用于活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法，該內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)采取提前噴射的方式工作。按本發(fā)明，在冷啟動(dòng)階段在達(dá)到活塞上止點(diǎn)前進(jìn)行兩次提前噴射（2、3），即在上止點(diǎn)前約25°KW（曲柄角）時(shí)的第一次提前噴射（2）以及在上止點(diǎn)前約5°KW時(shí)的第二次提前噴射（3），并且與轉(zhuǎn)速無關(guān)地，在兩次提前噴射（2、3）之間保持約20°KW的曲柄角間隔α且在第二次提前噴射（2）和主噴射（4）之間保持約5°KW的曲柄角間隔β。由此，即使在非常低的溫度下，尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)也能實(shí)現(xiàn)安全可靠的啟動(dòng)。
【專利說明】用于活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法，所述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)采取提前噴射的方式工作。此外本發(fā)明還涉及一種借助這種燃燒方法來工作的活塞式內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]由DE3736630A1已知一種用于活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法，其燃料噴射系統(tǒng)采取提前噴射的方式工作?；谶@樣的事實(shí)，即特別是柴油內(nèi)燃機(jī)必須以相對(duì)低的壓縮比并且以十六烷值相對(duì)低的燃料進(jìn)行工作，因此在冷啟動(dòng)階段存在點(diǎn)火問題，這會(huì)導(dǎo)致高噪音和有害物質(zhì)排放。通過建議的燃料噴射與提前噴射以及外源點(diǎn)火的結(jié)合，在柴油內(nèi)燃機(jī)的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)安全和準(zhǔn)確限定的點(diǎn)火條件，而這能夠降低噪音和有害物質(zhì)排放。
[0003]由EP0534491A2已知一種燃料噴射控制系統(tǒng)，它尤其旨在簡化柴油內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)。燃料噴射控制系統(tǒng)與信號(hào)同步地向燃燒室噴射燃料前期噴射流，該信號(hào)顯示柴油內(nèi)燃機(jī)的曲軸的角度位置。當(dāng)燃料前期噴射流噴射完畢后，燃料噴射控制系統(tǒng)噴射燃料主噴射流，它的量大于噴射的燃料前期噴射流。即使當(dāng)轉(zhuǎn)速較低并且經(jīng)受特別是在冷啟動(dòng)階段中經(jīng)常出現(xiàn)的大變化時(shí)，燃料噴射控制系統(tǒng)也會(huì)可靠地將燃料前期噴射流在一個(gè)希望的時(shí)間點(diǎn)噴射入燃燒室中。但是在冷啟動(dòng)階段，不僅是在燃料主噴射流之前噴射燃料前期噴射流，同時(shí)還要點(diǎn)火，以便在燃燒室中產(chǎn)生可易燃的、可觸發(fā)的狀態(tài)。因此隨后噴入的燃料主噴射流能夠通過燃燒室中的觸發(fā)狀態(tài)來點(diǎn)燃，這樣可以可靠安全地啟動(dòng)柴油內(nèi)燃機(jī)，尤其是可在冷啟動(dòng)階段降低噪音和有害物質(zhì)排放。
[0004]柴油內(nèi)燃機(jī)通常具有氣缸峰值壓力相對(duì)較高的基本缺點(diǎn)。為避免這一缺點(diǎn)，在某些情況下選擇較低的壓縮比，但是這又會(huì)導(dǎo)致一個(gè)缺點(diǎn)，即在冷啟動(dòng)階段和部分負(fù)荷時(shí)由于隨后的點(diǎn)火延遲特別高會(huì)出現(xiàn)困難，這一方面會(huì)導(dǎo)致噪音的產(chǎn)生，另一方面未燃燒的碳?xì)浠衔飼?huì)導(dǎo)致有害物質(zhì)的高排放。但是當(dāng)使用的燃料點(diǎn)火性能不良時(shí)，在正常運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似的問題?？s短點(diǎn)火延遲的一個(gè)有效的方法是，在原本的主燃料量之前提前噴射一定量的燃料以及進(jìn)行預(yù)燃，這樣能夠明顯提高氣缸中的壓力和溫度水平，由此可創(chuàng)造更好的點(diǎn)火條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本發(fā)明針對(duì)的問題是，為燃燒方法和這類活塞式內(nèi)燃機(jī)提供一種改進(jìn)的或至少可選的實(shí)施方式，其特點(diǎn)主要是，即使在環(huán)境溫度低且燃料質(zhì)量不好時(shí)也能可靠地啟動(dòng)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，通過獨(dú)立權(quán)利要求的內(nèi)容來解決這一問題。從屬權(quán)利要求的內(nèi)容是有利的實(shí)施方式。
[0007]本發(fā)明基于這樣一個(gè)總體思想，即在活塞式內(nèi)燃機(jī)的以燃料提前噴射方式運(yùn)行的燃燒方法中，在冷啟動(dòng)階段在達(dá)到活塞的上止點(diǎn)之前進(jìn)行兩次提前噴射，也就是在上止點(diǎn)之前約25。曲柄角(KW)時(shí)的第一次提前噴射以及在上止點(diǎn)之前約5°曲柄角(KW)時(shí)的第二次提前噴射。不同于至今為止已知的燃燒方法，根據(jù)本發(fā)明規(guī)定了單次提前噴射之間的受限制的曲柄角間隔，而不是像在至今為止的燃燒方法中那樣規(guī)定固定的時(shí)間間隔。在止點(diǎn)之前約25。KW時(shí)的第一次提前噴射以及兩次提前噴射的點(diǎn)火都提高了燃燒室中的壓力和溫度，這明顯改善了主噴射的混合物形成條件，此外還降低了點(diǎn)火延遲，這樣就能對(duì)噴射的燃料量進(jìn)行明顯更好的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。在此，在單次提前噴射之間需保持約為20° KW的曲柄角間隔α，且在第二次提前噴射和主噴射之間需保持約為5° KW的曲柄角間隔β，且與轉(zhuǎn)速無關(guān)。但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的燃燒方法中通常都保持固定的時(shí)間間隔，但是這在混合物形成方面由于點(diǎn)火延遲而存在困難。通過單次提前噴射之間以及第二次提前噴射和主噴射之間固定的約20° KW和5° KW的曲柄角間隔，可總體上與轉(zhuǎn)速關(guān)無地進(jìn)行提前噴射，因?yàn)榈谝淮翁崆皣娚淇偸窃谏现裹c(diǎn)之前約25。KW時(shí)進(jìn)行，而第二次提前噴射在上止點(diǎn)之前約5° KW時(shí)進(jìn)行。在根據(jù)本發(fā)明的燃燒方法中尤其縮短了冷啟動(dòng)階段，由此縮短了啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)在冷啟動(dòng)階段和部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中且尤其是怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)降低了噪音和有害物質(zhì)排放。
[0008]適宜地，至少在冷啟動(dòng)階段通過電熱塞(Gliihkerze)改善活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的混合物的點(diǎn)火條件。電熱塞以已知方式作為電氣加熱元件使用在內(nèi)燃機(jī)(通常是柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的燃燒室中，其中在活塞式內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)階段只是短時(shí)間地對(duì)電熱塞進(jìn)行供電并加熱。尤其是在柴油內(nèi)燃機(jī)中，可通過這種電熱塞降低位于燃燒室中的燃料-空氣混合物的點(diǎn)火難度，因?yàn)橹辽僭陔姛崛募訜岫烁纳屏巳剂?空氣混合物的點(diǎn)火條件，這有助于柴油內(nèi)燃機(jī)的可靠安全的啟動(dòng)。尤其柴油燃料在柴油內(nèi)燃機(jī)的冷啟動(dòng)階段總是很難點(diǎn)火，原因在于燃燒室和活塞的冷壁具有高的比熱值。此外，在冷啟動(dòng)中電氣起動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的活塞速度很低，這樣就降低了壓縮熱。同時(shí)壓縮熱較快地轉(zhuǎn)移到還很冷的氣缸壁或還很冷的活塞頂上。此外，不同的燃料質(zhì)量、尤其是不利點(diǎn)火的燃料都會(huì)在柴油內(nèi)燃機(jī)冷啟動(dòng)階段提高所述難度。出于這些原因，很久以來就知道在燃燒室中使用可電氣加熱的電熱塞，其中在冷啟動(dòng)階段結(jié)束后至少還在準(zhǔn)確限定的一定時(shí)間內(nèi)對(duì)電熱塞供電，并由此繼續(xù)進(jìn)行加熱，以進(jìn)一步降低廢氣中的有害物質(zhì)排放。在現(xiàn)代電熱塞中可將對(duì)電熱塞進(jìn)行供電和因此以明顯程度對(duì)汽車電池加載荷的持續(xù)時(shí)間限制在幾秒內(nèi)。通常使用兩種不同的電熱塞，一種是金屬電熱塞，另一種是陶瓷電熱塞，它們的區(qū)別主要在于加熱軸的溫度，其中在金屬電熱塞中為1000°C，而在陶瓷電熱塞中為1300°C。
[0009]本發(fā)明還基于這樣一個(gè)總體思想，即在已知的活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)中使用燃料噴射系統(tǒng)，它在冷啟動(dòng)階段在活塞上止點(diǎn)前約25° KW時(shí)進(jìn)行第一次提前噴射且在上止點(diǎn)前約5° KW時(shí)進(jìn)行第二次提前噴射，其中在單次提前噴射之間與轉(zhuǎn)速無關(guān)地保持約為20° KW的曲柄角間隔α，并在第二次提前噴射和主噴射之間與轉(zhuǎn)速無關(guān)地保持約為5° KW的曲柄角間隔β。在此，根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射系統(tǒng)采用在總體思想中說明和分析的活塞式內(nèi)燃機(jī)燃燒方法進(jìn)行工作，并由此獲得可通過根據(jù)本發(fā)明的燃燒方法達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，即在低溫下實(shí)現(xiàn)更短的啟動(dòng)時(shí)間，在低至_30°C的極低溫度下更可靠地啟動(dòng)活塞式內(nèi)燃機(jī)，降低啟動(dòng)時(shí)間變化以及在冷的活塞式內(nèi)燃機(jī)中在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)降低噪音。在低于_15°C的低的外溫條件下也能安全地啟動(dòng)活塞式內(nèi)燃機(jī)，這一性能與至今為止已知的燃燒方法和活塞式內(nèi)燃機(jī)相比具有明顯的優(yōu)勢。由于環(huán)境法規(guī)和排放法規(guī)的規(guī)定日益嚴(yán)格，尤其對(duì)在冷啟動(dòng)階段中的有害物質(zhì)排放的降低有利。
[0010]在從屬權(quán)利要求、附圖和根據(jù)附圖的所述【專利附圖】

【附圖說明】中對(duì)本發(fā)明的其它重要特征和優(yōu)勢進(jìn)行了說明。
[0011]需理解，上述的以及下文待分析的特征不僅可使用在相應(yīng)說明的組合中，也可使用在其他組合中或獨(dú)自使用，但不超出本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在附圖中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并在下文說明中進(jìn)行詳細(xì)分析，其中相同的參考符號(hào)表示相同或相似或功能相同的部件。其中分別示意性地示出了:
[0013]圖1在圖表中與曲柄角W有關(guān)地示出了當(dāng)采取本發(fā)明的燃燒方法時(shí)活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的壓力P，并與采取傳統(tǒng)燃燒方法時(shí)進(jìn)行比較。
[0014]圖2在圖表中示出了在傳統(tǒng)活塞式內(nèi)燃機(jī)中以及在借助本發(fā)明的燃燒方法運(yùn)行的活塞式內(nèi)燃機(jī)中與冷卻水溫度有關(guān)的啟動(dòng)時(shí)間ts。
【具體實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)圖1，可在曲線1上讀出活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)——其燃料噴射系統(tǒng)進(jìn)行兩次提前噴射——的根據(jù)本發(fā)明的燃燒方法的運(yùn)行走向。其中明顯的是，在活塞上止點(diǎn)前約25° KW時(shí)進(jìn)行第一次提前噴射2，而在上止點(diǎn)前約5° KW時(shí)進(jìn)行第二次提前噴射。上止點(diǎn)為0° KW。然后，在上止點(diǎn)進(jìn)行主噴射4。根據(jù)本發(fā)明的燃燒方法，在兩次提前噴射2、3之間保持約為20° KW的曲柄角間隔α，而在第二次提前噴射3和主噴射4之間保持約為5° KW的曲柄角間隔β。在此兩次提前噴射2、3之間的約為20° KW的曲柄角間隔α和/或第二次提前噴射3和主噴射4之間的約為5° KW的曲柄角間隔β都與轉(zhuǎn)速無關(guān)地被保持。與曲線1相比，曲線5示出了常規(guī)的燃燒方法，在常規(guī)的燃燒方法中單次提前噴射2’和3’之間以及第二次提前噴射3’和主噴射4’之間的曲柄角間隔是根據(jù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)存在的轉(zhuǎn)速進(jìn)行變化。按照曲線1’和5’，根據(jù)各自的曲柄角描述了壓力走向，其中曲線1’在此對(duì)應(yīng)于按本發(fā)明的燃燒方法，而曲線5’對(duì)應(yīng)于沒有應(yīng)用按本發(fā)明的燃燒方法的走向。在此還可清楚地看到，在應(yīng)用按本發(fā)明的燃燒方法時(shí)(即在曲線1’時(shí))至少燃燒室中的壓力明顯比曲線5’增大，因此能夠改善混合氣的點(diǎn)火能力，并因此還能在噴射相同的燃料量時(shí)能改善燃燒室中的點(diǎn)火。
[0016]至少在活塞式內(nèi)燃機(jī)的冷啟動(dòng)階段中，燃燒室中的混合氣的點(diǎn)火條件借助電熱塞來改善，該電熱塞例如預(yù)熱約2秒。該電熱塞在此在冷啟動(dòng)階段之后還在受限的時(shí)間內(nèi)通電，因此還能進(jìn)一步降低有害物質(zhì)排放。
[0017]在按圖2的圖表中，在橫軸上以。C標(biāo)出了冷卻水溫度，并在縱軸上標(biāo)出了活塞式內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間ts，其中該啟動(dòng)時(shí)間基本上對(duì)應(yīng)于從起動(dòng)過程的開始直至達(dá)到怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。正方形的測量點(diǎn)在此對(duì)應(yīng)于具有提前噴射的活塞式內(nèi)燃機(jī)，但它不是用按本發(fā)明的燃燒方法進(jìn)行工作，圓形的測量點(diǎn)代表借助按本發(fā)明的燃燒方法進(jìn)行工作的活塞式內(nèi)燃機(jī)。在此還可清楚地看到，例如在冷卻水溫度T為_30°C時(shí)借助按本發(fā)明的燃燒方法將啟動(dòng)時(shí)間ts從23.4秒降至6.9秒，并因此是原有的在常規(guī)的活塞式內(nèi)燃機(jī)中所需的啟動(dòng)時(shí)間ts的約25%。在冷卻水相對(duì)較暖時(shí)且溫度約為_23°C時(shí)，借助按本發(fā)明的燃燒方法還能將啟動(dòng)時(shí)間ts從7.2秒降至3.1秒，并因此縮短超過一半。
[0018]因此，即使是在低溫T的情況下，通過根據(jù)本發(fā)明的燃燒方法和按照這一燃燒方法運(yùn)行的根據(jù)發(fā)明的活塞式內(nèi)燃機(jī)也可明顯縮短啟動(dòng)時(shí)間&，其中尤其即使是在非常低的溫度τ下、例如在-30°C時(shí)也能確?；钊絻?nèi)燃機(jī)的可靠安全啟動(dòng)，這在目前是很少能做到的。此外可降低啟動(dòng)時(shí)間變化，以及可在冷啟動(dòng)階段和部分負(fù)荷運(yùn)行階段(特別是在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))降低活塞式內(nèi)燃機(jī)的噪音和有害物質(zhì)排放。這兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明在25° KW和5° KW進(jìn)行的噴射可提高燃燒室中的壓力和溫度，并由此明顯改善主噴射4的混合氣形成條件。通過改善的混合氣形成，又可以減少點(diǎn)火延遲，并更好地轉(zhuǎn)化噴射的燃料。
【權(quán)利要求】
1.一種用于活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)的燃燒方法，所述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)采取提前噴射的方式工作，其特征在于，在冷啟動(dòng)階段在達(dá)到活塞上止點(diǎn)前進(jìn)行兩次提前噴射(2、3)，即在上止點(diǎn)前約25° KW (曲柄角)時(shí)的第一次提前噴射(2)以及在上止點(diǎn)前約5° KW時(shí)的第二次提前噴射(3)，且在兩次提前噴射(2、3)之間與轉(zhuǎn)速無關(guān)地保持約20° KW的曲柄角間隔α，并且在第二次提前噴射(2)和主噴射(4)之間與轉(zhuǎn)速無關(guān)地保持約5° KW的曲柄角間隔β。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，至少在冷啟動(dòng)階段，通過電熱塞來改善活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的混合物的點(diǎn)火條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒方法，其特征在于，在冷啟動(dòng)階段后還對(duì)電熱塞進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的通電，以降低有害物質(zhì)排放。
4.一種活塞式內(nèi)燃機(jī)、尤其是柴油內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)采取提前噴射的方式工作，其特征在于，所述燃料噴射系統(tǒng)這樣構(gòu)成，即，在冷啟動(dòng)階段在上止點(diǎn)前約25。KW時(shí)進(jìn)行第一次提前噴射(2)以及在上止點(diǎn)前約5° KW時(shí)進(jìn)行第二次提前噴射(3)，且在兩次提前噴射(2、3)之間與轉(zhuǎn)速無關(guān)地保持約20° KW的曲柄角間隔α，并且在第二次提前噴射(2)和主噴射(4)之間與轉(zhuǎn)速無關(guān)地保持約5° KW的曲柄角間隔β。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，為每個(gè)燃燒室設(shè)置至少一個(gè)電熱塞，該電熱塞至少在冷啟動(dòng)階段改善活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的混合物的點(diǎn)火條件。
6.一種機(jī)動(dòng)車輛、尤其是乘用車輛或商用車輛，其具有根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)所述的活塞式內(nèi)燃機(jī)。
【文檔編號(hào)】F02D41/06GK103703235SQ201280036237
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月22日
【發(fā)明者】V·海德里希, T·科赫, J·里青格, W·魯伊辛格, F·施密德, T·魏安德, F·特普 申請(qǐng)人:戴姆勒股份公司