[发明专利]用于运行数量控制的内燃机的方法和内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的用于运行数量控制的内燃机的方法以及一种具有权利要求6前序部分特征的内燃机。

背景技术

德国专利公开文本DE10116264A1公开一种用于运行具有机械增压和可变压缩的内燃机的方法。在用于运行具有设置在进气系统中的可通过耦合装置由曲轴驱动的机械压缩机的内燃机的该方法中，燃烧用空气被供送至发动机进气口中。另外设有用于可变地调节燃烧室内的压缩比的装置，通过该装置在内燃机的部分负荷范围中调节出较高的压缩比并且在满负荷范围中调节出较低的压缩比。需由压缩机输送的空气质量流是可调节的，在低于参考负荷值的部分负荷范围中，为了调节出进气口中的负压，压缩机以节流运行或膨胀运行方式运行。

另外上述内燃机节流方法在书Turbo-und Kompressormotoren,Entwicklung und Technik,Motorbuchverlag,Hack/Langkabel,2001年第2版,ISBN号3-613-01950-7。在该书第72页的章节“Ladertypen im Detail”的节“Regelung”中详细说明了这种已知的节流方法。

上述方法的缺点在于数量控制的内燃机的效率提高尚不充分，该效率还明显低于质量控制的内燃机的效率，在质量控制的内燃机中，例如借助稀薄燃烧方法（λ>1）进行负荷控制。

发明内容

本发明的任务在于提出一种用于运行数量控制的内燃机的方法，在该方法中效率明显得到提高。

该任务在方法方面通过权利要求1的特征部分特征并且在装置方面通过权利要求6的特征部分特征来解决。

下面表明，通过利用进气系统中的膨胀过程不仅避免换气损失，而且结合根据本发明的废气换热器实现了明显的效率增加和因此显著的燃料消耗优势。另外，该技术可特别好地与废气涡轮增压结合。在下面关于本发明又提及数量控制的内燃机的有效负荷控制（ELS）。

类似于通过进气系统中的压缩机（机械驱动或电驱动）压缩燃烧用空气可提高内燃机功率，可代替节气门用膨胀机将燃烧用空气“稀释”、即调整到较低的密度并且因此内燃机功率降低。从而在实践中完全避免了节气门的节流损失。效率优势与可变气门控制相似，其例如由BMW以名称“Valvetronic”大规模使用。在膨胀机中所做的功在此可通过内燃机的机械耦合装置（例如皮带传动机构）被输送给内燃机。就此而言这相应于现有技术。

如根据本发明通过排气管路上的换热器将热能传递给燃烧用空气，则可在内燃机的部分负荷中实现进一步的、显著的效率提高。由此燃烧用空气的体积流量增大并且在进气系统中的膨胀机中所做的功与该体积流量成正比。在膨胀机下游，在燃烧用空气被供应给内燃机之前，燃烧用空气通过冷却器、如增压空气冷却器再次被冷却到常见的燃烧用空气温度。因此可在数量控制的内燃机的部分负荷范围中实现明显高于可变气门机构的效率。

另外，该方法可极好地与废气涡轮增压结合（在此情况下，有利地是已存在增压空气冷却器）。在此废气中的一部分热能以燃烧用空气的压力升高的形式被输送给膨胀机，同时换热器中的温度降低。这有利地导致进气系统中的构件的较低的温度负荷。因此膨胀机的提高效率的运行可通过膨胀机上更大的压差扩展到内燃机的较高的负荷范围中。该理论上的、在比较过程中可到达的效率相应于具有完全膨胀的过程控制的效率并且因此甚至高于质量控制的负荷控制的效率。

在根据本发明的另一种方案中，代替连接到内燃机上，膨胀机也可连接到电机或发电机上，并且所产生的电流可被输送给蓄电器或直接输送给耗电器。

在适合的设计中，即为了使用于负荷控制的机械可变地既作为膨胀机又作为压缩机运行时，可额外地改善废气涡轮增压器的响应特性并且因此实现了一种内燃机设计，其功率高且燃料消耗非常有利并且在使用废气涡轮增压器时具有极好的响应特性（避免“增压盲点”）。

总之，通过根据本发明方法（ELS）和根据本发明构造的内燃机产生下述优点：

-燃料消耗非常有利，同时功率潜力高并且废气涡轮增压时响应性能极好。

-无需复杂的内部的内燃机技术（如可变气门控制）或燃烧方法（如具有相应复杂的废气后处理的稀薄燃烧方法、HCCI等）。

-本发明的系统（方法和装置）可在不改变内燃机设计（如TGDI内燃机（增压汽油直喷））的情况下仅通过外部措施（转换阀、废气－燃烧用空气换热器、膨胀机、增压空气冷却器）构成。

-根据本发明的燃烧方法涉及传统的λ=1的燃烧方法，无需复杂的废气后处理，并且因此可在世界上广泛使用本发明。