优选在具有扫气式预燃室的稀薄燃气发动机中用针对每个气缸的压力传感器监控发动机的制作方法

在市场上存在的、具有大于约250mm的缸径的发动机主要由于宽的火焰行程通过所谓的扫气式预燃室运行，以便尽可能快速地和因此效率最佳地点燃均匀的混合物。在较小的缸径中这种技术也越来越多地获得成功。为了改善在火花塞处的点火条件，在预燃室中的混合物被加浓。为此附加的可燃气体通过燃气喷射阀被引入到预燃室中。由此保证稳定地点燃预燃室充填物。从预燃室中出来的火焰射束实现可靠地点燃直到燃烧空气比为约2.7的主燃室装载物，其中，典型的运行范围位于约2的燃烧空气比处。通过常规的技术，例如敞开式火花塞或借助于非扫气式预燃室火花塞，这种空气比不能够被点燃。扫气式预燃室容积位于压缩容积的0.5%至4%的范围中。通过这种技术，由于高的燃烧空气比和效率最佳的燃烧，除了在预燃室中的区域译文，发动机可以被热卸载。此外，通过强烈的可稀薄性，可以形成非常低的氮氧化物排放，以及爆震极限的扩宽。

通过使用分开的燃烧室，实现围绕火花塞的局部的流动情况与在主燃室中的紊流的装载物运动的脱耦。由此稀薄的混合物也可以在大的燃烧室中可靠地点燃。其被区别为非扫气式（非吹扫式）预燃室和扫气式（吹扫式）预燃室。

在此情况下，预燃室一般地在装载物更换（换气）期间被用可燃气体扫气（吹扫）。在压缩冲程期间，附加的新鲜燃气进入到预燃室中，由此在点火时刻存在近似化学当量的混合物，其可以被更可靠地点燃和导致更强烈的预燃室燃烧，具有更深度地侵入到主燃室中的引燃射束。

由于在化学当量的燃烧下的高的温度，在预燃室中产生增大的氮氧化物的形成。但是这通过在主燃室中的稀薄燃烧和与此相关联的小的NOx的形成被补偿。整体上来看，在良好协调的室几何结构或容积的情况下，氮氧化物值可以比在具有未分开的燃烧室的发动机中较小。通过进一步增大预燃室容积可以实现对主（燃室）装载物的更强烈的稀薄。但是此时稀薄燃烧的排放优势由于在预燃室中的增大的氮氧化物的形成被再次降低。

此外还存在迫切需要，即实现降低内燃机的排放物和将输出的功率与负荷要求快速并且精确地匹配。

这个任务通过权利要求1的特征解决。本发明的其它的有利的设计方案分别是从属权利要求的内容。它们可以以技术上有意义的方式相互组合。说明书，尤其是与附图相关联地，附加地描述和明确提出本发明的特征。

在一种用于运行具有至少一个气缸的内燃机，尤其是燃气发动机，最好稀薄燃气发动机，的方法中，该任务被如此地解决，即为了点燃在主燃室中的混合物，设置一个预燃室，其中，由在主燃室中的压力传感器依据曲轴转角确定压力曲线和其中，依据内燃机的希望的功率和/或希望的扭矩和/或希望的转速优选针对每个单独的气缸借助于压力传感器控制或调节到预燃室中和/或到主燃室中的供给的燃料量。在负荷改变时可以借助于传感器装置，其探测在气缸中的压力曲线，依据曲轴转角计算地测定各个气缸的燃烧过程和由此也测定功率输出。如果例如分开地测量的转速升高，那么可以减少到气缸的进气管中的可燃气体的供给，以便由此保持转速恒定。

在多于一个气缸的情况下，这些气缸可以借助于所谓的气缸压力指示机构，该气缸压力指示机构用于依据曲轴转角或时间探测在气缸中存在的内压，将气缸相互比较，以便例如识别故障或针对每个单独的气缸如此地调整燃料供给，即在每个气缸中的燃烧过程在最佳的区域中运行。为此可以使用由气缸压力计算地确定的参数例如燃烧中心和/或平均压力。

有利地，在预燃室中的燃烧的平衡可以通过评价消耗量峰值实现，它通过预燃室燃烧在主燃室中产生。此外可以监控预燃室燃气阀。预燃室燃气阀可以具有不同的制造公差或喷射量，因为它们被调节。由此产生在制造上的成本优势。在同等的预燃室燃烧情况下保证，每个气缸具有类似的直到相同的燃烧和由此整个发动机效率最佳地运行。

在机械的阀情况下，该平衡可以通过针对各单个阀的燃气压力实现，在电控制的阀情况下，该平衡最好可以通过控制持续时间和燃气压力实现。

通过调节预燃室燃气阀，该平衡可以通过测量通过预燃室燃烧产生的消耗量峰值和将它调整到目标峰值上来实现。

在方法的设计方案中规定，预燃室在每个循环期间被扫气和为了点火燃料，最好燃气，通过预燃室阀引入到预燃室中。在预燃室中的充填物的可靠的点燃也可以借助于气缸压力指示机构可靠地监控。在预燃室中的点火可以通过在压力曲线的，但是尤其也在放热或燃烧曲线的上升分支中的峰值识别。该压力曲线通过已知的公式与通过燃烧释放的热量相联系。通过预燃室阀注入的燃料的数量可以用于气缸的所谓的平衡。

在方法的另一个设计方案中建议，作为压力传感器使用指示石英、采用电阻应变片技术的压力传感器或光学压力传感器，其采用光学测量方法(例如借助于激光干涉)工作。尤其在与其它的测量参数例如在气缸出口处的废气温度结合下或借助于对旋转不均匀性的评价和与目标值的比较，可以确定，是否在一个气缸中的燃烧实际地与其余的气缸相偏离。由此例如也可以识别，是否涉及的气缸的气缸压力传感器有缺陷。

如果在压力曲线，最好燃烧或放热曲线，的上升的分支中出现曲线峰值时评价压力曲线，最好燃烧或放热曲线，那么这个一个指示，即实现预燃室点火。此外可以借助于气缸压力指示机构实现燃烧技术上的、基于循环的极限例如爆震或不发火运行的监控以及在多个循环上的优化和对波动的燃气质量的监控和反应。这些信息也被用于气缸的平衡。

通过借助于最好压力曲线分析计算地确定在已知的和经常使用的双区域模型的非燃烧区域中的温度，可以将该信号在已知的甲烷值情况下有利的用于确定爆震阈值的间隔和/或用于预测爆震特性。这个信息然后可以如此地由控制机构继续处理，即这种运行状态被避免。

因此也可以有利地以这样的方式实现对空气比的适配的预控制和/或调节，即不出现爆震。尤其是在增大负荷时这个值可以被用于，以限定的爆震间隔将燃烧室如此程度地加浓，即，在没有爆震的运行或没有对爆震调节的干预下产生最大的负荷接入。

备选地或补充地，也可以适配地实施对点火时刻的控制或调节。

同样的情况适用于该方法的设计方案，即实施对预燃室燃气阀的被引入的量（充填量）的适配的预控制和/或调节。

有利地，如果实施压力信号的积分，则也可以检测石英缺陷，尤其是在压阻式传感器情况下。如果在积分的信号的结束处的斜率不是水平的或不是零，那么这可以是传感器的故障的一个指示或发动机或相应的测量技术没有按照规定地正常工作。

通过为了分析压力曲线将燃烧室划分成两个区域，即燃烧的和非燃烧区域和在非燃烧区域中计算的温度，可以确定另外的状态参数。例如通过接近爆震极限和将其与储存的特征曲线族比较，可以确定可燃气体的甲烷值，其一般地在运行中仅仅非常缓慢地改变。因此可以对上述情况补充地在需要时可燃气体的甲烷值被确定并且为了调节例如针对瞬时过程的最大加浓值，被用于瞬时过程的改善的预控制。在这样的应用中，其中甲烷值可以突然地改变，例如移动的稳态的电流产生或在这样的应用中，其中发生加油过程，特别优选地尽可能直接地在发动机起动之后实施甲烷值的确定。此外可能的是，通过获知该甲烷值，确定爆震间隔作为在非燃烧区域中的温度差，而不必接近发动机式的爆震。也可以由此确定对动力燃料一致的发动机运行的检查，即维持最小的甲烷值。

在瞬态的发动机运行中，其通过在主燃室中的混合物加浓被优化，可以非常快速地必要时以例如安全间隔被调节到这个爆震极限上，而不必将发动机直接地运行到爆震中和必须干预该爆震调节。由此可以将损害发动机的爆震运行最小化。

如果通过调整或平衡经由预燃室燃气阀进入预燃室中的空气比来实施对多个气缸的平衡，则内燃机的排放值可以减小，或整个发动机的斜率可以最大化。

有利地，该方法在另一个设计方案中规定，通过将总和放热曲线或总和燃烧曲线与预先给定的值比较实施发动机和/或压力石英的自检。由此可以检测在各个气缸之间的偏差。尤其关于空气消耗量和正确地工作的阀机构或气缸头在平衡的气缸的燃烧曲线中，可以关于其充填量进行比较，因为在消耗的燃料量中的差别，该燃料量对应于在总和燃烧曲线中的最终总和，也指出在空气消耗量中的差别。

在本发明的另一个设计方案中规定，由压力曲线确定指示的平均压力和在考虑预先给定的摩擦功率下计算内燃机的有效功率并且提供给控制机构，最好用于实施保护措施。借助于指示的平均压力和获知在机械地或摩擦工艺地正确地工作的发动机中已知的摩擦功率，可以在非常好的近似下确定发动机的有效功率。在附加的测量或导出有效发动机功率下，这个值也可以用于判断发动机的机械的或摩擦工艺的状态和必要时在控制器方面采取对策或保护措施。

本发明的一个优选实施方式示例性地借助于附图进行解释。附图中的图详细地示出：

图1是通过气缸的示意的垂直截面图，

图2是按照在图1中的视角方向II-II的气缸头的示意图，

图3是气缸压力指示机构的一个典型的放热曲线，

图4是积分的放热曲线的曲线和

图5是在曲轴转角上绘出的在非燃烧区域中的温度测量的典型的曲线。

在图1中示范性地示出内燃机的气缸的垂直截面图。图2示出按照在图1中的视角方向II-II的气缸头的示意图。

燃气发动机的空气-燃气混合物3在主燃室4中燃烧。主燃室4的外下边界形成气缸1，侧壁通过围住气缸的气缸套23形成和气缸头24(图2)在向上方向上封闭主燃室。由空气和燃气构成的混合物通过进气管25由进气阀27控制地流到主燃室4的这个燃烧室中。在点火和燃烧之后，废气然后通过排气阀28的控制地通过排气管26(图2)离开燃烧室4。

为了点燃混合物，使用在图1中示出的具有其预燃室5的点火装置29，通过喷入阀30作为预燃室阀10为了点火定期地将一个喷射量注入到用于点火的预燃室5中。将燃气引入到预燃室中优选在换气UT（下死点）处直至10bar的燃气压力水平下实施。在压缩冲程中具有直至300bar的压力的高压燃气喷入也是可能的。

一旦在预燃室5中的燃气混合物已经点燃，引燃射束31就离开预燃室5的点火孔32。引燃射束然后在主燃室4中点燃位于那里的并且被压缩的混合物3。

在气缸头中附加地布置用于监控主燃室4的压力传感器7，它测量依据曲轴转角8的压力曲线6。作为压力传感器7，使用指示石英11，它测量在图3中示出的依据曲轴转角KW的压力曲线6并且作为用于评价的信号被传输给一个没有示出的控制器。

在图3中示出一个这样的典型的放热曲线或也是热量释放曲线6，它借助于分析放热曲线由压力曲线获得。可以明显地看到，在放热曲线6的上升的分支13中可以看到曲线峰值12，它是由在预燃室中的点火引起的。从曲线峰值12相对于压力最大值33的位置可以推断在主燃室4中的燃烧过程的动力性。放热曲线6对应于通过燃烧产生的热量dQ。

在图4中示出的图形是在图3中示出的放热曲线在曲轴转角上的积分。它由此对应于一个单独的点火在总体上释放的或产生的热量。一旦总和燃烧曲线34的尾部水平地延伸，则燃烧过程结束。如果总和燃烧曲线34在结束时没有达到水平的尾部而是以虚线引导示出的曲线35，那么由此可以推断，压力传感器7或指示石英11是有故障的或在发动机上存在其它的缺陷。这些伪影35以虚线引导在图4中示出。

图5示出在双区域模型的非燃烧区域中温度曲线。非燃烧区域的温度是Tu。通过水平的线36示出爆震阈值的温度。测量的温度37的最大值相对于该爆震阈值36保持间隔14。控制器可以由此推断燃烧过程的固有的储备量（裕量）和/或避免爆震状态。

一旦由操作者或由发电机将一个负荷跃变要求通知到发动机或控制器，那么控制器将爆震间隔确定为温度差，或从前一个确定中取一个值，其通过特定地接近爆震极限被确定或取一个值，该值对应于一个由控制机构给定的甲烷值。控制机构然后促使对混合物的加浓直至到爆震极限。这对应于在非燃烧区域中的最大允许的温度。以这种方式可以实现发动机对负荷跃变要求的最佳的响应特性。