内燃机尤其是汽车内燃机的工作方法 【技术领域】
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的内燃机的工作方法，尤其是汽车内燃机的工作方法。本发明还涉及一种相应的内燃机控制装置以及一种相应的内燃机。
背景技术
由DE 199 22 748 A1已知用两种不同燃料工作的汽车内燃机。两种燃料之间的转换根据所产生的排放进行。通过这种转换特别是能够减少有害物质的排放。
在DE 199 22 748 A1中只考虑了内燃机的排放。通过在不同的燃料类型之间的转换最大程度地影响的内燃机其它性能，在这篇现有技术文献中没有考虑。
【发明内容】
本发明的任务是提供一种内燃机工作方法，尤其是汽车内燃机的工作方法，借助该方法可以容易地实施内燃机在不同燃料种类之间的转换，特别是对内燃机没有任何影响。
该任务在开头所述方法中借助本发明是这样实现的：通过影响内燃机的工作参数尽可能避免内燃机扭矩在转换过程中发生变化。
根据本发明，内燃机在不同燃料种类之间转换时基本上不会产生扭矩变化或者根本不会产生扭矩突变。因此这种转换不会影响内燃机的性能尤其是平静地运转。特别是在不同燃料种类之间的这种转换根本不会引起冲击等从而对汽车行驶性能不会产生任何负作用。
在本发明的优选改进方案中，转换时刻和/或空气流量和点火角和/或空燃比受影响。
特别有利的是，内燃机气缸按时间先后顺序转换。因此使因转换本身引起的可能的扭矩变化分配在不同的时刻。从而使各个扭矩变化小得多并按时间先后出现。这样整体使内燃机的扭矩曲线最大程度地保持相等。
在本发明的另一种特别有利的设计方案中，转换在内燃机的滑行过程(Schiebebetrieb)进行。这种滑行例如出现在汽车下坡时汽车驾驶员没有踩油门踏板，汽车变速器没有脱开。这种滑行也可以在汽车遇到红灯时产生。在这种情况下，驾驶员通常不踩油门踏板，变速器同样没有脱开。在这种已经存在的或者意欲产生的滑行中，根据本发明，在一种燃油喷射和一种燃气输入之间转换或者反过来。在滑行过程中，这种转换对内燃机扭矩没有任何影响。从而不会出现扭矩变化或者根本不会出现扭矩突变。
另外，特别优选的是可以在转换过程中影响气流和点火角。以此方式可以在一次转换过程中避免在燃油喷射所产生扭矩和燃气输入所产生扭矩之间出现突变。这里，在燃油喷射过程中已存在的扭矩升高通过点火角的延迟调整来补偿。由此最终实现内燃机的扭矩在整个转换过程中尽可能保持恒定。
另一种优选方案是，在从燃油喷射转换到燃气输入或者反过来之后，曲线形地断开或者接通燃气输入。通过这种措施可以使在内燃机进气管中形成的燃油壁膜的影响通过曲线形接通或者断开燃气输入得到补偿。
最后，最好在转换过程中或者在转换之后改变空燃比。以此方式尤其可以在内燃机全负荷时进行从燃油喷射到燃气输入的转换。在这种情况下，在转换之后将燃气输入的空燃比改变为“浓”，以便由此提高扭矩，从而整体实现在整个转换过程中扭矩保持相等。
本发明的其它特征、应用方案和优点由下面对附图所示本发明实施例的描述给出。这里描述的和示出的所有特征本身或者任意组合都是本发明的主题，而与权利要求及各从属权利要求的内容无关，与它们的形式和说明书及附图的描述无关。
【附图说明】
图1是本发明内燃机的一个实施例的示意方框图，
图2是图1所示内燃机工作参数的时间曲线图，
图3是根据本发明的控制和/或调节图1所示内燃机的方法实施例流程图，
图4是图3所示方法中的一部分的流程图，
图5a和5b是图1所示内燃机工作参数的时间曲线图，
图6是在图3所示方法的改进方案中图1所示内燃机的工作参数的时间曲线图，
图7是在图3所示方法的改进方案中图1所示内燃机的工作参数的时间曲线图，
图8是根据本发明的控制和/或调节图1所示内燃机的方法实施例流程图。
在图1中示出了一个汽车内燃机10，其中活塞11在气缸12中可以来回运动。气缸12有一个燃烧室13，该燃烧室由活塞11、一个进气门14和一个排气门15限定。一个进气管16与进气门14相连，一个排气管17与排气门15相连。燃烧室13还有一个火花塞18。
在进气管16中安置了一个节气门19，通过该节气门可以向燃烧室13输入空气。输入的空气流量与节气门19的开度有关。在排气管17中包含一个催化转化器20。
节气门19和进气门14之间，进气管16中有两个喷油嘴21，22。第一喷油嘴21用于喷射燃油尤其是汽油。第二喷油嘴22用于喷射燃气尤其是丙烷或天然气。
为了控制和/或调节内燃机10，有一个控制装置23。对应于内燃机10的工作参数的多个输入信号24输入到该控制装置23。这里例如可以是内燃机10的转数、气缸12的温度等等。控制装置23根据输入信号24产生多个输出信号25。借助这些输出信号25影响内燃机10的功能。这样，根据输出信号25就可以调节例如火花塞18，尤其是其点火时刻，或者喷油嘴21、22，尤其是其喷射开始时刻和喷油时间，或者节气门19的开度等等。
为了控制和/或调节内燃机10，控制装置23有一个计算机程序。该计算机程序具有很多适于实施下面将详述的方法的程序指令。为了实施，在控制装置23中有一个计算机，其有一个电子存储介质例如一个闪存，在该存储介质中存储了上述计算机程序。
在内燃机10工作时，可以从经喷油嘴21喷射燃油转换到经喷油嘴22输入燃气。相应地，也可以从输入燃气转换回喷射燃油。
燃油和燃气通常具有不同的燃烧值。这导致了在从喷射燃油到输入燃气转换或反过来时如果没有特殊措施就会产生内燃机10的扭矩突变。另外，输入的燃气比喷射的燃油具有更大的容积。这导致在进气管16中有更多的空气流量受输入的燃气挤压。因此在从喷射燃油转换到输入燃气以及反过来时，内燃机10的燃烧室13的进气减少。这也导致内燃机10的扭矩的突变。
本发明提供了一种方法，借助该方法极大程度上避免了在从喷射燃油到输入燃气的转换或反过来时内燃机10的扭矩突变。
根据本发明的方法的第一种实施例在图2中示出。图中示出了一个四缸内燃机的各个气缸Z1，Z2，Z3，Z4的燃油喷射和燃气输入与时间t的关系。燃油喷射用实线表示，燃气输入用虚线表示。
在时刻UA要求从燃油喷射转换到燃气输入。从图2可以看出，在时刻UA，停止向气缸Z1的燃油喷射，在同一时刻开始向气缸Z1输入燃气。在经过一段时间T1后，对气缸Z2进行同样的转换。再经过一段时间T1后，对气缸Z3进行同样的转换。最后，再经过一段时间T1后，对气缸Z4进行同样的转换。
因此，在时刻UA后三个时间段T1内将全部四个气缸Z1，Z2，Z3，Z4都从燃油喷射转换到了燃气输入。通过这样对四缸内燃机10的各个气缸Z1，Z2，Z3，Z4按时间先后进行转换，在整个转换过程中内燃机10的扭矩只有很小的突变。
时间段T1可以作为固定值预先给定。这里，可以通过试验将该值调到一个使燃油喷射转换到燃气输入过程中所产生的扭矩波动最小的值。也可以根据内燃机的工作参数例如气缸12的温度或者内燃机10的转数来改变该时间段T1。
借助图2所述的方法相应地也可用到从燃气输入向燃油喷射转换的过程中。
图3示出了根据本发明的用于使内燃机10从燃油喷射转换到燃气输入或反过来的方法。如下面所述，在这种方法中，内燃机10的各个气缸按时间先后转换。图3所示的方法与图2所示的时间曲线一致。
但是应该指出，在图3所示的方法中也可以使内燃机10的所有气缸同时或者至少几乎同时转换。对此下面不再详述，但通过将图3所述的方法对内燃机10的各个气缸近似同时地进行就可以很容易地实现这一点。
图3所示方法以方框30开始，随后在方框31中询问是否有转换要求。这里可以是一个从燃油喷射向燃气输入的转换要求或者也可以是反过来从燃气输入向燃油喷射的转换要求。
如果是，则在方框32中预备并进行所希望的内燃机10的第一个气缸的转换。这一点下面将借助图4和5更进一步详述。
在方框33中询问是否已经过了时间段T1。如果不是，则借助方框32继续预备进行转换。而如果时间段T1已经过去了，则不再继续预备而立即转换第一气缸。
时间段T1对应图2中的时间段T1。因此通过询问33来实现任何情况下内燃机10的第一气缸的转换最迟在经过时间段T1之后进行。
在接下来的方框34中预备和进行内燃机10的第二气缸的转换。在接下来的询问中再次检查时间段T1是否已经达到。如果不是，则一如上面结合内燃机10的第一气缸所述-借助方框34继续预备和进行第二气缸。而如果时间段T1已经达到，则第二气缸不再经方框34继续预备而是立即转换。
按照图3所示，该方法对内燃机10的所有气缸依次进行。最后，该方法在内燃机10的最后一个气缸转换之后以方框35结束。
因此，在图3所示的方法中，一个四缸内燃机在四个时间段T1内从燃油喷射转换到燃气输入或者反过来。在四个时间段T1的每一个中方框32，34等之一起作用，由此内燃机10的气缸依次预备转换然后进行转换。预备一个气缸的转换如果持续时间太长，则通过方框33等及其随后的监视实现当前气缸在任何情况下在经过时间段T1之后就转换。
通过在方框32和34中的转换预备，实现在单个气缸转换时的扭矩突变远远小于没有上述预备的情况。总之，由此避免了内燃机10从燃油喷射转换到燃气输入或反过来时的突变。
图4示出了一种预备和进行从燃油喷射到燃气输入的转换或者反过来的方法。因此图4所示方法例如可以分别替代图3中的方框32，34等。
下面借助图5a和5b描述图4所示方法。应当指出，图4，5a和5b都只是指内燃机10的一个气缸。
通过内燃机10的一个气缸从燃油喷射转换到燃气输入或者反过来，则按照图4所示，在方框41中求出气缸在燃油喷射时的进气量。相应地，在方框42中求出气缸在燃气输入时的进气量。为了这两个计算，可以考虑内燃机10的模型，尤其是燃烧室13吸进空气/燃油混合气或者空气/燃气混合气的模型。
在方框43中求出在燃油喷射时气缸进气所产生的扭矩。相应地，在方框44中求出在燃气输入时由气缸进气所产生的扭矩。方框43和44的两个计算又可借助建模来进行。
在接下来的方框45中检查在燃油喷射时按照方框43产生的扭矩是否等于在燃气输入时按照方框44产生的扭矩。如果不是，则以方框46继续进行图4所示方法。
相反，如果在燃油喷射时和在燃气输入时的扭矩相等，则以方框47继续进行该方法。这里，方框46和47取决于是从燃油喷射转换到燃气输入还是反过来。
下面首先借助图5a详述内燃机10从燃油喷射转换为燃气输入。
在图5a中分别示出了节气门19的开度DKW、流经节气门19的空气流量LS、点火角ZW的延迟调整以及燃油的喷射信号TIK和燃气的喷射信号TIG与时间t的关系。
在从燃油喷射转换到燃气输入时，没有任何应对措施时会使扭矩突变为一个较小的扭矩值。这是因为，由于在保持节气门19恒定的开度DKW的情况下采用燃气时的热值和较小的空气进气量，燃气就比燃油产生的扭矩小。
在时刻UA要求内燃机10从燃油喷射转换到燃气输入。按照图5a，在该时刻节气门19开启，从而开度DKW突然升高。结果是，更多的空气流经节气门19，致使到达燃烧室的空气流量LS慢慢上升。这种慢慢上升是由空气从节气门19到燃烧室13所必须经过的路程引起的。
按照图5a，在时刻UA喷射燃油，而不输入燃气。这由喷射信号TIK和TIG可以看出。由于燃油喷射和空气流量增加使相应的气缸扭矩升高。而该升高的扭矩由点火角ZW的延迟补偿。在图5a中的点火角ZW的走向可以看出。
上述节气门19的开度DKW的变化以及点火角ZW的延迟调整在图4方框46中进行。相应的变化在方框41和43中计算气缸进气和计算产生的扭矩时加以考虑。相应地，在方框42和44中对燃气进气也考虑节气门19开度DKW的变化。
然而，应指出，在方框42和44中不考虑点火角ZW的延迟调整。
结果是，如前所述，由燃油喷射所产生的扭矩由于点火角ZW的延迟调整而基本保持相等。但在方框42和44中对燃气输入计算出的扭矩由于节气门19的开度DKW变化而缓慢升高。这种升高的原因是在方框42和44中没有考虑点火角ZW的延迟调整-如前所述。
因此，在方框45中，为燃气输入经方框42和44计算出的扭矩慢慢接近为燃油喷射当前存在的经方框41和44计算出的扭矩。如前所述，这种接近经方框46继续一直到当前的由燃油喷射产生的扭矩等于燃气输入计算出的扭矩。如果是，如前所述，图4所示的方法用方框47继续。
在方框47中进行真正的从燃油喷射到燃气输入的转换。这对应于图5a中的时刻U。在该时刻U，按照图5a所示，一方面根据喷射信号TIK结束燃油喷射，另一方面根据喷射信号TIG开始燃气输入。同时，在时刻U重新取消点火角ZW的延迟调整，将点火角ZW调到对燃气输入来说对应于当前的空气流量LS的值。此时空气流量LS由于空气受到燃气的挤压而略有下降。从而从喷射燃油到输入燃气的转换结束。
图4中方框41到46概括示出了上述转换的预备。这种预备已经结合图3中的方框32，34提到过。这种预备用于将转换过程中可能出现的突变尽可能地降为零。这一点通过下述措施实现：将空气流量LS改变为一个值，借助该值使随后的燃气输入能够产生与当前燃油喷射所产生的扭矩相同。而在燃油喷射过程中，空气流量LS的上升由点火角ZW的延迟调整补偿。因此，总的来说，在从燃油喷射到燃气输入的整个转换过程中使相应的气缸扭矩基本保持恒定。
图5b中示出了从燃气输入到燃油喷射的转换。图5b所示的信号对应于图5a所示的信号。图5b的方法产生的结果与图4相同。
对于从燃气输入到燃油喷射的转换，图4所示的方框41到45以前述的相同方式进行。前面出现的时刻UA在图5b中同样示出了。
在从燃气输入转换到燃油喷射时，如果没有任何应对措施就会突变到一个较大的扭矩。其原因是，在节气门19开度DKW不变的情况下，燃油比燃气产生更高的扭矩。
在图4所示的方框46中，为了预备真正的转换，计算所要求的点火角ZW的延迟调整，以便在当前的空气流量LS下将通过燃油喷射产生的扭矩降低到当前实际上由燃气输入产生的扭矩值。如果计算出点火角ZW的这种延迟调整，则在时刻U进行真正的从燃气输入到燃油喷射的转换。结果是，在方框47中继续图4所示的方法。
按照图5b，在时刻U从而在方框47中一方面根据喷射信号TIG结束燃气输入，另一方面根据喷射信号TIK开始燃油喷射。同时，突然减少节气门19的开度DKW。结果是，空气流量LS慢慢下降。这种下降又是由于空气从节气门19到燃烧室13必须经过的路程引起。
如上所述，燃油喷射根据喷射信号TIK与当前存在的空气流量LS一起造成突变为一个较大的扭矩。这一点通过将点火角根据前面方框46中的计算向后延迟调整补偿。
这种点火角ZW的延迟调整随后再缓慢地退回，具体说与空气流量LS大致相同的方式减少。在一定时间段之后，空气流量LS和点火角ZW的数值使燃油喷射时产生的扭矩与前面燃气输入时产生的扭矩相同。因此从燃气输入到燃油喷射的转换结束。
前面借助图3至5描述的从燃油喷射到燃气输入的转换以及反过来能够几乎完全避免在这种转换过程中的扭矩突变。从而在该转换过程中扭矩走向几乎保持恒定。对各个气缸从而对整个内燃机10都是这样。
在这里还要指出，内燃机10的各个气缸不仅可以象结合图2所示那样先后转换，而且也可以内燃机10的所有气缸几乎同时转换。通过图3至5所示的方法实现了即使在这样一种几乎同时的转换过程中也能够使扭矩在转换时几乎没有变化或者波动。
图6中示出了图2至5所示实施例的改进方案。图6示出了燃气输入的喷射信号TIG和燃油喷射的喷射信号TIK与时间的关系。此外，在转换时刻U从燃气输入转换为燃油喷射。如图6所示，在转换时刻U之前内燃机10用燃气工作。只有在转换时刻U才根据图6所示喷射信号TIK突然接通燃油喷射。
如图5b所示，在转换时刻U不仅突然接通燃油喷射，而且突然中断燃气输入，与之不同的是，在图6中，在转换时刻U根据喷射信号TIG不是突然结束燃气输入，而是从转换时刻U起曲线地降到零。
通过在转换时刻U之后根据图6中的喷射信号TIG的这种曲线降低燃气输入可以实现：
在内燃机10以燃油工作过程中，在进气管16的内壁上形成所谓的壁膜。通过这种壁膜使燃油储存在进气管16内部。在内燃机10以燃气工作时，这种壁膜重新减少并不再存在。在随后内燃机10从燃气输入转换为燃油喷射过程中，壁膜必须重新建立。这意味着就在转换为燃油喷射之后燃油首先沉积在进气管16的内壁上。因此，留在进气管16中的这些燃油不在进入到内燃机燃烧室13中的油气混合气中。
在图6所示的改进方案中这一点是这样来补偿的：燃气根据喷射信号TIG不是突然地中止，而是如上所述，曲线地下降到零。通过这种曲线形下降补偿了由于建立壁膜而损失的燃油。即，紧接着转换时刻U之后还有一定时间输入燃气，以便补偿在建立壁膜中所损失的那些燃油。
如果在较晚的一个时刻又将燃油喷射转换回燃气输入，则在该较晚的时刻重新考虑此时正减少的壁膜。这通过在该较晚时刻突然地中止燃油喷射但不是突然地接通燃气输入而是曲线地过渡到其接通状态来实现。以此方式通过开始时减少燃气输入来补偿减少的输入到燃烧室13中的壁膜燃油。
因此在图6所示的改进方案中，建立和减少燃油壁膜通过接通和中止燃气输入的相应曲线走向来补偿。这里曲线走向可以借助用于建立和减少壁膜的模型计算来求出。通过考虑在从燃油喷射到燃气输入的转换或者反过来过程中的燃油壁膜，避免了内燃机10的扭矩波动甚至突变。
图7以时间曲线示出了图6所示方法的替代方案。在图7中，再次表示了燃气输入的喷射信号TIG和燃油喷射的喷射信号TIK与时间t的关系。同样示出了转换时刻U。
从图7可以看出，在时刻U之后是燃气输入的喷射信号TIG的斜坡状中断和燃油喷射的喷射信号TIK的斜坡状接通。以此方式，实现从燃气输入慢慢地但持续地过渡到燃油喷射。由此壁膜比较缓慢地建立起来，从而尽可能地对内燃机10产生的扭矩没有任何影响。
类似地，也可以斜坡状地从燃油喷射过渡到燃气输入。在这种情况下也通过慢慢的过渡来实现，从而壁膜的减少不会导致扭矩突变或波动。
图7所示改进方案与图6不同的是，不要求壁膜的模型化计算。取而代之的是从燃油喷射到燃气输入的过渡或反过来是通过简单的斜坡函数来进行。
上述方法的另一种设计方案是，不仅影响空气流量LS和点火角ZW，如结合图5a和5b所述，而且还改变空燃比(Lambda)。
如果内燃机10例如在全负荷时从燃油喷射转换到燃气输入，则该转换不太容易实现，因为燃气的效率通常比燃油低。由于该较低的效率，在燃气输入时不太容易产生用燃油喷射在全负荷下所产生的扭矩。但是可以通过对燃气输入改变空燃比来实现。
因此可以为燃气输入选择“浓”空燃比，例如Lambda＝0.9。由此为燃气输入产生一个较高的扭矩。另外可以通过这种措施将点火角另外向“前”调整，这样又使扭矩增加。因此，总的来说可以通过改变空燃比来实现在全负荷下从燃油喷射到燃气输入的转换。
在图8中示出了用于控制和/或调节内燃机10的一种方法的流程图。借助图8所示的方法可以使内燃机10从燃油喷射转换到燃气输入或反过来从燃气输入过渡到燃油喷射。
图8所示方法以方框80开始，随后在方框81检验是否存在转换要求。如果不是，则结束图8所示方法。相反，如果存在转换要求，则以方框82继续该方法。
在方框82中检验是否内燃机10处于一种通常被称为滑行或滑行熄火的工作状态。这种滑行例如出现在汽车下坡时，汽车车轮与汽车内燃机10之间处于有效连接，特别是汽车变速器没有脱开，在汽车内燃机10中没有输入燃油和燃气，特别是汽车驾驶员没有踩下油门，以及内燃机10没有驱动汽车，而是内燃机10由于下坡而自行驱动。
方框82的检验由控制装置23进行。为此，控制装置23检验内燃机10或所属汽车的相应输入信号24。如果控制装置23识别出存在滑行，则过渡到方框83。
在方框83中内燃机10根据方框81检验出的转换要求进行转换。也就是，在方框83中或者从燃油喷射转换到燃气输入或者反过来从燃气输入转换到燃油喷射。此时，转换最好突然进行，但也可以斜坡式或曲线形进行。内燃机10的所有气缸可以几乎同时转换，或者内燃机10的气缸也可以先后转换，如图2所示。
由于存在滑行，在方框83中进行的转换对内燃机产生的扭矩没有任何影响。在方框83中进行的转换过程中也没有任何的扭矩波动或扭矩突变。
如果在方框82中由控制装置23确定当前不存在滑行，则方框82的检验继续进行直到识别出一个滑行为止。一旦由控制装置23识别出这样一种滑行，则进行要求的转换。
必要时，也可以在上述最后一种情况下，也就是在方框82中没有识别出滑行情况，则最好触发这样一种滑行。这可以例如至少短暂地通过在遇到红灯时进行一次滑行来实现。在遇到红灯时，汽车驾驶员通常不踩油门。因此没有燃油喷射或燃气输入。另外汽车向红灯行驶与下坡类似。至少短时间可以在汽车行驶过程转换为滑行，从而在该滑行过程从燃油喷射转换为燃气输入或反过来从燃气输入转换为燃油喷射。