阅读说明：本技术 用于使内燃机运行的方法和内燃机 (Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine ) 是由 S.海因肯 J.巴托洛梅 M.瓦尔迪克 D.哈格尔斯坦 A.施塔茨 于 2019-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于使内燃机运行的方法和内燃机,具体而言设置一种用于使内燃机运行的方法,其中,内燃机包括至少一个燃烧发动机和新鲜气体支路,并且其中,压缩机集成到新鲜气体支路中,压缩机关联有调整件,通过其可以可变的程度遮盖压缩机的压缩机叶轮的入口横截面的边缘侧的区段。在此,入口横截面的边缘侧的区段在调整件的开启状态中相对少地被遮盖且在调整件的遮盖状态中相对很大程度上被遮盖。设置成,当在两种运行状态中实现大致相同的压缩机压力比(πv)和大致相同的新鲜气体质量流(?)以及大致相同的压缩机效率时,调整件在开启状态与遮盖状态之间调节。由此可实现调整件的尽可能有利的调节。(The invention relates to a method for operating an internal combustion engine and to an internal combustion engine, in particular to a method for operating an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine comprises at least one combustion engine and a fresh gas branch, and wherein a compressor is integrated into the fresh gas branch, the compressor having associated therewith an adjusting element by means of which a section of an inlet cross section of a compressor wheel of the compressor on the edge side can be covered to a variable extent. In this case, the edge-side section of the inlet cross section is covered relatively little in the open state of the actuating element and to a relatively great extent in the covered state of the actuating element. The adjustment element is designed to be adjusted between an open state and a closed state when approximately the same compressor pressure ratio (π v) and approximately the same fresh gas mass flow (ṁ) and approximately the same compressor efficiency are achieved in both operating states. As advantageous an adjustment of the adjusting element as possible is thereby possible.)

用于使内燃机运行的方法和内燃机

技术领域

本发明涉及一种用于使内燃机运行的方法和用于执行这种方法的适合的内燃机。本发明还涉及带有这种内燃机的机动车。

背景技术

在内燃机的压缩机中将经由新鲜气体支路待输送给内燃机的燃烧发动机的新鲜气体压缩。在此，新鲜气体的压力的升高取决于压缩机叶轮的转速以及经由压缩机叶轮引导的新鲜气体的质量流。在压缩机特征曲线簇的所谓的泵送极限的方向上由于相对于周缘速度下降的涌流速度越来越多地在压力侧实现叶轮叶片的入口棱的涌流，也就是说涌流的发生率持续增加。自发生率的运行点相关的极限值、即所谓的泵送极限起，流动在入口棱处脱离并且流动在压缩机中变得不稳定。在泵送极限的范围中，在压缩机的进入侧的壳体轮廓处构造低脉冲的流体的回流区域。该所谓的回流泡沫由于涡旋损失和混合损失引起压缩机效率的下降。在叶轮的轮毂轮廓的范围中，然而还在泵送极限附近高脉冲且低损失的核心流动行进穿过压缩机，其确定质量流量(Massendurchsatz)和压力构建。

调整件(Trimmsteller，有时称为微调调节件)(如其例如由文件DE 10 2010 026176 A1、EP 3 018 355 A1、DE 10 2015 209 704 A1、DE 10 2014 225 716 A1或WO 2014/131790 A1已知的那样)用于压缩机特征曲线簇的泵送极限在相对更低的质量流的方向上在高的压力比的情况下的移动。同时，调整件在泵送极限的范围中可引起压缩机效率的提高。为此，调整件包括如下装置，通过其可将压缩机的叶轮在其中涌流的涌流横截面改变。通过调整件的如此实现的喷嘴作用可以越来越多的调节作用(涌流横截面的缩小)使气体流动更强地聚焦到压缩机叶轮的靠近轮毂的入口横截面上。由此，较少的气体流入到回流泡沫的低脉冲和遭受损失的范围中，并且核心流动在靠近轮毂的范围中被加速并且由此被附加地稳定化。气体流动在压缩机叶轮的靠近轮毂的范围中的加速附加地引起压缩机叶轮的涌流的移动，这可有助于气体流动的进一步的稳定化。核心流动的稳定化引起压缩机特征曲线簇的泵送极限至更小的质量流的期望的移动。在非期望的调节作用(调整件完全打开)的情况中，尽可能地开启在压缩机叶轮之前的新鲜气体支路的整个横截面，从而在压缩机叶轮的于是存在的涌流中尽可能不形成附加的摩擦或节流损失。压缩机效率和压缩机特征曲线簇的宽度因此在填塞极限的方向上不以重要的程度负面地通过调整件影响。

文件WO 2004/022956 A1公开了一种方法，通过其应避免内燃机的压缩机在泵送极限的范围中的运行。在此设置成，借助于布置在内燃机的进气道中的空气流动传感器在穿流进气道的新鲜气体的特征化的波动特性方面监控压缩机的特性。如果以该方式查明泵送极限的短暂面临的达到，则降低针对待获得的理论增压压力的值，为此驱动压缩机的废气涡轮借助于用于可变的涡轮涌流(VTG)的装置的调节以相应变化的方式被涌流。

发明内容

本发明所基于的任务是，借助于压缩机研发增压的内燃机，其通过尽可能最佳的运行特性出众。

该任务通过根据专利权利要求1的用于使内燃机运行的方法来解决。用于自动化地执行这种方法的适合的内燃机是专利权利要求6的对象。根据本发明的方法的有利的实施形式和根据本发明的内燃机的优选的设计形式是其它专利权利要求的对象和/或由本发明的接下来的说明得出。

根据本发明设置用于使内燃机运行的方法，其中，内燃机包括至少一个燃烧发动机和新鲜气体支路，其中，压缩机集成到新鲜气体支路中，并且其中，压缩机关联有调整件，通过其可以可变的程度遮盖压缩机的压缩机叶轮的入口横截面的边缘侧的区段，其中，入口横截面的边缘侧的区段在调整件的开启状态中相对(相较于遮盖状态)少地、优选地最少可能地(也就是说，如此少地，如其通过结构上的设计可行的那样)被遮盖，并且在调整件的遮盖状态中相对(相较于开启状态)很大程度上、优选地最大可能地(也就是说，如此很大程度地，如其通过结构上的设计可行的那样，其中，该最大状态作为用于压缩机的相应的运行被查明为最佳的)被遮盖。为了实现在调整件的这些运行状态之间的尽可能有利的切换，设置成，当在两种运行状态中实现相同的(直至1%偏差)压缩机压力比和相同的(直至1%偏差)的穿过压缩机的新鲜气体质量流(尤其大致相同的减少的新鲜气体质量流)以及大致(直至5%、优选地直至2%的偏差)的相同的压缩机效率时，调整件在开启状态与遮盖状态之间、也就是说从开启状态调节到遮盖状态中或反过来。这在没有对发动机参数的反作用的情况下、也就是说在由内燃机产生的转矩的走向中没有不稳定性的情况下且在没有其它发动机作用如例如节气门、凸轮轴调整器和/或在内燃机的运行中的点燃角的调节的必要性的情况下实现调整件的调节。

在此，压缩机压力比限定成新鲜气体在压缩机的高压侧上的绝对压力p₂相对于新鲜气体在压缩机的低压侧上的绝对压力p₁的比。减少的新鲜气体质量流ṁ_减少由新鲜气体在压缩机的低压侧上的温度T_vV、实际质量流ṁ、参考温度T_ref(293.15K)、新鲜气体在压缩机的低压侧上的绝对压力p_vV和参考压力p_ref(1000mbar)根据以下公式计算：

用于自动化地执行根据本发明的方法的适合的内燃机包括至少一个燃烧发动机(尤其(自点燃且质调节的))柴油发动机或(外部点燃的且量调节的)奥拓发动机或来自其的组合，例如带有均匀的压缩点燃的燃烧发动机)和新鲜气体支路，其中，压缩机集成到新鲜气体支路中，并且其中，压缩机关联有调整件，通过其可以可变的程度遮盖压缩机的压缩机叶轮的入口横截面的边缘侧的区段。在此，入口横截面的边缘侧的区段在调整件的开启状态中相对少地、优选地最少可能地被遮盖，并且在调整件的遮盖状态中相对很大程度上、优选地最大可能地被遮盖。此外，这样的内燃机包括控制装置，其设定用于自动化地执行根据本发明的方法。

压缩机叶轮的“入口平面”根据本发明理解成关于调整件在最近地放置的、垂直于压缩机叶轮的回转轴线取向的平面，其由压缩机叶轮的叶轮叶片通过如下方法来限定，即这些叶轮叶片的一个、多个或所有入口棱的至少一个点状的区段布置在该平面中。压缩机叶轮的“入口横截面”于是是流动腔的放置在该入口平面中的开口横截面。

根据本发明的内燃机的调整件基本上可以任意地，例如根据如其在文件DE 102010 026 176 A1、EP 3 018 355 A1、DE 10 2015 209 704 A1、DE 10 2014 225 716 A1或WO 2014/131790 A1公开的实施形式之一那样来设计。

根据一优选的设计形式，根据本发明的内燃机的调整件包括环形的光阑。在此，光阑可例如以可变光阑(Irisblende，有时称为光阑式节流阀)的形式，如其基本上还由摄影镜头(Fotoobjektiv)已知的那样来实施。备选地，光阑还可包括尤其环形的定子和尤其环形的转子，其沿纵轴线的方向彼此并排布置，其中，不仅定子而且转子分别构造至少一个通孔，其中，该通孔可通过转子的回转相对于定子以不同的相对位置来运动，在其中它们没有、部分地或完全地处于重叠。包括仅一个这样的光阑的调整件可通过相对简单的结构上的设计出众。

根据一优选的改进方案，这种调整件可设置有环形的光阑，使得其附加地还包括流动引导装置，通过其将新鲜气体支路的至少一个区段划分为中间的流动范围和***的流动范围，该两个流动范围在压缩机叶轮的入口平面的范围中过渡到压缩机的容纳压缩机叶轮的流动腔中，其中，***的流动范围借助于光阑根据要求构造成可封闭的。在此，光阑可优选地布置在***的流动范围的在上游放置的端部处。借助于由光阑和流动引导装置构成的这样的组合可相较于包括仅一个环形的光阑的调整件尤其在对压缩机特征曲线簇的正面影响方面改善调整件的功能。

当流动引导装置的至少一个相邻于压缩机叶轮放置的端部区段、如有可能整个流动引导装置构造成纵轴向地(也就是说，沿着压缩机叶轮的回转轴线)可移动时，仍可进一步改善带有光阑和流动引导装置的这样的调整件的作用，其中，***的流动范围在压缩机叶轮的入口平面的范围中在流动引导装置的封闭状态中通过该端部区段封闭并且在打开状态中开启。

因为压缩机效率在内燃机的运行期间不可直接被测量，可将与压缩机旋转驱动地相连接的废气涡轮上游的废气压力针对发动机的运行状态考虑用于关于废气涡轮增压器的总效率的说明。根据本发明的内燃机可为此包括在废气涡轮的上游集成到内燃机的废气支路中的废气压力传感器。优选地可设置成，在内燃机针对多种运行状态的应用运行中对于压缩机在调整件一方面在开启状态中且另一方面在遮盖状态中的情形下的运行分别查明废气涡轮上游的废气压力，并且由此出发导出且尤其插值出用于整个运行状态的调节范围，其中，查明的调节范围用于内燃机的正常运行。这所实现的是，通过在尤其可在试验台上执行的应用运行的框架内的相对少的测量导出带有集成在其中的调节范围的用于内燃机的运行特征曲线簇。该调节范围于是针对可在内燃机的正常运行中出现的整个运行状态准备好对于调整件的调节而言所需的信息。

依照根据本发明的方法的进一步优选的实施形式，可设置成，当在理想的压缩机压力比和新鲜气体质量流的情况中实现相同的压缩机效率连同滞后值(例如2%)时，则在开启状态与遮盖状态之间被调节。在调整件被调节到其中的运行状态中的压缩机效率应当由此在调节的情况中以滞后值大于在调整件从其调节出来的运行状态中的压缩机功率。由此可在内燃机的持续的运行情况中在用于调整件的调节范围中避免相对频繁地调节调整件且由此避免调整件的可能的机械过载。

根据本发明的内燃机尤其可以是机动车的部分。在此，内燃机的燃烧发动机可尤其设置用于直接地或间接地提供用于机动车的行驶驱动功率。这种机动车尤其可以是基于轮子的且不是与轨道相关的机动车(优选乘用车或载货车)。

不定冠词(“一(ein)”“一(eine)”“一(einer)”和“一(eines)”)尤其在专利权利要求中和在总地阐述权利要求的说明书中理解成本身的含义且不理解成数词。相应地，由此具体化的部件因此应如此来理解，即其存在至少一次且可存在多次。

附图说明

接下来根据图纸中示出的实施例和设计示例更详细阐述本发明。在图纸中分别以简化的图示：

图1显示了根据本发明的内燃机；

图2显示了穿过带有在最少可能地遮盖压缩机的叶轮的入口横截面的状态中的从属的调整件的用于根据本发明的内燃机的压缩机的纵截面；

图3显示了带有在最大程度地遮盖压缩机叶轮的入口横截面的状态中的调整件的根据图2的压缩机；

图4显示了根据图2和3的压缩机的特征曲线簇；

图5一方面在压缩机的调整件在遮盖状态中的情形下且另一方面在调整件在开启状态中的情形下显示了包括根据图2和3的压缩机的废气涡轮增压器的废气涡轮之前的废气压力分别关于新鲜气体通过压缩机减少的质量流的走向；

图6显示了废气涡轮增压器的效率的相应于图5的走向；

图7显示了废气涡轮的效率的相应于图5的走向；

图8显示了压缩机的效率的相应于图5的走向；以及

图9显示了废气涡轮增压器的转速的相应于图5走向。

附图标记清单

10 燃烧发动机

12 气缸

14 控制装置

16 喷射器

18 进气口

20 空气过滤器

22 压缩机

24 增压空气冷却器

26 废气涡轮

28 轴

30 压缩机叶轮

32 用于可变的涡轮涌流的装置

34 节气门

36 废气再循环管路

38 废气后处理装置

40 调节阀

42 废气冷却器

44 调整件

46 联接通道

48 可变光阑

50 压缩机的壳体

52 流动腔

54 压缩机叶轮的入口平面

56 进入通道

58 压缩机进入部

60 叶轮叶片

62 扩散腔

64 壳体的凹入部

π_V 压缩机压力比

p₂ 增压空气段中的压力

η_ATL 废气涡轮增压器的效率

η_T 废气涡轮的效率

η_V 压缩机的效率

n_ATL 废气涡轮增压器的转速

ṁ_减少 减少的新鲜气体质量流。

具体实施方式

图1以示意图显示了带有构造成奥拓发动机的燃烧发动机10的根据本发明的内燃机，燃烧发动机10构造有多个气缸12。气缸12与在其中向上和向下引导的活塞和气缸盖(未示出)一同限制燃烧腔，在其中新鲜气体共同与燃料燃烧。在此，通过控制装置14(发动机控制部)控制的燃料借助于喷射器16直接被喷入到燃烧腔中。燃料-新鲜气体-混合物量的燃烧导致活塞的循环向上和向下运动，其又以已知的方式经由未示出的连杆传递到同样未示出的曲轴上，由此回转地驱动曲轴。

新鲜气体经由新鲜气体支路被输送给燃烧发动机10并且为此经由进气口18从周围环境抽吸，在空气过滤器20中净化并且紧接着引导到压缩机22中，其是废气涡轮增压器的部分。新鲜气体借助于压缩机22来压缩，紧接着在增压空气冷却器24中冷却并且之后输送给燃烧腔。压缩机22的驱动借助于废气涡轮增压器的废气涡轮26来实现，其被集成到内燃机的废气支路中。在燃料-新鲜气体-混合物量的燃烧的情况中在燃烧发动机10的燃烧腔中形成的废气经由废气支路从燃烧发动机10被导出并且在此穿流废气涡轮26。这以已知的方式引起涡轮叶轮(未示出)的回转驱动，涡轮叶轮经由轴28抗扭地与压缩机22的压缩机叶轮30(参比图2和图3)相连接。涡轮叶轮的回转的驱动由此被传递到压缩机叶轮30上。

为了在燃烧发动机10以变化的负载和转速运行的情况中借助废气涡轮增压器实现用于产生压缩功率的废气的焓的尽可能最佳的使用，废气涡轮增压器的废气涡轮26可最佳地具有可借助于控制装置14操控的用于可变的涡轮涌流(VTG)32的装置。这可以已知的方式包括多个布置在废气涡轮26的进入通道中的引导叶片(未示出)，其构造成可单独旋转的，其中，其可总地借助于调节装置(未示出)来调节。根据引导叶片的旋转状态，其或多或少地收窄废气涡轮26的进入通道中的自由的流动横截面并且此外影响涡轮叶轮的主要涌流的区段和该涌流的取向。

同样可借助于控制装置14操控的节气门34在压缩机22下游被集成到增压空气段中，也就是说到新鲜气体支路的在压缩机22与燃烧发动机10之间放置的那个区段中。

内燃机可包括用于实现(低压)废气再循环的废气再循环管路36，在其中废气从废气支路的在废气涡轮26的下游且尤其还在废气后处理装置38、例如颗粒过滤器的下游放置的区段分岔并且可导入到压缩机叶轮30上游的新鲜气体支路的区段中。经由废气再循环管路36可再循环的废气的量可在此借助于调节阀40(其可借助于控制装置14操控)来控制或调节。此外，可将用于冷却在其上引导的废气的废气冷却器42集成到废气再循环管路36中。

压缩机22关联有调整件44，借助于其可影响压缩机叶轮30通过新鲜气体的涌流。对此，调整件44或从属的促动器(未示出)可借助于控制装置14来操控。废气再循环管路36可在调整件44的上游或在调整件44的背对压缩机叶轮30的侧上通入到新鲜气体支路中。同样可实现在调整件44的下游或在调整件44的范围中(且在压缩机叶轮30的上游)的通入。

图2和3分别以纵截面显示了用于根据本发明的内燃机的压缩机22的可能的设计形式。该压缩机22可例如设置用于根据图1的内燃机，其中，于是调整件44和用于废气再循环管路36的联接通道46是压缩机22的整体的组成部分。这在图1中通过虚线框架指明。

根据图2和3的压缩机22包括壳体50，其可以是废气涡轮增压器的总壳体的部分壳体。压缩机22的壳体50构造流动腔52，压缩机叶轮30可旋转地支承在其中。流动腔52在进入侧具有位于入口平面54中的入口横截面。经由同样由压缩机22的壳体50构造的进入通道56可将新鲜气体从压缩机进入部58引导至压缩机叶轮30。流动腔52在出去侧由绕压缩机叶轮30的叶轮叶片60的出口棱环绕的“出口平面”限制。此处联接有同样绕叶轮叶片60的出口棱环绕的扩散腔62和在该处联接有(这在图2和3中未再示出)压缩机涡形部(Verdichtervolute)。压缩机出去部(同样未示出)从压缩机涡形部离开。

在进入通道56以内，调整件44相对于压缩机叶轮30的入口横截面以尽可能短的距离来布置。调整件44包括带有基本上还由摄影镜头已知的结构的可变光阑48。在根据图3的遮盖状态中，调整件44最大可能地防止压缩机叶轮30通过在压缩机叶轮30的方向上流动的新鲜气体在入口横截面的在边缘侧放置的环形区域中的涌流。调整件44由此使该新鲜气体流动聚焦到压缩机叶轮30的靠近轮毂的区段上。在根据图2的开启状态中，新鲜气体可反之经由整个入口横截面流入到压缩机叶轮30中。分别为了打开或关闭可变光阑48而绕轴线可摆动地支承在壳体50中的构造可变光阑48的光阑元件在开启状态中完全布置在壳体50的环形的凹入部64中。

根据本发明设置成，在运行根据图1的内燃机的情况中，当在两种运行状态中实现相同的压缩机压力比πv、相同的(减少的)新鲜气体质量流(ṁ_减少)以及大致相同的压缩机效率η_V时，调整件44在开启状态与遮盖状态之间调节。调整件44的调节之所以仅在“大致”相同的压缩机效率η_V的情况下实现，是因为理论的调节点虽然不仅通过用于压缩机压力比π_V和减少的新鲜气体质量流ṁ_减少的相同的值，而且通过用于压缩机效率η_V的相同的值来限定，对于实际的调节然而设置有滞后，由此应避免在理论的调节点的范围中的在内燃机的更长持续的运行的情况中的调整件44的相对频繁的调节。相应的滞后值这里示例性地为2%。

为了查明用于压缩机22的考虑该滞后值的切换范围，在内燃机的应用运行中以已知的方式查明对于在调整件44一方面在开启状态中且另一方面在遮盖状态中的情形下的压缩机22的运行的两个压缩机特征曲线簇并且彼此相互关联，如这示例性地在图4中示出的那样。以实线描绘的压缩机特征曲线簇在此是说明在调整件44在开启状态中的情形下的压缩机22的运行的那个特征曲线簇，而利用点划线描绘的压缩机特征曲线簇表明在调整件44在遮盖状态中的的情形下压缩机22的运行的特征。

此外，针对多个限定的压缩机压力比π_V分别查明在一方面调整件44在开启状态中且另一方面调整件在遮盖状态中的情形下的运行中的压缩机效率η_V。在此，压缩机效率η_V分别根据废气的压力在内燃机的在废气涡轮26上游的废气支路中的测量来查明。两个相应的走向(关于减少的新鲜气体质量流)(一次对于调整件44在开启状态中(实线)以及对于调整件44在遮盖状态中(点划线))在图5中针对基于1600mbar的增压压力p₂的示例性的压缩机压力比π_V来查明。对于废气涡轮增压器总的(图6)效率η_ATL和对于废气涡轮26(图7)以及压缩机22(图8)的影响废气涡轮增压器的该效率η_ATL的效率η_T,η_V在其它图表中示出。图9的图表补充地显示了在相应的测量期间对于废气涡轮增压器的转速n_ATL的走向。

在根据图1的(双)特征曲线簇中，对于那个范围(在其中两个压缩机特征曲线簇相交且在其中因此基本上可实现以调整件44要么在遮盖状态中要么在开启状态中的压缩机22的运行)绘入曲线，其相应于在调整件44的两种运行状态之间的效率差的不同的值。在此，正的百分比值表示用于以调整件44在遮盖状态中运行压缩机22的效率优点，而负的百分比值表明用于以调整件44在开启状态中运行压缩机22的效率优点。在此，以虚线绘入在其上压缩机效率η_V相同或效率差为零的那个(同等性)曲线。用于在开启状态与遮盖状态之间针对限定的压缩机压力比π_V和限定的减少的新鲜气体质量流ṁ_减少调节调整件44的理论的调节点因此位于该曲线上，其中，针对实际的调节考虑2%的滞后值。如果相应地例如以调整件44在开启状态中在具体的压缩机压力比π_V和具体的减少的新鲜气体质量流ṁ_减少的情形中运行压缩机22，在其中相较于以调整件44在遮盖状态中的相应的运行，效率优点出现(也就是说，这样的运行点的位置在图4的特征曲线簇中在虚线的曲线右边)，并且在进一步运行中，压缩机压力比π_V和/或减少的新鲜气体质量流ṁ_减少如此改变，使得该运行点在虚线的同等性曲线的方向上移动，因此调整件已在达到虚线的同等性曲线的情况中不被调节，而是当(且只要)运行点达到用于压缩机22以调整件44在遮盖状态中的运行的百分之二的效率优点(滞后值)的曲线时才如此。在图4中，这针对示例性地记入的满载曲线根据表明理论的调节点的叉和表明实际的调节点的圆来示出。以相同的方式在达到与此相关的2%的效率优点的情况下才实现从遮盖状态到开启状态中的调节，如这在图4中根据通过矩形表明的在满载曲线上的调节点来示出。