用于驱动双燃料内燃机的方法和装置的制造方法_4

文档序号:9650346阅读:来源:国知局
便分别在气缸A1、Bi的工作循环开始时将所述燃料在柴油工作中作为液态燃料喷入,或者在燃气工作或点火射束工作中作为点火射束喷入;这在很尚的嗔射压力下进行。
[0077]在进气道30的进气系统的入口侧的端部,从外界吸入增压空气LL。带有通流质量m(/ )_G的增压流体或混合物(在利用燃气混合气进行中央燃气混合的燃气工作中也称为燃烧燃气-空气-混合物)_下面简写为混合物G-以进气压力pl且在基本上等于外界温度的进气温度T1情况下,通过压缩段32被输送给涡轮增压器50的压缩机51,并在那里在压缩温度T2情况下被压缩至压缩压力p2。压缩机51受涡轮机52驱动,并与其一起位于共同的增压器轴53上;废气道90的涡轮机52也受废气道90中的离开发动机10的废气AG驱动。混合物G的由于压缩而被加热至压缩温度T2的物质流m(' )_6被输送给进气道30的冷却段31,并在那里在增压热量交换器60中通过冷却器结构61被引导;在这里象征性地示出的热量交换器容腔62中,与冷却器结构61中的冷却介质发生热交换,从而对混合物G冷却。燃烧燃气混合物以冷却的形式在增压温度T3和增压压力p3情况下朝向增压段33离开大小为V3的热量交换器容腔,该增压段用于把混合物G输送给发动机10。
[0078]在进气道模型中,可以比较普遍地借助用于压力和温度的状态参数来表示混合物G的在压缩机51之前的状态-所述状态参数在此为在压缩机51之前的进气温度T1和进气压力pl,或者在压缩机51之后在提高了的压缩压力p2和提高了的压缩温度T2情况下利用在压缩机51之后的状态参数p2、T2借助合适的压缩机模型来描述;这比如在例如用于理想燃气或实际燃气的燃气状态平衡之后进行。若配属给热量交换器60和接收器80的后续组件比如弯头和/或汇集段,则按照本发明的设计,作为进气道30的大体积,具有特殊意义,从而在进气道模型中给它们和进气道的其它空间指配热量交换器体积V3或接收器体积V5。因此,热量交换器体积V3中的燃烧燃气混合物G具有状态参数p3、T3,这是由于冷却和体积增大而增压压力和增压温度P3、T3减小造成的。
[0079]旁通管70中的混合物G的状态基本上也按照在旁通管70入口处的状态参数pl、T1或其出口处的状态参数p3、T3的大小规定来确定,或者相反地在经由旁通路90回流的情况下确定;也就是说,在旁通管70的旁通路段71中的旁通-燃气混合物G_BP根据所产生的压力状况和压缩机-旁通管-节流阀72的位置来调节-这里根据压缩机-旁通管-阀瓣的调节角度aVBP来调节。旁通路段71尤其可以用来引回压缩机51之前的多余的混合物G,以便所述混合物又压缩地再次被输送,用来在发动机10的气缸A1、Bi中燃烧。
[0080]在把处于状态p3、T3下的混合物G输送给发动机10之前,该混合物在改变压力和温度的情况下-基于接收器压力Ρ5和接收器温度Τ5按照接收器体积V5的大小-根据经由发动机节流阀82引入到接收器容腔81中的物质流m(' )_DK被引入到接收器80中。当前,分别给发动机10的B侧或A侧指配第一和第二接收器容腔81.B、81.A,也就是说,它们在上游设置在气缸A1、Bi之前和B侧与A侧的第一和第二增压段33.B、33.A之后,并设置在热量交换器容腔62之后。发动机-节流阀82在当前通过第一和第二发动机-节流阀阀瓣82.B、82.A构成,这些节流阀阀瓣分别指配给第一和第二接收器容腔81.B、81.A,其中,第一和第二发动机-节流阀阀瓣82.B、82.A可相互独立地调节;但下面概要性地参照发动机-节流阀82予以介绍。接收器容腔81是第一和第二接收器容腔81.A和81.B的总和。在接收器容腔81中,由于体积增大,根据发动机-节流阀阀瓣82.A、82.B的位置a DK,混合物G在接收器容腔81的容腔V5中处于用p5和T5表示的燃气状态下;这视发动机-节流阀阀瓣82.B和82.A的位置而定与B侧的或A侧的物质流量mΓ )_DK、B或mΓ ) DK、A有关。
[0081]燃气混合物G的用p1、Ti,i = 1、2或Vj、pj、Tj,j = 3、5表示的状态因而基本上在比如由压缩机51、热量交换器容腔62和接收器容腔81给定的区域中确定,或者朝向由发动机-节流阀82和压缩机-旁通管-节流阀72或压缩机51给定的极限确定。
[0082]下面,针对接收器容腔V5中的接收器压力p5,或者针对基于接收器压力p5的控制参数-比如实际接收器压力p5_实际或给定接收器压力P5_给定或模拟的接收器压力P5-得到用于确定双燃料内燃机100的切换区域的中心角色;即一方面在柴油工作中-未经由特定于气缸的燃气配给机构40混入燃气BG-但也可以在燃气工作中-经由特定于气缸的燃气配给机构40混入燃气BG和经由喷射系统20混入点火射束。
[0083]一方面在柴油工作中另一方面在燃气工作中用于模拟双燃料内燃机且用于在线地确定虚拟值P5和p3的边界条件尤其还可以是:
[0084]-假定燃烧状况恒定,即未在化学方面考虑柴油燃烧与点火射束工作中的燃气燃烧之间的可能的差异;
[0085]-在部分地考虑到转速影响情况下的标准-发动机摩擦模型;
[0086]-特定于气缸的在工作模式之间的切换并不反馈至在切换时的扭矩变化情况。但尤其是后者及前述各点可以在后续的迭代或模型近似级中予以考虑。
[0087]已表明,按照燃烧空气比λ_给定或化学计量的空气比、通过特定于气缸的燃气配给机构40、对燃烧燃气BG的物质流W )_G和增压空气LL的物质流W )_LL的调节并非一定要在静止条件下沿着进气道进行;而在特定于气缸的燃气配给机构40的情况下,却可以省去对进气道的繁琐的模拟-同样已表明,并非一定需要进气道模型;这不同于借助燃气混合器进行的中央的燃气配给。例如为了描述增压空气的状态,原则上同样可以比如参照图1所述在进气道模型中采用至少两个大体积,即接收器容腔80和增压热量交换器容腔62,用来汇总进气道的体积。可以在进气道模型的范畴内,基于比如基本上公知的填充方法和排空方法对进气道30进行模型化。这些容腔中的状态变化在当前可以视为在一定程度上是等温的。相比于绝热的观察方式,这通过限制至质量保持而简化了系统,尤其简化了内燃机的同时进行的计算,或者简化了对其进气道的实时计算。但原则上也可以考虑绝热的或多向的考察方式,或者在计算容量足够的情况下考虑有针对性的热传递,以便模拟进气道中的状态变化。
[0088]此外,特别是当进气道30的相应机构的测量值不可用时,在附加模型的范畴内,针对进气道的机构可以采用特定的假设。这例如涉及到压缩机的附加模型,该模型描述了压缩机51的动作和混合物G的在压缩机之前的关于温度和压力(G(pl、Tl))的状态及在压缩机之后的状态(G(p2、T2))。
[0089]图2在关于发动机转速nMOT和发动机扭矩Md的坐标系中示出了两个不同的工作区域,即一个是用于柴油工作DB的工作区域,一个是用于点火射束工作ZB的工作区域,通过优选的燃烧空气比规定的λ。针对这两个区域,特别是通过废气标准来确定推荐的燃烧空气比范围,由此得到所述极限。这通过相应λ值即A_BG(燃烧燃气)或A_DL(柴油)的范围来说明。在优选的低负载柴油工作DB中,X_DL优选介于3?7之间(X_BG介于
1.5和2之间)。这些值在当前可以有利地保持不变,即使负荷变化,比如在从工作点A过渡至工作点B时,或者在从工作点k丨过渡至工作点时。在后者情况下也发生工作方式的转换,即从柴油工作DB转换为燃气工作ZB,亦即通常在较高的负荷范围内发生转变。在于是优选的高于低负荷的点火射束工作ZB中,X_BG优选介于1.5?2之间,有时直到2.5,但不> 3 ( λ _DL介于1.5和2之间)。
[0090]根据下面的优选实施例,在后者情况下也确保双燃料内燃机100的排放物-HC排放、颗粒物排放等(N0x、C0、C02)-比较小,而且,工作方式的转变可以在很大程度上在无扭矩突变的情况下发生。原则上,工作点A、B之间的转变或者工作点A'、B'之间的转变可以采用如下方式来引起:在柴油工作DB中-特别是在通常存在于内燃机的起动区中的低负荷范围内-给增压空气LL配给必要时很少量的燃烧燃气BG。所述的少量在点火射束工作ZS中有可能是需要的,因为喷入的柴油燃料量不可以任意地减少,并且,小的发动机负荷会引起小的燃料供应。但已表明,在这种转换中在任何情况下在极限范围内,虽然在柴油允许X_DL中的λ值会略微下降,但始终都比较大,即如此之大,以至于在点火射束工作ΖΒ中在点火射束工作A_BG中的λ值情况下始终都产生高于2.5甚或高于3.0的空气比。在这么高的λ值情况下,始终都产生如下危险:配给的燃烧燃气BG有很大部分未经燃烧就又被排出,且在废气AG中造成高的排放值,特别是造成HC排放。在这种情况下,在燃气工作中也产生了内燃机的低劣的效率eta_ZB。已表明,这种做法虽然在原则上是可行的,却并非在未改变工作方式情况下工作转变的开篇所述问题的最佳解决方案,更不是在柴油工作DB与点火射束工作ZB之间的工作转变问题的解决方案。但已表明,恰恰在汽车应用中,双燃料内燃机的工作是持久的,且在低负荷区域的附近长时间地是所需要的。
[0091]就点火射束发动机而言,即使在空气比均匀的情况下,因为燃气未燃烧,特别是由于控制策略不充分的前述原因,存在HC排放比较高而负荷较低的趋势。在这里,燃烧空气比通常高于λ_ΖΒ = 2.5,或者甚至高于λ_ΖΒ = 3。但希望点火射束工作的λ_ΖΒ值低于2.5,但在任何情况下,λ_ΖΒ都低于2,优选处于1.5?2的范围内。
[0092]在当前实施方式的范围内,原则上已表明特别有利的是,无论燃烧燃气还是柴油,都可以在点火射束工作中针对这里所述的切换原理特定于气缸地在规定的时间被引入。优选地,在该范围内变型的各实施方式原则上也可以实现变型的方案。
[0093]用来尽可能无扭矩突变地和/或低排放地设计工作状态转变的第一变型方案原则上也可以在于,给内燃机设置喷射系统,其被设计用来实施点火射束方法,而且能够在任何情况下都实施连续的喷射或多重喷射(多点喷射,ΜΡΙ),作为单重喷射(单点喷射,SPI)的备选方案。换句话说,可以规定,针对发动机的每个独立的气缸都单独地-即例如直接在气缸入口阀上游针对每个气缸都单独地和/或直接朝向气缸室-设置喷射器通路。
[0094]附加地或替代地,在第二变型方案中,可以针对每个独立气缸分别在工作循环开始时,或者针对一组气缸且于是对于该组分别在工作循环的开始区域内,进行用于形成点火射束的燃料喷射,例如柴油喷射或其它液体燃料喷射。原则上也可以把一定量的部分气缸-例如每两个
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