专利名称：用于在自行点火运行中来调节汽油机的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽油机，尤其一种用于用所谓的HCCI方法(HCCI =HomogeneausCharge Compression Ignition (均质压燃))、均质的自行点火方法来运行汽油机的方法。
背景技术：
按照新颖的运行方法，汽油机可以在特定的运行范围内用所谓的HCCI方法来运行，该HCCI方法相当于均质的自行点火方法。所述HCCI方法是稀薄燃烧方法，所述稀薄燃烧方法的目标是，按照NEFZ(NEFZ:新欧洲行驶周期)来实现10-15%的显著的油耗降低。这在按照HCCI方法运行所述汽油机时通过发动机运行的无节流(Entdrosseln)并且通过热力学上的更为有利的燃烧过程来实现。在此，尽管布置在后面的3路催化器在稀薄运行时没有在减少氮的情况下工作，但是也不应该显著提高有害物质排放尤其氧化氮。因为如此设计传统的汽油机的汽油和压缩比，从而尽可能避免自行点火(所述自行点火一般通过爆震来表现)，所以对于所述HCCI方法来说必需的热能必须以其它的方式来提供。这可以通过不同的方式来进行。一方面可以通过留住或者回吸热的在正常运行中有待通过排气阀来排出的剩余气体这样的方式来将热的气体保持在燃烧室中，从而在那里提供提高了的热能。另一方面对于这种运行方法来说可以对通过所述汽油机输送的新鲜空气进行加热。在通过留住或者回吸热的内部的剩余气体这样的方式来提供热能时，尤其在设置了所述HCCI运行的运行范围的边缘区域中存在着自发地出现不稳定性的可能性，这种不稳定性可能导致燃烧中断和/或爆震的也就是说损害内燃机的燃烧情况。此外，所述HCCI方法由于否则在具有几乎完全的气体交换的内燃机上不会出现的周期到周期-耦合(Zyklus-zu-Zyklus-Kopplung)而要求特殊的控制或者调节。所述周期到周期_稱合也就是气缸中的一个燃烧周期的过程的对于接下来的燃烧周期的影响在留住剩余气体时也会在动力学方面比如在气体交换或者运行方式切换的过程中引起扰动的效应。为了在出现组件老化和剧烈变化的环境条件时也能够排除在所述HCCI运行范围的边缘区域上出现的不稳定性，要么必须大大限制能够用于HCCI运行的运行范围要么必须在控制或者调节方面采取其它的措施。比如可以大大限制力矩动力，但是这大大限制了用所述内燃机来运行的机动车的可行驶性。在留住或者回吸剩余气体时出现的周期到周期-耦合在彼此先后相随的燃烧周期中导致燃烧层的自发出现的变换。这比如可以通过在燃烧过程中出现的峰值压力的波动来表现。主要是两种效应对燃烧层的变换负责。一方面燃烧室温度在打开排气阀时对于较迟的燃烧过程来说处于较高的水平上，这导致所留住或者所回吸的剩余气体的较高的热能。由此在紧随其后的周期中较早地进行燃烧。此外，不完全的燃烧会导致燃料转移到下一个燃烧周期上并且在那里在出现对所述HCCI方法来说常见的空气过剩(稀薄运行)的情况下会在燃烧时导致较高的能量转换。这些效应可能导致所述燃烧层的巨大的离散度，所述巨大的离散度则可能在所述HCCI方法的边缘运行范围中比如关于运转平稳性触发不稳定性。
发明内容
本发明的任务是，对由于所述周期到周期-耦合而出现的效应进行补偿，用于将最大的运行范围用于所述HCCI运行。该任务通过所述按权利要求1所述的用于以HCCI运行方法来运行汽油机的方法并且通过所述按并列权利要求所述的发动机系统的装置得到解决。其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。按照第一方面，设置了一种用于以HCCI运行方法来运行内燃机的方法。该方法包括以下步骤:
a)检测所述内燃机的气缸的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线；
b)在所述测量值的所测量的曲线的基础上求取第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征；
c)在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征的基础上在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻确定或者模拟一种状态参量的第一数值；
d)确定所述接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征的所期望的额定值；
e)在所述第二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征的额定值的基础上在所规定的时刻确定或模拟所述状态参量的第二数值；并且
f)自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控所述内燃机。上述方法的构思在于，通过借助一个或者多个从所述内燃机的气缸的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线中计算的燃烧特征并且可选其它的状态参量的测量值和/或模型值通过向前计算在所规定的时刻比如借助于热力学上的关联来确定状态参量的第一数值。此外，由接下来的燃烧周期的燃烧过程的所期望的燃烧特征出发在其它的取决于环境条件的状态参量的数值的基础上在所规定的时刻通过反算来求取所述状态参量的第二数值。所期望的燃烧特征从这样的愿望中产生，也就是尽可能以相同的方式比如作为和在第一燃烧周期中相同的燃烧特征让燃烧过程进行下去(在稳态的运行时)，从而不出现周期到周期-波动。根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来对调整量进行校正。比如所述调整量可以表明所输入的燃料量、用于燃料的喷射的喷射时刻和/或进气阀的关闭的时刻，用于以这种方式比如提高或者降低温度。通过所述喷射时刻的规定，比如可以对在所述用于HCCI运行的运行范围的边缘区域中出现的不稳定性进行补偿。这能够实现这一点，即对于所述HCCI运行来说可以使用整个运行范围并且此外也在动态的运行中不出现扰动的效应。按照作为替代方案的实施方式，可以在下一次将燃料喷射到气缸中的喷射开始之前或者之后的所规定的时刻在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征的基础上确定所述状态参量的第一数值。
此外可以规定，根据所述状态参量的第一数值与所述状态参量的第二数值之间的偏差来操控所述内燃机。尤其所述内燃机可以用一个或者多个调整量来操控，其中所述一个或者多个调整量的额定值可以迭代地通过一次或者多次执行所述步骤e)的方式根据所述状态参量的第一数值与所述状态参量的相应所求取的第二数值之间的偏差来匹配。在此所述一个或者所述多个调整量可以包括喷射量和/或喷射时刻。此外，作为测量值可以求取气缸压力。从所述气缸压力的曲线中可以求取所述气缸中的燃烧过程的加热曲线，其中所述一个或者所述多个燃烧特征从所述加热曲线中求取。按照一种实施方式，所述一个或者所述多个燃烧特征对于质量转换的预先给定的份额和/或能量转换的预先给定的份额来说相应于曲轴角度位置。此外，可以在所规定的时刻在进气阀的张开角的指标和/或进气阀的关闭角的指标的基础上来求取所述状态参量的第二数值。可以规定，此外在所规定的时刻在排气阀的张开角的指标和/或所述排气阀的关闭角的指标的基础上来求取所述状态参量的第一数值。按照另一方面，设置了一种用于以HCCI运行方法来运行内燃机的装置，其中该装置构造用于:
-接收所述内燃机的气缸的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线；
-在所述测量值的所测量的曲线的基础上求取第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征；
-在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征的基础上来求取或者模拟一种状态参量的第一数值；
-确定所述接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征的额定值；-在所规定的时刻在所述第二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征的额定值的基础上来求取或者模拟所述状态参量的第二数值；并且
-自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控所述内燃机。按照另一方面，设置了一种发动机系统。该发动机系统包括:
-内燃机；
-用于对所述内燃机的气缸的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线进行检测的传感
器；
-控制单元，
-用于在所述测量值的所测量的曲线的基础上来求取第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征；
-在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征的基础上来求取或者模拟所述状态参量的第一数值；
-确定接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征的额定值； -在所规定的时刻在所述第二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征的额定值的基础上来求取或者模拟所述状态参量的第二数值；并且
-自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控所述内燃机。按照另一方面，设置了一种计算机程序产品，该程序产品包括程序代码，所述程序代码在其在数据处理单元上执行时实施上述方法。
下面借助于附图对优选的实施方式进行详细解释。附图示出如下:
图1是具有汽油机的发动机系统的示意 图2a到2c是用于对在以传统的HCCI运行方法来运行汽油机时出现的周期到周期-波动进行描绘的图表，
图3a到3c是用于对按照按本发明的方法在稳态的HCCI运行中的气缸压力、气缸温度和处于燃烧室中的气体质量分量的时间上的曲线的进行描绘的图表；
图4是用于对用来运行图1的发动机系统的方法进行说明的流程图；并且图5a和5b是在两个彼此先后相随的燃烧周期中的所测量的气缸压力曲线以及从中产生的能量释放。
具体实施例方式图1示意性地示出了具有内燃机2的发动机系统1，所述内燃机2在当前的实施例中具有四个气缸3。但是所述气缸3的数目不局限于四个并且原则上可以设置气缸3的每种任意的数目。所述内燃机2构造为汽油机并且对于燃料的直喷来说在每个气缸3上具有喷射阀5。新鲜空气通过进气区段9输送给所述内燃机2的气缸3并且通过相应的进气阀6在受控制的情况下放入到所述气缸3中。为此从所述发动机系统I的环境中吸入具有环境空气压力Ptl并且具有环境空气温度Ttl的新鲜空气并且通过空气滤清器10将其导送到进气管区段12中。所述进气管区段12在所述空气滤清器10的下游处于所述内燃机2的节气门11与进气阀6之间。在所述进气区段9中，在所述节气门11的上游设置了空气质量传感器16，用于对流入所述进气管区段12中的空气量进行探测。在燃烧之后在所述气缸3中产生的燃烧废气通过排气阀7排放到废气排出区段8中。将所述废气排出区段8与所述进气管区段12连接起来的废气再循环区管路13汇入到所述进气管区段12中。在所述废气再循环管路13中设置了废气冷却器14以及废气再循环阀15，用于能够调整所导回的废气的量和温度。所述进气管区段12中的状态参量是进气管压力P2和有待输送给气缸3的空气-废气-混合物的质量流量m2。在所述废气排出区段8中出现废气压力p3和废气质量流量m3。所述内燃机2借助于控制器20来运行。所述控制器20为了运行所述内燃机2而控制所述发动机系统I的定位器，比如用于对输送给气缸的空气量进行调整的节气门11、用于对表明所述气缸中的惰性气体的量的废气再循环率进行调整的废气再循环阀15、所述进气阀和排气阀6、7以及所述用于对燃料喷射的时刻及持续时间进行调整的喷射阀5。所述内燃机2的运行在可以测量的和/或至少可以部分地模拟的状态参量的基础上进行。状态参量比如是所述进气管压力P2、流入到所述进气管区段12中的通过所述空气质量传感器16来探测的空气质量流量Hitl、排气背压P3、所述内燃机2的转速以及所述内燃机2的转矩。此外，所述气缸2设有气缸压力传感器17，用于检测当前的气缸压力并且将相应的指标提供给所述控制器20。所述控制器20在当前的实施方式中如此运行所述内燃机2，从而在特定的运行范围内，其可以通过转速和/或转矩和/或进气管压力P2来预先规定，以HCCI运行方法也就是说以自行点火运行方法来运行所述内燃机2。对于尤其在所述内燃机2经受部分负荷时所采用的HCCI运行方法来说如此运行所述内燃机2，从而在出现空气过剩时进行燃烧，其中所述空气-燃料-混合物在燃烧室中自行点火。为此规定，如此运行所述内燃机2，使得燃烧室温度在燃烧室压缩(活塞的压缩运动)过程中如此得到提高，从而超过所述空气-燃料-混合物的点火温度并且进行自行点火。尤其对于所述应该进行HCCI运行的运行范围的边缘区域来说，由于反馈效应而会出现波动。所述反馈效应由于以下情况而产生，即留住来自前一次燃烧过程的大量的热的剩余气体。如果这种热的剩余气体具有极为不同的温度水平，那就在接下来的周期中出现极为不同的燃烧层。如果此外这种被留住的剩余气体包含未燃烧的燃料份额，那就由于燃烧室中的空气过剩而在接下来的燃烧过程中出现较高的能量转换。这种效应比如在图2a的图表中示出。在那里可以发现，相应的最大压力Peyl在燃烧周期中从周期到周期而波动。这些周期到周期-波动导致不稳定性，所述不稳定性可以通过燃烧室中的爆震或者燃烧过程的燃烧中断来被人觉察到。为了能够将最大的运行范围用于所述HCCI运行，必须对这种周期到周期-干扰进行补偿，使得所述燃烧过程的最大压力Pct1 (在进行稳态的发动机运行时·)对于彼此先后相随的燃烧周期来说几乎是恒定的。这可以通过实施调节方法来实现，所述调节方法则基于所述燃烧室的匹配的热力学的模型。在图2b中关于曲轴角度绘出了特征NMEP。所述特征NMEP (Net Mean EffectivePressure)代表着平均作功的尺度。在图2c中关于曲轴角度绘出了特征MFB50%。MFB50%相应于燃烧重点层，所述燃烧重点层则作为相对于上死点的曲轴角度的曲轴角差来表明。所述燃烧周期的周期到周期-耦合主要通过以下情况来引起，即在HCCI运行中在燃烧室中没有进行完全的气体交换，因而在燃烧室中残留的或者回吸的剩余气体由于其变化的温度而在所述HCCI运行中影响到接下来的燃烧过程。用于气缸压力的基础的微分方程如下:
αρLI dm φ ψ j-dmi
其中P表明气缸压力或者燃烧室压力，Φ表明曲轴角度，V表明当前的取决于曲轴角度攀的在运动学上从曲轴运行的几何形状中得到的气缸容积，k表明当前的取决于在当前的温度时气体成分的多变指数，dH表明与流经所述阀的质量流量(在进气及排气过程中)相关联的焓流并且dQBram表明在燃烧过程中的能量释放也称为燃烧曲线，并且dQDW表明壁面热量损失。dQBram也称为燃烧曲线。
上面的微分方程式可以通过能量守恒定律和理想气体定律来推导出来。这在考虑到容器模型中的状态也就是压力P、温度T以及所参与的物质的气体质量分量的情况下进行。近似地对所述气体质量分量进行汇总。所述气体质量分量-空气、剩余气体和燃料的转换在耦合到唯象流变学上所模拟的能量释放率的情况下以化学计量的比例来进行。此夕卜，当前的燃烧室温度在求取所述压力曲线之后作为所推导出来的参量通过所述理想气体定律来求取。如果转换上述方程式1，那就得到用于所谓的加热曲线的公式，所述加热曲线相当于扣除壁面热量损失的燃烧曲线并且可以借助于所测量的气缸压力曲线来计算。
权利要求
1.用于以HCCI运行方法来运行内燃机(2)的方法，具有以下步骤: a)检测(SI)所述内燃机(2)的气缸(3)的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线； b)在所述测量值的所测量的曲线的基础上求取(S2)第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)； c)在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的基础上在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻确定(S3)尤其模拟一种状态参量的第一数值； d)确定(S4)所述接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征的所期望的额定值； e)在所述第二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征(S0C、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的额定值的基础上在所规定的时刻确定(S5)尤其模拟所述状态参量的第二数值；并且 f)自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控(S8)所述内燃机(2)。
2.按权利要求1所述的方法，其中在下一次将燃料喷射到气缸中的喷射开始之前或者之后的所规定的时刻在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的基础上确定所述状态参量的第一数值。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中根据所述状态参量的第一数值与所述状态参量的第二数值之间的偏差来操控所述内燃机(2 )。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中用一个或者多个调整量来操控所述内燃机(2)，其中迭代地通过将所述步骤e)执行一次或者执行多次的方式根据所述状态参量的第一数值与所述状态参量的相应所求取的第二数值之间的偏差来匹配所述一个或者多个调整量。
5.按权利要求4所述的方法，其中所述一个或者所述多个调整量包括喷射量和/或喷射时刻。
6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，其中作为测量值来求取气缸压力(Pc;yl)。
7.按权利要求6所述的方法，其中从所述气缸压力的曲线中来求取所述气缸(3)中的燃烧过程的加热曲线，其中从所述加热曲线中来求取所述一个或者所述多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)。
8.按权利要求6所述的方法，其中所述一个或者所述多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)相应于在燃烧开始时和/或在质量转换的预先给定的份额时和/或在能量转换的预先给定的份额时的曲轴角度位置。
9.按权利要求1到8中任一项所述的方法，其中此外在所规定的时刻在排气阀(7)的张开角的指标和/或排气阀(7)的关闭角的指标的基础上来求取所述状态参量的第二数值。
10.按权利要求1到9中任一项所述的方法，其中此外在所规定的时刻在排气阀(7)的张开角的指标和/或所述排气阀(7)的关闭角的指标的基础上来求取所述状态参量的第一数值 。
11.用于以HCCI运行方法来运行内燃机(2)的装置，其中该装置构造用于:-接收所述内燃机(2)的气缸(3)的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线； -在所述测量值的所测量的曲线的基础上求取第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)； -在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的基础上来求取一种状态参量的第一数值； -确定接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征(S0C、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的额定值； -在所规定的时刻在所述第 二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFBIO%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的额定值的基础上来求取所述状态参量的第二数值；并且 -自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控所述内燃机(2)。
12.发动机系统，包括: -内燃机(2); -用于对所述内燃机(2)的气缸的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线进行检测的传感器(17); -控制单元(20)， -用于在所述测量值的所测量的曲线的基础上来求取第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)； -在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的基础上来求取状态参量的第一数值； -确定接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征(S0C、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的额定值； -在所规定的时刻在所述第二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的额定值的基础上来求取所述状态参量的第二数值；并且 -自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控所述内燃机(2)。
13.计算机程序产品，该程序产品包括程序代码，所述程序代码在其在数据处理单元上执行时实施按权利要求1到10中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于以HCCI运行方法来运行内燃机的方法，该方法具有以下步骤a)检测(S1)所述内燃机(2)的气缸(3)的燃烧室中的一种参量的测量值的曲线；b)在所述测量值的所测量的曲线的基础上求取(S2)第一燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)；c)在所求取的一个或者所求取的多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的基础上在所述第一燃烧周期之后并且在接下来的第二燃烧周期之前的所规定的时刻确定(S3)尤其模拟一种状态参量的第一数值；d)确定(S4)所述接下来的第二燃烧周期中的燃烧过程的一个或者多个燃烧特征的所期望的额定值；e)在所述第二燃烧周期的一个或者多个燃烧特征(SOC、MFB10%、MFB50%、MFB90%、Q10%、Q50%、Q90%)的额定值的基础上在所规定的时刻确定(S5)尤其模拟所述状态参量的第二数值；并且f)自所规定的时刻起根据所述状态参量的第一数值和所述状态参量的第二数值来操控(S8)所述内燃机(2)。
文档编号F02D35/02GK103201482SQ201180054967
公开日2013年7月10日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年11月16日
发明者A.勒夫勒, W.菲舍尔, R.卡雷尔迈耶, G.格拉夫 申请人:罗伯特·博世有限公司