控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的装置和方法制造方法及图纸

本主题涉及用于控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的控制单元和方法，其中控制单元控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。射流强度可以是反应射流的点火能量，其由在预燃室内发生的燃烧产生。因为点火能量在发动机运行期间可能难以测量，由反应射流的点火能量引起的主燃烧室中的压力振荡可以由常用确定器件诸如压力传感器或爆震传感器来检测。基于检测到的压力振荡，可以计算代表射流强度的特征参数，其适合用作反馈控制中的受控变量。这导致允许确保内燃机在其整个生命周期内的效率和排放限制的控制概念。命周期内的效率和排放限制的控制概念。命周期内的效率和排放限制的控制概念。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的装置和方法


[0001]本主题涉及用于控制内燃机中具有燃料供给预燃室的点火装置的控制单元和方法，其中该控制单元控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。

技术介绍

[0002]为了提高内燃机的燃烧效率，使用具有燃料供给预燃室的点火装置是有利的。该类点火装置的高点火能量由在预燃室中发生的预燃提供。该预燃是通过将少量燃料喷射到预燃室中并点燃其中所得的空气
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燃料混合物而开始的。因为预燃室经由小孔口连接主燃烧室，所以预燃室内的燃烧产生反应射流，该反应射流从预燃室进入主燃烧室并点燃其中的空气
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燃料混合物。这些反应射流通常在整个主燃烧室中膨胀且因此提供多个点火点，即使非常稀薄空气
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燃料混合物也能可靠点火。
[0003]然而，存在一些挑战，它们降低内燃机整个生命周期内预燃室点火的可靠性。例如，在预燃室中使用浓混合物和高温可导致喷射器尖端表面或预燃室孔口结焦。燃烧残余物在喷射器尖端上的沉积甚至可导致喷射器燃料流的退化，并因此导致由预燃室燃烧产生的反应射流的强度降低。因此，希望能够检测反应射流的射流强度。这将允许引入对抗喷射器燃料流劣化的对策。此外，喷射强度也可受到发动机环境条件的影响。例如，在寒冷条件期间和低负荷下，预燃室燃烧的稳定性降低，因为冷预燃室主体从预燃室燃烧和射流中提取大量能量。即使在如此困难的环境条件下，控制射流强度也可以改善预燃室燃烧。
[0004]到目前为止，监测射流强度需要复杂且昂贵器件/装置，特别地，如果监控包括识别代表射流中包含的热能的正确值。
[0005]专利文献1(EP3392487A1)描述了一种控制方法，其用作发电发动机的预燃室式燃气发动机。从预燃室喷射到主室中的气炬/反应射流的强度与预燃室中的压力与主室中的压力的差异或比率相关。这意指为了确定代表气炬强度的值，必须检测主室中的压力以及预燃室中的压力。尽管可以在主燃烧室中永久使用压力传感器，但为预燃室配备压力传感器仍然是一项艰巨的任务，会导致大量工作和成本。此外，由于预燃室中的空间有限，只能安装非常小的压力传感器，与常用的压力传感器相比，该压力传感器的精度和耐用性较差。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTL1：EP3392487A1

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]鉴于上述情况，本文描述的主题的目的是实现控制单元和方法，用于确保在不增加控制单元的复杂性的情况下在所有环境条件下和在发动机寿命期间预燃室点火的可靠操作。
[0011]问题的解决方案
[0012]此目的由根据独立权利要求的主题解决。进一步优选的改进由从属权利要求描述。
[0013]用于控制内燃机的控制单元可以控制从预燃室进入主燃烧室的反应射流的射流强度。优选地，该控制可以使用反馈控制来执行。在这里，“反应射流”应理解为通过预燃室壁中的孔口从预燃室排出/吹出/推出到主室中的热流体或流体状物质的料流。热流体优选是由预燃室燃烧产生的气体，其可包括燃烧产物，诸如自由基、一氧化碳、碳氢化合物。“反应射流”也可以理解为从预燃室通过孔口逃逸到主燃烧室中的(湍流)火焰射流。
[0014]反应射流的射流强度可以是或可以包括反应射流的点火能量。例如，作为热能、动能和/或化学能存储在预燃室燃烧的燃烧产物中。
[0015]术语“控制”可以包括射流强度的反馈控制，其中反馈控制尤其需要使用代表射流强度的目标(预定义)参数与射流强度的真实/确定/测量/实际参数之间的比较，以及影响预燃室燃烧的至少一个参数的适应，以便消除代表射流强度的目标(预定义)参数与代表射流强度的真实/实际参数之间的差异。
[0016]内燃机(简称：“燃烧机”、“发动机”)可具有至少一个气缸、至少一个主燃烧室(简称：“主室”)、至少一个进气口、至少一个主燃料喷射器，可以检测主燃烧室中高频振荡的至少一个确定器件，以及可以点燃主燃烧室内的空气
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燃料混合物的至少一个点火装置。
[0017]点火装置可以包括火花塞、预燃室燃料喷射器和经由预燃室壁中的至少一个孔口连接到主燃烧室的预燃室。
[0018]通过使用被配置为检测主燃烧室中的高频振荡的至少一个确定器件，控制单元可以确定反应射流的射流强度。至少一个确定器件可以是压力传感器和/或爆震传感器和/或扭矩传感器。高频振荡可以是频率高于500Hz的振荡。
[0019]进入主燃烧室的反应射流可引起传播到整个主燃烧室的爆震波。反应射流的点火能量(之前定义为“射流强度”)越高，诱发爆震的幅度就越高。换言之，由反应射流进入主燃烧室产生的爆震波可用于确定代表射流强度的参数。
[0020]由反应射流迅速逸出预燃室并在整个主燃烧室中膨胀引起的爆震波可以被检测为气缸压力信号上的压力振荡。因此，通常用于控制内燃机中的燃烧正时的气缸压力传感器可适用于确定由进入主燃烧室的射流引起的高频振荡。由于它们的高固有频率，特别是压电压力传感器可用于测量动态压力和小的压力波动。替代地或另外，爆震传感器(通常安装在每台汽油发动机上，用于检测由于爆震燃烧引起的结构噪声振动也可用于评估反应射流引起的振荡。
[0021]根据专利技术人的发现，与由反应射流引起的爆震波对应的频率被典型爆震传感器的频率范围所覆盖，但与爆震振荡相比显示出不同偏差。
[0022]因此，适当评估爆震传感器信号允许区分由反应射流引起的振动与由爆震引起的振动。替代地或另外，可以使用扭矩传感器，由于其频率范围例如高达10kHz，也能够执行动态测量。例如，发动机扭矩可以通过固定在发动机曲轴上的扭矩测量法兰来测量。
[0023]比较不同的确定器件，使用压力传感器(特别是当配备有多个气缸时)具有以下优点：每个气缸的喷射强度可以单独且精确地被调节。爆震传感器也能够将检测到的振动分配到不同的气缸，但不如每个气缸使用单独压力传感器时精确。然而，使用爆震传感器有利，因为它已经在发动机上可用且因此它只需要评估工作来正确检测由反应射流引起的振
荡。使用扭矩测量法兰可检测到的扭矩振荡是由所有气缸的压力波动引起的且可足以控制平均喷射强度。
[0024]此外，基于主燃烧室中的检测的高频振荡，控制单元可以确定表示反应射流的射流强度的特征参数。因为在发动机运行期间难以确定反应射流的点火能量且因此难以获得反馈控制，所以基于主燃烧室中的检测高频振荡的“特征参数”可用作反馈控制的受控变量和目标值。在这里，“受控变量”可以是真实/实际特征参数并且目标值可以是目标(预定义)特征参数。
[0025]为了确定/评估/计算特征参数，控制单元可以通过使用具有预定义频率带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的检测高频振荡来产生滤波信号，并且可以通过识别预定义数量的发动机循环中的每个循环的滤波信号的最大绝对幅度来确定特征参数。另外，它可以计算识别的最大绝对幅度的平均值，其中计算的平均值可以是特征参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制内燃机的控制单元(11)，所述内燃机具有至少一个气缸(100)、至少一个主燃烧室(1)、至少一个进气口(4)、至少一个主燃料喷射器(8、9)、被配置为检测所述主燃烧室(1)中的高频振荡的至少一个确定器件，以及被配置为点燃所述主燃烧室(1)内的空气
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燃料混合物的至少一个点火装置(10)，其中，所述点火装置(10)包括火花塞(10a)、预燃室燃料喷射器(10b)和经由预燃室壁(10d)中的至少一个孔口(10e)连接到所述主燃烧室(1)的预燃室(10c)，以及其中，所述控制单元(11)被配置为控制从所述预燃室(10c)进入所述主燃烧室(1)的反应射流的射流强度。2.根据权利要求1所述的控制单元(11)，其中，所述至少一个确定器件是压力传感器、爆震传感器和/或扭矩传感器。3.根据前述权利要求1至2中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：基于所述主燃烧室中的所述检测的高频振荡来确定代表所述射流强度的特征参数。4.根据前述权利要求1至3中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：
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通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的所述检测的高频振荡来产生滤波信号，并且
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通过识别所述预定义数量的发动机循环中的每个循环的所述滤波信号的最大绝对幅度并通过计算所述识别的最大绝对幅度的平均值来确定所述特征参数，其中，所计算出的平均值为所述特征参数。5.根据前述权利要求1至4中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：
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通过使用具有预定义频带的带通滤波器分析在预定义时间范围内针对预定义数量的发动机循环的所述检测的高频振荡来产生滤波信号，并且
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通过识别所述预定义数量的发动机循环中的每个循环的所述滤波信号的峰值频率并计算所述识别的峰值频率的分布来确定所述特征参数，其中，所计算的分布是所述特征参数。6.根据前述权利要求1至5中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：通过调整待喷射到所述预燃室的燃料量和/或所述预燃室燃料喷射器(10b)的喷射时间来调节所述射流强度，其中基于实际特征参数和预定目标特征参数之间的差异来调节所述射流强度。7.根据前述权利要求1至6中的至少一项所述的控制单元(11)，其被配置为：通过调整所述主燃料喷射器(8、9)的喷射时间和/或提供到所述火花塞(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：日立安斯泰莫株式会社，
类型：发明
国别省市：