个排气阀(48、50、102、104、138)和至少一个喷射阀(54、106、140)，所述进气阀(44、46、94、98、134)与至少一个进气通道(52、56、96、100、136)相连，其中在喷射时间(78、120、146)期间借助所述至少一个喷射阀(54、106、140)将燃料喷入所述至少一个进气通道(52、56、96、100、136)中，其中为实施所述方法，所述喷射时间(78、120、146)在关闭所述至少一个排气阀(48、50、102、104、138)之后开始，并在关闭所述至少一个进气阀(44、46、94、98、134)之前结束。
2.按权利要求1所述的方法，其中所述喷射时间(78、120、146)在所述至少一个进气阀 (44、46、94、98、134)开启之前开始。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中对于所述至少一个进气阀(44、46、94、98、134) 和所述至少一个排气阀(48、50、102、104、138)设置有阀门重复，其中同时开启所述至少一 个进气阀(44、46、94、98、134)和所述至少一个排气阀(48、50、102、104、138)。
4.按权利要求3所述的方法，其中所述喷射时间(78、120、146)最早在阀门重复结束之 后开始。
5.按上述权利要求中任一项所述的方法，在所述至少一个喷射阀(54、106、140)的稳 态的质量流上升时执行所述方法，其中稳态的质量流的值是50%至70%。
6.按上述权利要求中任一项所述的方法，在燃料压力上升时执行所述方法，其中所述 压力可为约3bar至约9bar。
7.按上述权利要求中任一项所述的方法，其中可以改变所述阀门重叠。
8.一种用来为内燃机(40、90、130)的至少一个燃烧室(42、92、132)实施进气管喷射 的装置，其中在每个燃烧室(42、92、132)中配备了至少一个进气阀(44、46、94、98、134)、至 少一个排气阀(48、50、102、104、138)和至少一个喷射阀(54、106、140)，所述进气阀(44、 46、94、98、134)与至少一个进气通道(52、56、96、100、136)相连，其中在喷射时间(78、120、 146)期间借助喷射阀(54、106、140)将燃料喷入所述至少一个进气通道(52、56、96、100、 136)中，其中所述装置具有至少一个控制器(57、111、141)，用来控制所述至少一个喷射阀 (54,106,140)的功能，其中所述至少一个控制器(57、111、141)构造用于使所述喷射时间 (78、120、146)在所述至少一个排气阀(48、50、102、104、138)关闭后开始，并在所述至少一 个进气阀(44、46、94、98、134)关闭后结束。
全文摘要
本发明涉及一种用来为内燃机(130)的至少一个燃烧室(132)实施进气管喷射的方法，其中每个燃烧室(132)都配备了至少一个进气阀(134)、至少一个排气阀(138)和至少一个喷射阀(140)，所述进气阀(134)与至少一个进气通道(136)相连，其中在喷射时间(146)期间，借助所述至少一个喷射阀(140)将燃料喷入所述至少一个进气通道(136)中，其中为实施所述方法，所述喷射时间(146)在关闭所述至少一个排气阀(138)之后开始，并在关闭所述至少一个进气阀(134)之前结束。
文档编号F02D41/34GK101994589SQ201010260789
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月21日
发明者A·兰, S·基弗, W·萨门芬克 申请人:罗伯特.博世有限公司