CN102966445A - 用于增压内燃发动机的方法和内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡轮增压的发动机的实施例。在一个例子中，用于运行包括至少一个排气涡轮增压器的增压内燃发动机的方法，该排气涡轮增压器具有设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机，该方法包括：在载荷增加Δp_me期间，延迟点火正时离开关于效率最佳的点火时间α_z,opt，并且超过点火时间α_z,knock，其中α_z,knock是避免爆震燃烧的最早的点火时间。

Description

用于增压内燃发动机的方法和内燃发动机

相关申请

本申请要求2011年8月31日提交的德国专利申请102011081844.8的优先权，为了所有的目的该申请的整个内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及用于运行具有至少一个排气涡轮增压器的增压内燃发动机的方法。

背景技术

由于有限的矿物燃料资源，特别是由于作为用来提取用于内燃发动机的燃料的原料的石油的有限的可获量，在内燃发动机的研发中经常进行尝试使燃料的消耗减少到最低程度，其中努力的重点集中在获得更有效的燃烧。

具体说在火花点火的发动机中燃料消耗是一个问题。其理由在于传统的火花点火的发动机的基本运行过程，传统的火花点火的发动机通过将燃料喷射到进气系统中发动机用通过外部混合物形式形成的均质燃料/空气混合物来运行，并且在发动机中希望的功率通过（燃料）量的调节来调节。

载荷控制通常通过设置在进气系统中的节气摆动门进行。通过调节节气摆动门，节气摆动门下游的进气压力可以被或多或少程度地减小。节气摆动门关闭越多，也就是说所述节气摆动门阻挡进气系统越多，则节气摆动门上的压力损失越高，并且节气摆动门下游以及进入燃烧室的进口上游的进气压力越低。对于恒定的燃烧室容积，能够以这种方式通过进气的压力来调节空气质量，也就是说空气的量。通过节气摆动门的量调节具有热力学缺点，特别是在部分负荷范围内。这是因为低负荷需要在进气系统中存在大压降，并且因此需要高度节流。为了减少节流损失，已经研制出各种对策，例如，通过利用可变气门驱动装置从而使得火花点火发动机运行过程去节流（dethrottling）。

内燃发动机可以被增压。增压是用于增加功率的主要方法，其中，用于发动机中的燃烧过程的空气被压缩，但是这通常是用于在保持不变的汽缸排量的同时增加内燃发动机的功率的合适的手段，或在保持相同功率的同时减小汽缸排量的合适的手段。在任何情况下，增压会导致单位排量功率输出的增加，并且改善功率-重量比。对于相同的车辆边界条件而言，因此能够朝着较高的载荷移动载荷总和，而在较高的载荷下比油耗较低。这也叫做减小尺寸。

因此增压帮助这种不断的努力使燃料消耗减少到最低程度，也就是说改善内燃发动机的效率。

为了增压，利用压缩机和涡轮安装在同一个轴上的至少一个排气涡轮增压器，其中涡轮设置在排气排放系统中，而压缩机设置在内燃发动机的进气系统中。

热排气流被供给到涡轮并且随着释放能量而在涡轮中膨胀，结果轴开始旋转。由排气流供给涡轮并且最终供给该轴的能量被用来驱动类似地设置在该轴上的压缩机。压缩机传输并压缩被提供给它的增压空气，结果获得了对汽缸的增压。而且，可以设置增压空气冷却器，借助于该冷却器压缩的增压空气在进入燃烧室之前被冷却。增压空气冷却器降低空气温度并且因而增加空气的密度，结果冷却器也有助于改进用空气对燃烧室的增压，也就是说有助于获得较大的空气质量。

例如与常规的机械增压器相比，排气涡轮增压器的一个优点是在增压器和内燃发动机之间不利用机械连接。

在排气涡轮增压的构造中遇到的问题是，它基本上追求在所有旋转速度范围内均获得显著的性能增加。因此对一些系统，在一些旋转速度低于额定值的情况下，能够看到严重的转矩下降。如果考虑到增压压力比取决于涡轮压力比，所述转矩下降是可以理解的。例如，在火花点火发动机的情况下，如果载荷减少，则这会导致较小的排气质量流，并且因此降低涡轮压力比。这导致如下结果，即朝着较低的旋转速度，增压压力比类似地减小，这等同于转矩下降。

实际上，所述关系经常导致利用小排气涡轮增压器，也就是说，具有小涡轮截面的排气涡轮增压器，或多个排气涡轮增压器。

在最佳化的排气增压器设置中，排气增压器设置的响应行为或通过排气增压器设置来增压的内燃发动机的响应行为同样是特别感兴趣的。在这里的问题是，在一些情况下，内燃发动机能够仅仅以延迟的方式跟随驾驶员对功率的要求。具体说，在载荷要求突然升高的所谓载荷跃变的情况下，排气涡轮增压器反应具有时间偏移以提供，也就是说，形成对于要求的载荷的增压压力。

这种载荷跃变的例子是超车操作机动动作，其中由于踩下加速器踏板，功率要求突然增加并且是通常是多次。来自在部分载荷下的内燃发动机的运行的处置，其中点火时间α_z,opt关于最高可能效率被设置，并且因此发生点火比较早，当载荷跃变开始时，点火时间α_z沿着推迟的方向突然移动，也就是说跟随突然增加的载荷。在这里，随着载荷的增加，基本上利用点火时间沿着推迟方向的移动来避免爆震燃烧。尽管如此，还是试图尽可能早地进行点火，以便实现尽可能高的效率，也就是说在仍然避免爆震燃烧的同时尽可能早。

发明内容

本文的发明人已经认识到上面的问题并提出一种至少部分地解决这些问题的方法。因此，一种用于运行包括至少一个排气涡轮增压器的增压内燃发动机的方法，该排气涡轮增压器具有设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机，该方法包括在载荷增加Δp_me期间，延迟点火正时以离开关于效率最佳的点火时间α_z,opt，并且超过点火时间α_z,knock，其中α_z,knock是避免爆震燃烧的最早点火时间。

以这种方式，在载荷增加的或跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z从关于效率最佳的点火时间α_z沿着推迟方向移动。但是，与常规的方法不同，点火时间α_z还沿着推迟方向进一步移动多于避免爆震燃烧所必须的。而在以前的系统中情况是，即使在载荷跃变过程期间，也坚持尽可能早点火的原则，也就是说，尽可能早发生点火，以便确保高效率，而根据本发明的情况是，点火时间α_z沿着推迟方向移动超过点火时间α_z,knock。在这里α_z,knock表示没有观察到爆震燃烧的最早点火时间。

点火时间沿着推迟方向的移动导致燃烧或燃烧的中心点（focal point）沿着推迟方向的移动，也就是说沿着膨胀阶段的方向移动。

以这种方式，在响应由燃料的放热化学转换的燃烧过程的跃变载荷增加的第一部分期间释放的能量以膨胀做功的形式被成比例地更少地被利用，也就是说，并且更多地用于增加作用在活塞上的气体力，并且更多地用于增加排气焓，也就是说用于增加排气温度和排气压力。相反，该响应的第二部分更多地用于膨胀做功，并且相应地较少地用于排气焓。第一和第二部分之间的转变可以基于载荷跃变的大小（与较小的跃变增加相比，跃变增加越大则转变越迟）、涡轮增压器的起动速度（与较低的起动速度相比，涡轮增压器的起动速度越高则转变越早）等。

结果，在进入涡轮的进口处排气排放系统中的热排气也具有由排气的压力和排气的温度明确确定的较高的排气焓。以这种方式改善涡轮的、排气涡轮增压器的以及增压的内燃发动机的响应行为。

从下面单独的或结合附图的详细描述本发明的上述优点和其他优点以及特征将容易明白。

应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在详细描述中进一步描述。这并不意味着视为所主张主题的关键的或基本的特征，所主张主题的范围由详细描述之后的权利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面指出的任何缺点的装置或本发明的任何部分。

附图说明

图1示意地示出多缸发动机的单个汽缸的例子。

图2是示出根据本发明的实施例的用于控制点火正时的方法的流程图。

图3a示出在n=1500rpm时在载荷跃变期间点火角度α_z随时间t的示意图。

图3b示出在n=1500rpm时在载荷跃变期间平均有效压力p_me随时间t的示意图。

图3c示出在n=1500rpm时在载荷跃变期间排气涡轮增压器的旋转速度n_TS随时间t的示意图。

图3d示出在n=1500rpm时在载荷跃变期间增压压力p_compressor随时间t的示意图。图3a-3d是相互时间对齐的并且在每个曲线图大致按比例的情况下示出各自的变化，虽然每个图的y轴比例可以彼此不同。

具体实施方式

在发动机载荷增加期间，例如当车辆的操作者快速压下加速器踏板时（另外也叫做踩踏板（tip in）或载荷跃变增加），随着发动机响应载荷请求，可能发生被传输转矩的滞后。对于涡轮增压的发动机，由于来自进气歧管填充和排气生成以旋转涡轮增压器两者的延迟，这个滞后可能特别长。为了抵消与旋转涡轮增压器有关的延迟，点火正时可以响应载荷的增加而延迟。延迟的点火正时可以增加引导到涡轮增压器的排气焓，因此迅速增加涡轮的速度。图1示出包括涡轮增压器和构造成执行图2的方法的控制器的发动机。图3a-3d示出在执行图2的方法期间示例性的发动机参数。

具体参考如1，图1包括示出多缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入至少部分地控制。在这个例子中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号pp的踏板位置传感器134。

发动机10的燃烧汽缸30可以包括活塞36位于在其中的燃烧汽缸壁32。活塞36可以连接于曲轴40以便将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统连接于车辆的至少一个驱动轮。而且，起动器马达可以经由飞轮连接于曲轴40以使能发动机10的起动操作。

燃烧汽缸30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由相应的进气门52和排气门54选择地与燃烧汽缸30连通。在一些例子中，燃烧汽缸30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在这个例子中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53由凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53每个均可以包括一个或更多个凸轮，并且利用由控制器12操作的凸轮廓线变换（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门提升（VVL）系统中的一个或多个，以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器传感器55和57确定。在可替代实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电动气门致动控制。例如汽缸30可以可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

燃烧汽缸30包括设置在进气通道42中的燃料喷嘴66，其被构造成向燃烧汽缸30上游的进气口中提供所谓的燃料进气口喷射。燃料喷嘴66经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地喷射其内的燃料。可替代地或附加地，在一些实施例中燃料喷嘴可以安装在燃烧汽缸的侧面上或燃烧汽缸的顶部，例如，向燃烧汽缸30中提供所谓的燃料直接喷射。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料集合管的燃料传输系统（未示出）提供给燃料喷嘴66。

进气通道42包括具有节流板64的节气门62。在这个具体的例子中，节流板64的位置可以经由提供给包括有节气门的电动马达或致动器的信号由控制器12改变，该构造可以叫做电子节流控制（ETC）。以这种方式，除其他发动机燃烧汽缸之外节气门62可以工作以改变提供给燃烧汽缸30的进气。进气通道42可以包括用于为控制器12提供相应信号MAF和MAP的质量空气流传感器120和歧管空气压力传感器122。

在选择的运行模式下，点火系统88能够响应来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92为燃烧室30提供点火火花。虽然在一些实施例中示出火花点火部件，但是燃烧室30或发动机10的一个或更多个其他燃烧室可以以压缩点火模式运行，可以具有或不具有点火火花。

发动机10还可以包括压缩装置，例如涡轮增压器或机械增压器，其包括沿着进气歧管44设置的至少一个压缩机160。对于涡轮增压器，压缩机160可以经由，例如轴或其他连接设置，由涡轮162至少部分地驱动。涡轮162可以沿着排气通道48设置。可以提供各种设置以驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机160可以由发动机和/或电力机械至少部分地驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或更多个汽缸的压缩的量可以通过控制器12改变。

排气传感器126被示为连接于催化转化器70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器或EGO、HEGO（加热EGO）、NOx、HC或CO传感器。排气系统可以包括起燃催化器和车身底部催化器，以及排气歧管、上游和/或下游空气-燃料比传感器。在一个例子中，催化转化器70可以包括多个催化剂块。在另一个例子中，可以用多个排放控制装置，且每个均具有多个催化剂块。在一些例子中，催化转化器70可以是三元催化器。

在图1中控制器12被示为是微型计算机，包括：微处理单元（CPU）102、输入/输出（I/O）端口104、在这个具体的例子中示出为只读存储器（ROM）106的用于可执行的程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器（RAM）108、保活存储器（KAM）110和数据总线。控制器12可以接收来自连接于发动机10传感器的各种信号和信息，除了上面提到的那些信号之外，还包括：来自质量空气流传感器120的质量空气流（MAF）；来自连接于冷却套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118（或其他类型）的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。只读存储器106的存储介质可以用计算机可读数据以及变量编程，这些数据表示用于进行下面描述的方法的由处理器102可执行的指令。

图2是示出用于控制点火正时的方法200的流程图。方法200可以由控制器12根据储存在其中的指令执行。方法200包括，在步骤202确定发动机运行参数。发动机运行参数可以包括发动机转速（根据来自传感器118的PIP信号确定的）、发动机载荷（根据来自传感器118的PIP信号、来自传感器12的MAP和/或其他信号确定的）、发动机温度等。而且，运行参数可以在整个时间监控以便确定运行参数是否改变（例如，载荷或速度是否增加）或保持不变。

在步骤204，确定发动机载荷是否增加。发动机载荷的增加可以包括增加到阈值水平之上，例如，对发动机初始载荷增加多于10%。此外，发动机载荷增加可以包括在诸如一秒钟的给定时间内发生的增加。载荷的增加可以根据上面描述的运行参数检测，或者载荷的增加可以根据加速器踏板的位置（例如踏板可以压下通过阈值值）检测。如果没有检测到载荷增加，则方法200进行到206，以保持点火正时在用于最高效率的最佳正时（例如，用于最佳转矩的最小提前），对于给定的发动机运行参数这可以是提供最大转矩的点火正时。

如果发动机载荷增加，则方法200进行到208，以延迟点火正时。通过延迟点火正时，可以增加排气的焓，因此增加涡轮增压器的旋转速度，增加进气的压缩并且因此增加发动机的输出。因此，可以提供转矩的快速增加。在210延迟点火正时可以包括延迟正时超过用于避免爆震燃烧的最早正时。除了选择用于提供最大功率的点火正时之外，点火正时可以设置成避免爆震燃烧。爆震由初始燃烧包络线外面的一个或多个燃烧区限定，并且可以引起发动机损坏。通过选择避免爆震的最佳点火正时可以防止爆震。但是，根据本发明的方法，点火正时可以设置成超过用于避免爆震的最早时间，以进一步增加排气焓的量。

在步骤212延迟点火正时可以包括在发动机循环的膨胀冲程期间开始点火。通常，燃烧在压缩冲程期间当活塞到达上止点时开始。根据本文公开的方法，点火正时可以被后推到膨胀冲程中，以放出较少的能量来抵消活塞运动以及较多的能量来倾向于增加燃烧热并且因此增加排气焓。

通过延迟火花正时可以延迟点火正时，如在步骤214所示。在火花点火发动机中，点火正时可以通过控制引进用于开始燃烧的火花的正时来控制。但是，在压缩点火发动机中，可以通过延迟燃料喷射的正时来延迟点火正时，正如在步骤216所示。

在步骤218，在燃烧期间产生的增加的排气焓被引导到涡轮增压器中，以便增加涡轮增压器的旋转速度和进气的压缩量。在步骤220，点火正时被提前回到效率最佳的正时。点火延迟的持续时间，且因此点火提前的开始可以是在开始点火延迟之前监控的多个发动机运行参数以及在点火延迟期间的发动机转速和载荷的函数。当点火正时提前时，要求增加载荷的初始大小以及涡轮增压器的初始速度可能冲突。如步骤222所示，载荷的增加越大并且涡轮增压器速度越慢，则点火提前开始越迟。因此，载荷跃变越大并且初始涡轮增压器速度越慢，则点火正时延迟越长，因此点火提前开始得越迟。相反，如步骤224所示，载荷增加越小并且涡轮增压器速度越快，则点火提前开始得越早。以这种方式，要求的载荷变化越小和/或需要的涡轮增压器旋转速度增加的量越小，则点火正时延迟越短并且点火提前开始得越早。附加地或可替代地，当发动机载荷达到设置点（例如请求的）载荷时，点火提前可以开始。之后方法200返回。

因此，图2的方法200提供一种用于连接于涡轮增压器的发动机的方法。该方法包括在载荷增加期间，通过暂时延迟发动机的点火正时增加该涡轮增压器的旋转速度。延迟点火正时可以包括延迟火花正时超过避免爆震燃烧的最早火花正时和/或可以包括在发动机的发动机循环的膨胀阶段期间的开始点火。在一些实施例中，该方法包括通过响应载荷增加暂时延迟发动机的点火正时增加涡轮增压器的旋转速度。

而且，该方法包括根据载荷增加的大小和初始涡轮增压器速度延迟点火正时一段持续时间，并且在该持续时间之后提前点火正时到最大功率的正时。当效率最佳的正时为给定的运行条件提供最大功率时，该最大功率的正时可以是与如上所述的效率最佳的点火正时相同的正时。该方法还包括，当载荷增加的大小增加时，该持续时间增加，并且，当初始涡轮增压器速度增加时，该持续时间减少。

以这种方式，上面提到的方法响应发动机载荷的请求的增加而开始点火正时延迟。该点火延迟可以导致在膨胀冲程期间而不是在压缩冲程期间发生点火。因此，燃烧能量可以被引导向增加燃烧热因此增加排气焓，而不是朝向抵消活塞的向上运动。增加的排气焓然后被引导到涡轮增压器，在涡轮增压器中它产生增加的涡轮增压器旋转速度并且增加进气压缩。这些一同有助于发动机扭矩输出的快速增加。

在延迟点火正时之后，点火正时可以转变回针对最大功率和效率最佳的较早的点火正时。向较早点火正时转变的正时可以基于载荷增加开始时发动机的条件。例如，转变正时可以基于载荷跃变的大小（与较小的跃变增加相比，跃变增加越大则转变越迟）、涡轮增压器的起始速度（与较低的起始速度相比，涡轮增压器的起始速度越高则转变越早）以及/或诸如发动机温度（对于较冷的发动机温度，则较晚地转变回到较早的点火正时）的附加运行参数。这样做，在载荷增加期间对于特定的条件点火延迟的持续时间可以最佳化。

当利用根据本发明的点火方法时，在载荷跃变（或者叫做载荷增加）过程期间驾驶员的功率要求可以被更快地满足，因为用于要求的载荷所需要的增压压力由于增加的排气焓而更快地形成。

根据本发明的方法在载荷跃变过程期间，与以前已知的点火方法相比对于设置点火时间α_z具有完全不同的偏爱，其第一个重点是在最大可能效率的情况下避免爆震燃烧，其中所有的其他目的是次要的。在这方面，利用根据本发明的点火方法导致了完全不同的、非常规的途径。

该方法的例子是有利的，其中在载荷跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z沿着推迟方向突然移动。在载荷跃变过程期间驾驶员的功率要求将尽可能快地被响应，并且因此，如果点火时间α_z在最少可能的滞后的情况下沿着推迟方向移动是有利的，也就是说在载荷跃变Δp_me的情况下，突然移动是有利的。

该方法的例子是有利的，具体说，其中，在载荷跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z从点火时间α_z,opt沿着推迟方向移动，点火时间α_z，opt关于效率是最佳的并且处于进入膨胀阶段的压缩阶段中。

上面的方法的变型确保燃料中化学地结合的能量主要用于增加排气焓，并且以膨胀做功的形式引进到活塞和曲轴中较少的程度。

在膨胀阶段，活塞再一次沿着向下止点（BDC）的方向从上止点（TDC）移动。在膨胀期间发生的燃烧因此较少地有助于加速活塞而较多地增加排气的温度和压力。

相反，在压缩阶段期间通过点火引起的并且开始发生的燃烧将抵抗活塞的向上运动，并且当过冲TDC时将主要用于加速活塞，也就是将通过膨胀做功被消耗。

该方法的例子是有利的，其中载荷跃变Δp_me总共达到10巴以上，优选15巴以上。具体说在比较大的载荷跃变的情况下，诸如，例如在超车操作机动动作期间，希望尽可能快地响应驾驶员的功率要求，为此，业已证明利用根据本发明的方法是有利的，特别是在所述量级的载荷跃变的情况下。

该方法的例子是有利的，其中在载荷跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z从关于效率最佳的点火时间α_z，opt沿着推迟方向移动10°CA以上，也就是说刚一检测到载荷跃变时立即进行Δα_z≥10°CA的点火时间调节。一般而言，点火时间α_z规定以°CA为单位，结果点火角度调节Δα_z同样规定以°CA为单位是有利并且是便当的。

该方法的例子也是有利，其中在载荷跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z从关于效率最佳的点火时间α_z，opt沿着推迟方向移动15°CA以上。

然而该方法的例子也可以是有利，其中在载荷跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z从关于效率最佳的点火时间α_z,opt沿着推迟方向移动20°CA以上。

在特定个别情况下点火角度调节Δα_z的量级被适当地选择成具有多少度曲轴角度（°CA），也就是说点火时间α_z相对于关于效率最佳的点火时间α_z，opt移动多少度曲轴角度（°CA）决定于多个因素，尤其是决定于载荷跃变Δp_me的大小和该方法用于其中的内燃发动机，具体说，也决定于涡轮增压器的数目和其设置。

基本的追求是将涡轮设置成尽可能靠近汽缸的排气口孔，因为在涡轮的上游应当实现尽可能小的管道体积以便改善响应行为。但是尽可能紧密连接的设置不能在每个单个的情况下实现，因此相对于令人满意的响应行为涡轮有可能设置在远离内燃发动机的排气口比希望的远。涡轮设置在排气排放系统中越远，在载荷跃变的情况下改善涡轮或增压器的响应行为的要求越大，也就是说执行根据本发明的方法。

该方法的实施例是有利的，其中对于点火时间α_z，如下条件被应用：TDC之后的0°CA≤α_z≤TDC之后的30°CA

该方法的实施例是有利的，其中对于点火时间αz，如下条件被应用：

TDC之后的5°CA≤α_z≤TDC之后的20°CA

但是该方法的实施例也可以是有利的，其中对于点火时间αz，如下条件被应用：TDC之后的10°CA≤α_z≤TDC之后的25°CA。

上面的三种方法变型具有共同的事实，其燃料-空气混合物的点火发生在膨胀阶段。以这种方式确保燃料中化学地结合的能量主要用来增加排气焓。参考与膨胀阶段的点火一起已经进行的说明和前面提到的优点。

对于外施点火的内燃发动机的运行，也就是说火花点火的发动机的运行，该方法的变型是有利的，其中点火时间α_z通过外施点火被调节。

对于自动点火的内燃发动机的运行，也就是说柴油发动机的运行，该方法的变型是有利的，其中点火时间α_z通过喷射来调节，具体说通过开始喷射（SOI）但是也通过喷射速率来调节。

上面提到的方法可以在具有发动机控制器并且具有至少一个排气涡轮增压器的内燃发动机中进行，该涡轮增压器包括设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机，所述内燃发动机的特征在于发动机控制器设置成使得，在载荷跃变Δp_me的情况下，点火时间α_z从关于效率最佳的点火时间α_z，opt沿着推迟方向移动，具体说沿着推迟方向移动超过点火时间α_z,knock，其中α_z,knock是为了避免爆震燃烧的最早的点火时间。

关于根据本发明的方法已经说明的方法也应用于根据本发明的内燃发动机，为此这时参考关于该方法在上面进行的说明。

内燃发动机的不同例子形成对应于不同方法的变型。内燃发动机的例子是有利的，其中为了引进燃料进行直接喷射。

正如在背景技术中已经提到的，追求在火花点火工作过程中减少节流损失，以便，例如，通过利用可变的阀驱动减少燃料消耗。

在火花点火的发动机中或外施点火的内燃发动机中，直接喷射到燃烧室的燃料喷射同样也是用于减少燃料消耗的合适的措施，因此直接喷射火花点火发动机的研制具有更大的重要性。

内燃发动机的例子是有利的，其中设置用于通过控制器开始外施点火的点火装置。

因此，所公开的方法和系统提供一种包括至少一个涡轮增压器的内燃发动机，该涡轮增压器包括设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机，并且发动机控制器构造成响应载荷增加Δp_me从关于效率最佳的点火时间α_z,opt沿着推迟方向移动点火时间α_z，并且超过点火时间α_z,knock，其中α_z,knock是为了避免爆震燃烧的最早的点火时间。

在本发明的范围内，词语“内燃发动机”包括特别是火花点火内燃发动机，但是也包括柴油机和混合内燃发动机，也就是说利用混合燃烧过程运行的内燃发动机。上面所述类型的内燃发动机被用作，例如，机动车辆的驱动装置。

现在转向图3a-3d，图3a-3d在每种情况下以示意图的形式示出在整个时间t的内燃发动机的某些运行参数的分布图，具体说在n=1500rpm时在载荷跃变（例如，载荷增加）Δp_me的期间的运行参数的分布图。相应的运行参数在每种情况下在纵坐标上绘出，而时间t沿着横坐标绘出。

这些图示出四种运行参数的分布图，具体说，点火角度α_z、平均有效压力p_me、涡轮增压器的旋转速度n_TS以及增压压力P_compressor，其中这些图示出当利用常规方法时（实线）的分布图和当利用根据本发明的方法时的分布图（未填充方块的构成线）。

图3a示出点火角度α_z在时间t上的分布示意图，其中该点火角度α_z从燃烧循环的TDC进行绘出，并且沿着推迟和提前方向的调节分别意味着沿着膨胀方向和向进行压缩的方向的调节。

在常规的方法中，在载荷跃变的情况下，点火时间α_z从关于效率最佳的点火时间α_z,opt沿着推迟方向移动。点火角度调节Δα_z比较小，因为通常追求可靠地避免爆震燃烧。因此点火时间α_z沿着推迟方向移动不超过点火时间α_z,knock，α_z,knock是避免爆震燃烧的最早点火时间。在压缩阶段点火开始，起初不改变，并且仅仅朝着载荷跃变结束移动到在TDC过冲之后一点点的时间，也就是说进入膨胀阶段。

在根据本发明的方法中，点火时间α_z从关于效率最佳并且处在压缩阶段的点火时间α_z,opt沿着推迟方向移动，具体说以突然的方式进入膨胀阶段。在膨胀阶段的点火确保通过燃烧燃料所释放的能量主要用来增加排气焓。

点火角度调节Δα_z明显比常规的系统显著，其中，与常规的方法相反，点火时间α_z沿着推迟方向移动超过点火时间α_z,knock，而不考虑发生可能的爆震燃烧并且因而没有点火角度调节被调节。在该分布图的更远的过程上，实际的功率达到设置点功率，并且点火再一次往回移动，也就是说沿着提早的方向调节，以便实现尽可能高的效率。

图3b示出平均有效压力p_me在时间t上的分布示意图。能够清楚地看到不同的点火方法的影响。在仅仅短时间之后，根据本发明的点火方法的应用对平均有效压力p_me具有有利的效果。

图3c和图3d示出在n=1500rpm时在载荷跃变期间排气涡轮增压器的旋转速度n_TS和增压压力P_compressor在时间t上的示意图。

能够清楚地看到根据本发明的点火方法对所述的两种参数的有利效果。

由于根据本发明情况是这样，点火，以及之后的燃烧沿着推迟方向移动到明显的程度，在燃烧期间释放的能量的大于常规的比例以增加排气焓的形式被转换，因此作用在涡轮上的排气具有相当高的焓。

排气涡轮增压器的涡轮被更快地加速，也就是说旋转速度n_TS增加更快，并且在载荷跃变过程期间要求的功率更快地被提供，因为用于要求的功率所需要的增压压力P_compressor由于增加的排气焓而更快地形成。

应当明白，本文所公开的结构和方法在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于与4缸发动机相对的V-6、I-4、I-6、V-12以及其他发动机类型。本发明的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。

下面的权利要求具体指出一些实施例和关于新颖的并非显而易见的子组合。这些权利要求涉及“一个”元件或“第一”或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或以上的这种元件的结合，既不要求也不排除两个或以上的这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改本权利要求或通过在这个或相关申请中提出新的权利要求来主张。因此，权利要求，在原权利要求的范围内无论更宽、更窄、相等或不同都认为包含在本发明的主题内。

Claims (20)

1.一种用于运行包括至少一个排气涡轮增压器的增压内燃发动机的方法，该排气涡轮增压器具有设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机，该方法包括：

在载荷增加Δp_me期间，延迟点火正时以离开关于效率最佳的点火时间α_z,opt，并且超过点火时间α_z,knock，其中α_z,knock是避免爆震燃烧的最早的点火时间。

2.根据权利要求1的方法，其中在所述载荷增加Δp_me期间该点火时间α_z突然被延迟。

3.根据权利要求1的方法，其中在所述载荷增加Δp_me期间该点火时间α_z延迟离开关于效率最佳的并且处在压缩阶段的所述点火时间α_z,opt、进入所述发动机的膨胀阶段。

4.根据权利要求1的方法，其中载荷增加Δp_me包括多于10巴。

5.根据权利要求1的方法，其中所述载荷增加Δp_me包括多于15巴。

6.根据权利要求1的方法，其中在所述载荷增加Δp_me期间，所述点火时间α_z从关于效率最佳的所述点火时间α_z,opt延迟多于10°CA。

7.根据权利要求1的方法，其中在所述载荷增加Δp_me期间，所述点火时间α_z从关于效率最佳的所述点火时间α_z,opt延迟多于15°CA。

8.根据权利要求1的方法，其中在所述载荷增加Δp_me期间，所述点火时间α_z从关于效率最佳的所述点火时间α_z,opt延迟多于20°CA。

9.根据权利要求1的方法，其中所述点火时间α_z是在TDC之后0°CA和TDC之后30°CA之间。

10.根据权利要求1的方法，其中所述点火时间α_z是在TDC之后5°CA和TDC之后20°CA之间。

11.根据权利要求1的方法，其中所述点火时间α_z是在TDC之后10°CA和TDC之后25°CA之间。

12.根据权利要求1的方法，其中所述点火时间α_z通过调节外施点火正时而调节。

13.根据权利要求1的方法，其中所述点火时间α_z通过调节喷射正时而调节。

14.一种内燃发动机系统，包括：

至少一个汽缸，构造成接收燃料并且经历燃烧；

至少一个排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括设置在排气排放系统中的涡轮和设置在进气系统中的压缩机；

发动机控制器，其构造成，在载荷增加Δp_me期间，将点火正时α_z沿推迟方向移动离开关于效率最佳的点火时间α_z,opt，并且超过点火时间α_z,knock，其中α_z,knock是为了避免爆震燃烧的最早的点火时间。

15.根据权利要求14的内燃发动机，其中该至少一个汽缸经由直接喷射接收燃料。

16.根据权利要求14的内燃发动机，还包括用于经由所述发动机控制器开始外施点火的点火装置。

17.一种用于发动机的方法，包括：

在载荷增加期间，通过暂时延迟该发动机的点火正时来增加涡轮增压器的旋转速度。

18.根据权利要求17的方法，其中延迟点火正时还包括延迟火花正时超过避免爆震燃烧的最早火花正时。

19.根据权利要求17的方法，其中延迟点火正时还包括在所述发动机的发动机循环的膨胀阶段期间开始火花点火。

20.根据权利要求17的方法，还包括，根据所述载荷增加的大小和初始涡轮增压器速度来延迟该点火正时一段持续时间，并且在该持续时间之后，提前点火正时到用于最大功率的正时，其中当所述载荷增加的大小增加时，该持续时间增加，并且当所述初始涡轮增压器速度增加时，该持续时间减少。

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