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CN104863729A - 用于运行内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机(1)、尤其是燃气发动机的方法，该燃气发动机具有至少一个燃烧室(2)，给该燃烧室输入具有可变进气压力(pa)和/或可变增压空气量的增压空气(A)，其中，由在所述至少一个燃烧室(2)中设置的传感器(3)的至少一个测量值(pc)确定气缸压力值(pi)，通过改变作为受控变量的进气压力(pa)和/或增压空气量，将所述气缸压力值(pi)闭环控制为气缸压力额定值(ps)，其中，与内燃机(1)的功率(P)相关地选择气缸压力额定值(ps)。

Description

用于运行内燃机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行内燃机、尤其是燃气发动机的方法，该燃气发动机具有至少一个燃烧室，给所述燃烧室输入具有可变的进气压力和/或可变的增压空气量的增压空气，其中，由在所述至少一个燃烧室中设置的传感器的至少一个测量值确定气缸压力值，通过改变进气压力和/或增压空气量，将所述气缸压力值闭环控制为气缸压力额定值，其中，与内燃机的功率相关地选择气缸压力额定值，以及涉及一种用于实施上述方法的闭环控制装置和内燃机。
背景技术
关于内燃机的氮氧化物排放的主要影响因素之一是空气与燃料的比例关系，该比例关系也作为λ值已知。
在现有技术中已知，在内燃机的进气压力和功率之间存在一种基本上线性的关系，以实现基本上恒定的氮氧化物排放的目的。由EP 0259382B1得知一种方法，空气-燃料比或输入内燃机的燃料-空气混合气的λ值根据内燃机的功率在基本上恒定的氮氧化物排放的目的下进行闭环控制，其方式为：预设与内燃机的功率相关的进气压力额定值并且一直改变燃料-空气比，直到实际的进气压力等于预设的额定值。
虽然通过该闭环控制方式可以避免设置用于确定燃料-空气比的氧传感器，但在此没有考虑：产生氮氧化物排放的真正的主要因素不是输入各燃烧室的增压空气的进气压力，而是在各燃烧室中用于燃烧的空气质量。在各燃烧室中存在的空气质量在此可能在内燃机的运行持续时间上发生变化，该变化例如可能由于在各燃烧室的进气阀或排气阀上产生的磨损而引起。
由现有技术已知一些途径，这些途径用于闭环控制输入内燃机的空气质量。
EP 1662121描述一种用于开环控制内燃机的方法，其中，估计的总气体质量作为用于内燃机的控制装置的输入变量。对此例如由燃烧室压力估计输入的气体质量并且将该估计值输入进气系统的开环控制系统中。
EP 1162357描述一种方法，即探测燃烧室压力并且由该燃烧室压力推断出内燃机的进气压力或排气背压。该文献的目的是，可以通过燃烧室压力和进气压力或排气背压的关系放弃进气压力传感器或排气背压传感器。
EP 2698521描述一种用于考虑气缸特定的区别的方法。气缸的各气缸信号在此不追踪共同的额定值，而是对于每个气缸设定合适的气缸额定值，通过该气缸额定值可以考虑气缸特定的气缸参数区别。
DE 10 2012 021778示出一种方法，用于补偿在混合气增压燃气发动机中的充气系数偏差，其中，输入各个预燃室的燃气量如此适配，使得气缸特定的或气缸组特定的充气系数偏差被补偿。
发明内容
本发明任务在于，避免上述的缺点并且给出相对于现有技术改进的用于运行内燃机的方法或相应改进的闭环控制装置和内燃机。尤其是通过所提供的方法应允许，可以考虑在各燃烧室中空气质量的变化。
该任务在按本发明的方法中通过权利要求1的各特征解决。本发明的有利方案在各从属权利要求中给出。
根据本发明规定，气缸压力值通过改变进气压力和/或通过改变增压空气量来追踪与内燃机的功率相关的气缸压力额定值。
在一个燃烧室或气缸中的气缸压力代表了在该燃烧室中的空气质量或气缸充气。因此，可以通过确定在燃烧室中的气缸压力来反算在燃烧室中存有的空气量。
适用于在本申请中所述的方法的传感器必须能够记录压缩曲线的特性曲线、即在点火之前压缩的变化过程，而不仅仅记录最大压力。
通过混合气的点火和燃烧，压缩曲线自然被叠加有附加的效果。为了能够合理地推断出在燃烧室中存有的空气质量，在燃烧之前探测压缩曲线的特性曲线。
在一个燃烧室中的气缸压力可以通过不同的方式被确定。除了通常压电地或压阻地起作用的气缸压力传感器之外，原则上也可以考虑其他传感器。
如果在进一步结果中讨论的是“气缸压力测量”，则因而也包括传感器的测量，这些传感器不直接确定气缸压力，而是例如产生表征气缸压力的或可换算为气缸压力的信号。对于本申请的传感器包括适合相应于所述要求确定气缸压力的所有传感器，。
本发明特别有利的是，闭环控制的目标变量是气缸压力(而绝不是进气压力)并且该气缸压力额定值由内燃机功率推断出。因而，对内燃机的闭环控制在很大程度上好于由现有技术已知的方法，因为由于在换气中和在气门控制机构中不同的流量系数，进气压力和气缸压力不能正常换算。
通过对与功率相关地选择的气缸压力的闭环控制，这些影响因素不需要单独被考虑，而是闭环控制精确地影响对于排放起决定作用的变量。
为确定空气质量或气缸充气存在多种可能性。
因此气缸充气可以由在点火之前气缸压力的压缩曲线在某个位置处(例如在限定燃烧室的活塞的上死点(OT)之前50度曲柄角)的一个单个值确定。也可以对多个值取平均值(例如由在活塞的上死点之前50度曲柄角到48度曲柄角的范围内的21个值，曲柄角精度为0.1度)。
气缸充气也可以通过各向异性外插法在压缩曲线上的下死点或其他点借助下面的各向异性关系被确定：
p 1 = p 2 · ( V 2 V 1 ) n
n代表各向异性指数，该各向异性指数由在气缸中的传热特性和气体组成确定并且保持恒定，V1代表在第一时刻(例如在下死点中，由发动机的几何关系已知)在气缸中的体积，V2代表在第二时刻(例如在死点前50度曲柄角，由发动机的几何关系已知)在气缸中的体积，p2代表在第二时刻在气缸中的由测量得到的压力(例如在死点之前50度曲柄角时或由在死点前50度曲柄角到48度曲柄角的范围内对各测量点的取平均值)并且p1代表在第一时刻在气缸中的计算的压力。
该各向异性外插法也可以用于在压缩曲线上的多个点。值p1的中位数或平均值在此可以用作气缸充气的尺度。
该理论例如可以如此应用，使得在计算的和测量的气缸压力曲线之间的偏差在多个离散点处、在一个时间窗中或在整个压缩阶段上最小化。在可能的方法中，由第二点(例如在死点前50度曲柄角时)计算用于第一点(例如在下死点处)的初值。由各向异性关系对于一个确定的时间窗(例如在死点前90至30度曲柄角)计算在该时间窗中p2的值并且对于每个值确定与所测量的值的偏差。通过一种优化算法可以使第一点(例如在下死点中)的初值变化，以便使在确定的时间窗(例如在死点前90至30度的曲柄角)中在测量的和计算的值之间的偏差最小化。对于p1来说，具有最小偏差的那个值可以考虑为气缸充气的特性值。
用于确定气缸充气的另一可能性提供过程计算。在此可以由在气缸中释放的能量(例如由集成的加热规律)和燃料-空气比的特性值来计算在气缸中的空气质量。
与内燃机的功率有关地，在气缸压力额定值和内燃机功率之间存在基本上线性的关系，以实现基本上恒定的氮氧化物排放。
可对内燃机的每个功率预设的该气缸压力额定值例如适用于新的内燃机并且可以在内燃机开始运转时相应地校准并且例如存储在运行特性曲线中。
但是由于磨损现象，在内燃机的运行持续时间上气缸压力的相应的最新的值可能改变。在气缸压力值和气缸压力额定值之间有偏差时可以通过改变增压空气的进气压力和/或改变相应的气缸压力值的增压空气量来追踪与内燃机的相应的功率点和用于氮氧化物排放的相应的预设值相关的气缸压力额定值，使得尽管产生磨损，内燃机的工作点(内燃机的功率和氮氧化物排放)仍可以被保持。
由于输入燃烧室的增压空气的进气压力的提高，更大的空气质量参与压缩和燃烧，并且气缸压力达到更大的值。
如果输入燃烧室的增压空气量提高，则更大的空气质量参与压缩和燃烧，并且气缸压力达到更大值。
术语增压空气在本发明的范围内被宽泛地理解并且包括例如空气-燃料混合气(例如用于混合气体增压内燃机)或基本上仅包括空气(例如用于空气增压内燃机)。
根据特别优选的实施形式可以规定，在燃烧室中点火之前确定所述至少一个测量值，优选在限定燃烧室的活塞的上死点之前大约30至55度曲柄角的范围内，特别优选在活塞的上死点之前大约35度曲柄角时或者在活塞的上死点之前大约49度曲柄角时。为确定气缸压力值也可以考虑在燃烧周期期间气缸压力的整个随着时间的变化过程。也可以规定，在燃烧周期期间确定用于气缸压力的多个离散测量点并且由此确定气缸压力值。因为为了监控燃烧过程经常在活塞的上死点之前基本上49度曲柄角进行气缸压力测量，根据一个优选实施形式可以规定，采用这些气缸压力测量用于确定气缸压力值。
本发明的一种实施形式是特别有利的，其中，内燃机的至少两个、优选全部燃烧室分别配设有传感器，用于确定气缸压力，其中，分别由传感器的至少一个测量值确定相关的燃烧室的气缸特定的压力值，其中，由各燃烧室的气缸特定的压力值确定气缸压力值。在此可以优选各燃烧室的所测定的气缸特定的压力值的中位数或算术平均值被确定成气缸压力值。由此可以在内燃机的所有燃烧室中考虑到在各燃烧室中存在的空气质量方面的变化。
根据一个特别有利的设计可以规定，相应的气缸压力额定值由运行特性曲线预设，该运行特性曲线包含为了基本上恒定的氮氧化物排放值在气缸压力额定值与内燃机功率之间的与内燃机功率相关的关系。运行特性曲线或与功率相关的气缸压力额定值曲线例如可以在开始运行时通过校准根据经验地被确定，以便实现对于内燃机功率的相应的不同值获得氮氧化物排放的基本上恒定的值。
气缸压力的确定优选在每个压缩周期中实现，但也规定，在间隔上例如仅每10次进行测量。
在此要考虑，在基本上恒定的氮氧化物排放(运行特性曲线)时气缸压力额定值和内燃机功率之间的已经解释的基本上线性的关系仅适用于恒定的边界条件(例如增压空气温度、空气湿度或点火时刻)。因此可以为各种不同的边界条件、例如为多种不同的增压空气温度、空气湿度或不同的点火时刻确定(例如也通过校正函数)和存储多个这样的运行特性曲线。也可以规定，运行特性曲线根据相应的校正函数与相应的边界条件相适配。
内燃机的功率或功率等效值例如可以由与内燃机相耦合的发电机的输出电功率确定。内燃机的功率或功率等效值也可以以机械功率的形式由内燃机的转速和转矩或者由发电机的电功率和有效系数确定。如果用电器的功率消耗关于内燃机或发电机的转速是已知的，则它们也可以通过转速被确定。内燃机的功率或功率等效值也可以以本身已知形式由气缸特定的(即各气缸所单独具有的)功率值的中位数或平均值(例如在内燃机的各燃烧室中的指示的或有效的平均压力)被确定。由气缸的功率值可以估计所有气缸的平均功率并且由此确定额定气缸压力。如果与该额定气缸压力存在偏差，则可以改变进气压力并且因而使额定和实际气缸压力的偏差最小。
替代地，可以由对于一个单个气缸确定的功率值来确定气缸特定的额定气缸压力。基于此，额定和实际气缸压力的偏差最小化。这些方案是有利的，当气缸压力是可气缸特定地控制的，如在可变的气门机构的情况下。
本发明的一个实施形式是特别有利的，其中，增压空气经由进气通道输入到所述至少一个燃烧室中，其中，进气压力通过调整在进气通道中设置的至少一个调整装置而被改变，优选通过调整压缩机旁通阀和/或节气阀而被改变。在此可以在压缩机旁通通道中设置压缩机旁通阀，以绕开压缩机，该压缩机旁通通道使压缩机输入端与压缩机输出端相连。
根据另一实施形式可以规定，输入所述至少一个燃烧室中的增压空气量经由可变的气门机构被改变。在可变的气门机构的情况下，气门打开时间和/或气门升程曲线和/或进气和排气阀的张角可以被改变。如果例如应该提高气缸压力，则可以影响可变的气门机构，使得在观察的增压过程中更大的空气量输入到至少一个气缸中。
根据另一实施形式可以规定，增压空气经由配设有压缩机的进气通道输入到至少一个燃烧室中，其中，压缩机与在内燃机的废气通道中的废气涡轮机相耦合，其中，通过调整废气涡轮机的涡轮叶片或通过调整在废气通道中的废气涡轮机旁通阀改变进气压力，其中，在废气旁通通道中设置废气涡轮机旁通阀，以绕开废气涡轮机，该废气旁通通道使废气涡轮机输入端直接与废气涡轮机输出端相连。通过废气涡轮机与压缩机的机械耦合，与废气涡轮机转速相关的改变也影响压缩机的转速并且因而影响进气压力。废气涡轮机的可调整的涡轮叶片在此可以构造为所谓的可变的涡轮几何形状。作为废气涡轮机旁通阀可以设置所谓的废气门。
根据一个特别优选的实施形式可以规定，包括增压空气的燃料-空气混合气被引入至少一个燃烧室中，其中，进气压力通过调整燃料-空气混合气的燃料-空气比被改变，其方式为：在改变燃料-空气混合气的燃料-空气比之时和/或之后，与内燃机的功率相关地调整增压空气的进气压力。
在此，在气缸压力值和气缸压力额定值之间有偏差时，改变燃料-空气混合气的燃料-空气比。通过燃料-空气比的这种改变，在没有其它干预的情况下出现内燃机的功率的改变。这种不希望的功率改变被抵制，其方式为：增压空气的进气压力根据内燃机的功率被改变，以便基本上恒定地保持内燃机的功率。由于增压空气的进气压力的这种变化，气缸压力值追踪气缸压力额定值。增压空气的进气压力或空气质量的与内燃机的功率相关的变化在此可以通过在现有技术中已知的功率控制器实现。
尤其是对于混合气增压的内燃机可以规定，增压空气作为燃料-空气混合气经由配设有混合器的进气通道输入到所述至少一个燃烧室中，其中，用于引入燃料的燃料通道和用于引入空气的空气通道通到混合器中并且混合器的混合器输出端通到进气通道中，其中，增压空气的燃料-空气比通过调整混合器旁通阀被改变，其中，在使空气通道直接与混合器输出端相连的混合器旁通通道中设置用于绕开混合器的混合器旁通阀。
也可以规定，增压空气的燃料-空气比通过调整在燃料通道中设置的燃料阀被改变，其中，通过改变燃料阀的位置使经由燃料通道输入到混合器中的燃料量被改变。
尤其是对于增压空气内燃机可以规定，燃料-空气混合气包括增压空气和燃料，其中，增压空气经由进气通道并且燃料经由配设有至少一个燃料计量阀的燃料输入通道输入到所述至少一个燃烧室中，其中，燃料-空气混合气的燃料-空气比通过改变所述至少一个燃料计量阀的位置被改变。所述至少一个燃料计量阀在此可以是所谓的端口喷射阀。
也请求保护一种根据权利要求13的闭环控制装置，用于闭环控制配设有至少一个燃烧室的内燃机的气缸压力值。
此外请求保护一种根据权利要求14的内燃机。内燃机的有利设计在各从属权利要求中给出。
在所建议的用于闭环控制配设有至少一个燃烧室的内燃机的气缸压力值的闭环控制装置中，其中，经由内燃机的进气通道能够将具有可变的进气压力的增压空气引入到所述至少一个燃烧室中，其中，所述至少一个燃烧室配设有适合于确定气缸压力的传感器，其中，传感器的至少一个测量值可以经由信号线被报告给闭环控制装置，其中，设置功率测量装置用于确定内燃机的功率，其中，功率能够经由另一信号线被报告给闭环控制装置，所述闭环控制装置由传感器的所述至少一个测量值确定气缸压力值，其中，闭环控制装置在气缸压力值偏离于与内燃机的功率相关的气缸压力额定值时经由控制导线发送调整信号到至少一个调整装置上，直到气缸压力值和气缸压力额定值相一致，其中优选所述至少一个调整装置设置在内燃机的进气通道或废气通道中。
所建议的内燃机具有配设有气缸压力传感器的至少一个燃烧室及所建议的闭环控制装置。作为调整装置例如可以在进气通道中设置节气阀或压缩机旁通阀。
替代地或作为选择地，可以在内燃机的废气通道中设置与在进气通道中的压缩机相耦合的具有可调整的涡轮机叶片的废气涡轮机和/或设置用于绕开废气涡轮机的废气涡轮机旁通阀作为调整装置。
尤其是混合气增压内燃机在进气通道中配设有混合器，可以在通入混合器中的燃料通道中设置用于绕开混合器的混合器旁通阀或设置燃料阀作为调整装置。
尤其是在增压空气内燃机中，其中，燃料经由燃料输入通道被引入所述至少一个燃烧室中，可以在燃料输入通道中设置至少一个燃料计量阀(例如端口喷射阀(port-injection-valve))作为调整装置。
附图说明
本发明的其他细节和优点根据下面的附图说明被解释。其中示出：
图1是用于根据内燃机功率预设气缸压力额定值的运行特性曲线的示例；
图2至图8以示意性方框图的形式示出所述的内燃机的不同实施形式的示例；并且
图9以燃烧室压力关于曲柄角的曲线图的形式示意性地示出发动机的气缸压力变化过程。
具体实施方式
图1示意性示出在内燃机1的氮氧化物排放基本上预设为恒定的情况下在在此未示出的内燃机1的气缸压力额定值ps和功率P之间的关系。由该图可见，在内燃机1的气缸压力额定值ps和功率P之间存在近似线性的关系。功率P的百分比值针对内燃机1的额定功率，该内燃机可以构造为与发电机相耦合的固定式燃气发动机。
图2以示意性方框图的形式示出内燃机1，该内燃机以已知方式与电发电机24相连，其中，发电机24可以将电能输出到与发电机24相连的能量供应网(在此未示出)上。内燃机1在该实施例中具有四个燃烧室2，这四个燃烧室分别配备适合测定气缸压力的传感器3。经由进气通道5给各燃烧室2供应增压空气A。在所示的实施例中，进气通道5具有压缩机8，该压缩机以已知形式经由涡轮增压器轴25与在内燃机1的废气通道10中的废气涡轮机9相连。
在该实施例中空气L被引入进气通道5中、通过压缩机8被压缩并且以具有进气压力pa的增压空气A的形式被输入到各燃烧室2中。所示的内燃机1是增压空气发动机，在该增压空气发动机中除增压空气A之外燃气形式的燃料G经由燃料输入通道31被输入到各燃烧室2中。这例如可以通过相应的燃料计量阀28(例如进气口喷油器)实现，该燃料计量阀可以为每个燃烧室2单独计量所希望的燃料量。
各传感器3的数据pc通过相应的信号线20被报告给闭环控制装置19。闭环控制装置19在该实施例中具有实际值确定器26，该实际值确定器由被报告的数据pc确定气缸压力值pi，例如其方式为：由各传感器3的数据pc分别确定各燃烧室2的气缸特定的压力值并且各燃烧室2的所确定的气缸特定压力值的中位数或者说算术平均值确定成气缸压力值pi。
内燃机1的功率P在该实施例中由此确定，其方式为：由发电机24输出的电功率通过功率测量装置21被测定并且经由信号线20被报告给闭环控制装置19。发电机24的电功率基本上等于由内燃机1输出的功率P。
通过在闭环控制装置19中保存的运行特性曲线4来确定为内燃机1的相应的功率点P所设的气缸压力额定值ps。闭环控制装置19的闭环控制器27确定，在气缸压力值pi和气缸压力额定值ps之间是否存在偏差。如果存在这种偏差，则相应的调整信号经由控制导线22被报告给相应的调整装置，其中，通过对调整装置的调整一直改变进气压力pa，直到气缸压力值pi与气缸压力额定值ps相一致。
在所示的实施例中在进气通道5中设置节气阀7作为第一调整装置，该第一调整装置可以经由控制导线22由闭环控制装置19施加相应的调整信号。设置涡轮增压机的废气涡轮机作为另外的调整装置，涡轮增压机的废气涡轮机9具有可变的涡轮几何形状，其中，相应的调整信号可以经由控制导线22由闭环控制装置19被报告给废气涡轮机9。因此，可以通过改变节气阀7的位置和/或通过改变废气涡轮机9的涡轮几何形状来实现进气压力pa的相应改变，直到气缸压力值pi与气缸压力额定值ps相一致。
图3示出所述的内燃机1的另一个实施例，其中，在该实施例中内燃机1的功率P通过在内燃机1上设置的功率测量装置21直接在内燃机1上被确定并且经过信号线20被报告给闭环控制装置19。进气通道5在该实施例中不具有节气阀7，而是在此在压缩机旁通通道23中设置压缩机旁通阀6作为调整装置，以绕开压缩机8，该压缩机旁通通道将压缩机输入端8a直接与压缩机输出端8b连接。为改变压缩机旁通阀6的阀位置可以将调整信号由闭环控制装置19经由控制导线22传递到压缩机旁通阀6上。在该实施例中，在废气侧在废气旁通通道12中设置废气涡轮机旁通阀11作为另一个调整装置，以绕开废气涡轮机9，该废气旁通通道将废气涡轮机输入端9a直接与废气涡轮机输出端9b连接，其中，为改变废气涡轮机旁通阀11的阀位置可以将调整信号由闭环控制装置19经由控制导线22传递到废气涡轮机旁通阀11上。
图4以示意性方框图示出所述的内燃机1的另一个实施例。在该实施例中内燃机1是混合气增压燃气内燃机，其中，进气通道5配设有混合器13。用于引入燃料G的燃料通道14和用于引入空气L的空气通道15都通到混合器13中。混合器13的混合器输出端13a通到进气通道5中，从混合器输出端13a流出的燃料-空气混合气作为增压空气A经由该进气通道被引入各燃烧室2中。在该实施例中在使空气通道15直接与混合器输出端13a连接的混合器旁通通道17中设置混合器旁通阀16作为调整装置，以绕开混合器19，其中，为改变混合器旁通阀16的阀位置可以将调整信号由闭环控制装置19经过控制导线22传递到混合器旁通阀16上。附加地，在进气通道5中设置作为另一个调整装置的节气阀7，其中，为改变节气阀7的位置可以将调整信号由闭环控制装置19经过控制导线22传递到节气阀7上。
图5示出构造为混合气增压燃气发动机的内燃机1的另一个实施例，其中，进气通道5构造有混合器13。在该实施例中在燃料通道14中设置燃料阀18作为调整装置，其中，为改变燃料阀18的阀位置可以将调整信号由闭环控制装置19经过控制导线22传递到燃料阀18上。
图6示出混合气增压燃气发动机的内燃机1的另一个实施例。压缩空气L形式的增压空气A通过进气通道5并且燃料G通过燃料输入通道31被输入到内燃机1的各燃烧室2中。为计量燃料G，燃料输入通道31构造有至少一个燃料计量阀28。优选可以规定，为每个燃烧室2分别设置一个燃料计量阀28，以便实现气缸特定的燃料计量。
由于视图清楚原因，在附图中仅示出一个燃料计量阀28，通常当然为每个气缸配设至少一个这种燃料计量阀。
将包含增压空气A和燃料G的燃料-空气混合气输入到各燃烧室2中。在该实施例中所述至少一个燃料计量阀28构成调整装置，其中，为改变所述至少一个燃料计量阀28的阀位置可以将调整信号由闭环控制装置19经过控制导线22传递到燃料计量阀28上。
在气缸压力值pi和气缸压力额定值ps之间存在偏差时，通过该调整装置改变燃料-空气混合气的燃料-空气比。通过燃料-空气比的这种改变可以在没有其他干预的情况下调整到内燃机1的改变的功率P。在该实施例中设置的功率控制器29探测内燃机1的从功率测量装置21经由信号线20传递的功率P并且抵制功率变化，其方式为：该功率控制器通过相应的导线30将调整信号传递到压缩机旁通阀6和/或废气涡轮旁通阀11上。通过改变压缩机旁通阀6和/或废气涡轮旁通阀11的阀位置来改变增压空气A的进气压力pa。通过这样改变增压空气A的进气压力pa使气缸压力值pi追踪气缸压力额定值ps。
图7示出混合气增压内燃机1的另一个实施例，该混合气增压内燃机类似于图6的内燃机1构造有功率控制器29。
经由进气通道5输入到各内燃室2中的增压空气A在该实施例中是在混合器13中形成的燃料-空气混合气，其包括空气L和燃料G。混合器13设置在进气通道5中，其中，燃料通道14用于将燃料G引入混合器13中并且空气通道15用于将空气L引入混合器13中并且混合器13的混合器输出端13a通向进气通道5中。
类似于根据图6的原理，在气缸压力值pi和气缸压力额定值ps之间有偏差时改变增压空气A形式的燃料-空气混合气的燃料-空气比。这在此通过改变混合器旁通阀16的阀位置实现，该混合器旁通阀为绕开混合器13设置在将空气通道15直接与混合器输出端13a连接的混合器旁通通道17中。
通过燃料-空气比的这种改变可以在没有其他干预的情况下调整到内燃机1的改变的功率P。在该实施例中功率控制器29抵制功率变化，其方式为：该功率控制器通过相应的导线30将调整信号传递到在进气通道5中设置的节气阀7上。通过改变节气阀7的位置来改变增压空气A的空气质量或增压空气A的进气压力pa。通过这样改变增压空气A的进气压力pa使气缸压力值pi追踪气缸压力额定值ps。
通过对调整装置的上述控制干预(调整信号从闭环控制装置19到调整装置的形式)，可以如此并且一直改变进气压力pa，直到气缸压力值pi和气缸压力额定值ps相一致，使得尽管在各燃烧室2中的空气质量由于内燃机1的构件的磨损现象有偏差，仍然可以保持内燃机1在功率P和氮氧化合物排放方面的希望的工作点。
图8示出混合气增压内燃机1的另一个实施例，该混合气增压内燃机像图7的内燃机1那样构造有功率控制器29。在该实施例中设置可变的气门装置32作为调整装置，输入到所述至少一个燃烧室中的空气可以通过该气门装置被改变。
功率控制器29获得内燃机1的从功率测量装置21经由信号线20报告的功率P并且抵制功率变化，其方式为：该功率控制器通过信号线30将调整信号传递到可变的气门装置32。可变的气门装置32中可以改变气门打开时间和/或气门升程曲线和/或进气和排气阀的张开并且由此改变流入燃烧室的增压空气A的量(体积)。如果例如由内燃机1输出的功率必须被提高，则功率控制器29将信号传递到可变的气门装置32上，使得必须提高要进入至少一个燃烧室2中的增压空气A的量。
如果输入到燃烧室中的增压空气量被提高，则更大的空气质量参与压缩和燃烧并且气缸压力pi达到更大的值。
对可变的活门装置32的调整一直被改变，直到气缸压力值pi与气缸压力额定值ps相一致。可变的活门装置32可以设置用于所有已述的配置方案。图8仅示出一种可能的变形方案。有利地，在使用可变的活门装置32时可以放弃节气阀。
图9示意性示出发动机的气缸压力分布曲线，该气缸压力分布曲线被描述为作为纵坐标的燃烧室压力关于作为横坐标的曲柄角的曲线图。角位置和压力特性曲线不是必须相应于实际已知条件，而是应该仅说明开头所述的用于测定气缸充气的方法。在此表达：
p    气缸压力分布曲线
OT  在上止点处的曲柄角
pot     在上止点处的气缸压力
pα      在第一曲柄角KWα处的气缸压力
PEX   各向异性外插法的示例性曲线
虚线PEX示出各向异性外插法的示例性曲线。如在开头的描述中所解释的那样，可以由气缸压力的测量值或由多个值的平均值由曲柄角区域通过各向异性外插法计算压缩曲线的任意点。曲线PEX标记为了更好的区分有意地从气缸压力曲线稍微下移，但当然与气缸压力曲线一致地延伸。

Claims (23)

1.用于运行内燃机(1)、尤其是燃气发动机的方法，该燃气发动机具有至少一个燃烧室(2)，给所述燃烧室输入具有可变的进气压力(pa)和/或可变的增压空气量的增压空气(A)，其中，由在所述至少一个燃烧室(2)中设置的传感器(3)的至少一个测量值(pc)确定气缸压力值(pi)，其特征在于，通过改变作为受控变量的进气压力(pa)和/或增压空气量，将所述气缸压力值(pi)闭环控制为气缸压力额定值(ps)，其中，与内燃机(1)的功率(P)相关地选择气缸压力额定值(ps)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个测量值(pc)在燃烧室(2)中点火之前被确定，优选在限定燃烧室(2)的活塞的上死点之前大约30至55度的曲柄角的范围内，特别优选在活塞的上死点之前大约35度的曲柄角时或者在活塞的上死点之前大约49度的曲柄角时。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，内燃机(1)的至少两个、优选全部燃烧室(2)分别配设有用于确定气缸压力的传感器(3)，其中，相关燃烧室(2)的气缸特定的压力值分别由传感器(3)的至少一个测量值(pc)确定，其中气缸压力值(pi)由各燃烧室(2)的气缸特定的压力值确定。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，将各燃烧室(2)的被确定的气缸特定的压力值的中位数或算术平均值作为气缸压力值(pi)。
5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，由运行特性曲线(4)预设相应的气缸压力额定值(ps)，该运行特性曲线包含为了氮氧化物排放量的基本上恒定的值在内燃机(1)的气缸压力额定值(ps)与内燃机(1)功率(P)之间的与内燃机(1)功率(P)相关的关系。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述增压空气(A)经由进气通道(5)输入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中进气压力(pa)通过调整在进气通道(5)中设置的至少一个调整装置(6、7)被改变，优选通过调整压缩机旁通阀(6)和/或节气阀(7)被改变。
7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述增压空气(A)经由进气通道(5)输入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，增压空气量通过调整可变的气门机构(32)被改变。
8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述增压空气(A)经由配设有压缩机(8)的进气通道(5)输入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，压缩机(8)与在内燃机(1)的废气通道(10)中的废气涡轮机(9)相耦合，其中，进气压力(pa)通过调整废气涡轮机(9)的涡轮叶片或通过调整在废气通道(10)中的废气涡轮机旁通阀(11)被改变，其中，废气涡轮机旁通阀(11)设置在排气旁通道(12)中以绕开废气涡轮机(9)，该排气旁通道使废气涡轮机输入端(9a)直接与废气涡轮机输出端(9b)相连。
9.按照权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，将包含增压空气(A)的燃料-空气混合气引入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，进气压力(pa)通过调整燃料-空气混合气的燃料-空气比被改变，其方式为：在改变燃料-空气混合气的燃料-空气比之时和/或之后，增压空气(A)的进气压力(pa)与内燃机(1)的功率(P)相关地被调整。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，增压空气(A)作为燃料-空气混合气经由配设有混合器(13)的进气通道(5)被输入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，用于引入燃料(G)的燃料通道(14)和用于引入空气(L)的空气通道(15)通到混合器(13)中并且混合器(13)的混合器输出端(13a)通到进气通道(5)中，其中，增压空气(A)的燃料-空气比通过调整混合器旁通阀(16)被改变，其中，混合器旁通阀(16)设置在使空气通道(15)直接与混合器输出端(13a)相连的混合器旁通通道(17)中以绕开混合器(13)。
11.按照权利要求9或10所述的方法，其特征在于，增压空气(A)作为燃料-空气混合气经由配设有混合器(13)的进气通道(5)被输入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，用于引入燃料(G)的燃料通道(14)和用于引入空气(L)的空气通道(15)通到混合器(13)中并且混合器(13)的混合器输出端(13a)通到进气通道(5)中，其中，增压空气(A)的燃料-空气比通过调整在燃料通道(14)中设置的燃料阀(18)被改变，其中，通过改变燃料阀(18)的位置来改变经由燃料通道(14)输入到混合器(13)中的燃料量。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述燃料-空气混合气包括增压空气(A)和燃料(G)，其中，增压空气(A)经由进气通道(5)并且燃料(G)经由配设有至少一个燃料计量阀(28)的燃料输入通道(31)输入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，燃料-空气混合气的燃料-空气比通过改变所述至少一个燃料计量阀(28)的位置被改变。
13.闭环控制装置(19)，其用于闭环控制配设有至少一个燃烧室(2)的内燃机(1)的气缸压力值(pi)，其中，经由内燃机(1)的进气通道(5)能够将具有可变的进气压力(pa)和/或可变的增压空气量的增压空气(A)引入到所述至少一个燃烧室(2)中，其中，所述至少一个燃烧室(2)配设有用于确定气缸压力的传感器(3)，其中，传感器(3)的至少一个测量值(pc)可以经由信号线(20)被报告给闭环控制装置(19)，其中，设置功率测量装置(21)用于确定内燃机(1)的功率(P)，其中，功率(P)能够经由另一信号线(20)被报告给闭环控制装置(19)，其特征在于，所述闭环控制装置(19)由传感器(3)的所述至少一个测量值(pc)确定气缸压力值(pi)，其中，闭环控制装置(19)在气缸压力值(pi)偏离于与内燃机(1)的功率(P)相关的气缸压力额定值(ps)时，
a、为改变进气压力(pa)，将调整信号经由控制导线(22)报告给所述至少一个调整装置(6、7、11、16、18、28)，直到气缸压力值(pi)和气缸压力额定值(ps)相一致，其中，优选所述至少一个调整装置(6、7、11、16、18、28)设置在进气通道(5)中或在内燃机(1)的废气通道(10)中，和/或
b.为改变增压空气量，将调整信号经控制导线(22)报告给可变的气门机构(32)，直到气缸压力值(pi)和气缸压力额定值(ps)相一致。
14.内燃机、尤其是燃气发动机，其具有配设有用于确定气缸压力的传感器(3)的至少一个燃烧室(2)并且具有按照权利要求13所述的闭环控制装置(19)。
15.按照权利要求14所述的内燃机，其特征在于，在进气通道(5)中设置节气阀(7)作为调整装置，其中，为改变节气阀(7)的位置，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由控制导线(22)报告给节气阀(7)。
16.按照权利要求14或15所述的内燃机，其特征在于，在进气通道(5)中设置压缩机(8)用于压缩增压空气(A)，其中，压缩机(8)与在内燃机(1)的废气通道(10)中的废气涡轮机(9)相耦合。
17.按照权利要求16所述的内燃机，其特征在于，在压缩机旁通通路(23)中设置压缩机旁通阀(6)作为调整装置以绕开压缩机(8)，该压缩机旁通通路使压缩机输入端(8a)直接与压缩机输出端(8b)相连，其中，为改变压缩机旁通阀(6)的阀位置，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由控制导线(22)被报告给压缩机旁通阀(6)。
18.按照权利要求16或17所述的内燃机，其特征在于，所述废气涡轮机(9)具有可调整的涡轮叶片作为调整装置，其中，为改变涡轮叶片的几何形状，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由开环通道(22)被报告给废气涡轮机(9)。
19.按照权利要求16至18之一所述的内燃机，其特征在于，设置废气涡轮机旁通阀(11)作为调整装置用于利用废气旁通通道(12)绕开废气涡轮机(9)，该废气旁通通道使废气涡轮机输入端(9a)直接与废气涡轮机输出端(9b)相连，其中，为改变废气涡轮机旁通阀(11)的阀位置，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由控制导线(22)报告给废气涡轮机旁通阀(11)。
20.按照权利要求14至19之一所述的内燃机，其特征在于，在进气通道(5)中设置混合器(13)，其中，用于引入燃料(G)的燃料通道(14)和用于引入空气(L)的空气通道(15)通到混合器(13)中并且混合器(13)的混合器输出端(13a)通到进气通道(5)中。
21.按照权利要求20所述的内燃机，其特征在于，在使空气通道(15)直接与混合器输出端(13a)相连的混合器旁通通道(17)中设置混合器旁通阀(16)作为调整装置以绕开混合器(13)，其中，为改变混合器旁通阀(16)的阀位置，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由控制导线(22)被报告给混合器旁通阀(16)。
22.按照权利要求20或21所述的内燃机，其特征在于，在燃料通道(14)中设置燃料阀(18)作为调整装置，其中，为改变燃料阀(18)的阀位置，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由控制导线(22)被报告给燃料阀(18)。
23.按照权利要求14至19之一所述的内燃机，其特征在于，能够经由燃料输入通道(31)将燃料(G)引入所述至少一个燃烧室(2)中，其中，在燃料输入通道(31)中设置至少一个燃料计量阀(28)作为调整装置，其中，为改变所述至少一个燃料计量阀(28)的阀位置，调整信号能够从闭环控制装置(19)经由控制导线(22)被报告给所述至少一个燃料计量阀(28)。
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