專利名稱：用于在低溫下起動自燃式發(fā)動機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在低溫下起動自燃式發(fā)動機的方法，其中首先在發(fā)動機的 壓縮沖程中通過第一預(yù)噴射將第一燃料量引入燃燒室中，并形成部分均勻的預(yù)混合物。 在下一步驟中，通過主噴射將主燃料量引入燃燒室中，并借助自燃使燃料空氣混合物燃燒。
背景技術(shù)：
由DE 10 2004 053 748A1已知一種用于在低溫下起動自燃式發(fā)動機的方法，其 中通過三個分噴射將燃料引入發(fā)動機的燃燒室。如果活塞位于壓縮沖程的下止點，則以 一預(yù)噴射噴入第一燃料量。以主噴射將主燃料量引入燃燒室中，其中該主噴射在活塞的 上止點的范圍內(nèi)進行。后噴射緊接在主噴射后，通過后噴射能實現(xiàn)更好的能量轉(zhuǎn)換。通 過這種方法能避免在冷起動階段中的燃燒斷火。由JP 2000 192 836A已知另一種用于在低溫下起動自燃式發(fā)動機的方法，其中 將較小的第一燃料量引入燃燒室中，從而形成預(yù)混合物。利用適合的傳感器裝置來監(jiān)測 預(yù)混合物是否燃燒。在確定第一燃料量自燃之前，在下面的工作循環(huán)中一直重復(fù)這個步 驟。然后將主燃料量引入燃燒室中，其中由主燃料量和空氣形成的混合物在當(dāng)前條件下 可靠地被引燃。在一過渡階段中，可以在發(fā)動機的一個工作沖程期間或在彼此相繼的工 作沖程期間向燃燒室中進行預(yù)噴射和主噴射。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種改進的用于起動發(fā)動機的方法，其突出的進步 在于能在低溫下可靠、快速地起動。根據(jù)本發(fā)明，選擇第一預(yù)噴射的噴射起點以使所述部分均勻的預(yù)混合物能在至 多也是很短的著火延遲后起燃；選擇所述主噴射的噴射起點以使所述主燃料量在已起燃 的預(yù)混合物的燃燒階段中被引入所述燃燒室中或者在所述燃燒階段結(jié)束后立刻被引入所 述燃燒室中。在壓縮沖程期間，處于燃燒室中的氣體被壓縮，由此使燃燒室溫度升高。 借助預(yù)噴射將第一燃料量引入所述被壓縮的氣體中。在外部溫度較低時，燃燒室中的溫 度對于傳統(tǒng)的擴散燃燒來說過低，從而首先在燃燒室中形成部分均勻的預(yù)混合物?；?根據(jù)本發(fā)明的方法，在如下時刻將第一燃料量引入燃燒室中，在該時刻，燃燒室中的溫 度由于壓縮而高到足以使所形成的部分均勻的預(yù)混合物在升高的溫度下、在短的著火延 遲后以通常的部分均勻的燃燒進行反應(yīng)。較短的著火延遲的示例值包括Ims至15ms的時 間間隔，該時間間隔是從第一預(yù)噴射的噴射起點到燃燒室中達(dá)到明顯升高的溫度(例如 100K或者比緊接在噴射起點前的燃燒室溫度大很多)的時間間隔?？梢曰诎l(fā)動機的轉(zhuǎn) 速以相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角改變所給出的時間間隔。此外，選擇主噴射的噴射起點以使主燃料 量在預(yù)混合物的燃燒階段中被噴入燃燒室或者在該燃燒階段后立刻被噴入燃燒室。在此 時刻，燃燒室中的溫度水平由于預(yù)混合物的反應(yīng)而明顯升高，從而使利用主燃料量形成的燃料空氣混合物更容易起燃。在本方法的一種設(shè)計方案中，所述預(yù)噴射在活塞上止點前22°到100°曲軸轉(zhuǎn) 角、特別是在25°到30°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行。通過在壓縮階段中向燃燒室中的燃料 空氣混合物或者此時較熱的、被壓縮的空氣中進行噴射，確保著火延遲很短。此外，提 供了足夠的時間間隔供預(yù)混合物在高溫下部分均勻地燃燒，從而能在燃燒室中實現(xiàn)明顯 的溫度升高。在本方法的另一種設(shè)計方案中，所述主噴射在活塞上止點前20°曲軸轉(zhuǎn)角到所 述上止點后20°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行。在該范圍內(nèi)，通過燃燒室氣體的最大壓縮以及 通過來自預(yù)混合物反應(yīng)的、經(jīng)過一定時間的熱量釋放而在燃燒室中獲得最高的溫度，從 而使主燃料量著火和燃燒的可能性較大。在本方法的另一種設(shè)計方案中，將所述主噴射分成多個分噴射，即通過多個分 噴射將主燃料量引入燃燒室。將燃料噴射到燃燒室中以及燃料隨后的氣化必然導(dǎo)致燃燒 室中短暫的溫度降低，從而延長了著火延遲。將主噴射分成多個分噴射，使得每個分噴 射中的溫度降低都較小，從而使著火延遲較短并引起可靠的溫升。在本方法的另一種設(shè)計方案中，在發(fā)動機的起動過程開始時，在上止點前2°曲 軸轉(zhuǎn)角到上止點后的2°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行一第一分噴射，而在上止點后2°到5° 曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行一第二分噴射。在這種條件下，特別是在溫度和/或轉(zhuǎn)速低時為 利用第一分噴射引入的燃料量的反應(yīng)提供充分的時間間隔。特別是在本方法的該設(shè)計方 案中，改善了起動過程的起始，或者說改善了燃料空氣混合物的首次起燃。在本方法的另一種設(shè)計方案中，第一分噴射的噴射起點隨著轉(zhuǎn)速的增加而向前 移動。以這種方式能夠最佳地利用由預(yù)混合物的反應(yīng)引起的溫升。在本方法的另一種設(shè)計方案中，第二分噴射和/或稍后的分噴射的噴射起點隨 著轉(zhuǎn)速的增加而向后移動，從而使前一分噴射的終點與第二分噴射和/或稍后的分噴射 的起點之間的時間間隔足夠大，以確保持續(xù)的溫升。在本方法的另一種設(shè)計方案中，在一第二分噴射和/或稍后的分噴射中引入的 燃料量比在前一分噴射中引入的燃料量更多。亦即在主噴射期間相繼地將越來越多的燃 料量引入燃燒室中。以這種方式能進一步改進起動過程的穩(wěn)定性。在本方法的另一種設(shè)計方案中，進行另外的預(yù)噴射。由此又能使燃燒室溫度在 預(yù)噴射階段中逐步地升高，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的起動過程。在本方法的另一種設(shè)計方案中，在一個或多個預(yù)噴射期間引入的燃料量的總和 占在一個工作循環(huán)中引入的總?cè)剂狭康?%至20%的重量百分比。在這種量比下，通過 預(yù)混合物的反應(yīng)使燃燒室的升溫足夠大，以實現(xiàn)主燃料量的可靠燃燒。在本方法的另一種設(shè)計方案中，使預(yù)噴射的噴射起點隨著轉(zhuǎn)速的增加向前移 動，亦即使得預(yù)噴射在更早的曲軸轉(zhuǎn)角處進行。由此，即使在轉(zhuǎn)速升高的情況下，也提 供足夠的時間間隔以供預(yù)混合物進行反應(yīng)并且實現(xiàn)燃燒室中的持續(xù)溫升。在本方法的另一種設(shè)計方案中，所述各噴射借助一共軌噴射系統(tǒng)實施。該噴射 系統(tǒng)提供了為盡可能好地控制或調(diào)節(jié)在各噴射中的燃料噴射時刻/噴射正時、噴射持續(xù) 時間和噴射量所需的可變性。在本方法的另一種設(shè)計方案中，基于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速對起動過程中的噴射壓力進行調(diào)節(jié)，以便實現(xiàn)燃料的最佳霧化和/或使燃燒室的壁面潤濕最小化。在本方法的另一種設(shè)計方案中，基于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和/或溫度，對主燃料量與 預(yù)噴射期間引入的部分燃料量總和之間的量比進行調(diào)節(jié)，由此能進一步改進發(fā)動機的冷 起動性能。


下面借助優(yōu)選實施例詳細(xì)闡述本方法。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，上述的 和下文所述的特征不僅能以相應(yīng)給出的特征組合的方式應(yīng)用，而且還能以其它組合的方 式應(yīng)用或獨立地應(yīng)用。其中示出了圖1示出燃燒室中的噴射過程和升溫過程關(guān)于曲軸轉(zhuǎn)角的圖；和圖2示意性示出關(guān)于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的著火延遲和噴射時刻的圖。
具體實施例方式在本實施例中，未在附圖中示出的發(fā)動機實施為具有六個燃燒室的壓燃式發(fā)動 機。發(fā)動機包括一共軌噴射系統(tǒng)，該系統(tǒng)能按時間精確地計量進入各燃燒室的特定燃料 量。此外，該發(fā)動機包括一用于測量曲軸轉(zhuǎn)角的角傳感器以及一控制裝置，利用所述控 制裝置可根據(jù)測得的曲軸轉(zhuǎn)角以及可能的其它與發(fā)動機相關(guān)的、測得的參量例如溫度、 轉(zhuǎn)速、負(fù)載要求來控制共軌噴射系統(tǒng)。在發(fā)動機的起動過程中，首先借助起動裝置使發(fā)動機的曲軸旋轉(zhuǎn)。曲軸通過連 桿與各燃燒室中的活塞連接，從而通過曲軸的旋轉(zhuǎn)使各活塞進行往復(fù)的沖程運動。當(dāng)與發(fā)動機的運行密切相關(guān)的溫度低到妨礙可靠的起動時，便進行在本發(fā)明意 義上的冷起動。等于或低于_15°C的外部溫度和/或冷卻劑溫度可作為參考值/標(biāo)準(zhǔn)值。在圖1的下部部分中示例性示出在發(fā)動機冷起動期間發(fā)動機燃料噴射器的控制 信號。發(fā)動機的每個燃燒室配備有至少一個噴射器。噴射器優(yōu)選包括一電磁閥，通過所 述電磁閥可控制在多孔式噴嘴中的噴嘴閥針。圖1示出的控制信號可從控制裝置傳送到 電磁閥并且對多孔式噴嘴中的噴嘴閥針的行程進行調(diào)節(jié)。這樣便能精確地計量噴入燃燒 室中的燃料。與六缸壓燃式發(fā)動機的點火次序相對應(yīng)，以0°，120°和240°曲軸轉(zhuǎn)角 的間隔、以類似的方式控制其余五個燃燒室的發(fā)動機噴射器。從圖1中的控制信號圖可見，在發(fā)動機的上點火止點ZOT的范圍內(nèi)將總?cè)剂狭?引入燃燒室。在本實施例中，在壓縮沖程期間在約-25°曲軸轉(zhuǎn)角處、即在上點火止點 ZOT前，以預(yù)噴射Pill將第一燃料量噴入燃燒室中。第一燃料量優(yōu)選在1毫克到30毫克 之間，這大約相當(dāng)于在工作循環(huán)中噴射的總?cè)剂狭康?%至20%。隨后，以主噴射將主燃料量引入燃燒室。主噴射分成第一分噴射Mainl和第二 分噴射Main2。第一分噴射Mainl在約0°曲軸轉(zhuǎn)角處進行。第二分噴射Main2在第一 分噴射Mainl結(jié)束后間隔約1.5°曲軸轉(zhuǎn)角處開始，并持續(xù)至上止點ZOT后約3.5°曲軸 轉(zhuǎn)角處。在圖1的上部部分中示出在上止點ZOT范圍內(nèi)在燃燒室中的升溫過程。升溫過 程在上止點ZOT前可見的負(fù)梯度主要是由于向燃燒室壁的熱傳遞引起的熱損失。該升溫 過程在-27°C的環(huán)境溫度下測得。
通過在約-25°曲軸轉(zhuǎn)角處噴射第一燃料量Pill，在燃燒室中形成部分均勻的混 合物。在噴射時，引入的第一燃料量氣化，由此首先引起燃燒室溫度的略降低(在圖1 中由升溫過程在預(yù)噴射Pill后的略微變平的梯度示出)。然而在預(yù)噴射Pill的時刻，燃 燒室中的溫度對于傳統(tǒng)的擴散燃燒來說過低，使得由第一燃料量形成的預(yù)混合物在通常 的部分均勻的燃燒中進行反應(yīng)。在均勻化期間，通過燃燒室中的渦流、傳熱以及由于之 前的壓縮而使預(yù)混合物被加熱。在本實施例中，在從約-25°曲軸轉(zhuǎn)角持續(xù)至約-9°曲 軸轉(zhuǎn)角的第一反應(yīng)階段1中進行預(yù)反應(yīng)，該第一反應(yīng)階段也稱為低溫階段，在所述預(yù)反 應(yīng)中主要是形成和分解過氧化物和醛類(Aldehyde)，其中僅釋放較小的熱量。在隨后的 從約-9°曲軸轉(zhuǎn)角持續(xù)至約0°曲軸轉(zhuǎn)角的第二反應(yīng)階段2中進行燃料空氣混合物的熱著 火，從而在此時進行來自預(yù)混合物反應(yīng)的主要熱量釋放，所述第二反應(yīng)階段也稱為高溫 階段。第一反應(yīng)階段1和第二反應(yīng)階段2共同形成預(yù)混合物的燃燒階段。在一部分預(yù)混合物在第二反應(yīng)階段2中燃燒使得此時燃燒室中已存在明顯升高 的溫度的時刻，以主噴射Mainl、Main2將主燃料量引入燃燒室。由圖1可見，利用第一 分噴射Mainl形成的燃料空氣混合物在第三反應(yīng)階段3中進行化學(xué)反應(yīng)和燃燒。在此， 在第一分噴射Mainl的噴射起點與熱著火開始之間的著火延遲明顯比在預(yù)混合物反應(yīng)時 的著火延遲短。由于在燃燒室中的溫度較高，在第一分噴射Mainl后形成的燃料空氣混 合物更快地氣化，該燃料空氣混合物在上止點ZOT后1°曲軸轉(zhuǎn)角處便已起燃，由此使 燃燒室中的溫度進一步升高。隨后以第二分噴射Main2將較多的燃料量引入已升溫的燃 燒室，所述較多的燃料量由于高溫幾乎在噴射起點后立刻便在第四反應(yīng)階段4中起燃。在第二分噴射Main2中引入的燃料量優(yōu)選多于在第一分噴射Mainl中引入的燃料 量，由此減輕氣化對燃燒室溫度、進而對著火延遲的影響。在第一分噴射中噴入的燃料 量較少，因此在氣化后燃燒室溫度僅稍微降低。通過由燃料空氣混合物的燃燒釋放的能 量，使由氣化引起的溫度降低得到補償并使燃燒室溫度升高。較高的溫度使隨后在第二 分噴射中引入的燃料量的著火延遲較短。在一修改的實施例中，將主噴射分成其它的分噴射，其中，優(yōu)選在每個分噴射 中將比前一分噴射中更多的燃料量引入燃燒室。以這種方式能在低溫下可靠地燃燒總量 較多的燃料量。在另一修改的實施例中設(shè)有其它的預(yù)噴射，其中，在每個預(yù)噴射后通過較少引 入的燃料量使溫度降低更少而著火延遲更短，從而總體上實現(xiàn)預(yù)混合物的更快反應(yīng)和更 快的溫升。在冷起動時，可在多個壓縮沖程中實施預(yù)噴射和主噴射。在此應(yīng)注意，在曲軸 轉(zhuǎn)動幾周后才進行初次起燃。在圖2中示意性示出第一分噴射的噴射起點BOI_Mainl和噴射終點EOI_Mainl、
第二分噴射的噴射起點BOI_Main2以及測得的著火延遲關(guān)于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化。優(yōu)選基 于發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及外部溫度和/或發(fā)動機溫度來調(diào)節(jié)分噴射以及預(yù)噴射的噴射起點和噴 射終點。在此應(yīng)注意，最早應(yīng)在預(yù)混合物在高溫階段中反應(yīng)時才進行第一分噴射Mainl， 因為否則便存在預(yù)混合物的燃燒由于第一分噴射Mainl而熄滅的危險。由于在較高的轉(zhuǎn) 速下燃燒室溫度便較高，所以預(yù)混合物更快地進行反應(yīng)，而第一分噴射的噴射起點BOI_ Mainl能隨著轉(zhuǎn)速的增加而向前、即朝向上止點ZOT前的更大曲軸轉(zhuǎn)角移動。第二分噴射的噴射起點BOI_Main2隨著轉(zhuǎn)速的增加而向后、即朝向上止點ZOT后的更大曲軸轉(zhuǎn)角 移動，以便保留足夠的時間間隔供由第一分噴射形成的混合物進行反應(yīng)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在一個或多個預(yù)噴射中以及主噴射的第一分噴射中分 別僅將較少的燃料量引入燃燒室中。由此，在各噴射中由于開始的氣化引起的溫度下降 較小，而利用相應(yīng)噴入的燃料量形成的燃料空氣混合物在較短的著火延遲后起燃。通過 燃燒中產(chǎn)生的熱量不僅能補償溫度降低，而且能使燃燒室溫度升高。因此，與之前噴入 的燃料量相比，隨后噴入的燃料量更快地進行反應(yīng)并且在更短的著火延遲后起燃。這樣 便能將較大的燃料量引入燃燒室以使燃燒室溫度逐步升高，直至最終實現(xiàn)在較低的外界 溫度下使較大的燃料量可靠地起燃。
權(quán)利要求
1.一種用于在低溫下起動自燃式發(fā)動機的方法，所述方法具有下述步驟a)在所述發(fā)動機的壓縮沖程中通過預(yù)噴射將第一燃料量引入燃燒室，以及在所述燃 燒室中形成部分均勻的預(yù)混合物；b)通過主噴射將主燃料量引入所述燃燒室，以及通過自燃使燃料空氣混合物燃燒， 其特征在于，選擇所述預(yù)噴射的噴射起點以使所述部分均勻的預(yù)混合物能在至多也是很短的著火延遲后起燃；選擇所述主噴射的噴射起點以使所述主燃料量在已起燃的預(yù) 混合物的燃燒階段中被引入所述燃燒室中或者在所述燃燒階段結(jié)束后立刻被引入所述燃 燒室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)噴射在活塞上止點前22°曲軸 轉(zhuǎn)角到100°曲軸轉(zhuǎn)角、特別是在25°曲軸轉(zhuǎn)角到30°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述主噴射在活塞上止點前20°曲 軸轉(zhuǎn)角到所述上止點后20°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述主噴射分成多個分噴射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在發(fā)動機的起動過程開始時，在上止點 前2°曲軸轉(zhuǎn)角到上止點后2°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行一第一分噴射，而在上止點后2° 曲軸轉(zhuǎn)角到5°曲軸轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)進行一第二分噴射。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，第一分噴射的噴射起點隨著轉(zhuǎn)速的 增加而向前移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的方法，其特征在于，第二分噴射和/或稍后的 分噴射的噴射起點隨著轉(zhuǎn)速的增加而向后移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的方法，其特征在于，在一第二分噴射和/或稍 后的分噴射中引入的燃料量比在前一分噴射中引入的燃料量更多。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，進行另外的預(yù)噴射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，在一個或多個預(yù)噴射 期間引入的燃料量的總和占在一個工作循環(huán)中引入的總?cè)剂狭康?%至20%的重量百分 比。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，使所述預(yù)噴射的噴射起 點隨著轉(zhuǎn)速的增加向前移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述噴射借助共軌噴射 系統(tǒng)實施。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在起動過程中，基于所述發(fā)動機的轉(zhuǎn) 速對噴射壓力進行調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，基于所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)速 和/或溫度，對主燃料量與預(yù)噴射期間引入的部分燃料量總和之間的量比進行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在低溫時起動自燃式發(fā)動機的方法，所述方法具有下述步驟a)在所述發(fā)動機的壓縮沖程中通過預(yù)噴射將第一燃料量引入燃燒室，以及在所述燃燒室中形成部分均勻的預(yù)混合物；b)通過主噴射將主燃料量引入所述燃燒室，以及通過自燃使燃料空氣混合物燃燒。根據(jù)本發(fā)明，選擇所述預(yù)噴射的噴射起點以使所述部分均勻的預(yù)混合物能在至多也是很短的著火延遲后起燃；選擇所述主噴射的噴射起點以使所述主燃料量在已起燃的預(yù)混合物的燃燒階段中被引入所述燃燒室中或者在所述燃燒階段結(jié)束后立刻被引入所述燃燒室中。
文檔編號F02D41/40GK102016279SQ200980114330
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者J·里青格, T·科克 申請人:戴姆勒股份公司