用于运行内燃机的方法.pdf

在一种内燃机中，燃料至少在一个压缩冲程(44)期间直接地这样地喷入至少一个燃烧室中，使得在燃烧室中具有一个分层的混合物。该混合物然后被外源点火(54)。建议燃料在压缩冲程(44)期间通过至少一个主喷射(46)和一个点火喷射(50)引入，其中点火喷射(50)紧接着在点火(54)之前进行和通过它至少基本上不产生扭矩。

1.  用于运行内燃机(10)的方法，其中燃料至少在一个压缩冲程(44)期间直接地这样地喷入至少一个燃烧室(14)中，使得在燃烧室中(14)具有一个分层的混合物，该混合物然后被外源点火(54)，其特征在于，燃料在压缩冲程(44)期间通过至少一个主喷射(46)和一个点火喷射(50)引入，其中点火喷射(50)紧接着在均匀分离点火(54)之前进行。

2.  按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法用于在起动阶段期间内燃机(10)的分层起动。

3.  按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在起动阶段结束之后通过以一个点火曲轴角的均匀分离喷射实施一个催化器加热阶段，该点火曲轴角位于在压缩冲程(44)和膨胀冲程(58)之间的上死点后(ZOT)。

4.  按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，点火喷射(50)至少间接地与点火(54)的曲轴角相关联。

5.  按照权利要求4所述的方法，其特征在于，点火喷射(50)与点火(54)的间隔至少在一定时间上是固定的。

6.  按照权利要求4所述的方法，其特征在于，点火喷射(50)与点火(54)的间隔至少在一定时间上取决于内燃机(10)的至少一个状态参数(ZS)。

7.  按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，附加地至少一个预喷射(40)在进气冲程(38)期间实施，优选在曲轴角为大约300°KW-260°KW的范围中，更优选为在压缩冲程(44)和膨胀冲程(58)之间的上死点前(ZOT)大约280°KW实施。

8.  按照前述权利要求中之一所述的方法，其特征在于，喷射(40，46，50)的喷射量的分配和/或喷射(40，46，50)的曲轴角取决于至少一个环境状态参数，尤其是环境温度和/或进气空气温度，和/或取决于内燃机(10)的至少一个运行参数，尤其是相对充气度和/或内燃机(10)的构件的温度和/或点火(54)的曲轴角和/或曲轴的转速。

9.  计算机程序，其特征在于，它被编程以在按照前述权利要求中之一所述的方法中应用。

10.  用于内燃机(10)的控制和/或调节装置(30)的电的存储介质，其特征在于，其上存储在按照权利要求1至8所述的方法中应用的计算机程序。

11.  用于内燃机(10)的控制和/或调节装置(30)，其特征在于，它被编程以在前述权利要求1至8中之一所述的方法中应用。

用于运行内燃机的方法
现有技术
本发明涉及一种按照权利要求的前序部分所述的用于运行内燃机的方法。此外本发明的主题还有计算机程序，电的存储介质以及控制和/或调节装置。
在公开物“汽油直接喷射的排放策略”，MTZ11/2003，第916至923页，描述了“分层起动”的可能性。与其中在进气冲程期间进行喷射的均匀的低压起动相反，在分层起动情况下喷射延迟到压缩冲程期间才进行。由此产生一种分层的燃料空气混合物，在火花塞的区域中具有浓的混合物雾团。
这种分层起动相对于常规低压起动的优点在于，首先在低的环境温度和发动机温度下要求较小的加浓，其改善了内燃机的排放特性。这种加浓是需要的，因为在起动时一部分喷射的燃料作为壁膜保持粘附在冷的燃烧室壁上和由此在起动阶段期间不是在全部范围上参与实际的燃烧。这种程度的未燃烧的燃料将在未燃烧的状态下排出和导致不希望的HC排放。为了补偿没有参见燃烧的燃料量，必须相应地提高喷射量。在均匀的低压起动情况下超过化学计算的量的2至3倍的加浓因子不是不寻常的。
在通常持续大约1至2秒钟的分层起动阶段之后，亦即在最开始的喷射和点火之后，接着是一个催化器加热阶段，在此期间实施一种均匀分离喷射(Homogen-Split-Einspritzung)。在上述公开物中为此建议，在进气冲程期间进行第一喷射，通过它在燃烧室中产生一种稀薄的和均匀的基本混合物。随后在接着的压缩冲程期间进行第二喷射，通过它在火花塞的区域中产生一个浓的混合物雾团。点火相对较迟地紧接着在上死点后在压缩冲程和接着的膨胀冲程之间进行。由此实现一种燃烧的延迟的重心位置，其结果是，大部分释放的能量没有被转化成机械能而是在废气流中作为热量释放。由此可以非常快速地加热催化器。进气分层的产生在两种情况下优选通过射流引导的方法产生。
此外由DE102004017989A1已知，在用非常贫的进气混合物的运行中在进气冲程期间进行预喷射和紧接在点火之前在压缩冲程期间进行主喷射。但是此时的混合物的准备不是最佳的。
发明的公开
技术任务
本发明的任务是提供一种用于运行外源点燃的具有燃料直接喷射的内燃机的方法，通过该方法可以减少排放和燃料消耗。
技术方案
所提出的任务通过具有权利要求1的特征的方法解决。在并列的权利要求中给出了其它的可能的技术方案，它们涉及一种计算机程序，一种电的存储介质以及一种控制和/或调节装置。本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中给出。此外在以下的描述中和附图中可以得到本发明的一些主要的特征。其中对于本发明来说所述的特征的完全不同的组合也是关键的，对此不需要详尽地说明。
有益的效果
在按照本发明的方法中在燃烧室中的最不同的和贫的进气分层情况下也可以保证可靠的着火。由此大大地扩展了内燃机的运行范围，而不会害怕断火。但是实际的产生扭矩的主喷射可以在压缩冲程或压缩冲程期间设置在这样的喷射角上，即在此喷射角下最佳地保证希望的进气分层和混合物的准备。由此同时降低排放和消耗。主喷射的量(其也可以通过多次喷射引入)明显大于点火喷射的量。点火喷射本身是这样地小，使得它对内燃机的扭矩没有贡献或至少它的贡献不是主要的并且也没有明显提高燃料消耗。通过它仅仅在非常小的范围中直接地在火花塞旁产生一个这样地浓的混合物，使得在燃烧室中产生一种＂点火火焰＂，它可以可靠的使在正常情况下平的剩余混合物着火。
点火喷射紧接着地在点火之前还在到达在压缩冲程和膨胀冲程之间的上死点之前进行。“紧接着地”的意思是，以曲轴角度(°KW)表示的间距最大为大约5°KW，优选只有大约1°KW。必要时点火和点火喷射也可以同时进行。点火角通常位于上死点前大约15°KW的曲轴角的范围中，亦即还在压缩冲程中。
采用本发明的方法尤其是可以在低的环境温度下进一步降低对于可靠的分层起动所要求的燃料加浓，其尤其是对起动阶段的HC排放产生有利的作用。甚至可以以贫的起动λ实现分层起动。例如内燃机可以在发动机温度为大约20℃时以1至1.5的λ值，在优化的燃烧过程情况下甚至以λ值>2进行贫油起动。要实现的起动λ此时除了发动机温度还有利地取决于不同的参数，例如燃料质量，环境温度，等等。通过按照本发明的方法，在起动阶段期间燃烧也得到改善或稳定，这同样对在起动阶段期间的排放的水平产生有利的作用。此外这样运行的内燃机显示了相对于不同的燃料质量提高了耐用性。即在用“差燃料”加油情况下起动特性也变得较可靠。
这是由此实现的，即在起动阶段期间，即在最初的喷射或曲轴的旋转期间，在压缩冲程期间进行至少一个主喷射，优选在压缩冲程和膨胀冲程之间的在上死点前大约为80°KW-30°KW的曲轴角中。通过它将燃料喷射到在燃烧室中的被预压缩的和由此预加热的空气中。之后进行点火喷射。
此外有利的是，在起动阶段结束之后以一个均匀分离喷射和一个点火角实施催化器加热阶段，该点火角位于膨胀冲程中，亦即在在压缩冲程和膨胀冲程之间的上死点后。因此在起动阶段和催化器加热阶段之间的过渡可以基本上仅仅通过优选连续的延迟调节点火角实现，其可以容易地应用和这样地实施，使得由内燃机产生的扭矩不会或至少不会明显地受到影响。
当点火喷射，优选其结束，至少间接地与点火的曲轴角相关联时，则只需要很小的计算容量用于触发点火喷射。
其中点火喷射与点火的间隔可以至少在一定时间上是固定的，由此也爱护资源。但是如果点火喷射与点火的间隔至少在一定时间上取决于内燃机的至少一个状态参数(例如喷射次数)则实现一种更好的排放和起动特性
特别有利的是，附加地至少一个预喷射在进气冲程期间实施，优选在压缩冲程和膨胀冲程之间的上死点前(ZOT)大约280°KW的范围中的一个曲轴角下实施。
由此优选在起动阶段期间实现一种方法，该方法对应于一个高压分层起动法和一个均匀分离喷射法的一种组合。由此在起动阶段期间就可以利用射流引导的均匀分离喷射的优点，亦即没有在其它情况下通常具有的延迟点火角，如它为了加热催化器所需要的。这种方法的特征在于具有特别稳定的燃烧和同时具有低的排放水平。这种方法也可以考虑用于避免爆震。
如果表征起动阶段的参数不是固定的而是取决于环境状态参数和/或取决于内燃机的运行参数，则排放水平可以进一步降低。尤其是喷射量的分配和/或喷射的曲轴角可以取决于至少一个环境状态参数，尤其是环境温度和/或进气空气温度，和/或取决于内燃机的至少一个运行参数，尤其是相对充气度和/或内燃机的构件的温度和/或点火角。
附图的简单描述
以下对照附图详细描述本发明的一个特别优选的实施例。在附图在示出的：
图1是具有多个各带有一个燃烧室的气缸的内燃机的示意图；
图2是通过图1的内燃机的一个气缸的一个区域的部分剖视图；和
图3是其中图1的各个气缸的燃料喷射和点火相对于曲轴角标出的关系图。
本发明的实施形式
内燃机在图1中整体上采用附图标记10表示。它用于驱动没有示出的汽车和包括四个基本上相同的具有相应的燃烧室14a至14d的气缸12a至12d。气缸12在图2在示例性地较强细节地示出(如果在附图标记中没有注出标记a-d，它在此处和在后面的意思是，相应的说明也适用于全部相同类型的构件a-d)。
燃烧空气通过进气管16和进气阀18a至18d进入到燃烧室14a至14d中。燃料分别通过一个喷射器20a至20d喷射到燃烧室14a至14d中。喷射器20a至20d连接在没有示出的“蓄压管”中，其中存储高压下的燃料。燃料在目前情况下涉及的是汽油，在图1在示出的内燃机因此是一种这样的具有汽油直接喷射(“BDE”)的内燃机。但是也可以考虑使用一种气态燃料，生物燃料或综合燃料。
位于燃烧室14a至14d中的燃料/空气混合物分别通过一个火花塞22a至22d点火。热的燃烧废气通过排气阀24a至24d从燃烧室14a至14d排到废气管26中。废气管通到催化器装置28，后者将转化废气中的有害物和由此净化废气。
内燃机10的运行由一个控制和调节装置30控制和调节，它获得内燃机的不同的、但是在图1中没有示出的传感器和致动器的信号，通过它们探测内燃机10的一定的状态参数ZS。其中包括例如一个行驶踏板传感器，通过它内燃机10的使用者可以表达一个扭矩愿望。
此外这些传感器中还包括温度传感器，其例如测量内燃机10的气缸头和/或冷却剂或通过进气管16流动的吸入空气的温度，一个HFM传感器，它测量通过进气管16进入燃烧室14a至14d中的空气量和λ传感器，其设置在催化器装置28的区域中和测量燃烧室14a至14d中的燃料/空气混合物的比例。一种这样的传感器在图1中示例性地示出和用31表示。控制和调节装置30例如控制喷射器20，火花塞22以及在图1中没有示出的进气管16中的节气阀。
如尤其是从图2在看到的，在内燃机10中实现了一种所谓的“射流导引”的燃烧方法。在这种情况下喷射器20优选设置在中央。火花塞22的电极32通常位于相当靠近喷射器20的地方。活塞36的活塞底34具有支持进气分层的结构。
为了起动内燃机10在本案情况下使用一种分层起动方法。该方法现在尤其参照图3进行描述：在图3中每个气缸12a至12d的工作循环的各个冲程在图1和2没有示出的内燃机10曲轴的曲轴角(°KW)上示出。在气缸12的压缩冲程和膨胀冲程之间的对应的上死点用ZOT₁₂a至ZOT₁₂d表示。示例性地，现在选取气缸12b，以便在内燃机10的起动阶段期间，即在最初的那些喷射和燃烧或内燃机10的曲轴的旋转期间实现的喷射策略进行描述。但是这些描述原则上也适用于其它的气缸12a，12c和12d。
在气缸12b的进气冲程38期间，由喷射器20将一个预喷射40b施加到燃烧室14b中，并且是在曲轴角为大约300°KW-260°KW的范围中，优选为上死点前ZOT_12b大约280°KW。通过该预喷射40b在燃烧室中14b产生整体上均匀的，亦即均匀地在燃烧室中12b分布的和非常贫的基本混合物，它在图2用附图标记42表示。在一个接着的压缩冲程44b中在曲轴角为大约80°KW-30°KW的范围中，优选为上死点前ZOT_12b50°KW将一个第一喷射46b，所谓的“主喷射”施加到燃烧室14b中。由此在燃烧室14b的中央产生一个混合物雾团，它比均匀的贫的基本混合物42较富和在图2中用48表示。接近压缩冲程44b结束时由喷射器20将一个第二喷射50b，所谓的“点火喷射”输入到燃烧室14b中。由此在一个围绕火花塞22的电极32的限制的局部区域中产生一个比较浓的和小的局部混合物雾团，其在图2在用52表示。
该点火喷射50还在压缩冲程期间和紧接着在(最大大约5°KW，优选只有大约1°KW)一个接着的点火(在图3中的附图标记54b)之前进行，后者在曲轴角为大约20°KW-10°KW，优选为上死点前ZOT_12b大约15°KW的范围中实施。必要时点火喷射和点火也可以同时进行。点火喷射50的结束的曲轴角此时在一定时间上与点火54的曲轴角(“点火角”)相联结。这在图3中通过一个具有附图标记56的双箭头示出。这种联结可以是固定的或变化的，后者取决于内燃机10的当前的状态参数ZS。在点火喷射50b和点火54b之间的精确的间隔此时可以例如借助于特征曲线簇给定。
喷射量在预喷射40b，主喷射46b和点火喷射50b上的划分，以及预喷射40b和主喷射46b的曲轴角由控制和调节装置30依据发动机温度，环境温度，发动机转速和进气温度以及相对的充气量，内燃机10的气缸头的温度和点火54b的曲轴角(点火角)确定。
在图3的实施形式中，在起动阶段期间，一个预喷射40在进气冲程38期间进行。在一个没有示出的实施例中取消了该预喷射。因此在一个相应的方法中可以仅仅在压缩冲程44b期间实施主喷射46b和点火喷射50b。
在图3中示出的喷射策略在起动阶段期间，即在内燃机10的曲轴的最初的那些旋转期间应用。然后过渡到一个均匀分离喷射，此时点火角例如对于气缸12b位于在膨胀冲程58b中的上死点后ZOT_12b。通过点火角的这种延迟调节将燃烧重心向延迟方向移动，其使得废气温度提高和由此改善催化器装置28的加热。对均匀分离喷射的详细的说明可以在公开物“汽油直接喷射的新排放策略”，MTZ11/2003，第916至923页中找到，其公开的内容在此明确地也被用作本说明书的内容。