CN102200066B - 用于减小内燃机中不受控制的燃烧的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于减小内燃机中不受控制的燃烧的方法，所述燃烧的产生和通过火花塞的点火无关，其中，检测内燃机(1)中的不受控制的燃烧。为了减小不受控制的燃烧对内燃机的损害性的影响在检测到产生有不受控制的燃烧(B)后减小产生的不受控制的燃烧(B)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于减小内燃机中不受控制的燃烧的方法，这种燃烧的产生和通过火花塞的点火无关，其中，检测内燃机中的不受控制的燃烧。本发明还涉及一种用于执行所述方法的装置。
背景技术
在汽油机中输送的油气混合气的燃烧使汽车处于行驶运行之中，或者使汽车保持行驶运行。其中，通过火花塞的点火火花引起油气混合气的燃烧。当焰锋在燃烧室中扩展时通过高压和高温产生自行点火。然后突然的燃烧在汽油机的燃烧室中引起压力的强烈增升。这种压力的增升产生一种压力波。这种压力波传递，并且撞击到限制燃烧室的壁。在那里高频的振动转变成固体声。这种振动通过爆震传感器(固体声传感器)进行检测，并且在控制汽油机时通过爆震调节予以考虑，以防止损害发动机。在这种情况中汽油机总是效率最佳地在爆震界限上运行，这样就避免了通过爆震对汽油机的损害。
除了所述的爆震燃烧外还会产生自燃。这些自燃是通过燃烧室中的热部位、油滴，或者油气混合气中的热的残余气体区引起。这些自燃可作为产生点火火花之前的预自燃，也可作为产生点火火花之后的后自燃产生。这些自燃的特点是燃烧压力具有高的压力幅度，和/或梯度，它们会导致发动机的快速损坏。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于减小不受控制的燃烧的方法和装置，其中减小不受控制的燃烧对内燃机的破坏作用。
根据本发明这个任务通过下述措施得以完成，即在检测到产生的不受控制的燃烧后减小所产生的不受控制的燃烧。本发明的优点是，在内燃机的如下工作循环中，在此工作循环中不受控制的燃烧在产生时被探测，就立即采取减小不受控制的燃烧。这样就中止了不受控制的燃烧的完全形成，其中，也减小了不受控制的燃烧的通常高的压力值。其结果是减小了在实际工作循环中的内燃机的载荷。
为了检测不受控制的燃烧有利地将内燃机的燃烧室中的压力和规定的且与运行点有关的压力阈值进行比较，其中，当超过压力阈值时推断出存在不受控制的燃烧。通过测量燃烧室中的压力可得简单地识别不受控制的燃烧。此外这种做法可导致特别早地探测不受控制的燃烧。这样就能很迅速地采取对策，并且因此防止对发动机损害的危险。
为了检测不受控制的燃烧代替地可将燃烧室中压力增升的梯度和规定的，且与工作点有关的梯度阈值进行比较。当超过这个梯度阈值时推断出存在不受控制的燃烧。对压力梯度的分析可很快地确定不受控制的燃烧。这导致在内燃机的工作循环中-在此循环中探测到不受控制的燃烧-就能立即采取限制不受控制的燃烧的措施，这样就遏制住了不受控制的燃烧的形成。
在另一替代方案中，为了检测不受控制的燃烧将在燃烧室中压力增升的位置和输出的点火角进行比较。因为位置的检测是借助曲轴传感器完成的(这个曲轴传感器用于其它的程序已安装在内燃机中)，所以可以放弃附加的传感器。这样做的结果是使得这个方案成本有利，且结构简单。
在一个方案中，为了减小正在进行中的不受控制的燃烧，附加地将燃料喷射到内燃机的燃烧室中。通过在确定存在不受控制的燃烧后立即喷入燃料的做法产生燃料的汽化，这种汽化引起对油气混合物的冷却，这样就降低了其可燃性。通过强烈的富化附加地减小了油气混合物的可燃性。这两个效果导致减小不受控制的燃烧，并且因此减小了发动机的载荷。
在一个改进方案中在将燃料附加地喷射到有关的气缸的燃烧室中结束之后中断对内燃机的至少一个紧接着的燃烧循环的燃料喷射。通过这一措施保证不受控制的燃烧完全消退，直到重新将新的油气混合气喷入到内燃机的燃烧室中。
本发明的改进方案涉及一种用于减小在内燃机中不受控制的燃烧的装置，所述不受控制的燃烧的产生和通过火花塞的点火无关，其中，检测内燃机中的不受控制的燃烧。为了使伤害内燃机的危险最小化，设置一些装置，当检测到产生有不受控制的燃烧后这些装置减小所产生的不受控制的燃烧。通过及早地识别不受控制的燃烧就可还在形成不受控制的燃烧期间的测量阶段起动用于减小不受控制的燃烧的破坏作用的措施，这样就消弱了不受控制的燃烧的强度，这导致减小通过不受控制的燃烧所引起的内燃机的载荷。
在一个方案中内燃机的每个气缸具有一个燃烧室压力传感器。由一个微控制器对这些传感器的信号进行扫描。这个微控制器将压力信号的幅值和/或压力信号的梯度分别和比较压力进行比较，并且当超过比较压力时立即将燃料输送到内燃机的被监控的气缸中。通过在微控制器中对压力信号的软件处理可以省去检查不受控制的燃烧是否存在的硬件费用。
优选地一个和运行点有关的压力阈值相对应的第一比较电压加在微型控制器的第一输出端，一个和运行点有关的梯度阈值相对应的第二比较电压加在微控制器的第二输出端，它们通往第一或第二比较器，其中，燃烧室压力传感器的信号输送到这两个比较器，并且这两个比较器的输出端和一个喷射控制器连接，当超过第一和/或第二比较电压时所述喷射控制器触发在内燃机的被监控的气缸中的用于附加输油的喷射阀。通过对微控制器的两个输出端的有针对性的触发可简单地产生测量窗口。此外，这种模拟的信号分析能使对开始的不受控制的燃烧的反应时间特别的短，并且因此比数字式方案更快。
在一个改进方案中微控制器是燃烧室压力传感器的组成部分。其中，特别是具有分析电路的燃烧室压力传感器是一个综合的器件，它可以和用于引起喷油的任何控制器电路连接。
附图说明
本发明可允许多个实施形式。其中一个实施形式借助附图进行详细的说明。
这些附图是：
图1：确定汽油发动机中有不受控制的燃烧的装置。
图2：有和没有不受控制的燃烧的气缸压力曲线。
图3：用于检测和分析不受控制的燃烧的方框图。
图4：减小不受控制的燃烧的主要程序流程。
相同的特征用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了一种用于测量汽油发动机1中的燃烧的装置。设计为涡轮增压器的汽油机1在这个实施例中具有四个气缸2、3、4、5。它们的未示出的活塞-它们在气缸2、3、4、5中运动-分别通过一个连杆6、7、8、9和曲轴10连接，并且基于由于燃烧所引起的压力变化而驱动这个曲轴。气缸2、3、4、5和压气机11连接。这个压气机的吸气管13通过一个节流阀12结束。用于喷射燃料的喷嘴14a、14b、14c、14d伸入到每个气缸2、3、4、5中。通过这一措施形成油气混合物。
在每个气缸2、3、4、5的燃烧室16中设置一个燃烧室压力传感15a、15b、15c、15d，压力传感器连续地在汽油发动机1的所有工作冲程上检测每个气缸2、3、4、5的燃烧室16中的压力，并且将其传输到控制器17。这个控制器借助求出的压力将这些燃烧分级。此外，这个控制器17通过喷射控制器18和单个的燃料喷嘴14a、14b、14c、14d连接。
当打开节流阀12时空气流入吸气管11，并且流入气缸2、3、4、5中。燃料通过喷嘴14a、14b、14c、14d喷入到气缸中。通过由一个未示出的火花塞触发的火花在气缸2、3、4、5中先后引起燃烧。这种燃烧引起气缸2、3、4、5中的压力增升。这种压力增升通过活塞和连杆6、7、8、9传递到曲轴10，并且使这个曲轴运动起来。在图2的A曲线中示出了压力P和变化的曲轴角的关系图，当燃烧为正常的受到控制时产生这样的曲轴角。
除了有控制的燃烧外还产生这样一些燃烧，即它们的燃烧开始很早、或者燃烧位置很早，其还在火花塞的点火时刻的前面。这样一些燃烧被称之为超爆震。在图2的B曲线中示出了这种超爆震。从该图中可以看出，和正常的燃烧相比这种超爆震产生高得多的压力P，这种压力对汽油发动机1构成破坏。对比地在图2中作为曲线C示出爆震的燃烧。这个爆震燃烧由于按照晚曲轴角对点火角的调节正好避免了对汽油发动机的损害。此外还示出了压缩曲线D。这个曲线表示通过气缸2、3、4、5在上死点方向上的运动压缩燃烧室16中的压力P。从图2中这些曲线的比较中可以看出，超爆震在点火时间点ZZP之前形成，并且具有这样的压力幅度，即它大大超过其它燃烧的幅度。此外超爆震的特征在于具有很陡的压力增升。
为了确定是否有超爆震，使用了如在图3中所示的电路，其中，为了简单起见人们只能看到一个燃烧室传感器15a和一个喷射阀14a，它们包括在气缸2中。其中，控制器17包括一个电路板19。在这个电路板上设置有一个微控制器20和两个比较器23和24。在这种情况中这个微控制器具有两个输出端21和22，其中，在每个输出端上设置有一个阈值电压。在输出端21上设置有压力阈值电压，而在输出端22上调节压力梯度阈值电压。其中，根据汽油机1的运行点，或者它的载荷来调节压力阈值或者压力梯度阈值。微控制器20的输出端21通往第一比较器23的输入端。燃烧室压力传感器15a的信号加到它的第二输入端。微控制器20的输出端22和第二比较器24的第一输入端连接，燃烧室压力传感器15a的信号也加在它的第二输入端。当燃烧室压力传感器15a的信号超过压力阈值或者梯度阈值时比较器23或者24产生一个输出信号。这个输出信号分别输送到喷射控制器18。当接收到比较器的输出信号后喷射控制器18立即触发喷射阀14a，这样附加地将燃料输送到气缸2的燃烧室16。
现在借助图4示范示性地说明用于确定和减小超爆震的方法。在方框101中借助燃烧室压力传感器15a、15b、15c、15d在相应的气缸2、3、4、5的一个工作循环中连续地测量在燃烧室16中的压力。其中，所谓的一个工作循环在这里所讨论的四冲程的汽油发动机中应理解为吸气、压缩、点火和排出废气的循环。为了确定开始的超爆震在方框102中将阈值和每个气缸2、3、4、5的燃烧室压力P进行比较。这些燃烧室压力是由燃烧室压力传感器15a、15b、15c、15d测量的。借助比较器23将分别存在的燃烧室压力P和根据运行点进行调节的压力阈值进行比较。当测量的燃烧室压力P超过压力阈值时则在方框103中识别超爆震在它产生时的不受控制的燃烧。然后紧接着在方框104中，即仍然是在进行压力测量的同一工作冲程中对喷射控制器18进行触发。这个喷射控制器起动通过喷嘴14a、14b、14c、14d给相应的气缸2、3、4、5喷射燃料。在方框105中为后面的至少一个工作冲程对气缸2、3、4、5的产生爆震的燃烧室16中的燃料喷射进行调节。
除了将燃烧室压力和压力阈值进行比较以外在方框103中也可将由燃烧室压力传感器15a、15b、15c、15d提供的信号的梯度和梯度阈值进行比较，以识别超爆震。其中，可根据汽油发动机1的运行点来确定压力阈值或者梯度阈值，并且存储在控制器17的未示出的存储器中。
通过由于附加地喷射燃料减小了超爆震从而防止了对汽油机1的损害作用，因为附加地喷射燃料由于产生蒸发而对燃烧室16中的油气混合物起冷却作用，并且通过强烈的富化附加地减小了混合物的燃烧能力。
Claims (9)
1.用于减小内燃机中不受控制的燃烧的方法，所述燃烧的产生和通过火花塞的点火无关，其中，检测内燃机（1）中的不受控制的燃烧，其特征在于，在检测产生的不受控制的燃烧（B）之后减小产生的不受控制的燃烧（B），其中在内燃机的检测到不受控制的燃烧的同一个工作冲程中减小不受控制的燃烧，其中为了减小正在进行的不受控制的燃烧（B）附加地将燃料喷射到内燃机（1）的燃烧室（16）中。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了检测不受控制的燃烧（B）将内燃机（1）的燃烧室（16）中的压力和规定的、且与运行点有关的压力阈值进行比较，其中，当超过压力阈值时推断出存在不受控制的燃烧。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了检测不受控制的燃烧（B）将燃烧室（16）中的压力增升梯度和规定的，且与运行点有关的梯度阈值进行比较，其中，当超过梯度阈值时推断出存在不受控制的燃烧（B）。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了检测不受控制的燃烧（B）将燃烧室（16）中压力增升的位置和输出的点火角（）进行比较。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在将燃料附加地喷入到有关的气缸（2、3、4、5）的燃烧室（16）结束之后中断内燃机（1）的至少一个紧接着的燃烧循环的燃料喷射。
6.用于实施按照权利要求1所述的用于减小内燃机中不受控制的燃烧的方法的装置，所述燃烧的产生和通过火花塞的点火无关，其中，检测内燃机（1）中的不受控制的燃烧（B），其特征在于，设置机构，当检测到产生的不受控制的燃烧（B）之后所述机构减小产生的不受控制的燃烧（B），其中为了减小正在进行的不受控制的燃烧（B）附加地将燃料喷射到内燃机（1）的燃烧室（16）中。
7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，内燃机（1）的每个气缸具有燃烧室压力传感器（15a、15b、15c、15d），由微控制器（20）对传感器的信号进行扫描，微控制器将压力信号的幅值和/或压力信号的梯度分别和比较压力进行比较，并且当超过这个比较压力时直接引起将燃料输送到内燃机（1）的被监控的气缸（2、3、4、5）中。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，和运行点有关的压力阈值相对应的第一比较电压加在微控制器（20）的第一输出端（21），和运行点有关的梯度阈值相对应的第二比较电压加在微控制器（20）的第二输出端（22），它们通往第一或第二比较器（23、24），其中，燃烧室压力传感器（15a、15b、15c、15d）的信号加在这两个比较器（23、24）上，并且这两个比较器（23、24）的输出端和喷射控制器（18）连接，当超过第一和/或第二比较电压时所述喷射控制器触发在内燃机（1）的被监控的气缸（2、3、4、5）中的用于附加输油的喷射阀（14a、14b、14c、14d）。
9.按照权利要求7或8所述的装置，其特征在于，微控制器（20）是燃烧室压力传感器（15a、15b、15c、15d）的组成部分。
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