實施進氣管噴射的方法

2023-10-07 13:07:49 2

專利名稱：實施進氣管噴射的方法
技術領域：
本發明涉及一種用來實施進氣管噴射的方法和裝置。
背景技術：
為了降低4衝程汽油發動機的消耗，應用了所謂的「Downsizing (小型化)」，也就 是說，在性能參數(典型的是轉矩和/或功率)不變的情況下減少汽缸工作容積。為了不 改變功率，要麼藉助由曲軸驅動的壓縮機或廢氣渦輪增壓機來提高最大轉速，要麼提高汽 缸的相對的空氣充氣量。在後面所述的情況下，較低轉速範圍內的轉矩無力是已知的。通常，為使流體機械 匹配於發動機需要折衷，因為較低轉速範圍內的轉矩與類似功率級的自吸式發動機的轉矩 是不同的。如果空氣品質流量在運轉過程中達到了一定的數值，所述數值與流體機械的布 局和構造有關，則足以構建增壓壓力，從而把轉矩帶到自吸式發動機的水平。所述轉矩無力應該克服，其中其它的目標值(如低排放及運行安靜)也應該實現。 迄今的開發和研究工作已經表明，通過所謂的「掃氣(Scavenging) 」可為上述的轉矩無力實 現成本划算的解決方案。在掃氣方法(它是指除氣方法)中規定，按照汽缸的數量並按照彎管、吸氣側和氣 門傳動機構的布局，在燃燒循環的720°的曲軸角內具有時間間隔，在此期間排氣背壓低於 吸管壓力。如果在所述時間間隔期間同時打開進氣閥和排氣閥，這被稱之為所謂的閥門重 疊，則新鮮空氣會通過汽缸的燃燒室流動。所述流動將剩餘的廢氣從燃燒室中掃走，從而提 高空氣充氣量。所述措施的效果是按期望地提高轉矩。此外，還可明顯地改善內燃機的動 力。掃氣效應的缺點是，通過進入閥流入的新鮮空氣的一部分馬上進入排氣歧管，而 沒有參與燃燒。這一事實例如在3路催化器中對於廢氣清潔具有效果，因此只能局部地實 現轉換。如果不是新鮮空氣，而是化學計算的混合物用於穿流，則在排氣歧管存在著來自燃 燒、新鮮空氣、蒸發的燃料的廢氣構成的混合物。催化器只能不充分地轉換這個由不同氣體 構成的混合物。在化學計算的轉換的情況下，還會產生發熱，這會嚴重損壞催化器，至少會 明顯地縮短它的使用壽命。這一挑戰的解決方案是，將掃氣和所謂的汽油直噴結合起來。所述技術允許實現 這樣的噴射策略，即它避免未燒盡的、混有空氣的燃料輸入排氣歧管中。但是，在上述組合 中使用由現有技術已知的裝置會增加成本。汽油直噴技術或BDE技術通常需要高質量的、 用於高壓噴射的元件，典型的是公差很緊的高壓泵、高壓導管、壓力控制器、噴射閥等。對於BDE技術來說，成本划算的備選方案是，應用傳統的進氣管噴射(SRE)，但它 在實際形式中不能避免未燒盡的碳氫化合物的傳輸。在一般情況下，在進氣管噴射技術(後面稱為SRE技術)中，在進氣閥打開之前， 燃料不再噴入用於提供傳遞的進氣通道中，因此在進氣通道中構成壁膜。所述壁膜在進氣 閥下次開啟時破裂。因此，還可使具有良好性能的燃料_空氣混合物均質化。並且減少了排放，並減少了催化器的損害。因而可以遵守規定的廢氣標準。通過同時應用位於前面的噴射和掃氣效應，在SRE技術中存在著這樣的危險，即 由廢氣、新鮮空氣、未燒盡的蒸發的燃料構成的混合物會直接進入排氣歧管中，這會增加排 放。對於所述SRE特有的問題來說，迄今已經公開了多個不同的解決方案，並在此示 例性地陳述。文獻JP 2005/083285A涉及一種用渦輪增壓機裝載的汽油發動機以及它的閥門 控制時間。此處所使用的閥門系統對於電動機的每個汽缸都包含兩個進氣閥和兩個排氣 閥，它們分別具有所屬的進氣通道。例如藉助進氣凸輪之間可變化的偏差，每個汽缸的所述 進氣閥都時間錯開地開啟。所述時間錯開在構造上是確定的且前後一致地不可變化。為了 能應用掃氣效應，進氣閥和排氣閥的重疊是必需的。因此文獻JP2005/083285規定了一種 裝置(例如所謂的「可變化的閥門控制器，它在發動機運轉過程中允許改變進氣側的開啟 時間，因此可自由選擇進氣閥和排氣閥的重疊。燃料藉助唯一的噴射閥噴入進氣通道中，第 一進氣閥也位於該處。所述第一進氣閥開啟得比第二進氣閥更遲，因此第一進氣閥和排氣 閥沒有顯現出重疊。如果第二進氣閥和排氣閥的開啟狀態是重疊的，且燃料在第一進氣閥 這一側上以預儲量(Vorlagerimg)進行噴射，而所述燃料沒有以未燒盡的形式進入排氣歧 管的危險，則掃氣效應因此應用在第二進氣閥這一側上。由於這種構造，可為電動機應用所 提及的掃氣效應，而不會提高碳氫化合物的排放。文獻JP 2005/180285A描述了相類的系統，它涉及一種控制器，用於藉助增壓渦 輪機強制吸氧的內燃機。在此也可規定渦輪之間的偏差，用來操縱兩個進氣閥，但每個進氣 通道都配備了噴射閥，因此每個汽缸都具有兩個噴射閥。為了把閥門重疊調整到進氣側上， 同樣使用可變化的閥門控制器。如果想應用掃氣效應，則只需在側面上噴射預儲的燃料，無
需閥門重疊。

發明內容
在這種背景下，介紹了一種具有獨立權利要求的特徵的方法和裝置。由從屬的專 利權利要求和描述得出本發明的其它構造方案。在實現具有進氣管噴射的發動機(SRE發動機)時，相應地在下述發動機中，即進 氣管噴射或燃料到進入通道或進氣通道中的噴射是在進氣閥之前進行的，通過應用掃氣效 應，本發明可以提高轉矩。同時，本發明應該可以將未燒盡的碳氫化合物降至最低，因此避 免催化器由於放熱上升而明顯加重的負載。另外在本發明中還規定了噴射策略，其中在出口或排氣閥關閉(「出口關閉」)之 後開始噴射，並在入口或進氣閥關閉(「入口關閉」)之前結束噴射或結束噴射時間。本發明可應用在所有的汽油發動機中，與其幾何形狀或形式(例如直列3缸、直列 4缸、V6汽缸、V8汽缸)無關，它們可支持掃氣效應。為了能在如所述短的時間內噴入所需的燃料量，需要調整燃料系統或相應的燃料 裝置。在此，可通過構造方面的措施來提高噴射閥的穩態的質量流Qstat。噴射壓力也可提 高，因此可在噴射過程中實現明顯更大更穩態的質量流。為了在空轉時也只沉積少量的燃 料量，而不會到噴射閥的非線性區域中，系統壓力在運轉時應在約3至約9bar之間變化。為此，可應用一種調節燃料壓力的系統(例如按需控制供油)。通常可使用各種噴射系統或各種噴射裝置，它能夠縮短噴射時間，使得在本發明 框架中規定的噴射策略可用來執行本發明。為了讓在噴射時間中噴入的燃料量可完全燒盡，可通過構造方面的措施(例如， 把噴射閥定位在進氣通道中，設置進氣通道)來確保，來自燃料的飛沫與進氣通道的盡可 能小的面積相接觸。從而避免出現預儲量效應(Vorlagerimgseffekt)，並避免已噴入的燃 料的一部分在下一次循環時未燒盡地進入燃燒室中，並因此進入排氣歧管。所述裝置構造得可實施介紹的方法的所有步驟。在此，所述方法的單個步驟也可 由所述裝置的單個部件來實施。此外，所述裝置的功能或所述裝置的單個部件的功能都可 作為本方法的步驟來實現。此外，本方法的步驟可作為所述裝置的單個部件或整個裝置的 功能來實現。從描述和附圖中得出本發明的其它優點和構造方案。應這樣來理解，即上面所述的以及下面將闡述的特徵不僅能以各自說明的組合來 應用，而且也能以其它的組合或獨自地應用，而不會離開本發明的框架。


圖1在示意圖中示出了已申請專利的SRE內燃機的細節，它應用了掃氣效應。當 掃氣效應開始起作用時，位於旁邊的圖表示出了所用的噴射策略。圖2在示意圖中示出了同樣的內燃機。當不再應用掃氣效應時，位於旁邊的圖表 示出了所用的噴射策略。圖3示出了內燃機的第一實施例的細節，並示出了噴射策略的第一實施例的圖 表，在首次轉化按本發明的方法時應用所述噴射策略。圖4示出了內燃機的第二實施例的細節，並示出了噴射策略的第二實施例的圖 表，如何在按本發明的方法的第二實施例中應用所述噴射策略。圖5在示意圖中示出了內燃機的第三實施例的細節，並示出了噴射策略的第三實 施例的圖表，在按本發明的方法的第三實施例中應用所述噴射策略。
具體實施例方式藉助附圖中的實施例示意性地描述了本發明，並在下面參照附圖進行詳細地闡 述。這些附圖的描述是連續且綜合性的，相同的參考標記表示相同的部件。圖1和2分別在示意圖中示出了內燃機2的細節，它應用了已申請專利的方案，用 來在SRE技術中應用掃氣效應。根據所述方案的描述，可與此處公開的發明進行比較。內燃機2包含燃燒室4，所述燃燒室4通過第一進氣閥6、第二進氣閥8分別與進 氣通道10、12相連。此外，燃燒室4與兩個排氣閥14、16相連。每個進氣通道10、12都配 備了噴射閥18、20。進氣閥6、8的控制是通過凸輪軸實現的，偏置的凸輪安裝在所述凸輪軸 上，所述凸輪在運轉過程中時間錯開地操縱這兩個進氣閥6、8。在運轉過程中，藉助閥門控 制器可改變進氣控制時間。圖1和2的兩個圖表包含垂直定位的軸線22，內燃機2的部件的狀態沿著所述軸線22表示在水平定位的時間軸線23上。在藉助圖1所述的運轉狀態下，掃氣效應開始起作用。圖1在圖表中示出了第一 排氣閥14的開啟時間24、第二排氣閥16的開啟時間26、第一進氣閥6的開啟時間28、第二 進氣閥8的開啟時間30以及第二噴射閥20的噴射時間32。在內燃機2運轉時，排氣閥14、16通過所屬的排氣凸輪軸進行加載，並為了實現它 們的開啟時間24、26而同時開啟並同時關閉。進氣閥6、8通過進氣凸輪進行加載，所述進 氣凸輪是時間錯開地工作。在這種情況下，第一進氣閥6的開啟時間28分別在第二進氣閥 8的開啟時間30之前開始和結束。還如圖1的圖表所示，在第一進氣閥6和第一排氣閥14上出現閥門重疊，其中第 一進氣閥6和第一排氣閥14同時開啟。如同已提及的一樣，在此處所述的情況下內燃機2 在掃氣模式下進行驅動。第二噴射噴嘴20的噴射時間32延伸到所有進氣閥6、8和所有排 氣閥14、16的開啟時間上。藉助圖2描述了內燃機1的第二運行情況。如圖2的圖表所示，兩個進氣閥6、8的 開啟時間28、30在時間上是錯開的。相反，排氣閥24、26的開啟時間是同步的。此外，與借 助圖1所示的運行情況不同的是，排氣閥14、16的開啟時間24、26和進氣閥6、8的開啟時 間28、30不會出現閥門重疊。圖2的圖表還補充地示出了第一噴射閥18的第一噴射時間 34和第二噴射閥20的噴射時間36。噴射閥18、20的噴射時間34、36在此只與排氣閥14、 16的開始時間24、26重疊。相應地，內燃機2在這種運行情況下沒有應用掃氣效應。圖1和2示出了，相對於傳統的內燃機需要做出哪些改變，以便能應用掃氣效應， 而不會引起排放的上升。其它的附圖描述了公開的、與之競爭的發明。圖3在示意圖中示出了具有燃燒室42或汽缸的第一內燃機40的細節，所述燃燒 室42或汽缸在進氣側上可藉助第一進氣閥44和第二進氣閥46開啟和關閉。所述燃燒室 42在排氣側上可藉助第一排氣閥48和第二排氣閥50開啟和關閉。此外，第一進氣閥44構 成朝向第一進氣通道52的過渡區，所述進氣通道52配備了噴射閥54。第二進氣通道56通 過第二進氣閥46與燃燒室42相連。在圖3中補充地示意性地示出了控制器57的實施例。對於此處詳細示出的內燃機40的燃燒室42來說，實施了進氣管噴射。這意味著， 通過進氣通道52、56引過空氣。通過噴射閥54，燃料額外地噴入第一進氣通道52中，因此 在所述第一進氣通道52中形成燃料-空氣混合物。所述燃料_空氣混合物在第一進氣閥 44打開之後進入燃燒室42中，並在它裡面燃燒。圖3的圖表包含垂直定位的軸線58，內燃機40的部件的運行狀態沿著所述軸線 58表示在水平定位的時間軸線60上。在此規定，兩個排氣閥48、50在第一時間點62( \)開啟。還在第一排氣閥48的 開啟時間64以及第二排氣閥50的開啟時間65的過程中，第一進氣閥44和第二進氣閥46 在第二時間點68(Τ2)開啟。在第三時間點70(Τ3)關閉這兩個排氣閥48、50。相應地，進氣 閥44、46的開啟時間72、74在它們的開始時是同步的。在第四時間點76(Τ4)規定，打開噴 射閥54，因此噴射閥54的噴射時間78在第四時間點76 (T4)開始。噴射閥54的噴射時間 78在第五時間點80 (T5)隨噴射結束而結束。下面，在第六時間點82 (T6)設定進氣閥42、46 的開啟時間72、74的結束。在內燃機90的第二實施例的在圖4中示意示出的細節中，示出了燃燒室92，它通過第一進氣閥94與第一進氣通道96相連，並通過第二進氣閥98與第二進氣通道100相 連。此外，內燃機92通過第一排氣閥102和第二排氣閥104來開啟和關閉。內燃機90的 噴射閥106在兩個進氣通道96、100之間設置在中央，因此可通過所述噴射閥106同時把燃 料噴入兩個進氣通道96、100中。通過噴射閥106噴入的燃料在進氣通道96、100中與空氣 混合，所述空氣在燃燒室92或汽缸的方向上輸入進氣通道96、100的內部。相應地，對於燃 燒室90的第二實施例來說，也實施了進氣管噴射。此外，圖4在示意圖中示出了控制器11 的其它實施例。如圖3的圖表所示的相似，沿著豎直定位的軸線58並通過水平定位的時間軸線 60，在圖4的圖表中描述了內燃機50在它的時間進程中的運行狀態。在此規定，兩個排氣閥102、104的開啟時間108、110在第一時間點112 (T1)開始。 進氣閥94、98的開啟時間116、118在第二時間點IH(T2)已經開始了。排氣閥102、104的 開啟時間108、110在第三時間點117(T3)結束。噴射閥106的噴射時間120在第四時間點 119 (T4)開始。在圖4的圖表中，為這兩個進氣通道96、110示出了兩次噴射時間120，因為 燃料藉助所述噴射閥106同時噴入兩個進氣通道96、100中。噴射閥106的噴射時間120 在第五時間點122 (T5)結束。進氣閥94、98的開啟時間116、118在第六時間點124 (T6)結 束ο在內燃機130的第三實施例的在圖5中示意示出的細節中，示出了燃燒室132，它 通過進氣閥134與進氣通道136相連。此外，燃燒室132通過排氣閥138來開啟和關閉。內 燃機130還包含從屬於進氣通道136的噴射閥140。在此同樣示意性地描述了控制器141 的實施例。對於內燃機130的第三實施例來說，也實施了進氣管噴射，其中通過進氣通道136 傳輸的空氣與通過噴射噴嘴140噴入的燃料混合在一起。在此產生的燃料_空氣混合物通 過進氣閥134輸入燃料腔132中，並在它裡面燃料。由於燃燒所述燃料_空氣混合物所產 生的廢氣通過排氣閥138從燃燒室132中排出。如圖3和4的圖表所示的相似，圖5的圖表包含豎直定位的軸線58和水平定位的 時間軸線60。在圖5的圖表中，描述了排氣閥138的開啟時間142、進氣閥134的開啟時間144 以及噴射閥140的噴射時間146。詳細地規定了，排氣閥138的開啟時間142在第一時間點 148 (T1)開啟。進氣閥134的開啟時間144在第二時間點150 (T2)開始。排氣閥138的開啟 時間142在第三時間點152 (T3)結束。噴射閥140的噴射時間146在第四時間點154 (T4) 開始，其中所述噴射時間146在第五時間點146 (T5)結束。進氣閥134的開啟時間144在 第六時間點158 (T6)結束。如同藉助圖3和4所述的本發明的實施例一樣，排氣閥138和進氣閥134在第二 時間點150和第四時間點154之間同時開啟，從而產生閥門重疊，並因此還產生掃氣效應。所有在圖3、4和5中示出的三個實施例具有共性，即在至少一個排氣閥48、50、 102、104、138的開啟時間64、66、108、110、142結束之後，並因此在所述至少一個排氣閥48、 50、102、104、138關閉之後，開始噴射閥54、106、140的噴射時間78、120、146。此外還規定， 在至少一個進氣閥44、46、94、98、134的開啟時間72、74、116、118、144結束之前，結束噴射 閥 54、106、140 的噴射時間 78、120、146。
此外在所有的實施例中都規定，在所述至少一個排氣閥48、50、102、104、138和所 述至少一個進氣閥44、46、94、98、134之間，在第二時間點68、114、150 (T2)和第三時間點 70、117、152(T3)之間產生閥門重疊。在第四時間點76、119、154(T4)中的閥門重疊之後，才 開始或開始噴射閥54、106、140的噴射時間78、120、146。相應地，當所述至少一個排氣閥 48、50、102、104、132、138關閉時，並且所述至少一個進氣閥44、46、94、98、134開啟時，才能 通過噴射閥54、106、140進行噴射。藉助圖3、4和5所述的噴射策略分別通過控制器57、111、141來控制。為此，控 制器57、111、141直接或間接地控制噴射閥54、106、140的噴射時間78、120、146，通過噴射 開始和噴射結束來在時間上限定所述噴射時間78、120、146，其中考慮到了所述至少一個排 氣閥 48、50、102、104、132、138 和至少一個進氣閥 44、46、94、98、134 的開啟時間 64、66、72、 74、108、110、116、118、142、144。為此，控制器57、111、141可與用來對所述閥門進行加載的 裝置或凸輪軸進行相互作用，並由此還可控制它們的開啟時間64、66、72、74、108、110、116、 118。
權利要求
一種用來為內燃機(40、90、130)的至少一個燃燒室(42、92、132)實施進氣管噴射的方法，其中在每個燃燒室(42、92、132)中配備了至少一個進氣閥(44、46、94、98、134)、至少一個排氣閥(48、50、102、104、138)和至少一個噴射閥(54、106、140)，所述進氣閥(44、46、94、98、134)與至少一個進氣通道(52、56、96、100、136)相連，其中在噴射時間(78、120、146)期間藉助所述至少一個噴射閥(54、106、140)將燃料噴入所述至少一個進氣通道(52、56、96、100、136)中，其中為實施所述方法，所述噴射時間(78、120、146)在關閉所述至少一個排氣閥(48、50、102、104、138)之後開始，並在關閉所述至少一個進氣閥(44、46、94、98、134)之前結束。
2.按權利要求1所述的方法，其中所述噴射時間(78、120、146)在所述至少一個進氣閥 (44、46、94、98、134)開啟之前開始。
3.按權利要求1或2所述的方法，其中對於所述至少一個進氣閥(44、46、94、98、134) 和所述至少一個排氣閥(48、50、102、104、138)設置有閥門重複，其中同時開啟所述至少一 個進氣閥(44、46、94、98、134)和所述至少一個排氣閥(48、50、102、104、138)。
4.按權利要求3所述的方法，其中所述噴射時間(78、120、146)最早在閥門重複結束之 後開始。
5.按上述權利要求中任一項所述的方法，在所述至少一個噴射閥(54、106、140)的穩 態的質量流上升時執行所述方法，其中穩態的質量流的值是50%至70%。
6.按上述權利要求中任一項所述的方法，在燃料壓力上升時執行所述方法，其中所述 壓力可為約3bar至約9bar。
7.按上述權利要求中任一項所述的方法，其中可以改變所述閥門重疊。
8.一種用來為內燃機(40、90、130)的至少一個燃燒室(42、92、132)實施進氣管噴射 的裝置，其中在每個燃燒室(42、92、132)中配備了至少一個進氣閥(44、46、94、98、134)、至 少一個排氣閥(48、50、102、104、138)和至少一個噴射閥(54、106、140)，所述進氣閥(44、 46、94、98、134)與至少一個進氣通道(52、56、96、100、136)相連，其中在噴射時間(78、120、 146)期間藉助噴射閥(54、106、140)將燃料噴入所述至少一個進氣通道(52、56、96、100、 136)中，其中所述裝置具有至少一個控制器(57、111、141)，用來控制所述至少一個噴射閥 (54,106,140)的功能，其中所述至少一個控制器(57、111、141)構造用於使所述噴射時間 (78、120、146)在所述至少一個排氣閥(48、50、102、104、138)關閉後開始，並在所述至少一 個進氣閥(44、46、94、98、134)關閉後結束。
全文摘要
本發明涉及一種用來為內燃機(130)的至少一個燃燒室(132)實施進氣管噴射的方法，其中每個燃燒室(132)都配備了至少一個進氣閥(134)、至少一個排氣閥(138)和至少一個噴射閥(140)，所述進氣閥(134)與至少一個進氣通道(136)相連，其中在噴射時間(146)期間，藉助所述至少一個噴射閥(140)將燃料噴入所述至少一個進氣通道(136)中，其中為實施所述方法，所述噴射時間(146)在關閉所述至少一個排氣閥(138)之後開始，並在關閉所述至少一個進氣閥(134)之前結束。
文檔編號F02D41/34GK101994589SQ201010260789
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月20日 優先權日2009年8月21日
發明者A·蘭, S·基弗, W·薩門芬克 申請人:羅伯特.博世有限公司