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内燃机和用于使内燃机运行的方法

阅读:104发布:2020-12-19

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1.用于使内燃机运行的方法,其中内燃机(1,61)具有气缸(2),在其该气缸中构成燃烧室(3),其中该燃烧室(3)由往复移动的活塞(5)限制,该活塞对于可旋转地支承在曲轴箱(4)中的曲轴(7)进行驱动;具有吸入通道(34)、具有离开燃烧室(3)的出口(8)、具有用于输送燃料的装置以及用于控制至少一个内燃机运行参数的装置,其特征在于,在内燃机(1,61)运行中测量一种压(p1,p2,p3),并且借助于所测量的压力(p1,p2,p3)求得用于至少一个可控的内燃机(1,61)运行参数的要调整的数值,并且调整对于运行参数所求得的数值。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,测量在曲轴箱(4)中的压力(p1,p2,p3)。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,测量所述压力(p1,p2,p3)来作为相对于一种基准压力的相对压力。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,测量一种温度(T)。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,测量该温度(T)作为结构部件温度。
6.如权利要求4所述的方法,其特征在于,测量在曲轴箱(4)中的温度(T)。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,测量曲轴箱平均温度(T0)来作为温度(T)。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,由一种组合的压力-温度传感器(39)来测量曲轴箱(4)中的压力(p1,p2,p3)和温度(T1,T2,T0)。
9.如权利要求2所述的方法,其特征在于,对于给定的曲轴度(α1,α1’,α2,α3)测量曲轴箱(4)中的压力(p1,p2,p3)。
10.如权利要求2所述的方法,其特征在于,对于给定的曲轴角度(α1,α1’,α2,α3)测量曲轴箱(4)中的压力(p1,p2,p3),对于该曲轴角度来说曲轴箱(4)是封闭的。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,测量内燃机(1,61)的转数(N)。
12.如权利要求2所述的方法,其特征在于,借助于所测量的曲轴箱(4)中的压力(p1,p2,p3)来求得流过燃烧室(3)的空气量。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于,通过一种特征曲线求得空气量,该特征曲线给出空气量,来作为与对于给定的曲轴角度(α3)时的转数(N)以及曲轴箱(4)压力(p3)有关的空气质量流(m)。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于,通过一种特征曲线求得空气量,该特征曲线给出空气量,来作为与转数(N)有关的、以及与在第一曲轴角度(α1)时的第一压力(p1)和在第二曲轴角度(α2)时的第二压力(p2)之间的压力差(Δp)有关的空气质量流(m)。
15.如权利要求13或14所述的方法,其特征在于,通过所测量的温度(T0)来修正压力(p3,Δp),并且借助于所修正的压力(p3’,Δp’)由特征曲线求得空气质量流(m)。
16.如权利要求12所述的方法,其特征在于,计算流过燃烧室(3)的空气量。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,测量在压缩状态期间在曲轴箱(4)中对于第一曲轴角度(α1,α1’)时的、以及在膨胀状态期间在曲轴箱(4)中对于第二曲轴角度(α2)时的压力(p1,p2)。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,在第一曲轴角度(α1)时的曲轴箱(4)的容积(V)对应于在第二曲轴角度(α2)时的曲轴箱(4)的容积(V)。
19.如权利要求17所述的方法,其特征在于,在第一曲轴角度(α1’)时和在第二曲轴角度(α2)时的曲轴箱(4)具有不同的容积(V,V’)。
20.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述内燃机(1)是一种具有至少一个溢流通道(10,11)的两冲程发动机,通过它将吸入到曲轴箱(4)中的燃烧空气转移到燃烧室(3)中,并且通过理想气体定律借助于在第一曲轴角度(α1,α1’)时压力(p1)和温度(T1)、在第二曲轴角度(α2)时的压力(p2)和温度(T2)、在这两个曲轴角度(α1,α1’,α2)时的曲轴箱(4)的容积(V,V’)以及气体常数通过计算在工作循环(A)时转移到燃烧室(3)中的燃烧空气质量(Δm)来计算空气量,并且借助于等式m=Δm*A/60计算空气量来作为空气质量流(m),其中A是每分钟的工作循环次数,而m是每秒钟的空气质量流。
21.如权利要求20所述的方法,其特征在于,由所测量的曲轴箱平均温度(T0)计算在第一曲轴角度(α1,α1’)时的温度(T1)和第二曲轴角度(α2)时的温度(T2)。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于,由所测量的曲轴箱平均温度(T0)通过多变的状态变化来计算在第一曲轴角度(α1,α1’)时的温度(T1)和在第二曲轴角度(α2)时的温度(T2),并且通过一种特征曲线求得用于状态等式的多变指数(n)。
23.如权利要求20所述的方法,其特征在于,借助于由在第一曲轴角度(α1,α1’)时的压力(p1)和在第二曲轴角度(α2)时的压力(p2)所构成的压力差(Δp)来计算空气量。
24.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述运行参数是对于内燃机(1,61)工作循环(A)来说要输送的燃料量(x),它用于在燃烧室(3)中实现所给定的λ值(λ)。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,对于衔接在压力测量上的工作循环(A)时输送所求得的燃料量(x)。
26.如权利要求24或25所述的方法,其特征在于,在起动内燃机(1,61)时,借助于所测量的温度(T0)来选择用于冷起动的给定λ值(λ)或者用于热起动的给定λ值(λ),并且求得对应于所选择的λ值(λ)的燃料量(x)。
27.如权利要求1所述的方法,其特征在于,通过燃料(18)加入燃料,并且通过控制燃料阀(18)的打开时刻和关闭时刻来配量所需的燃料量(x)。
28.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述运行参数是点火时刻(ZZP)。
29.如权利要求28所述的方法,其特征在于,借助于所测量的转数(N)和所求得的空气质量流(m)通过一种特征曲线来确定点火时刻(ZZP)。
30.内燃机,它具有气缸(2),在该气缸中构成燃烧室(3),该燃烧室(3)由往复移动的活塞(5)限制,其中该活塞(5)对于可旋转地支承在曲轴箱(4)中的曲轴(7)进行驱动,具有用于输送燃烧空气的吸入通道(34)、并具有离开燃烧室(3)的出口(8),其中内燃机(1,61)具有用于输送燃料的装置以及用于控制该内燃机(1,61)的装置,其特征在于,所述内燃机(1,61)具有压力传感器(29,39),用于求出曲轴箱压力(p1,p2,p3)。
31.如权利要求30所述的内燃机,其特征在于,所述压力传感器(29,39)是一种相对压力传感器。
32.如权利要求30或31所述的内燃机,其特征在于,所述压力传感器(29,39)设置在曲轴箱(4)中。
33.如权利要求30或31所述的内燃机,其特征在于,所述内燃机(1)是一种两冲程发动机,其曲轴箱(4)通过至少一个溢流通道(10,11)与燃烧室(3)连接,并且所述压力传感器(39)设置在溢流通道(10)中。
34.如权利要求30或31所述的内燃机,其特征在于,所述内燃机(61)是一种混合润滑的四冲程发动机,并且所述压力传感器(29)设置在与曲轴箱(4)连接的润滑容积中。
35.如权利要求30所述的内燃机,其特征在于,所述内燃机(1,61)具有温度传感器(30),用于求出曲轴箱温度(T)。
36.如权利要求35所述的内燃机,其特征在于,所述温度传感器(30)用于测量曲轴箱平均温度(T0)。
37.如权利要求36所述的内燃机,其特征在于,所述温度传感器(30)设置在内燃机(1,61)的壁体(46)中,并且测量壁体(46)的温度来作为曲箱平均温度(T0)。
38.如权利要求35所述的内燃机,其特征在于,所述压力传感器和温度传感器以一种组合的压力-温度传感器(39)构成。
39.如权利要求30所述的内燃机,其特征在于,所述用于输送燃料的装置是一种燃料阀(18)。

说明书全文

内燃机和用于使内燃机运行的方法

技术领域

发明涉及一种用于使内燃机运行的方法以及一种内燃机。
在所述方法中,内燃机具有气缸,在其该气缸中构成燃烧室,其中该燃烧室由往复移动的活塞限制,该活塞对于可旋转地支承在曲轴箱中的曲轴进行驱动;具有吸入通道、具有离开燃烧室的出口、具有用于输送燃料的装置以及用于控制至少一个内燃机运行参数的装置。
所述内燃机具有气缸,在该气缸中构成燃烧室,该燃烧室由往复移动的活塞限制,其中该活塞对于可旋转地支承在曲轴箱中的曲轴进行驱动,具有用于输送燃烧空气的吸入通道、并具有离开燃烧室的出口,其中内燃机具有用于输送燃料的装置以及用于控制该内燃机的装置。

背景技术

由DE 102 20 555 A1已知内燃机和用于使内燃机运行的方法,其中将燃烧空气输送到曲轴箱,并且通过溢流通道转移到燃烧室。在将燃烧空气转移到燃烧室中时配量燃料,该燃料在燃烧室中制备成燃料/空气-混合气,并且被点燃。可以控制输送到达的燃料量、燃料输送时刻和点火时刻。

发明内容

本发明的目的是,给出一种用于使内燃机运行的方法,通过它以简单的方式可以实现内燃机的稳定运行和微少的废气值。本发明的另一目的是,给出一种内燃机,通过它可以执行本方法。
这个目的通过具有一种用于使内燃机运行的方法并通过一种内燃机得以实现。
在所述方法中,内燃机具有气缸,在其该气缸中构成燃烧室,其中该燃烧室由往复移动的活塞限制,该活塞对于可旋转地支承在曲轴箱中的曲轴进行驱动;具有吸入通道、具有离开燃烧室的出口、具有用于输送燃料的装置以及用于控制至少一个内燃机运行参数的装置。根据本发明,在内燃机运行中测量一种压,并且借助于所测量的压力求得用于至少一个可控的内燃机运行参数的要调整的数值,并且调整对于运行参数所求得的数值。
所述内燃机具有气缸,在该气缸中构成燃烧室,该燃烧室由往复移动的活塞限制,其中该活塞对于可旋转地支承在曲轴箱中的曲轴进行驱动,具有用于输送燃烧空气的吸入通道、并具有离开燃烧室的出口,其中内燃机具有用于输送燃料的装置以及用于控制该内燃机的装置。根据本发明,所述内燃机具有压力传感器,用于求出曲轴箱压力。
已经证实,在内燃机运行时尤其在曲轴箱中对于不同的运行状态调节不同的压力值。在曲轴箱中的压力可以通过简单的方法以微少的费用准确循环地获得。在此每个工作循环也可以实现多次压力测量。在此可以连续地或对于逐个给定的时刻实现压力测量。对于内燃机的每个工作循环有利地进行至少一次压力测量、尤其是至少两次压力测量。但是也可以在每个工作循环中进行多次压力测量。也可以规定,不对于每个工作循环进行压力测量,而是以给定的间隔、例如每两个工作循环求得曲轴箱中的压力。也在其它结构部件、例如在气缸中并在连接在内燃机上的废气消声器中调整在运行中表示特性的压力值,它们可能从运行状态到运行状态是不同的。代替曲轴箱压力测量也可以有利地在其它结构部件如气缸或废气消声器中进行测量。最好测量曲轴箱中的压力。
借助于所测量的压力可以对于或多个可控的运行参数求得要被调整的数值。要被调整的数值尤其是这个数值,它能够给出最佳的运行特性和/或最佳的废气值。然后调节所求得的用于运行参数的数值。由此可以通过简单的方法实现内燃机控制。在此可控的运行参数是所有的可以调节的内燃机参数,例如输送的燃料量或点火时刻。可控的运行参数例如也可以是输送燃料的时刻。
有利地测量压力、尤其是曲轴箱中的压力作为相对于基准压力的相对压力。在此基准压力可以是环境压力。但是作为基准压力也可以是吸入通道中的压力、内燃机空气过滤器的清洁室中的压力、气缸中的压力或内燃机消声器中的压力。该基准压力可以是校准的或未校准的基准压力。用于获得相对压力的压力传感器比绝对压力传感器更简单地构成。尤其在测量相对于未校准的基准压力的压力时可以省去费事的压力传感器校准。
有利地测量一种温度、尤其是曲轴箱中的温度。该温度给出用于内燃机运行状态的根据,因此也可以作为用于确定要被调整的内燃机运行参数的数值。该温度尤其作为结构部件温度进行测量。结构部件温度的测量可以比例如曲轴箱中的、气缸中的、废气消声器中的或类似部件中的气体温度测量更简单地实现。在此结构部件温度的测量尤其在测量平均温度时足够精确。有利地测量曲轴箱温度。尤其是测量平均的曲轴箱温度。最好通过组合的压力-温度-传感器测量压力和温度、尤其是曲轴箱中的压力和温度。由此能够通过只紧凑的传感器实现两个参数的测量。减少结构部件的数量和装配费用。
在曲轴箱中的压力尤其以给定的曲轴度测量。给定的曲轴角度在结构设计上附属于给定的曲轴箱容积。有利地在曲轴角度中测量压力,对该角度曲轴箱是封闭的。对于这个时刻封闭的容积位于曲轴箱中。尤其是当内燃机是两冲程发动机时,通过测量压力和温度能够推断出包括在曲轴箱中的燃烧空气量。有利地测量内燃机的转数。
在此规定,借助于所测量的曲轴箱中的压力求得流过燃烧室的空气量。为了保证在燃烧室中形成能够点火的混合气同时为了实现尽可能完全的燃烧,由此调节低的废气值,期望在燃烧室中实现给定的燃料与空气比例,即给定的空气系数λ。所产生的空气系数λ取决于所输送的燃料量并取决于所输送的燃烧空气量。为了在燃烧室中调节给定的λ值,需要转移到燃烧室中的燃烧空气量的特性曲线,由此可以配量相应的燃料量。已经证实,例如所需的燃料量取决于在内燃机运行中在曲轴箱中调整的压力。
在此规定,通过一种特征曲线来求得所述空气量,该特性曲线根据在给定的曲轴角度时在曲轴箱中的转数和压力给出所述空气量作为空气质量流。已经证实,通过曲轴箱的空气质量流不仅取决于在给定的曲轴角度时的压力,而且取决于转数。通过特征曲线可以足够精确地求得空气质量流,由此能够准确循环地调整运行参数例如最佳的燃料量配量。在曲轴箱中的温度也对于空气质量流具有影响。为了补偿这一点规定,通过所测量的温度修正所测量的压力并且借助于修正的压力从特征曲线求得空气质量流。由此能够实现更精确地确定空气质量流。在此获得压力尤其作为相对于基准压力的相对压力。该基准压力有利地是校准的基准压力。
也可以规定,使空气质量流通过燃烧室进行计算。适宜的是测量在曲轴箱中压缩状态期间的第一曲轴角度时的和在曲轴箱中膨胀状态期间的第二曲轴角度时的曲轴箱中的压力。在第一曲轴角度时的曲轴箱容积尤其对应于在第二曲轴角度时的曲轴箱容积。对于相同的曲轴箱容积在第二曲轴角度时、即在第二时刻中的压力降相对于第一时刻受到转移到燃烧室中的燃烧空气量的限制。由压力降通过理想的气体定律能够确定转移的燃烧空气量并由此确定从曲轴箱到燃烧室的空气质量流。但是曲轴箱的容积对于两个时刻也可能是不同的。在这种情况下必需已知曲轴箱对于所述两个时刻的结构设计上的容积。
所述内燃机尤其是具有至少一个溢流通道的两冲程发动机,通过溢流通道使吸入到曲轴箱中的燃烧空气转移到燃烧室中。该两冲程发动机适宜地具有吸入通道,通过它将燃烧空气吸入到曲轴箱中。通过理想气体定律借助于在第一曲轴角度时的压力和温度、在第二曲轴角度时的压力和温度、在两个曲轴角度时的曲轴箱容积和气体常数通过计算在工作循环时转移到燃烧室中的燃烧空气质量实现空气量的计算。在此转移的燃烧空气质量与曲轴箱的容积成正比并且与在两个曲轴角度时的压力与温度的商数差成正比。然后由m=Δm*A/60得到所转移的空气质量流,其中m是所转移的空气质量流,Δm是每个工作循环所转移的燃烧空气量,A是每分钟的工作循环次数。
由此可以根据在两个曲轴角度时的压力差求得所转移的燃烧空气质量。因为为了计算所转移的燃烧空气质量只需要压力差,为了测量压力可以使用相对压力传感器,它测量相应的未精整的基准压力的压力。这样的相对压力传感器简单且结实地构成。根据减法也可以例如根据传感器漂移部分或全部地补偿测量精度,因此为此无需补偿。
通过计算而给出确定空气质量流的简单方法。在计算空气质量流时相对于实际转移的空气质量流产生的误差非常微小,因此能够足够精确地调整运行参数。温度修正可能是适宜的。
有利地由所测量的曲轴箱平均温度计算在第一曲轴角度时的温度和在第二曲轴角度时的温度。对于第一和第二温度的测量需要适合的快速的温度传感器。如果由曲轴箱平均温度计算对于两个时刻的温度,可以使用相对缓慢响应的温度传感器。代替直接测量曲轴箱中的温度,该温度传感器也可以测量从属的结构部件的温度,例如曲轴箱的壁体温度。由此可以使用简单构成的温度传感器。如果温度传感器仅仅测量曲轴箱的壁体温度,可以省去在温度传感器处的费事的密封措施。
在此规定,由所测量的曲轴箱平均温度通过多变的状态变化计算第一曲轴角度时的温度和第二曲轴角度时的温度,并且通过一种特征曲线求得用于状态平衡的多变指数。为了由曲轴箱平均温度计算对于两个曲轴角度的温度可以假设在曲轴箱的两个曲轴角度之间的多变的状态变化。多变的状态变化获得在曲轴箱与设置在曲轴箱中的燃烧空气或燃料/空气-混合物之间的热过渡。多变指数可以根据在曲轴箱中的热过渡采用不同的数值。该多变指数取决于内燃机的构造和结构并且取决于内燃机的运行点。该多变指数尤其可以根据转数和燃烧空气质量或者根据转数和曲轴箱平均温度存储在特征曲线中。由此可以根据在两个曲轴角度时的压力差并且根据曲轴箱的平均温度来计算燃烧空气质量。
运行参数有利地是在内燃机工作循环中要输送的用于在燃烧室中实现给定的λ值的燃料量。所需的燃料量最好借助于通过燃烧室的空气质量流求得。由求得的在曲轴箱中的压力可以推断空气质量流。对于已知的空气质量流和给定λ值已经可以计算所需燃料量。在此规定,对于衔接在压力测量上的工作循环输送所求得的燃料量。通过在时间上接近地输送所求得的燃料量保证内燃机以给定的λ值运行。在时刻有利地测量曲轴箱中的压力,对该时刻关闭到燃烧室和进气的通流连接。在封闭曲轴箱时在曲轴箱中的压力是用于在曲轴箱中形成空气流的尺度,因此由这个测量值能够确定空气质量流。
在此规定,在起动内燃机时借助于所测量的温度来选择用于冷起动的给定λ值或者用于热起动的给定λ值,并且求得对应于所选择的λ值的燃料量。在冷起动时对于点火需要更富油的混合气,因此对于相同的空气质量流必需加入更多的燃料。温度测量能够实现λ值和相关的要加入的燃料量对于温度的适配性。在此规定,通过电控制的燃料加入燃料,并且通过控制燃料阀的打开时刻和关闭时刻配量必需的燃料量。
运行参数适宜地是伸进燃烧室中的内燃机点火塞的点火时刻,点火塞点燃燃烧室中的混合气。在此规定,借助于所测量的转数和所求得的空气质量流通过特性曲线确定点火时刻。由此能够实现更好的内燃机空气特性。
通过一种内燃机可以执行本方法,该内燃机具有气缸,在其中构成燃烧室,它由往复运动的活塞限制,其中该活塞驱动在曲轴箱中可旋转支承的曲轴,该内燃机具有用于输入燃烧空气的进口和离开燃烧室的出口,其中内燃机具有用于输入燃料的装置和用于控制输入燃料量的装置,并且其中内燃机具有用于求得曲轴箱压力的压力传感器。
该压力传感器能够获得对于给定的曲轴角度的曲轴箱压力,并由此确定通过内燃机的空气质量流,并输入最佳的燃料量。
该压力传感器有利地是一种相对压力传感器。在此,该压力传感器测量相对于一种基准压力的曲轴箱压力。该相对压力可以是一种校准的或未校准的基准压力。一种相对压力传感器可简单地构成。尤其是用于测量相对于未校准的基准压力的相对压力的相对压力传感器可简单且结实地构成。可以省去对于压力传感器的一种校准,尤其是当压力传感器用于获得两个曲轴角度之间的、最好是在一种压缩状态中的曲轴角度与在一种膨胀状态中的曲轴角度之间的压力差的时候。
在此规定,所述压力传感器设置在曲轴箱中。但是也可以规定,该内燃机是一种两冲程发动机,其曲轴箱通过至少一个溢流通道与燃烧室连接,并且将压力传感器设置在溢流通道中。该内燃机适宜地是一种混合润滑的四冲程发动机,并且将压力传感器设置在与曲轴箱连接的润滑容积中。
该内燃机最好具有一种用于获得曲轴箱温度的温度传感器。该曲轴箱温度用于修正所测量的压力值,用于选择一种用于冷起动或热起动的给定的λ值,并且作为用于计算所转移的燃烧空气质量的输入参数。尤其是使该温度传感器用于测量一种曲轴箱平均温度。由此作为温度传感器可以使用一种简单构成的、相对缓慢响应的温度传感器。有利地使该温度传感器设置在内燃机的壁体中,并且测量壁体的温度来作为曲轴箱平均温度。在此该壁体可以是曲轴箱的壁体或者内燃机气缸的壁体。由此使温度传感器不直接处于曲轴箱中的介质下。这就避免了传感器受污染。省去曲轴箱在传感器处的密封,因为传感器与曲轴箱内部分开地设置在曲轴箱或气缸的壁体中。但是也可以规定,使温度传感器本身测量曲轴箱中的温度。为此将温度传感器有利地设置在曲轴箱或者溢流通道中。
所述压力传感器和温度传感器最好以一种组合的压力-温度传感器的形式构成。用于输入燃料的装置尤其是一种燃料阀。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明的实施例。附图中:图1以纵向截面图简示出一种内燃机,图2示出沿着图1中剖面线II-II的截面图,图3示出内燃机的局部剖视立体图,图4和5示出温度传感器结构的示意截面图,图6示出曲轴箱中的压力变化过程与曲轴角度的关系曲线,图7示出曲轴箱中的压力变化过程与曲轴箱容积的关系曲线,图8至10示出用于获得通过燃烧室的空气质量流的方法的流程图,图11是曲线图,它表示点火时刻与空气质量流和转数的关系,图12简示出内燃机的纵向截面图,图13是曲线图,它示出本方法的过程。

具体实施方式

在图1中所示的内燃机1是一种两冲程发送机,它尤其用于手持工作器具如马达锯、分割砂轮、清除切割机或类似设备。该内燃机1具有气缸2,在该气缸中构成燃烧室3。在燃烧室3中往复移动地支承活塞5。该活塞5通过连杆6驱动着可旋转地支承在曲轴箱4中的曲轴7。该连杆6固定在曲轴7上的连杆套20上。该曲轴7在运行中在旋转方向16上旋转。所述活塞5在上死点OT与下死点UT之间运动。所述气缸2具有纵向中心轴线13,它与在曲轴7的旋转轴线和连杆套20的中心轴线21之间的连接线形成曲轴夹角α。在活塞5的上死点OT处,曲轴夹角α为0°;而在下死点UT处为180°。
所述内燃机1具有吸入通道34和离开燃烧室3的出口,该吸入通道在用于燃烧空气的入口9上通入到曲轴箱4中。在下死点UT处,曲轴箱4通过溢流通道10与燃烧室3连接。如图2所示,该内燃机1具有两个靠近入口的溢流通道10和两个靠近出口的溢流通道11。所述溢流通道10和11对于基本在中心处分隔入口9和出口8的中心平面12对称地进行设置。如图1所示,溢流通道10通过溢流窗14通入到燃烧室3中,而溢流通道11通过溢流窗15通入到燃烧室3中。所述入口9、出口8和溢流窗14和15由活塞5的活塞裙19进行缝隙控制。所述溢流通道10和11建立了一种由活塞5所控制的、曲轴箱4与燃烧室3之间的通流连接。
如图2所示,用于输入燃料的燃料阀18通入到溢流通道10中。在溢流通道10上设置一压力-温度传感器39,它测量溢流通道10中的压力和温度。因为溢流通道10和11在其面对曲轴箱4的端部上向着曲轴箱4敞开,因此压力-温度传感器39也测量曲轴箱4中的压力和温度。所述溢流通道10和11也可以在其整个长度上向着气缸内部敞开。
所述压力-温度传感器39尤其测量曲轴箱平均温度T0来作为温度以及相对压力。相对于已校准的或未校准的基准压力来测量该相对压力。该基准压力可以是环境压力、吸入通道中的压力、空气过滤器(内燃机1通过该过滤器吸入燃烧空气)的洁净侧上的压力、气缸2中的压力或连接在内燃机1的出口8上的消声器中的压力。所述压力-温度传感器39的压力传感器有利地具有一种温度补偿。有利地利用该压力传感器的温度补偿作为温度传感器,即温度补偿的信号作为温度信号使用。由此无需附加的温度传感器。为了测量温度、尤其是曲轴箱的平均温度T0,由此可以利用本来就存在的温度补偿。在内燃机1运行中,在活塞5的上死点OT处燃烧空气通过入口9吸入到曲轴箱4中。在活塞5的向下行程中,对于曲轴箱4中的燃烧空气进行压缩。只要活塞裙19打开溢流窗14和15,燃烧空气就从曲轴箱4流进燃烧室3中。燃料阀18使所需的燃料量x输入到溢流的燃烧空气中。在活塞5的向上行程中,对于燃烧室3中的燃料/空气混合气进行压缩,并且在活塞5的上死点OT处由伸进燃烧室3中的点火塞17点火。燃烧使活塞5向着曲轴箱4加速。在向下行程中,活塞裙19将出口8打开,并使废气从燃烧室3逸出。
在图3中立体地且局部剖视地示出了内燃机1。代替组合的压力-温度传感器39,对于在图3中所示的内燃机1设有压力传感器29和独立的温度传感器30。这些传感器29,30设置在曲轴箱4上。
图4和5示出温度传感器30在曲轴箱4的壁体44中的可能结构。对于在图4中所示的实施例,温度传感器30设置在曲轴箱4的壁体44中的开孔45中。由此使温度传感器30以在曲轴箱4中存在的气体的温度加载。该温度传感器30直接测量曲轴箱4中的气体温度。
对于在图5中所示的实施例,所述温度传感器30设置在壁体44中的凹槽46中。该凹槽46向着曲轴箱4的内部封闭地构成。该温度传感器30测量曲轴箱温度T0,将其作为曲轴箱4壁体44的平均温度。该温度传感器30与曲轴箱4的内部分开。由此可以省去曲轴箱4在温度传感器30处的密封。
如图3所示,在吸入通道34中作为节流部件设置可旋转地支承的节流阀26。该节流阀26通过节流轴35支承。在节流轴35上设置旋转角传感器27,通过该传感器可以获知节流阀26的位置。该节流阀26的位置影响着可以通过入口9流进曲轴箱4中的空气量。
在曲轴7上设置发电机31。该发电机31设计为万能发电机。由发电机31的信号可以求得曲轴7的位置、即曲轴角度α。在曲轴7上还固定扇轮24。在风扇轮24的圆周上设置点火模25。该风扇轮24载有两个极靴32,它们对于在点火模块25中的点火电压进行感应。发电机31可以代替点火模块25,因此内燃机1只有发电机31而没有点火模块25。对于点火所需要的电压在发电机31中产生。所述气缸2具有减压阀28,它伸进到燃烧室3中,并且在内燃机1起动时减小燃烧室3中的压力,由此使内燃机1易于起动。
所述内燃机1具有控制器33,它与点火模块25连接。该控制器33也可以集成在点火模块25上。如图3所示,该控制器33与发电机31、温度传感器30、压力传感器29、旋转角传感器27、燃料阀18的控制导线23连接,并且与点火塞17连接。该燃料阀18通过燃料管22与燃料箱连接。在燃料箱与燃料阀之间最好设置燃料和蓄压器。所输送的燃料量可以通过经控制导线23使燃料阀18打开和关闭来进行控制。
在图6中示出曲轴箱4中的压力p与曲轴角度α的关系。该压力p在活塞5的向下行程中首先上升。在曲轴角度ES时,将进入到曲轴箱4中的入口9关闭。接着在曲轴角度 时打开向着燃烧室3的溢流通道10和11。紧接着曲轴角度 过后,在曲轴箱4中的压力p下降。活塞5向着曲轴箱4一直运动到下死点UT,并且接着朝燃烧室3的方向运动。在曲轴角度S时,溢流窗14,15由活塞裙19封闭。接着在曲轴角度E 时打开进入曲轴箱4的入口9。在活塞5向下行程时,在关闭入口9与打开溢流窗14,15之间,曲轴箱4既不与入口9连接也不与燃烧室3连接。一种封闭的燃烧空气容积位于曲轴箱4中。在位于入口关闭ES与溢流窗打开 之间的曲轴角度α1时,压力传感器29测量曲轴箱4中的压力p1。在活塞5向上行程时,曲轴箱4在溢流窗关闭S与入口打开E 之间被封闭。对于在曲轴箱4膨胀期间的曲轴角度α2来说,压力传感器29对于曲轴箱4中的第二压力p2进行测量。然后进行压缩行程时、即活塞5向下行程时的第一压力测量和在膨胀行程、即活塞5向上行程时的第二压力测量。
在图7中示出曲轴箱4中的压力p与曲轴箱4中的容积V的关系。如图7所示,对于相同的曲轴角度实现曲轴箱4中的压力p1和p2的测量,对于该曲轴角度来说,曲轴箱4的容积V是相同的。在这两个曲轴角度α1与α2之间的压力差源于转移到燃烧室3中的燃烧空气量Δm。但是也可以对于曲轴角度α来测量压力,对于该曲轴角度来说曲轴箱4的容积V的大小是不同的。在图6和7中示例性地示出对于曲轴角度α1’的压力测量,在该角度时曲轴箱4的容积为V’,它小于在曲轴角度α2时的容积V。
在图8中示出为了在燃烧室3中实现给定的λ值用于确定燃料量x的方法。在步骤51中在测量第一曲轴角度α1时的压力p1、在第二曲轴角度α2时的压力p2、曲轴箱4中的所属温度T1和T2以及转数N。如在图6和7中所示,在此曲轴角度α1与α2位于入口关闭ES与溢流通道打开 之间,或者位于溢流通道关闭S与入口打开E 之间。这样选择所述两个曲轴角度α1与α2,使得对于两个曲轴角度α1与α2来说,曲轴箱4的容积V的大小是相同的。曲轴箱4的容积V’对于这两个曲轴角度α1与α2也可以是不同的。在这种情况下曲轴箱4的容积不仅对于第一曲轴角度α1而且对于第二曲轴角度α2都是必需已知的。两个容积包括在所转移的燃烧空气量Δm的计算中。由所测量的转数N确定工作循环A的次数。对于在图1至3中所示的两冲程发电机来说,工作循环A的次数对应于转数,因为对于曲轴7的每转来说燃烧空气转移到燃烧室3中。对于四冲程发电机,工作循环A的数量由等式A=N/2给出,其中A是工作循环的次数,而N是转数。对于四冲程发电机来说,只在曲轴的每隔一转时燃烧空气才进入到燃烧室中。所述压力p1和p2在此尤其作为相对压力p1,rel和p2,rel来测量,其中下标“rel”表示,进行测量相对于一种基准压力的相对压力p1,rel和p2,rel。这简化了所述压力测量。所述压力p1和p2但是也可以作为绝对压力来测量。
代替步骤51也可以设置步骤51’。在步骤51’中除了测量第一曲轴角度α1时的压力p1、第二曲轴角度α2时的压力p2和转数N以外还测量曲轴箱平均温度T0。可以测量曲轴箱温度T0作为在曲轴箱4中包含的气体的气体温度。但是也可以测量曲轴箱的平均温度T0作为曲轴箱4或气缸2的壁体温度。在此在曲轴箱4的部位中实现曲轴箱平均温度T0的测量,在该部位中存在平均的、代表性的温度,该部位也不会例如由于燃料的蒸发或者由于入流的燃烧空气而强烈冷却,或者不会例如由于运动部件的摩擦而在该部位中呈现局部地加热。局部加热尤其可能在曲轴7的轴承处出现。尤其在这样的部位中进行曲轴箱温度的测量:在该部位中使温度良好地从曲轴箱内部传递到曲轴箱的壁体。可以相应地适合地选择温度传感器的布置。即使在测量多个温度T1,T2来代替平均温度T0时,在这样的部位中的一种相应布置也是有利的:在该部位中存在代表性的温度。由平均曲轴箱温度T0可以计算温度T1和T2。为此,假设在曲轴箱4中在曲轴角度α1与α2之间的多向性的状态变化。对于特定的内燃机1求得多变指数,并且可以存储在例如特征曲线中。
在步骤52中由所测量的压力值p1,p2以及所测量的或者由曲轴箱平均温度T0所计算的温度值T1和T2来确定燃烧空气量Δm。按照物理学的定律关系、即按照理想气体定律来计算燃烧空气量Δm,更确切地说借助于在曲轴角度α1和α2时的温度T1和T2、在曲轴角度α1和α2时的曲轴箱4的容积V、并借助于理想的气体常数来进行。在此,燃烧空气量Δm与容积V成正比,并且与在两个曲轴角度α1和α2时的压力p1,p2与温度T1和T2的商的差值成正比。由每个工作循环转移的燃烧空气量Δm,按照等式m=Δm*A/60来确定空气质量流m,其中m是每秒钟的空气质量流,Δm是在工作循环中所转出的燃烧空气量,而A是每分钟的工作循环次数。
在下一步骤53中,根据所测量的温度T来确定要实现的λ值。对于冷起动来说,期望较稠的混合气,因此对于低温T给定另一λ值。在步骤54中,借助于所计算的空气质量流m和所期望的λ值来确定要输送的燃料量x。代替借助于空气质量流m、即借助于每秒钟转出的空气量,也可以借助于每个工作循环转出的燃烧空气量Δm而求得要输送的燃料量x。
在图9中示出用于确定所需燃料量x的另一方法。在步骤55中对于给定的曲轴角度α3来测量曲轴箱4中的压力p3。在此这样选择该曲轴角度α3,使得曲轴箱4相对于入口9和燃烧室3进行封闭。据此该曲轴角度α3位于入口关闭ES与溢流通道打开 之间、或者位于溢流通道关闭S与入口打开E 之间。通过点火模块25求得曲轴7的转数N。也可以通过发电机31求得转数N。此外测量曲轴箱4中的平均温度T0。在下一步骤56中借助于所测量的温度T0来修正所测量的压力p3。通过修正的压力值P3’在下一步骤57中由一种特征曲线求得空气质量流m。在特征曲线中存储着在曲轴箱4中对于给定的曲轴角度α与转数N和与压力p3相关的空气质量流。对于每个曲轴角度α3给出另一特征曲线,由此对于曲轴7的每转对于同一时刻、即对于相同的曲轴角度α3来说对于压力p3进行测量。
在下一步骤58中,借助于所测量的平均温度T0来确定所期望的λ值。在这里也可以规定用于冷起动、即用于内燃机1较低温度T的另一λ值。在步骤59中求得燃料量x,它对于在求得的空气质量流m时实现所期望的λ值是必需的。所求得的燃料量x在曲轴7接着旋转时、或者在接着的工作循环A中被输送到燃烧室3中。如果曲轴角度α3位于打开溢流通道10和11之前,也可以将所求得的燃料量x直接对于这个工作循环通过燃料阀18加入。但是也可以规定,只有在以后的、例如在下下个衔接在压力测量上的工作循环才输送所求得的燃料量x。
不仅在按照图8的方法中而且在按照图9的方法中通过控制器33求得要输送的燃料量x和燃料阀18的控制。
图10简示出另一用于确定燃烧空气量Δm的方法。在步骤71中测量在曲轴角度α1时的压力p1,rel、在曲轴角度α2时的压力p2,rel和平均温度T0。在此下标“rel”表示,对于压力p1,rel和p2,rel进行测量来作为相对于基准压力的相对压力,并且不作为绝对压力。由特征曲线读出多变指数n。在步骤72中计算压力差Δp作为压力p1,rel与p2,rel的差。通过求得压力差Δp使在测量压力值p1,rel和p2,rel时选择哪个基准压力是不重要的。但是也可以有利地求得绝对压力值,例如当利用本来就存在的用于测量压力的绝对压力传感器的时候。可以设有步骤73,在其中借助于所测量的温度T0来修正压力差Δp。在步骤74中由修正的压力差Δp’、温度T0、多变指数n、曲轴箱容积V和气体常数R确定燃烧空气量Δm。但是也可以规定,在步骤74中直接由压力差Δp确定燃烧空气量Δm。在这种情况下省去步骤73。在此通过特征曲线来确定燃烧空气量Δm。在这种方法中也通过控制器33来求得燃烧空气量Δm。
所述控制器33除了控制通过燃料阀18输送的燃料量x以外也控制点火时刻ZZP,在此时刻点火塞17点燃燃烧室3中的燃料/空气混合气。在图11中示出点火时刻的控制与曲轴7的转数N的关系以及与空气质量流m的关系,在这里以最大空气质量流的百分比给出所述空气质量流。在怠速LL中转数N是低的,并且空气质量流m也较小。在怠速LL中期望一种延迟的点火时刻。在图11中点火时刻以曲轴角度α表示。在怠速中,所述点火在快到上死点OT前、即在曲轴角度α为略小于360°时发生。在满负荷VL时期望一种提前的点火时刻。在高速N和大空气质量流m时,已经明显地在上死点OT之前、在曲轴角度α在320°至330°之间时实现所述点火。在由怠速LL使内燃机1加速时打开节流阀26。接着增加空气质量流m。相比之下,转数N缓慢地升高。这一点在图11中通过加速曲线40表示。在加速时规定,点火时刻已经在打开节流阀26时、即在空气质量流m增加时移动到一提前的时刻,尽管转数N还没有明显地提高。由此加大内燃机1的转矩并且易于加速。在由满负荷VL减速时具有一种相反的特性。在由满负荷VL关闭节流阀26时空气质量流m立刻减小。而转数N缓慢地降低。在此规定,在空气质量流m减小时并且也在高转数N时使点火时刻调整到一种延迟的时刻,如同曲线41所示。由此得到改善的内燃机运行特性。
不仅在计算空气质量流m时、而且在由特征曲线求得空气质量流m时都可以附加地设有一种旋转角传感器27,由此即使在压力传感器29或39失效时也能够进行受控地输送燃料。
在图12中示出内燃机61的实施例,其中通过曲轴箱4中的压力求得所需的燃料量x。该内燃机61是单缸四冲程发动机。就类似的结构部件而言,对于内燃机61使用的附图标记对应于对于内燃机1所使用的附图标记。
该内燃机61具有吸入通道34,在其中用节流轴35可摆动地支承节流阀26。燃料阀18通入到吸入通道34中。该燃料阀18通过控制导线23与控制器33连接。该控制器33也与压力传感器29和温度传感器30连接。吸入通道34通入到燃烧室入口65,它由阀64进行控制。该阀门64通过在图12中未示出的、可旋转地支承在凸轮室63中的凸轮轴驱动。该凸轮轴例如通过减速器或皮带传动装置来耦联曲轴7的运动。但是阀门64也可以通过摇杆来进行控制。由燃烧室3引出在图12中以虚线示出的出口8,它同样是由阀门控制的。
所述温度传感器30设置在曲轴箱4上,并且测量曲轴箱4中的温度。该曲轴箱4通过通道62与凸轮室63连接。在通道62中可以导引用于操纵摇杆的用于阀门控制的顶杆。如果内燃机61的阀门是由凸轮控制的,由此可以在通道62中导引用于驱动凸轮轴的减速器或皮带传动装置。因为凸轮室63通过通道62与曲轴箱4进行流体连接,因此在凸轮室63与在曲轴箱4中存在基本相同的压力。因此设置在凸轮室63中的压力传感器29测量曲轴箱4中的压力。
该凸轮室63通过连接通道66与吸入通道34连接。该连接通道66靠近燃烧室入口65设置。通过通道62、凸轮室63和连接通道66使曲轴箱4与吸入通道34进行流体连接。在曲轴箱中建立的压力取决于吸入通道中的压力。但是根据活塞运动得到另一压力曲线。所述连接通道66是节流阀,它同样导致在曲轴箱4和吸入通道34中的不同压力。
可以借助于所测量的压力和温度值以及内燃机转数N和/或节流阀26的位置来求得进入到燃烧室3中的燃烧空气量。为此可以在节流轴35上附加地设置一种在图12中未示出的旋转角传感器。
对于在图12中所示的、由四冲程发电机构成的内燃机61也可以通过特征曲线按照在图9中所示的方法求得要输送的燃料量x。为此测量在曲轴箱4中对于曲轴角度α3时的压力p3。此外通过温度传感器30测量曲轴箱4中的平均温度T0。所测量的压力值p3借助于所测量的温度T0来进行修正,并且借助于转数N并借助于修正的压力值p3’求得空气质量流m。
所述压力传感器29也可以设置在通道62或曲轴箱4中。代替独立的压力传感器29和附加的温度传感器30也可以使用组合的压力-温度传感器。
在图13中示出通用的方法流程。据此由至少一个所测量的温度T和至少一个所测量的压力p求得空气质量流m,例如通过特征曲线或者通过计算来实现。借助于所求得的空气质量流和内燃机1,61的转数N例如通过特征曲线来求得对于运行参数、例如对于要输送的燃料量x或者点火时刻ZZP的所要调整的数值。为了求得要调整的数值,还有利地引用所测量的温度T、尤其是曲轴箱平均温度T0。然后通过控制器33调整所求得的数值。也可以直接由所测量的压力p来确定点火时刻ZZP和所要输送的燃料量x。
代替曲轴箱温度,也可以求得其它温度、尤其是其它结构部件温度。代替曲轴箱压力,也可以测量在其它结构部件中的压力。通过测量一种压力差和结构部件温度,就可确定通过结构部件的质量流、或者包含在结构部件中的气体质量的变化,这一原则也可以转移到其它结构部件。由此可以通过相应地测量燃烧室中的压力差以及其中略微存在着燃烧室温度的部位中的气缸温度,就求得通过燃烧室的空气质量流。相应地,通过求得两个时刻的压力差并且通过测量温度、尤其是通过测量废气消声器的温度,就能够求得通过废气消声器的废气质量流。按照本发明的原理也可以有利地应用于其它结构部件中。
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