用於使內燃機運轉的方法
2023-05-19 04:12:21 2
專利名稱：用於使內燃機運轉的方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求1前序部分所述的用於使內燃機運 轉的方法。
背景技術：
通過優化燃料燃燒可以減少內燃機廢氣中有害物質的產生。但是 對於這樣的優化需要儘可能準確的了解內燃機燃燒室中充氣的狀態參 量。目前要精準的求得這些狀態參量不是需要傳感器的巨大花費，比 如通過安裝探測燃燒室內當前壓力的壓力傳感器，就是存在著一些公 差，這樣又使所述的優化變得更加困難.
發明內容
本發明的任務是提供一種開頭所述類型的方法，該方法用簡單的 手段可以儘可能準確地求得內燃機燃燒室中充氣當前的狀態參量。
這個任務通過具有權利要求1特徵的方法進行解決。
本發明優選的改進方案在從屬權利要求中進行說明.提出的任務 的其它解決方法在並列權利要求中，它們涉及到電腦程式、電存儲 介質以及控制和/或調節裝置。除此以外，可以從下面的說明和附圖中 獲知對於本發明重要的特徵，其中即使沒有單獨明顯指出，但本發明 特徵的完全不同的組合也可以是重要的。
按照本發明認為，特別是在現代的內燃機內不能假設內燃機燃燒 室中的充氣只包括空氣，更確切地說在內燃機的很多運轉狀態下，燃 燒室中存在混合氣體，例如，當運行具有廢氣回流的內燃機或者當水 或者水蒸汽噴射到燃燒室中時就是如此。按照本發明，首先假設或者 求得當前在燃燒室中的混合氣體的組成，即將混合氣體分為有意義的 氣體成分。然後考慮到這樣定義的混合氣體來求得狀態參量。
用這種方式可以實時計算發動機內的狀態參量。以此可以改善燃 燒和燃燒開始的控制，而又不使用昂貴的傳感裝置，比如說燃燒室壓 力傳感器。在此可以預知地進行燃燒優化，因為根據內燃機的運轉狀 態可以預測當前在燃燒室中的混合氣體的組成。
特別是在具有廢氣回流的內燃機中可以優選使用本發明。因為如
果假設燃燒室內只存在空氣的話，那麼隨著廢氣回流率的不斷增加， 實際的情況和預測之間的偏差將越來越大。在此使用本方法不僅僅局 限於應用在串聯內燃機上。為了分析在壓縮階段(噴射)的功能和系 統以及接下去的過程(廢氣後處理)信息，本方法也同樣可以有意義 地使用於模擬中。
對於優化燃燒尤其重要的狀態參量是壓力和溫度。
如果為了求得狀態參量從已知的初始狀態出發假設絕熱的狀態變 化，那麼在花費可接受的計算費用的同時可以得到良好的結果.雖然 內燃機的壓縮是多變的，也就是它和環境之間進行了不可逆的能量交 換。但是如果這個能量流用壓力損失的形式來描述，就可以計算關於 絕熱壓縮的壓力變化。
在此可以使用絕熱指數，考慮混合氣體各個成分的分壓計算該絕 熱指數，在此分子的分壓和混合氣體的分壓都可以是有意義的。這些 分壓可以作為加權因數用於在使用混合氣體各個成分的絕熱指數的情 況下來計算平均絕熱指數.
如果把那些對於內燃機特定運轉狀態典型的混合氣體絕熱指數保 存，並可以根據當前的或者計劃的運轉狀態調用這些絕熱指數的話， 那麼會顯著減少內燃機運轉時的計算花費。即可以預先用適當的方法 非常精確地求得絕熱指數，也可以考慮在實驗中求得絕熱指數。然後 可以按照運轉狀態(比如說沒有、少量或者大量廢氣回流、水噴射、 沒有水噴射等等)例如從表格中選取相應的絕熱指數，
為了計算絕熱指數，也可以假設涉及一種理想的混合氣體。在很 多情況下這樣的假設是允許的，並且得到足夠準確的結果。同時以此 減少計算絕熱指數的費用。
另外按照本發明建議，首先從已知的部分起始狀態出發為混合氣 體的每個成分計算部分狀態參量，並且通過部分狀態參量的求和計算 混合氣體的狀態參量。
另外建議，本方法包括以下的步驟
a) 確定內燃機當前的運轉狀態，
b) 必要時計算在當前運轉狀態中燃燒室內混合氣體的典型的組 成，
c) 計算或者調用屬於這種混合氣體或者說這個運轉狀態的絕熱指
數，
d) 計算在"關閉進氣閥"時刻的初始狀態參量，
e) 根據曲軸轉角或者活塞位置計算狀態參量。
以下參考附圖詳細描述本發明特別優選的實施方式.圖示示出 圖l是內燃機的示意圖2是用於使圖1的內燃機運轉的第一種方法的流程圖3是描繪關於曲軸轉角的燃燒室壓力的圖表；
圖4是用於使圖1的內燃機運轉的第二種方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1中用附圖標記10表示整個內燃機。它包括多個氣缸，其中出 於清楚的原因僅示出了一個用附圖標記12表示的氣缸.該氣缸12又 包括燃燒室14，該燃燒室14由燃燒室壁16和活塞18限定.活塞18 與曲軸20相連，由傳感器22檢測曲軸20當前的位置和轉速。
新鮮空氣通過進氣閥24和進氣管26進入燃燒室14。燃燒廢氣通 過排氣閥28和排氣管30從燃燒室14中排出.排氣管30和進氣管26 可以通過廢氣回流管32和廢氣回流閥34連接.通過這種方式廢氣可 以從排氣管30導入進氣管26中.燃料通過噴射器36直接被噴射到燃 燒室14中，另外在特定的運轉狀態下水或者水蒸汽也可以通過噴射器 38噴入到燃燒室14中。
內燃機14的運轉由控制和調節裝置40控制和調節，該控制和調 節裝置40收到不同傳感器的信號，也有曲軸傳感器22的信號。它控 制內燃機10不同的調整機構，比如說廢氣回流閥34、用於燃料的噴射 器36和用於水或者說水蒸氣的噴射器38。
在壓縮沖程期間燃燒室14中的壓縮是多變的，也就是和環境進行 不可逆的能量交換。當把這種不可逆的能量交換以壓力損失的形式描 述時，在壓縮衝程期間通過絕熱的壓縮燃燒室14內的壓力變化按照以 下的公式(1)來計算
屍2=屍氣體-A (1)
Pz是氣缸中的壓力，P氣體是實際的氣體壓力，PL指壓力損失，例
如由於與燃燒室壁16發生熱交換，漏氣(活塞18和燃燒室壁16之間 的壓力洩漏)等引起。
然而所述的公式(1)只適用於理想氣體；對於不具有理想氣體特 性的混合氣體，對求得的壓力和溫度變化會產生巨大的偏差.但根據 活塞18的位置或者說曲軸20的曲軸轉角儘量準確地了解壓縮沖程期 間在燃燒室14中存在的壓力P和那裡存在的溫度T對於優化燃燒和減 少有害物質非常重要。因此在圖1所示的內燃機10中藉助以下基於熱 力學考慮的方法求得燃燒室14中狀態參量P和T。
在混合氣體中，氣體壓力P氣體可以分成分壓Pi。其中分子的分壓 和混合氣體的分壓都是有意義的。其基於下面的道爾頓公式
屍氣體， (2 )
在此分壓Pi指氣體成分i的分壓.現在可以根據公式(3)首先計 算加權因數Xi:
',二t (3) 在該氣體成分i的加權因數Xj和絕熱指數K i的基礎上現在可以根
據公式(4)計算平均絕熱指數K^
Km (4) 然後可以用下面的公式(5)計算當前的氣體壓力P氣體formula see original document page 7
Po是在關閉進氣閥24的時刻緊接著開始壓縮衝程時燃燒室14內 的壓力，體積V。是在相同的時刻氣體的體積，並且體積Vz是燃燒室 14的隨時間變化的體積，即在曲軸20 —定的角度或者說活塞18 —定 的位置上的體積。與此相類似可以根據下面的公式(6)計算當前的氣 T氣體
formula see original document page 7公式6中溫度T。是壓縮衝程開始時燃燒室14中相應的溫度，即 同樣是關閉進氣閥24時的溫度。
在所述的物理和熱力學關係的基礎上使用現在根據圖2解釋的方法
在42中開始後，在44中求得內燃機10當前的或者即將來臨的運 轉狀態。在此例如可以是具有/沒有廢氣回流或者具有/沒有噴水的運轉 狀態.之後在46中根據運轉狀態求得相應的氣體組成。由此獲得各個 氣體成分i的對於這些特殊氣體組成確定的典型分壓。現在在此基礎上 又可以在48中求得平均絕熱指數K^
對於在燃燒室14中的混合氣體的特定組成或者同樣對於內燃機10
特定的運轉狀態，在初步實驗中也可以求得對於相應的內燃機類型的 相應的絕熱指數Km，並保存，並且可以在48中僅僅根據內燃機IO當 前的運轉狀態從存儲器中調用相應的模塊44。在50中藉助相應的平均 絕熱指數k m可以根據曲軸20的角度或者說活塞18的位置計算氣體壓 力P氣體和氣體溫度T氣體。本方法在52中結束。
從圖3可以看出，用所述的方法可以非常準確的求得或者說預計 出實際壓力。圖3中實線指在燃燒室14的壓縮結束時實驗中測出的壓 力變化，虛線顯示的是藉助以上方法求得的壓力變化，點線是用傳統 的方法(假設在燃燒室H中的是純空氣)確定的壓力變化。可以看 出用圖2的方法求得的壓力變化與測量的(實際的)壓力變化非常好 得一致。
代替平均絕熱指數Km也可以首先為混合氣體的每個成分i作為部 分狀態參量求得氣體成分i的氣體分壓P氣體—i，更確切地說又從氣體成 分i的在"關閉進氣閥24"的時刻的初始氣體壓力Poj出發。然後可以 將這些氣體分壓P氣體j相加，並且得到總-氣體壓力P氣體。相應的公式 關係為
屍氣體，o (7) 對於總溫度適用相同的公式
formula see original document page 8 (8)
在此顯然溫度Toj等於在"關閉進氣閥24"時刻的總氣體溫度To。 圖4示出了相應的方法。
它相應於圖2的方法，但是首先在54中求得氣體分壓P氣體j，然 後在56中相加，反之在58中直接通過求和形成總溫度T氣體。因為其 它方法步驟和圖2的方法沒有區別，所以具有相同的附圖標記，在此 不再重複敘述。
藉助求得的曲軸轉角特有的氣體溫度T氣體和求得的曲軸轉角特有 的氣體壓力P氣體又可以高精度地求得控制參數，例如噴入的燃料量， 從而減少內燃機10的有害物質排放。
權利要求
1.用於使內燃機(10)運轉的方法，其中考慮處於內燃機(10)燃燒室(14)中的充氣的狀態參量(P氣體、T氣體)求得至少一個控制參數，其特徵在於，考慮處於燃燒室(14)中的混合氣體的假設的或者求得的當前組成求得所述狀態參量(P氣體、T氣體)。
2. 按權利要求l所述的方法，其特徵在於所述狀態參量是壓力 (P氣體)和/或溫度(T氣體)。
3. 按權利要求1或者2中任一項所述的方法，其特徵在於為了 求得所述狀態參量(P氣體、T氣體)，從已知的初始狀態(Po、 T0)出發 假設絕熱狀態變化。
4. 按權利要求3所述的方法，其特徵在於使用考慮混合氣體各 個成分(i)的分壓(Pi)求得的絕熱指數(Km)。
5. 按權利要求4所述的方法，其特徵在於將對於確定的運轉狀 態典型的混合氣體絕熱指數(Ki)進行保存，並可以根據當前的或者 計劃的運轉狀態調用。
6. 按權利要求4或者5中任一項所述的方法，其特徵在於為了 計算絕熱指數(Km)假設涉及理想的混合氣體.
7. 按權利要求3所述的方法，其特徵在於首先從已知的部分起 始狀態(P(U、 T。j)出發，為混合氣體的每個成分(i)計算部分狀態參 量(P氣體i 、 T氣缽—0 ，並且然後通過將部分狀態參量(P氣體j 、 T氣體j) 相加求得混合氣體的狀態參量(P氣體、T氣體)。
8. 按上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於該方法包 括以下步驟(a)確定(44)內燃機(10)當前的運轉狀態，必要時(b)計算(46)處於燃燒室(14)內的混合氣體在此運轉狀態下典型 的組成，(c)計算(48)或者調用屬於此運轉狀態或者說混合氣體的 絕熱指數(Km) ， (d)求得"關閉進氣閥"時刻的初始狀態參量(Po 、 To) ， (e)根據曲軸U0)的角度或者活塞(18)的位置計算(50) 狀態參量(P氣體、T氣體).
9. 電腦程式，其特徵在於編制該電腦程式用於在按照上述權利要求中任一項所述的方法中應用。
10. 用於內燃機(10)的控制和/或調節裝置(40)的電存儲介質， 其特徵在於在該電存儲介質上存儲了用於在按權利要求1到8所述的方法中應用的電腦程式。
11.用於內燃機(10)的控制和/或調節裝置(40)，其特徵在於 對該控制和/或調節裝置(40)進行編程以在按權利要求1到8中任一 項所述的方法中應用.
全文摘要
在用於使內燃機(10)運轉的方法中，考慮處於內燃機(10)燃燒室(14)中充氣的狀態參量求得至少一個控制參數。建議考慮處於燃燒室(14)中的混合氣體的假設的或者求得的組成來求得狀態參量。
文檔編號F02D41/00GK101182809SQ20071018636
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月14日 優先權日2006年11月15日
發明者D·託克扎德, K·米查利克, O·布羅克斯 申請人:羅伯特.博世有限公司