能夠以液態(tài)和氣態(tài)燃料運(yùn)行的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)行這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【專利摘要】本申請(qǐng)描述一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于以第二運(yùn)行模式噴射氣態(tài)燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的直接噴射噴嘴；用于以第一運(yùn)行模式噴射液態(tài)燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的進(jìn)氣道噴嘴；和適合于調(diào)整進(jìn)氣門打開和關(guān)閉正時(shí)的配氣機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地直接噴射比如壓縮天然氣的氣態(tài)燃料到汽缸內(nèi)，增加了效率并且允許減少對(duì)于安裝在進(jìn)氣口內(nèi)的較少使用的液化氣燃料噴射器的高溫暴露，從而減少了這些噴射器的焦化。
【專利說明】能夠以液態(tài)和氣態(tài)燃料運(yùn)行的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)行這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求提交于2012年10月16日的德國(guó)專利申請(qǐng)102012218789.8的優(yōu)先權(quán)，其整個(gè)內(nèi)容為了所有目的通過參考被合并。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其能夠在第一運(yùn)行模式中以液態(tài)燃料運(yùn)行并且在第二運(yùn)行模式中以氣態(tài)燃料運(yùn)行。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著越來(lái)越嚴(yán)格的排放和效率規(guī)定，有越來(lái)越多地朝向在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用替代燃料的推進(jìn)。在本公開的背景中，詞語(yǔ)“內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)”具體包括火花外施點(diǎn)火奧托發(fā)動(dòng)機(jī)。在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，例如，不僅作為傳統(tǒng)的奧托發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的汽油而且，例如液化氣(LPG-液化石油氣)、丙烷/ 丁烷(其也被稱為液化石油氣或者天然氣(CNG-壓縮天然氣))、合成甲烷也被用作燃料。氫氣(H2)、乙醇或者包含汽油和乙醇的燃料混合物是替代燃料的其他示例。
[0005]在形成本公開主題的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，不僅液態(tài)燃料(例如傳統(tǒng)的奧托發(fā)動(dòng)機(jī)燃料)而且氣態(tài)燃料(例如天然氣)均被用作為運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，其中，在本公開的背景中，當(dāng)燃料在環(huán)境條件下是氣態(tài)時(shí)詞語(yǔ)“氣態(tài)燃料”被使用。
[0006]由于不同的燃料具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，所以內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以針對(duì)所使用的燃料被特別地設(shè)計(jì)。在本文中，會(huì)需要調(diào)整內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)(例如點(diǎn)火點(diǎn)和噴射點(diǎn))。正時(shí)、增壓、冷卻水溫度、噴射持續(xù)時(shí)間、充氣空氣量和設(shè)計(jì)參數(shù)(例如壓縮比)能夠被且頻繁地被設(shè)計(jì)以便使用具體燃料運(yùn)行。被使用的燃料也影響內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配置，特別地，被用于引入燃料的噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配置。
[0007]在此引入兩種燃料噴射的概念之間的基本區(qū)別，即進(jìn)氣道噴射和直接噴射。在進(jìn)氣道噴射的情況下，奧托發(fā)動(dòng)機(jī)以基本上均質(zhì)的燃料-空氣混合物運(yùn)行，其在如下過程中由燃料外部混合物制備，其中在進(jìn)氣系統(tǒng)的所述至少一個(gè)進(jìn)氣管路中，燃料被引入到吸入的充氣空氣內(nèi)。通過改變汽缸的填充物來(lái)改變載荷，例如，通過奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的常用方法，即質(zhì)量控制，通常通過被提供在進(jìn)氣管路內(nèi)的節(jié)氣門。通過調(diào)整節(jié)氣門，節(jié)氣門下游的吸入空氣的壓力能夠被更大或者更小程度地降低。節(jié)氣門被關(guān)閉的程度越大，例如，進(jìn)氣管路被越多地阻塞，則節(jié)氣門上的吸入空氣的壓力損失越大并且節(jié)氣門下游的吸入空氣在進(jìn)入汽缸之前的壓力越小。對(duì)于恒定的燃燒室容積而言，以這種方法可能通過使用吸入空氣的壓力來(lái)調(diào)整空氣量，例如質(zhì)量。由于低載荷需要嚴(yán)格地節(jié)流和吸入空氣的大壓降，所以證明這種載荷控制的方法在部分載荷范圍是不利地。這導(dǎo)致大的泵送損失。已經(jīng)提出各種概念，以便降低這些節(jié)流損失，例如這些泵送損失。
[0008]直接噴射燃料到至少一個(gè)汽缸的燃燒室內(nèi)被認(rèn)為是一種合適的措施以便即使在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下也使內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)減少節(jié)流并且使得燃料消耗顯著下降。通過直接噴射的方法，可以實(shí)現(xiàn)燃燒室分層進(jìn)氣并且因此在特定限制內(nèi)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。而且，利用直接被引入燃燒室的燃料的汽化焓導(dǎo)致內(nèi)部汽缸的冷卻效應(yīng)，其通過提高壓縮比允許進(jìn)一步地效
率提高。
[0009]直接噴射的缺點(diǎn)在于:存在相對(duì)少的可利用時(shí)間來(lái)噴射燃料、在燃燒室中可能通過汽化的混合物制備，即燃料的制備、增壓空氣與燃料的混合和制備的混合物的點(diǎn)火。因此使用直接噴射的奧托循環(huán)過程對(duì)于混合物形成的變化和偏差明顯比使用進(jìn)氣道噴射的奧托斯循環(huán)過程更加敏感，特別是在噴射期間和點(diǎn)火期間。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)包括這樣的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中提供了用于引入氣態(tài)燃料到進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射和用于引入液態(tài)燃料到至少一個(gè)汽缸的直接噴射。這樣的能夠通過液態(tài)或者氣態(tài)燃料被交替地操作的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射概念具有大量的缺點(diǎn)，其將在下面簡(jiǎn)要探索。
[0011]不同種類的燃料具有不同等級(jí)的抗爆震性，這些由辛烷值RON和MON指示。奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比ε，例如至少一個(gè)汽缸的壓縮比ε，可以因此被設(shè)計(jì)成針對(duì)具有較低抗爆震性的燃料。通常地，液態(tài)燃料是有較低抗爆震性的燃料。允許以氣態(tài)燃料無(wú)障礙運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)高的壓縮比會(huì)在以液態(tài)燃料運(yùn)行的情況下導(dǎo)致爆震。由于爆震或者自燃必須被可靠地避免，所以內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可以被設(shè)計(jì)成針對(duì)具有較低抗爆震性的燃料。
[0012]需要注意到在本文中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η或多或少與壓縮比ε相關(guān)聯(lián)，例如，效率η在較高的壓縮比ε時(shí)較大而在較低的壓縮比ε時(shí)較小。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)必需具有較低的壓縮比ε以匹配有較低抗爆震性的事實(shí)具有如下影響，即能夠使用氣態(tài)燃料被理論地得到的效率不能被實(shí)現(xiàn)，例如，氣態(tài)燃料的實(shí)際效率潛能未被耗盡。
[0013]通過進(jìn)氣道噴射的方法引入氣態(tài)燃料到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)具有影響，該影響為進(jìn)氣系統(tǒng)中的高壓氣體在排氣和再填充進(jìn)程中在被引入到至少一個(gè)汽缸之前和期間膨脹。在通過排氣渦輪增壓的方法增壓的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，特別地，這具有不利地影響，該影響為渦輪增壓器可以做額外的體積功以便再壓縮已經(jīng)在進(jìn)氣系統(tǒng)中膨脹的氣體。為了引入相同質(zhì)量的混合物到汽缸中，因此還需要更高的增壓壓力。
[0014]由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地以氣態(tài)燃料運(yùn)行或者當(dāng)、一旦及只要?dú)鈶B(tài)燃料可用時(shí)就以氣態(tài)燃料運(yùn)行，所以第二運(yùn)行模式是優(yōu)選的運(yùn)行模式，并且因此該運(yùn)行模式要被更加頻繁地用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行中。
[0015]這具有如下影響，即為了引入液態(tài)燃料而被布置在至少一個(gè)汽缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴射裝置(例如噴嘴)在相對(duì)長(zhǎng)的階段內(nèi)不被使用。在沒有為了燃料噴射而連續(xù)使用噴嘴的情況下，通常被由引入的燃料導(dǎo)致的冷卻缺乏會(huì)導(dǎo)致面對(duì)或鄰近燃燒室的噴嘴區(qū)域的高溫。高溫能夠?qū)е聡娮斓臒徇^載并且還會(huì)導(dǎo)致焦化，甚至在氧氣不足時(shí)噴射燃燒不完全期間有少量燃料被留在噴射裝置上的情況下仍如是。
[0016]焦化殘留物的沉積形成在噴射裝置上。一方面，這些焦化殘留物能夠以不利地方式改變噴射裝置的幾何結(jié)構(gòu)并且影響或隱藏噴射射流的形成，因此顯著地破壞混合物制備。另一方面，在第一操作模式中噴射的燃料被沉積在多孔的焦化殘留物內(nèi)并且如果氧氣不足則其經(jīng)常不完全燃燒，從而形成炭黑，而這會(huì)導(dǎo)致微粒排放物的增加。
[0017]此外，焦化殘留物會(huì)由于燃燒室內(nèi)傳播的壓力波或射流的動(dòng)作所造成的例如機(jī)械應(yīng)力而脫離。以此方式脫離的殘留物能夠?qū)е屡艢庀到y(tǒng)的損壞并且例如能夠損害排氣系統(tǒng)中所配備的排氣后處理系統(tǒng)的工作能力。
[0018]由于高溫，焦化沉積也可以形成在噴嘴內(nèi)，并且這些不僅能夠影響或者隱藏噴射射流的形成和破壞混合物的制備，并且還能夠危害整個(gè)噴嘴的功能。
[0019]上面所描述的影響和作用具有如下影響，即內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通?？梢栽诘谝灰簯B(tài)燃料運(yùn)行模式下被運(yùn)行以便抵消對(duì)噴嘴的損壞或者由于焦化的問題。這對(duì)于盡可能頻繁地并且盡可能長(zhǎng)地在第二氣態(tài)燃料運(yùn)行模式下運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行是不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]
【發(fā)明者】意識(shí)到上面描述的缺點(diǎn)并且如下面所描述公開了一種防止焦化殘留物的方法。根據(jù)本公開，與現(xiàn)有技術(shù)相比，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在第二運(yùn)行模式時(shí)氣態(tài)燃料被直接噴入汽缸內(nèi)，而如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)正在第一運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)，液態(tài)燃料通過進(jìn)氣道噴射的方法被引入進(jìn)氣系統(tǒng)。
[0021]本公開描述一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，其包括:用于在第二運(yùn)行模式下噴射氣態(tài)燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸內(nèi)的直接噴射噴嘴；用于在第一運(yùn)行模式下噴射液態(tài)燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道內(nèi)的進(jìn)氣道噴嘴；和適合于調(diào)整進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉正時(shí)的配氣機(jī)構(gòu)。優(yōu)先的直接噴射氣態(tài)燃料(比如壓縮天然氣)到汽缸內(nèi)會(huì)增加效率并且允許降低暴露在較少使用的被安裝在進(jìn)氣道內(nèi)的液態(tài)氣體噴射器的熱量，從而降低了這些噴射器的焦化。
[0022]當(dāng)單獨(dú)或與附圖一起被參考時(shí)，本說明的以上的優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征將在下面的【具體實(shí)施方式】中變得明顯。
[0023]應(yīng)理解的是，上面的概述是以簡(jiǎn)化形式被提供以介紹選擇性的概念，其將在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述。并不旨在指明要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或重要特征，其范圍只通過【具體實(shí)施方式】后面的權(quán)利要求確定。并且，要求保護(hù)的主題不局限于解決在本公開在上面或者任何部分中提到的缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1示出內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)示例汽缸的圖。
[0025]圖2示出內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例的圖。
[0026]圖3示出一種在第一和第二運(yùn)行模式之間選擇的方法。
[0027]圖4A-C示出在不同的載荷或者轉(zhuǎn)矩情況下的氣門和噴射正時(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本公開在下面參照附圖被更加詳細(xì)地描述。根據(jù)本公開的示例汽缸在圖1被示出，其示出了圖2所示的分離的燃料箱和噴射系統(tǒng)的概觀。圖3具體化了一種方法，通過這種方法圖1和圖2描述的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式可以被選擇。圖4示出用于在一旦模式已經(jīng)被確定，則以第一和第二運(yùn)行模式運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。
[0029]圖1描繪內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室或汽缸的示例實(shí)施例。發(fā)動(dòng)機(jī)10可以接收來(lái)自包括控制器12的控制參數(shù)和通過輸入裝置132來(lái)自汽車操作者130的輸入。在這個(gè)示例中，輸入裝置132包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號(hào)PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動(dòng)機(jī)10的汽缸(在此也被稱為“燃燒室”)14可以包括燃燒室壁136，其內(nèi)帶有活塞138。活塞138可以被聯(lián)接到曲軸140以便活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸140可以經(jīng)由傳動(dòng)系統(tǒng)被聯(lián)接到客車的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。而且，起動(dòng)機(jī)可以通過飛輪被聯(lián)接到曲軸140以使能發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)操作。
[0030]汽缸14能夠通過一系列進(jìn)氣通道142、144和146接收進(jìn)氣。進(jìn)氣通道146可以與發(fā)動(dòng)機(jī)10的除了汽缸14以外的其他汽缸連通。在一些實(shí)施例中，進(jìn)氣通道中的一個(gè)或者更多個(gè)可以包括增壓裝置，比如渦輪增壓器或者機(jī)械增壓器。例如，圖1示出了發(fā)動(dòng)機(jī)10，其配置有渦輪增壓器，包括布置在進(jìn)氣通道142與144之間的壓縮器12和沿著排氣通道148布置的排氣渦輪176。壓縮器174可以至少部分地由排氣渦輪176經(jīng)由軸180驅(qū)動(dòng)，其中增壓裝置被配置為渦輪增壓器。然而，在其他的示例中，比如發(fā)動(dòng)機(jī)10具有機(jī)械增壓器的情況下，排氣渦輪176可以選擇地被省略，其中壓縮器174可以由來(lái)自馬達(dá)或者發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸入驅(qū)動(dòng)。包括節(jié)流板164的節(jié)氣門20可以被提供在沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道以改變提供到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的進(jìn)氣空氣的流速和/或壓力。例如，節(jié)氣門20可以被置于如圖1所示的壓縮器174的下游，或者可替代地可以被提供在壓縮器174的上游。
[0031]其中提供至少一個(gè)增壓裝置的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例是有利的。
[0032]特別地，有利的是，其中提供至少一個(gè)包括布置在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)的壓縮器的排氣渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例。相關(guān)聯(lián)的渦輪被布置在排氣系統(tǒng)中。
[0033]例如，與機(jī)械增壓器相比，排氣渦輪增壓器的優(yōu)點(diǎn)在于不需要有用于在增壓器與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)力傳遞的機(jī)械聯(lián)接。然而，機(jī)械增壓器從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汲取驅(qū)動(dòng)其所需的能量并且因此減少提供的動(dòng)力并且以這種方式對(duì)于效率具有不利影響，排氣渦輪增壓器使用熱排氣的排氣能量。
[0034]增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選地安裝有增壓空氣冷卻系統(tǒng)，借助于該系統(tǒng)，壓縮的增壓空氣在進(jìn)入汽缸之前被冷卻。這增加了進(jìn)入的增壓空氣的密度。以這種方法，冷卻有助于壓縮并且有助于增加汽缸的填充。有利的是，安裝有旁路管路的增壓空氣冷卻器以便能夠當(dāng)需要時(shí)(例如冷起動(dòng)之后)繞過增壓空氣冷卻器。
[0035]增壓是提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率且同時(shí)保持掃氣容積不變或?qū)τ谙嗤墓β蕼p小容積排量的合適的方法。任何一種情況下，增壓導(dǎo)致每單位體積的功率增加并且導(dǎo)致更加有利的功率-質(zhì)量比。給定的相同的車輛邊界條件，則載荷總體能夠因此被轉(zhuǎn)向更高的載荷，在這種情況下比燃料消耗更低。
[0036]設(shè)計(jì)渦輪增壓系統(tǒng)的基本目的是為了得到所有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的功率增加。通常，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降至低于某個(gè)水平時(shí)，嚴(yán)重的轉(zhuǎn)矩下降被觀察到。增壓內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性能夠通過各種措施被提高，例如，通過提供被并行和/或串行布置的多個(gè)增壓器、排氣渦輪增壓器和/或機(jī)械增壓器。
[0037]排氣通道148可以接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的除了汽缸14以外的其他汽缸的排氣。排氣氧傳感器128被示出聯(lián)接至排放控制裝置178上游的排氣通道148。傳感器128可以被從各種合適的傳感器中選擇以提供對(duì)排氣空氣-燃料比的指示，例如線性氧傳感器或者UGEO(通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅?、雙態(tài)氧傳感器或者EGO (如所示)、HEG0 (加熱的EGO)、NOx、HC或者CO傳感器。排放控制裝置178可以是三元催化轉(zhuǎn)化器(TWC)、N0x捕集器、各種其他的排放控制裝置或者其組合。
[0038]有利的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例是，其中至少一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)被提供在排氣系統(tǒng)中；例如，氧化催化劑、三元催化劑、存儲(chǔ)催化劑、選擇性催化劑和/或微粒過濾器。
[0039]排氣溫度可以由一個(gè)或者更多個(gè)位于排氣通道148內(nèi)的溫度傳感器(未示出)測(cè)量。可替代地，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，比如轉(zhuǎn)速、載荷、空氣-燃料比(AFR)、點(diǎn)火延遲等，來(lái)推斷排氣溫度。而且，排氣溫度可以由一個(gè)或者更多個(gè)排氣氧傳感器128計(jì)算?？梢岳斫馀艢鉁囟瓤梢蕴娲赜稍诖肆谐龅娜魏螠囟裙烙?jì)方法的組合被估計(jì)。
[0040]發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可以包括一個(gè)或者更多個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)或者更多個(gè)排氣門。例如，汽缸14被示出包括位于汽缸14的上部區(qū)域的至少一個(gè)進(jìn)氣提升閥150和至少一個(gè)排氣提升閥156。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部區(qū)域的至少兩個(gè)進(jìn)氣提升閥和至少兩個(gè)排氣提升閥。
[0041]進(jìn)氣門150可以由控制器12通過凸輪致動(dòng)經(jīng)由凸輪致動(dòng)系統(tǒng)151控制。相似地，排氣門156可以由控制器12經(jīng)由凸輪致動(dòng)系統(tǒng)153控制。凸輪致動(dòng)系統(tǒng)151和153可以各自包括一個(gè)或者更多個(gè)凸輪并且可以使用一個(gè)或者更多個(gè)配氣機(jī)構(gòu)，包括凸輪廓線變換系統(tǒng)(CPS)、可變凸輪正時(shí)(VCT)、可變氣門正時(shí)(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)，其可以由控制器12操作以改變氣門操作。這樣的配氣機(jī)構(gòu)可以能夠與氣門打開正時(shí)獨(dú)立地來(lái)改變氣門的關(guān)閉正時(shí)，并且反之亦然。進(jìn)氣門150和排氣門156的操作可以由氣門位置傳感器(未示出)和/或分別由凸輪軸位置傳感器155和157的位置被確定。在可替代的實(shí)施例中，進(jìn)氣和/或排氣門可以由電子氣門致動(dòng)控制。例如，汽缸14可以替代地包括由電子氣門致動(dòng)控制的進(jìn)氣門和由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動(dòng)控制的排氣門。仍然在其他的實(shí)施例中，進(jìn)氣和排氣門可以由公共氣門致動(dòng)器或者致動(dòng)系統(tǒng)，或者由可變氣門正時(shí)致動(dòng)器或致動(dòng)系統(tǒng)控制。凸輪正時(shí)可以被調(diào)整(通過提前或者延遲VCT系統(tǒng))以便與EGR流相協(xié)調(diào)地調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋，由此降低EGR瞬變并且提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
[0042]有利的是，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中，配氣機(jī)構(gòu)包括用于至少一個(gè)進(jìn)口的至少一個(gè)進(jìn)氣門以及用于致動(dòng)所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的氣門致動(dòng)裝置，配氣機(jī)構(gòu)被實(shí)現(xiàn)為以使得能夠改變所述至少一個(gè)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)的時(shí)間的方式來(lái)是可調(diào)的。
[0043]一種這樣的配氣機(jī)構(gòu)是，例如，由BMW制造的VALVETR0NIC配氣機(jī)構(gòu)，如在Motortechnische Zeitung (發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志)2001年卷6第18頁(yè)中所述。在這種配氣機(jī)構(gòu)中，進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)和進(jìn)氣門升程能夠被改變。無(wú)節(jié)氣門(dethrottled)和因此的低損耗載荷控制因此成為可能。這里，在進(jìn)氣過程期間流入燃燒室的混合物的質(zhì)量或增壓空氣的質(zhì)量不通過如在常規(guī)的奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中布置在進(jìn)氣區(qū)段內(nèi)的節(jié)氣門被控制，例如計(jì)量，而是通過進(jìn)氣門升程和進(jìn)氣門打開持續(xù)時(shí)間被測(cè)量。
[0044]僅進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)能夠被改變的僅部分可變的配氣機(jī)構(gòu)不僅能夠用于使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)沒有節(jié)氣門并且能夠被用以改變至少一個(gè)汽缸的有效壓縮比ε并且因此適應(yīng)對(duì)應(yīng)燃料的壓縮比或者其抗爆震性。
[0045]在此背景中，有利的是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中，配氣機(jī)構(gòu)被實(shí)現(xiàn)成以如下方式是可調(diào)整的，即至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)的時(shí)間能夠被改變而不改變所述進(jìn)氣門打開時(shí)的時(shí)間。
[0046]汽缸14能夠具有壓縮比，其為當(dāng)活塞138在下止點(diǎn)與在上止點(diǎn)的容積比。通常地，該壓縮比在9:1到10:1的范圍內(nèi)。然而，在使用不同的燃料的一些示例中，該壓縮比可以被增大。例如，當(dāng)更高的辛烷燃料或者帶有更高的汽化潛熱焓的燃料被使用時(shí)這會(huì)發(fā)生。如果直接噴射被使用則壓縮比也會(huì)增加，這是由于其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的影響。
[0047]在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)汽缸可以包括用于引發(fā)燃燒的火花塞192。在選擇的運(yùn)行模式下，點(diǎn)火系統(tǒng)190能夠響應(yīng)來(lái)自控制器12的點(diǎn)火提前信號(hào)SA經(jīng)由火花塞192提供點(diǎn)火火花到燃燒室14。但是，在一些實(shí)施例中，火花塞192可以被省略，比如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10可以通過自動(dòng)點(diǎn)火或者可以是在一些柴油機(jī)的情況下通過燃料噴射而引發(fā)燃燒。
[0048]在一個(gè)非限制性示例中，汽缸14被示出，其包括一個(gè)燃料噴射器166。燃料噴射器166被示為直接聯(lián)接到汽缸14以向其內(nèi)以與從控制器12經(jīng)由電子驅(qū)動(dòng)器168接收的信號(hào)脈沖寬度FPW成比例地直接噴射燃料。以這種方式，燃料噴射器166提供被稱為直接噴射(此后也被稱為“DI”)的燃料到燃燒汽缸14內(nèi)。雖然圖1示出燃料噴射器166為側(cè)燃料噴射器，不過其也可以位于活塞的頂部，比如接近火花塞192的位置。發(fā)動(dòng)機(jī)也可以裝有進(jìn)氣道噴射器152。燃料可以從包括燃料箱、燃料泵和燃料軌的高壓燃料系統(tǒng)8被輸送到燃料噴射器166和進(jìn)氣道噴射器152。燃料系統(tǒng)8可以包括用于液態(tài)和氣態(tài)燃料的分離的燃料箱，如圖2所示，其可以單獨(dú)地供給直接噴射系統(tǒng)166和進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)152?？商娲兀剂峡梢员粏渭?jí)燃料泵以較低的壓力輸送，在這種情況下直接燃料噴射正時(shí)在壓縮沖程期間會(huì)比在高壓燃料系統(tǒng)被使用時(shí)更加受限。而且，雖然未示出，燃料箱可以具有提供信號(hào)到控制器12的壓力換能器。將理解，在可替代的實(shí)施例中，噴射器166可以是進(jìn)氣道噴射器，其提供燃料到汽缸14上游的進(jìn)氣道內(nèi)。
[0049]除了燃料箱、噴射器和用于輸送燃料且用于產(chǎn)生必要的噴射壓力的燃料泵之外，用于帶有進(jìn)氣道噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的主要部件還包括燃料供給管路，其使得各種部件互相聯(lián)接并且更具體地從燃料箱延伸至噴嘴。
[0050]用于直噴式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)不僅具有實(shí)際的低壓燃料泵而且具有第二燃料泵，即高壓燃料泵。雖然高壓燃料泵確保了需要的高的噴射壓力，但是實(shí)際的燃料泵用作“首要泵”以填充高壓泵。高壓泵需要額外的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，其必須由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供，從而降低了有效效率。在根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于液態(tài)燃料被注入進(jìn)氣管內(nèi)，為此上面被稱為首要泵的燃料泵是足夠的，所以這個(gè)高壓泵能夠被省略。氣態(tài)燃料通過使用在汽燃料箱中占優(yōu)勢(shì)的壓力而被直接噴入汽缸內(nèi)。
[0051]如上面所描述，圖1示出多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)汽缸。同樣的，每個(gè)汽缸可以相似地包括其自身的一組進(jìn)氣/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
[0052]雖然未示出，不過將理解發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)一步包括一個(gè)或者更多個(gè)排氣再循環(huán)通道，其用于將至少一部分排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣。同樣地，通過再循環(huán)一些排氣，發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋可以被影響，這可以通過降低發(fā)動(dòng)機(jī)爆震、汽缸燃燒峰值溫度和壓力、節(jié)流損失和NOx排放物來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。所述一個(gè)或者更多個(gè)EGR通道可以包括聯(lián)接在渦輪增壓器壓縮器上游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣與渦輪下游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣之間的且被配置成提供低壓(LP)EGR的LP-EGR通道。所述一個(gè)或者更多個(gè)EGR通道可以進(jìn)一步包括被聯(lián)接在壓縮器下游的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣與渦輪上游的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣之間的且被配置成提供高壓(HP)EGR的HP-EGR。在一個(gè)示例中，在比如不存在由渦輪增壓器提供的增壓的條件下，HP-RGR流可以被提供，而在比如渦輪增壓器增壓存在期間和/或當(dāng)排氣溫度高于閾值時(shí)，LP-EGR流可以被提供。流經(jīng)LP-EGR通道的LP-EGR流可以經(jīng)由LP-EGR閥被調(diào)整而流經(jīng)HP-EGR通道的HP-EGR流可以經(jīng)由HP-EGR閥(未示出)被調(diào)整。[0053]控制器12在圖1中被示為微型計(jì)算機(jī)，其包括:微處理器單元102、輸入/輸出端口 104、用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲(chǔ)媒介(在這個(gè)特定的示例中被示為只讀存儲(chǔ)芯片106)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器108、保活存儲(chǔ)器110和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2可以接收來(lái)自聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的各種信號(hào)，除了前面討論的那些信號(hào)之外，還包括:來(lái)自質(zhì)量空氣流量傳感器120的進(jìn)入的質(zhì)量空氣流量(MAF)的測(cè)量；來(lái)自與冷卻套管114聯(lián)接的溫度傳感器116的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT);來(lái)自連接至曲軸140的霍爾效應(yīng)傳感器120 (或者其他類型)的表面點(diǎn)火感測(cè)信號(hào)(PIP);來(lái)自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);以及來(lái)自傳感器124的歧管絕對(duì)壓力信號(hào)(MAP)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)RPM可以由控制器12從PIP信號(hào)產(chǎn)生。來(lái)自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號(hào)MAP可以被用于提供在進(jìn)氣歧管內(nèi)的真空度或者壓力的指示。還有其他的傳感器可以包括聯(lián)接到燃料系統(tǒng)的燃料箱的燃料油面?zhèn)鞲衅骱腿剂铣煞謧鞲衅鳌?br> [0054]存儲(chǔ)介質(zhì)只讀存儲(chǔ)器110能夠被編程有計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)表示的指令，可由處理器106執(zhí)行該指令用于執(zhí)行上述方法以及可以預(yù)期的但沒有具體列出的其它變形。
[0055]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例被示出，其能夠以液態(tài)燃料或者以氣態(tài)燃料被運(yùn)行。這是三缸直列式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中三個(gè)汽缸14沿著汽缸蓋的縱向軸線被布置，例如
成一直線。
[0056]排氣管路148被提供以用于通過排氣系統(tǒng)4a排出熱的排氣，并且進(jìn)氣管路144被提供以用于經(jīng)由進(jìn)氣系統(tǒng)3供給三個(gè)汽缸14增壓空氣或者新鮮的混合物。在進(jìn)氣管路144內(nèi)提供節(jié)氣門80以調(diào)整載荷，該節(jié)氣門80借助于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器來(lái)經(jīng)受開環(huán)或者閉環(huán)控制(未示出)。
[0057]為了增壓的目的，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)I裝備有排氣渦輪增壓器174，其帶有被布置在排氣系統(tǒng)4a的排氣管路148內(nèi)的渦輪176和被布置在進(jìn)氣系統(tǒng)3的進(jìn)氣管路144內(nèi)的排氣渦輪增壓器7的壓縮器176。被供給到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的增壓空氣在壓縮器176內(nèi)被壓縮，為了這個(gè)目的，排氣的焓被用于渦輪174內(nèi)。
[0058]為了直接引入氣態(tài)燃料到汽缸14內(nèi)，例如，為了形成直接噴射系統(tǒng)166，每個(gè)汽缸14裝備有分層噴射器,其借助于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器被激活,例如被控制(未不出)。噴入的氣體質(zhì)量被使用來(lái)設(shè)置空氣比例入。
[0059]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)一步裝備有進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)152以用于引入液態(tài)燃料到進(jìn)氣系統(tǒng)3內(nèi)，借助于此，液態(tài)燃料被引入汽缸14上游的進(jìn)氣管路144內(nèi)。噴射的燃料質(zhì)量被再次使用來(lái)設(shè)置空氣比例λ。單獨(dú)的燃料箱5、6被提供以分別存儲(chǔ)氣態(tài)燃料和液態(tài)燃料。
[0060]根據(jù)本公開的發(fā)動(dòng)機(jī)可以在第一運(yùn)行模式以液態(tài)燃料運(yùn)行并且在第二運(yùn)行模式以氣態(tài)燃料運(yùn)行，并且其中所述至少一個(gè)汽缸具有至少一個(gè)進(jìn)口，進(jìn)氣管路被連接到進(jìn)口以經(jīng)由包括直接噴射系統(tǒng)和進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)的進(jìn)氣系統(tǒng)饋送增壓空氣，其中該直接噴射系統(tǒng)被提供將氣態(tài)燃料引入到所述至少一個(gè)汽缸，并且該進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)被提供以引入液態(tài)燃料到進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)。
[0061]根據(jù)本公開，與之前的技術(shù)相對(duì)比，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在第二運(yùn)行模式時(shí)，氣態(tài)燃料被直接噴入汽缸內(nèi)，而如果內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)正在第一運(yùn)行模式，則液態(tài)燃料借助于進(jìn)氣道噴射被引入進(jìn)氣系統(tǒng)。
[0062]根據(jù)本公開的噴射概念同時(shí)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一方面，液態(tài)燃料的進(jìn)氣道噴射具有如下優(yōu)點(diǎn)，即為了引入液態(tài)燃料必需被提供的噴射裝置不再暴露在燃燒室內(nèi)所存在的高溫下。噴射裝置的熱過載(例如過熱)的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的第二運(yùn)行模式期間不使用冷卻以及期間由于缺乏冷卻而導(dǎo)致的熱風(fēng)險(xiǎn)，將不再存在。通過將噴射裝置布置在所述至少一個(gè)汽缸的上游的進(jìn)氣系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)，可以減輕關(guān)于噴射裝置焦化的問題。
[0063]另一方面，液態(tài)燃料在第一運(yùn)行模式的進(jìn)氣道噴射使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠盡可能頻繁并且盡可能長(zhǎng)時(shí)間地例如盡可能廣泛地在優(yōu)選的第二運(yùn)行模式下被運(yùn)行。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以氣態(tài)燃料以不受約束的方式被運(yùn)行而沒有噴射裝置過熱或焦化的風(fēng)險(xiǎn)。
[0064]而且，氣態(tài)燃料直接噴射到所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)具有如下影響，即由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或者汽缸的幾何壓縮比ε能夠針對(duì)氣態(tài)燃料被設(shè)計(jì)并因此針對(duì)有更高抗爆震性的燃料被設(shè)計(jì)，氣態(tài)燃料的效率潛能能夠被完全利用和開發(fā)，并且同時(shí)，能夠設(shè)想并提出使得第一運(yùn)行模式中的壓縮比能夠與液態(tài)燃料或其抗震性相匹配的措施。
[0065]如下面將被結(jié)合內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)選的實(shí)施例所描述的，通過改變幾何壓縮比和通過調(diào)整例如改變有效壓縮比，壓縮比ε能夠被調(diào)整，例如被改變。
[0066]由于氣態(tài)燃料被直接噴入所述至少一個(gè)汽缸中這一事實(shí)，如果例如汽缸的進(jìn)氣側(cè)在氣態(tài)燃料被引入汽缸之前關(guān)閉，則高壓氣體的膨脹，尤其是膨脹到進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)，能夠被減弱或者阻止。高壓氣體在汽缸內(nèi)膨脹，并且以此方式，其輔助混合物的形成和混合物的制備。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)帶有排氣渦輪增壓的情況下，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)必需由渦輪增壓器執(zhí)行的額外的體積功因此被省去。
[0067]通過根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，本公開的第一部分目標(biāo)被獲得，例如，提供的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)于其操作特性被優(yōu)化，并且借助于該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠消除現(xiàn)有技術(shù)已知的問題和缺點(diǎn)。
[0068]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，描述了一種選擇運(yùn)行模式的方法。方法300在302開始，其中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)被估計(jì)和/或被測(cè)量。該方法前進(jìn)至304，其中確定載荷或轉(zhuǎn)矩是否低于閾值。該閾值可以是基于發(fā)動(dòng)機(jī)工況，比如空氣-燃料比或者發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以得到特定的載荷或者轉(zhuǎn)矩輸出。而且，在汽缸內(nèi)的有效壓縮比可變的實(shí)施例中，隨著EGR率或者渦輪增壓器比率的壓縮比可以被考慮以用于針對(duì)給定設(shè)置或參數(shù)來(lái)確定閾值載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求。例如，帶有特定參數(shù)和轉(zhuǎn)矩閾值的伴隨載荷的查詢表可以被保存在只讀存儲(chǔ)器110內(nèi)。
[0069]如果載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求低于閾值(是)，則該方法前進(jìn)至306，其中發(fā)動(dòng)機(jī)在第二運(yùn)行模式運(yùn)行并且氣態(tài)燃料被直接噴入汽缸內(nèi)(見圖4Α)。如果載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求沒有低于閾值(否)，則該方法前進(jìn)至308，其中估計(jì)適應(yīng)增加的燃料噴射所需的進(jìn)氣門關(guān)閉提前(見圖4Β)。燃料質(zhì)量可以隨載荷或轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求而增加。由于在進(jìn)氣門關(guān)閉之后氣態(tài)燃料被噴射，所以進(jìn)氣門關(guān)閉可以被提前以便允許增加噴射持續(xù)時(shí)間。
[0070]在310處，確定進(jìn)氣門關(guān)閉提前是否小于預(yù)定極限。因?yàn)檫M(jìn)氣門關(guān)閉提前以適應(yīng)對(duì)應(yīng)于增加的載荷或扭矩請(qǐng)求的增加的噴射持續(xù)時(shí)間，所以存在一點(diǎn)，在該點(diǎn)處進(jìn)氣門關(guān)閉不會(huì)進(jìn)一步提前，因?yàn)榭諝膺M(jìn)氣將會(huì)受到不良影響。這點(diǎn)可以是進(jìn)氣門關(guān)閉提前的預(yù)定極限。此外，燃料噴射可以沒有延伸超過壓縮沖程內(nèi)的某時(shí)間，這是因?yàn)樵邳c(diǎn)火前可能沒有產(chǎn)生空氣和燃料的適度混合的時(shí)間。如果進(jìn)氣門關(guān)閉提前小于極限(是)，則該方法前進(jìn)至312，其中通過使用參照?qǐng)D1中的151所描述的配氣機(jī)構(gòu)來(lái)提前進(jìn)氣門關(guān)閉，并且氣態(tài)燃料在第二運(yùn)行模式被直接噴入汽缸內(nèi)。[0071]如果在310，如果進(jìn)氣門關(guān)閉沒有被提前超過極限(否)，則該方法前進(jìn)至314。在314，在第一運(yùn)行模式，液態(tài)燃料經(jīng)由進(jìn)氣道噴射被噴射(見圖4C，帶有可選的附加的氣態(tài)噴射)。該方法隨后返回。
[0072]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4A-C，氣門開度和燃料噴射的示意圖被示出。在圖4A的示例中，載荷或轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求低于閾值。低于載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求閾值的發(fā)動(dòng)機(jī)可以在第二運(yùn)行模式運(yùn)行。
[0073]在圖4B中，載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求超過閾值并且進(jìn)氣門關(guān)閉被提前以補(bǔ)償增加的噴射持續(xù)時(shí)間。在這種情況下，在第二運(yùn)行模式下氣態(tài)燃料直接噴射到汽缸內(nèi)可以不負(fù)面地影響空氣進(jìn)氣并且可以仍然落入氣態(tài)燃料噴射窗口內(nèi)。
[0074]在圖4C中，載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求已經(jīng)達(dá)到一個(gè)點(diǎn),在該點(diǎn)處進(jìn)氣門關(guān)閉已經(jīng)被提前至其極限并且不可以進(jìn)一步被提前而不負(fù)面影響空氣進(jìn)氣，并且因此燃燒。在這個(gè)點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換至第一運(yùn)行模式并且液態(tài)燃料在液態(tài)燃料噴射窗口期間被噴入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道。
[0075]由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)被優(yōu)選地以氣態(tài)燃料運(yùn)行，或者在當(dāng)、一旦和只要?dú)鈶B(tài)燃料可用時(shí)以氣態(tài)燃料運(yùn)行，所以第二運(yùn)行模式是優(yōu)選的運(yùn)行模式，并且因此是在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)將被更加頻繁地使用的運(yùn)行模式。
[0076]實(shí)際上，通常通過針對(duì)一方面直接噴射且另一方面進(jìn)氣道噴射來(lái)使用不同映射，來(lái)影響噴射方法之間的轉(zhuǎn)換。特別地，該轉(zhuǎn)換可以與點(diǎn)火點(diǎn)或者噴射開始點(diǎn)的改變相關(guān)聯(lián)，也與噴射持續(xù)時(shí)間的調(diào)整相關(guān)聯(lián)。
[0077]有利的是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)的壓縮比ε能夠被改變。
[0078]可變壓縮比ε允許壓縮比ε適應(yīng)相應(yīng)的燃料并且因此在一方面，允許內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以更高的壓縮比運(yùn)行以便能夠完全利用氣態(tài)燃料的效率潛能，且另一方面，允許內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以較低的壓縮比運(yùn)行以便可靠地防止當(dāng)使用具有較低抗爆震性的液態(tài)燃料時(shí)的爆震燃燒。
[0079]有利的是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中下面的公式被用于所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)的壓縮比ε，至少在第二運(yùn)行模式時(shí):10〈 ε〈16。
[0080]特別地，有利的是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中下面的公式被應(yīng)用于所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)的壓縮比ε，至少在第二運(yùn)行模式時(shí):11〈 ε〈15，優(yōu)選地12〈 ε〈14。
[0081]有利的是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中下面的公式被應(yīng)用于所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)的壓縮比ε，至少在第二運(yùn)行模式時(shí):13〈 ε〈16。
[0082]關(guān)于上面的實(shí)施例，需要考慮到，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η與壓縮比ε相關(guān)聯(lián)，例如，隨著壓縮比ε變大，效率η同樣增大。對(duì)于效率Π，盡可能高的壓縮比ε是有利的。
[0083]有利的是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中所述至少一個(gè)汽缸的幾何壓縮比ε能夠被改變。通過使用可變配氣機(jī)構(gòu)改變所述至少一個(gè)進(jìn)氣門打開和關(guān)閉的時(shí)間，所述壓縮比可以被改變。在一些實(shí)施例中，改變進(jìn)氣門打開持續(xù)時(shí)間可以包括與進(jìn)氣門打開時(shí)間獨(dú)立地調(diào)整進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)間。
[0084]特別當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，能夠借助于大量不同的概念來(lái)改變壓縮比ε。
[0085]一種得到可變壓縮比ε的方法包括使得連接桿實(shí)現(xiàn)為兩部分式連接桿。在這里，連接桿包括被以鉸接的方式聯(lián)接到活塞的上連接桿和被以鉸接的方式聯(lián)接到曲軸的下連接桿，上連接桿和下連接桿同樣地以鉸接的方式被互相聯(lián)接以便以此方式使其能夠相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。通過相對(duì)于彼此樞轉(zhuǎn)該兩部分式連接桿來(lái)改變連接桿的長(zhǎng)度。這里，借助于以鉸接的方式聯(lián)接到上連接桿并且被可旋轉(zhuǎn)地安裝到曲軸箱內(nèi)的偏心軸上的連桿來(lái)調(diào)節(jié)壓縮比ε。通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸，其導(dǎo)致活塞下止點(diǎn)變化，從而壓縮比能夠在寬的范圍內(nèi)改變，例如，在ε —?8且ε μχ?15之間。
[0086]另一種獲得可變壓縮比ε的方法包括在偏心套管內(nèi)支撐曲軸。通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套管來(lái)改變曲軸相對(duì)于汽缸蓋的位置，從而導(dǎo)致幾何壓縮比的改變。
[0087]有利的是如下概念，即偏心套管被提供在小的或者大的連接桿銷眼內(nèi)以作為軸承組件的中間元件。偏心套管能夠被轉(zhuǎn)動(dòng)，例如，能夠在不同工作位置之間逐步轉(zhuǎn)換，且伴隨有在偏心套管不同的工作位置所獲得的不同的活塞下止點(diǎn)位置所導(dǎo)致的不同壓縮比ε。
[0088]同樣有利的是，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)施例中所述至少一個(gè)汽缸的有效壓縮比ε能夠被改變。
[0089]如聯(lián)系前面的實(shí)施例將變得明顯，幾何壓縮比ε的改變能夠是十分棘手并且復(fù)雜的并因此也是昂貴的。因此有利的是，不改變幾何壓縮比而改變有效壓縮比，例如，以便適應(yīng)當(dāng)前被使用的燃料的抗爆震性。
[0090]如已經(jīng)提到的，這能夠通過例如改變至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中關(guān)閉時(shí)間的提前或者延遲都能夠通過減小有效掃氣容積來(lái)保證壓縮比的減少或者能夠被用于減小壓縮比。
[0091]在進(jìn)氣門側(cè)上具有可變配氣機(jī)構(gòu)(借助于此，所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間能夠被改變)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，有利的是，方法變體中所述至少一個(gè)進(jìn)氣們的關(guān)閉時(shí)間被改變以便改變所述至少一個(gè)汽缸的有效壓縮比ε。
[0092]在進(jìn)氣門側(cè)上具有可變配氣機(jī)構(gòu)(借助于此，所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間能夠被改變)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，有利的是，方法變體中所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間被改變以便使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)節(jié)氣門。
[0093]在此背景中，有利的是，在所述方法的實(shí)施例中所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間被延遲以便減小所述至少一個(gè)汽缸的有效壓縮比ε和/或使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)節(jié)氣門。
[0094]然而，同樣能夠有利的是，在所述方法的實(shí)施例中所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間被提前以便減少所述至少一個(gè)汽缸的有效壓縮比ε和/或使得內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)節(jié)氣門。
[0095]有利的是，方法變體中天然氣被用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣態(tài)燃料。
[0096]有利的是，在所述方法的實(shí)施例中通過使用氣態(tài)燃料箱內(nèi)存在的壓力借助于直接噴射，被用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣態(tài)燃料的氣體以氣相被引入到所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)。
[0097]與進(jìn)氣道噴射相對(duì)比，如果渦輪增壓器只需要壓縮用于汽缸的新鮮充氣所需的增壓空氣，并且氣態(tài)燃料僅在進(jìn)氣已經(jīng)被關(guān)閉之后被噴射或者吹入，則直接噴射氣體到所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)在最大可用功率方面具有根本的優(yōu)勢(shì)。
[0098]盡管如此，不過同樣有利的是，方法的實(shí)施例中借助于直接噴射，用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)氣態(tài)燃料的氣體被以液相引入到所述至少一個(gè)汽缸內(nèi)。
[0099]在這種情況下，在燃料汽化期間從混合物額外地汲取熱量。這對(duì)于爆震敏感度并且因此對(duì)于要設(shè)置的點(diǎn)火點(diǎn)具有有利的影響，由此使其可能增加可用效率。
[0100]注意本文包括的示例控制和估計(jì)程序可以在各種發(fā)動(dòng)機(jī)和/或汽車系統(tǒng)構(gòu)造中使用。這里公開的控制方法和程序可以被存儲(chǔ)作為非瞬態(tài)存儲(chǔ)器中的可執(zhí)行指令。本文描述的具體程序可代表任何數(shù)目的處理策略中的一個(gè)或更多個(gè)，諸如事件驅(qū)動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多線程等。因此，闡明的各種動(dòng)作、操作和/或功能可以所闡明的順序、并行或者在一些情況下被省略地執(zhí)行。同樣地，處理的順序不是達(dá)到示例實(shí)施例中的特征和優(yōu)點(diǎn)所必須的，只是便于示出和說明。所示動(dòng)作、操作和/或功能中的一個(gè)或更多可以根據(jù)所使用具體的策略而重復(fù)地執(zhí)行。并且，所說明的動(dòng)作、操作和/或功能可圖形地表示有待被編入發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的非瞬態(tài)存儲(chǔ)器中的代碼。
[0101]將理解本文公開的構(gòu)造和程序本質(zhì)上是示例性的，并且這些特定的實(shí)施例不在限制意義上考慮，因?yàn)樵S多變體是可能的。比如上面的技術(shù)可以應(yīng)用于V_6、1_4、I_6、V_12、對(duì)置4以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本公開的主題包括本文公開的各種系統(tǒng)和配置以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合。
[0102]下面的權(quán)利要求特別指出了被認(rèn)為新穎和非顯而易見的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可涉及“一個(gè)”元件或“第一”元件或其等效物。這種權(quán)利要求應(yīng)理解為包括一個(gè)或者更多這樣的元件的結(jié)合，既不要求也不排除兩個(gè)或者更多這樣的元件。公開的特征、功能、元件和/或性能的其他的組合和子組合可通過修改當(dāng)前權(quán)利要求或者在這個(gè)或者相關(guān)應(yīng)用的新的權(quán)利要求的提出而被保護(hù)。這些權(quán)利要求，無(wú)論比原來(lái)的權(quán)利要求的范圍更寬、更窄、等同或者不同，也被視為包括在現(xiàn)在公開的主題內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括: 至少一個(gè)汽缸； 至少一個(gè)進(jìn)口； 用于以第二運(yùn)行模式引入氣態(tài)燃料到所述至少一個(gè)汽缸的直接噴射系統(tǒng)；以及 用于以第一運(yùn)行模式引入液態(tài)燃料到進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括配氣機(jī)構(gòu)，所述配氣機(jī)構(gòu)包括用于所述至少一個(gè)進(jìn)口的至少一個(gè)進(jìn)氣門和用于致動(dòng)所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的氣門致動(dòng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述配氣機(jī)構(gòu)能夠調(diào)整所述至少一個(gè)進(jìn)氣門關(guān)閉的時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述配氣機(jī)構(gòu)能夠調(diào)整所述至少一個(gè)進(jìn)氣門關(guān)閉的時(shí)間而不改變所述至少一個(gè)進(jìn)氣門打開的時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括能夠被改變的所述至少一個(gè)汽缸的壓縮比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所的述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中通過改變所述至少一個(gè)進(jìn)氣門打開和關(guān)閉的時(shí)間改變所 述壓縮比。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述壓縮比介于10和16之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述壓縮比介于11和15之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述壓縮比介于12和14之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)排氣渦輪增壓器。
11.一種運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該方法包括: 在第二運(yùn)行模式，在氣態(tài)燃料被引入所述至少一個(gè)汽缸之前，關(guān)閉至少一個(gè)汽缸的至少一個(gè)進(jìn)口 ；和 在第一運(yùn)行模式，在液態(tài)燃料被噴入所述至少一個(gè)汽缸的進(jìn)氣口內(nèi)時(shí)，保持所述至少一個(gè)汽缸的所述至少一個(gè)進(jìn)口打開。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括使用可變配氣機(jī)構(gòu)改變進(jìn)氣門打開持續(xù)時(shí)間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中改變進(jìn)氣門打開持續(xù)時(shí)間包括調(diào)整進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間被延遲以減小所述至少一個(gè)汽缸的壓縮比。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間被提前以減小所述至少一個(gè)汽缸的壓縮比。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括使用天然氣作為用于所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所述氣態(tài)燃料。
17.—種系統(tǒng),包括: 直接噴射噴嘴，其用于以第二運(yùn)行模式噴射氣態(tài)燃料到發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)； 進(jìn)氣道噴射噴嘴，其用于以第一運(yùn)行模式噴射液態(tài)燃料到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口內(nèi)； 適合于調(diào)整進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉的正時(shí)的配氣機(jī)構(gòu)；和 渦輪增壓器；和控制器，其包括根據(jù)進(jìn)氣門正時(shí)提前何時(shí)達(dá)到閾值，從所述第二運(yùn)行模式調(diào)整至所述第一運(yùn)行模式的指令。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述氣態(tài)燃料包括壓縮天然氣。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述液態(tài)燃料包括液化石油氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述指令進(jìn)一步包括只有在載荷或者轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求超過預(yù)定閾值且進(jìn)氣門關(guān)閉提前超過極限氣門時(shí)，轉(zhuǎn)換至所述第一運(yùn)行模式的指令。
【文檔編號(hào)】F01L13/08GK103726899SQ201310483354
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】C·韋伯, U·克萊默, M·沃斯 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司