控制内燃机点火时刻的方法 本发明涉及一种控制内燃机点火时刻的方法。
当代的内燃机1(图1)有电子点火系统，它借助于由轴转角传感器2测量曲轴3相对于活塞上死点的角位置。此点火系统根据预先规定的曲轴角位置确定点火时刻，换句话说，在预先规定的角位置点燃事先已供入燃烧室4中的燃油空气混合物。此点火系统通常是内燃机电子控制设备的一个组成部分，内燃机电控设备还控制油气混合物的供入，油气混合物在一个“较早的”或提前的角位置供入燃烧室4。
在自吸式发动机和传统的低压喷油装置中，为供入油气混合物所需的持续时间对应于一个相当大的曲轴转角范围。尽管混合气供入的时刻也如同点火时刻那样在曲轴的一个预先规定的角位置时触发，然而对于比较简单的控制设备，混合气供入的开始时刻规定得并不如点火时刻那么精确，因为人们认为燃烧主要受点火时刻的影响，并鉴于燃油供给的持续时间较长，所以准确规定燃油供给地起始时刻是不必要的。
在具有喷油装置10的内燃机1中，通常借助于唯一的一个控制器9既控制喷油过程也控制点火时刻。在高压喷油装置中燃油或油气混合物在很短的时间范围供入燃烧室4，所以在采用这类高压喷油装置尤其在燃油直接喷入燃烧室4中时，也准确规定了喷油过程的时刻，并在一个预先规定的曲轴的角位置时触发。无论是为了喷油过程还是为了点火时刻而准确地测定曲轴的角位置，均意味着控制器9的昂贵的计算方面的费用支出，其中要在很短的时间内完成两次测量过程。
由例如WO92/14925和WO93/18296已知按储能原理工作的高压喷油装置。燃油通过此高压喷油装置以极短的脉冲喷入燃烧室内。此外在例如德国专利申请P19515781和P19515782中介绍了一些按固体储能原理工作的高压喷油装置，所谓“PDS喷油装置”(油泵/喷嘴系统)。这种PDS喷油装置主要规定用于将燃油直接喷入燃烧室内，其中在怠速运转时一次喷油过程的持续时间可能低于半毫秒。用于测量曲轴角位置的曲轴转角传感器2由一个圆周制有齿6的齿盘5和一个传感元件7组成，后者装在齿盘5的圆周区并感受齿6的通过和转变为相应的电脉冲信号。电信号通过导线8输入控制器9。在高转速的情况下曲轴转角传感器2的信号有高的时间分辨率，因为两个相继的齿6在传感元件7旁通过的时间间隔很短。另一方面在低转速时(例如＜2000转/分)，如在怠速运转时出现的转速那样，此时的这一时间间隔长，所以转速的测量不准确，尤其当在测量期间转速改变的情况下，因为在两个相继的齿6通过之间转速的改变借助于曲轴转角传感器2不可能精确地测得。这种转速改变例如出现在不稳定的怠速运转期间，所以由于在测量转速方面存在测量误差，尚不能最佳地解决修正到怠速运转额定转速的问题。此测量误差造成高的燃油消耗量以及随之而来的较高的有害物质排放量。
图2表示内燃机的转速[转/分]随曲轴旋转时间[秒]的变化曲线。由此可见，在低转速时转速的改变由旋转时间较大的改变造成，并因而在测量转速时引起高的不准确度和大的时间测量误差。
本发明的目的是提供一种控制内燃机点火的方法，按此方法尤其在低转速主要在怠速运转中造成高的运转平衡性，获得更高的效率，显著降低有害物质排放，并能以简便的手段实现。
此目的通过具有权利要求1的特征的方法达到。在从属权利要求中说明了有利的进一步改进。
按本发明当从起动喷油过程起经过了一个预先规定的持续时间时触发点火。因此，为了实施点火并不是测量曲轴的角位置，而是测量起动喷油过程后预定的持续时间的进程。由此保证，在点火时刻已供入的油气混合物处于预先规定的状态，此时能易于将它点燃。按本发明的方法在低转速(＜2000转/分)时特别有效，因为在确定点火时刻时这里出现的测量误差并不影响在喷油过程与点火之间的间隔时间，从而获得非常平稳的怠速运转。
此外，按本发明的方法在直接喷油的内燃机中使用是特别有利的，因为直接喷入的燃油喷射流只能在规定的时刻点火，这一时刻可通过按本发明的方法精确地保持。
按本发明的方法可以在各种具有喷油装置的内燃机中使用，在这些内燃机中燃油或油气混合物按预定的时间顺序供入燃烧室。换句话说喷油过程是一个不随时间变化的过程，它的持续时间只取决于某些参数，例如每个喷油过程喷入的燃油量。
下面借助于附图作为范例说明本发明。其中：
图1示意表示带点火和喷油装置的内燃机气缸截面；
图2转速[转/分]与曲轴旋转时间[秒]的关系曲线；
图3示意表示按储能原理工作的喷油装置；
图4通过气缸头和活塞上部区的截面，它们设计用于燃油的直接喷射和直接点火；
图5通过气缸头和活塞上部区的截面，它们设计用于燃油的直接喷射；
图6线路图，用作测量预定的延迟时间的定时器。
按本发明的方法应用于一种有两个气缸的二行程内燃机中。此内燃机的行程容积为380厘米3，在6500转/分时的功率为60马力。
采用按固体储能原理工作的喷油装置(PDS喷油装置)，例如在德国申请P19515781和P19515782中介绍了这种喷油装置。
图3中示意表示了按储能原理工作的喷油装置基本原理。此燃油喷射装置以活塞泵11为基础，它有一个电磁驱动装置用于从备用油箱12吸入燃油以及用于在推进管13中加速被吸入的燃油，推进管13经高压管14与喷嘴15相连。此外在推进管13与高压管14之间的分路中设一截止阀16，它设计为电磁阀并用来控制燃油去回油管17的通路，回油管17与截止阀16相连并通入油箱12。截止阀16和活塞泵11通过公共的电子控制器9进行控制，控制器9与设计为电磁阀的截止阀16的励磁线圈连接以及与活塞泵11的驱动装置电磁线圈相连。此外，在吸油管20中还设有一单向阀19，吸油管20将推进管13在泵侧的端部与油箱12连接起来。
活塞泵11包括一个电磁线圈21，电磁线圈有一个设在线圈通道内的衔铁22，后者设计为例如是实心的圆柱体并可在壳体孔23中导引，壳体孔23平行于电磁线圈21的中心纵轴线延伸，衔铁在压力弹簧24预紧力作用下压向一个静止位置，如图3所示，在这一位置衔铁以其后端壁与壳体孔23的左端相靠。衔铁22的另一个端壁受弹簧24加载，弹簧24在孔23右端支承在泵11的壳体壁上。衔铁22受弹簧压力的端面与一活塞杆25牢固连接，在活塞杆25的自由端固定活塞26，亦即泵11的输送活塞，活塞26在推进管13的内壁上导引并最好相对于此壁密封。活塞杆25穿过泵壳体中的一个孔，此孔的直径小于导引衔铁22用的孔的直径。
吸油管20在输送活塞26位于外部的端面之前与推进管13连通。在吸油管20中的单向阀19包括例如作为阀门元件的受弹簧预压力的滚珠，其中滚珠和弹簧这样配置，即，当输送活塞26为了抽吸油箱12中的燃油而实施其吸油行程时，球状的阀门元件在单向阀中升起，也就是说当活塞26在图3中实施向左的行程运动时，这种情况是在电磁线圈21去励磁以及衔铁22被弹簧24移向其静止位置时发生的。在另一种情况下，亦即在活塞26实施输送行程时，这相应于在图3中电磁铁21励磁时活塞向右运动，于是单向阀20的阀门元件移至其截止位置，从而切断了推进管13与油箱12的连通。通过活塞26的输送行程，位于推进管13内的燃油质量被加速，并在截止阀16的一个由控制器18规定的打开持续时间内流入回油管17以及经此回油管进入油箱12。因此在这一时间期间燃油主要是在管道13和17中进行加速，在这种情况下燃油压力如此之低，以致处于一种已知方式例如液压式阻塞的喷嘴15采取了一种截止状态，在这一状态下不可能有任何燃油经喷嘴流出。
当在推进管13(和回流管7)中的燃油量达到了一个由控制器18根据当时的发动机工作条件规定的加速度值时，截止阀同样在控制器18的控制下关闭，因此在管道13和14中流动的燃油的动能突然转变的压力冲击能量，其值如此之高，以致克服喷嘴15的关闭阻力并使燃油经喷嘴15喷出。这种燃油喷射装置允许活塞泵的不连续工作，活塞泵结合电磁操纵的截止阀6可以精确地控制喷油过程。
这种按储能原理工作的喷油装置的特点是喷油压力≥40巴，它最好在约60巴的范围内。当喷油压力在60巴范围内时，用传统的喷嘴可达到燃油喷射速度约50米/秒。高的喷油压力脉冲式地发生，通过喷油脉冲的持续时间来控制每一个喷油过程喷入的燃油量。
在按本发明的方法中，首先确定触发或开始喷油过程的时刻。这可以按传统的方式和方法通过测量一个预先规定的曲轴的角位置来实现。若确认已处于预定的角位置，则触发喷油过程，并与此同时起动定时器，它在经过一个预定的时间或一个预定的延迟时间后发出一个信号，用于点燃在燃烧室内的油气混合物。
在定时器测量预定的延迟时间提过程中，在燃油喷射装置中经历了下列过程：
1.电磁线圈21励磁；
2.衔铁22以及在推进管13内的燃油加速；
3.储存的能量传递给在高压管14内的燃油；
4.当克服喷嘴15的关闭阻力时燃油喷入燃烧室4中；
5.喷出的燃油在燃烧室4内雾化和旋转。
这些在喷射过程时经历的过程不随时间而改变，也就是说持续时间是预定的或取决于少量参数，例如每个喷油过程所喷射的燃油量，所以在触发喷油过程的时刻便已确定，喷入燃烧室4中的燃油何时处于点火的理想状态。
图1中表示怠速运转时的小燃油云28和负荷运转时的大燃油云29。理想的点火时刻取决于整个燃油云在燃烧室4内是如何分布的以及在火花塞30区域内是否聚集有为点火所需的足够富油的油气混合物。本发明人发现，尤其在怠速运转时理想的点火时刻，是在一个相对于喷油过程的起始点的预先确定并只与少量参数有关的延迟时间时达到。
使用按本发明的方法的二行程内燃机配备有用于直接喷油的气缸头31和活塞32，如图4和5所示。
在图4和5中活塞32均处于上死点，所以在活塞32与气缸头31之间形成穹顶状燃烧室4。在此燃烧室4内借助于喷嘴15喷入燃油，燃油在燃烧室4内形成一个喷油锥33。
在按图4的实施形式中火花塞30接触喷油锥33，所以喷入的燃油喷射流可以直接点燃。因而在这种实施形式中既实行直接喷油又实行直接点火，因为直接喷出的燃油喷射流被火花塞30点燃。
在按图5的实施形式中火花塞30与喷油锥33不接触。喷出的燃油在活塞32上被反射，并只有在这之后才被火花塞30点燃。因此在这种实施形式中实行直接喷油，但不实行直接点火。
这两种实施形式均适用于按本发明的时间延迟的点火。
在采用直接点火的实施形式中，预先规定的延迟时间的时间期限在0.5毫秒与1毫秒的范围内，在正常工作时最好取0.7毫秒。延迟时间最好根据内燃机的温度改变，其中温度在气缸头31上测量。在冷起动时延迟时间调整为约0.5毫秒，在热的气缸头31的情况下调整为1毫秒。设定喷油过程开始与点火时刻之间延迟时间时其它参数不予考虑。这样一种点火时刻的控制可以通过简单的方式和低的计算方面的费用支出实现，因为恰当的延迟时间仅仅根据唯一的一个参数即气缸头温度来确定。
采用这种实施形式获得了一种在怠速运转时杰出的同步性，所以甚至在转速为180转/分时也能实现二行程内燃机的平稳的怠速运转。此180转/分的低速极限仅仅由在试验时采用的控制器规定，因为它不可能计算更慢的转速。
在180转/分的转速下怠速运转意味着与一般的怠速运转的转速相比明显地省油，后者是这里所达到的怠速运转转速的好多倍。
采用按图5的实施形式，其中燃油在活塞32上反射，也能获得一种极好的运转平稳性。由于燃油的反射，延迟时间比直接点火时的长，此时的延迟时间约在3.5毫秒与5.5毫秒之间的范围内。业已证实，延迟时间可调整为唯一的常数值，它最好约为4.5毫秒。这样一个常数的延迟时间可采取极为简单的技术手段来实现，无需为此使用微处理机。
定时器既可设计为数字式定时器，也可设计为简单的硬件电路(图6)。
此硬件电路设计用于两缸内燃机，它们各有一个入口a、b，喷油过程的触发信号或控制信号在入口处输入。在另一个入口c处输入控制电压，控制电压确定延迟时间。当延迟时间为常数时，控制电压可分接到电位计上；而当延迟时间为可变的时，则控制电压由控制器提供。
在a、b处出现的触发信号之一的正的上升边沿接通一个触发器41，因此触发器出口Q产生一个电压。其结果是打开了比较器42的出口，使电容器43通过电阻44充电。在电容器43上存在的电压与在相应的电容器45上存在的控制电压进行比较。若这两个电压一样大，则触发器41复位，其结果是在A、B处输出一个点火的控制信号。
按本发明的控制点火时刻的方法，还可以与传统的控制点火时刻的方法组合，在传统的方法中点火时刻根据预定的曲轴的角位置确定。在这里，按本发明的方法最好使用在一个负荷门槛值或转速门槛值以下，而传统的方法用在此门槛值以上。这种转速的门槛值大约在2000至4000转/分的范围内。
总之可以肯定，采用按本发明的时间延迟的点火方法可以借助于简单的技术手段确定点火时刻，由此尤其在怠速运转时可获得极佳的运转平稳性。