CN102787952A - 加热内燃发动机的燃烧空气的方法以及执行所述类型方法的内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供运行内燃发动机的实施例。运行具有至少一个汽缸盖和至少两个汽缸且其中每个汽缸都具有用于向汽缸供应燃烧空气的至少一个进气口的内燃发动机的一种示例方法包含，当内燃发动机的燃料供给停止时，启用加热燃烧空气的加热装置，加热装置被布置在耦合至内燃发动机的总进气管路中，总进气管路包括至少两个被合并的进气管路，每个进气管路都通往各自汽缸的进气口。

Description

加热内燃发动机的燃烧空气的方法以及执行所述类型方法的内燃发动机
相关申请
本申请要求2011年5月16日提交的欧洲专利申请号11166155.9的优先权，其全部内容为所有目的通过引用包括在此。
技术领域
本公开涉及运行内燃发动机的方法。
背景技术
内燃发动机具有彼此相连从而形成汽缸的汽缸体和至少一个汽缸盖。为了控制充气换气，内燃发动机需要控制元件（通常为气门的形式）以及用于致动所述控制元件的致动装置。将气门运动所需的气门致动机构（包括气门本身）称为气门驱动机构。汽缸盖常常用于容纳气门驱动机构。
在充气换气期间，通过汽缸的出气口释放燃烧气体，并且燃烧室的充气，也就是说燃烧空气的引入，通过进气口发生。如果内燃发动机配备有排气再循环系统，那么除了从环境吸入的新鲜空气外，燃烧空气也包含排气。如果不直接将燃料喷射进汽缸，而是例如被引入汽缸上游的进气管，则不仅仅是燃烧空气，燃料也通过进气口被供应给汽缸。
气门驱动机构的目标是在正确的时间开启和闭合进口和出气口，而为了保持入流和出流气体流中的节流损失低，并且为了确保以新鲜混合物最大可能地给汽缸充气，以及有效（也就是说充分）的排放排气，寻求快速开启最大可能的流动横截面。
依照现有方法，通往进气口的进气管路被至少部分集成在汽缸盖中，并且总体结合从而通常形成单个总进气管路，以便形成至少一个所谓的进气歧管。
对内燃发动机的进口区域存在多种要求。除了其他要求之外，寻求提供这样的管路布置和设计，即为了确保以新鲜混合物对汽缸进行良好的充气，该布置和设计引起进气燃烧空气中尽可能少的压力损失。
此外进气管路的几何形状对汽缸中的充气运动具有影响，并且因此影响混合物形成，特别是直接喷射内燃发动机。因此，常常设计进气管路，从而产生加速或帮助混合物形成的所谓的滚流或旋流，其中滚流为绕虚轴线的空气旋涡，该虚轴平行于曲轴的纵轴线，而旋流为这样的空气旋涡，其轴线平行于活塞或汽缸纵轴线。
在充气换气期间，沿进气管中的流径的压力变化。该局部压力波动作为气态介质中的波而传播。为了使得可能利用这些动态波过程，以便最优化充气换气，例如可能这样设计进口区域，即朝向进气冲程的末端，正压波抵达进气口，该正压波引起压缩，并且因此引起一些后续的充气效应。此处，长度可变的进气管路有利。
其他管路的多样性，例如排气再循环系统的再循环管路，或增压空气冷却器或压缩机的旁通管路，可通向进气管路或总进气管路。
此外，内燃发动机可配备有加热装置，其被布置在进口区域（也就是说进气区域），并且用于加热进气。例如在德国特开说明书DE 10214 166 A1和欧洲专利EP 0 793 399 B1中描述了适合在内燃发动机中使用的加热装置。
从现有方法已知的所述加热装置包含条状加热元件，其可电加热，并且其具有矩形横截面轮廓。以这样的方式将条状加热元件布置在进口区域中，即其矩形横截面从助燃进气造成最小可能的阻力。条状加热元件的横截面的第一窄侧朝向助燃进气气流，而矩形横截面的长侧在流动方向延伸，以便助燃进气在较大的纵向侧上切向流动。该横截面对齐不仅在流动方向有利，而且关于通过对流的传热也有利。
依照DE 198 54 077 A1，也基本可将加热装置布置在在进气区域中可任选地提供的增压空气冷却器的下游。上述方法也讨论加热装置的构造，特别是用作容座或框架的法兰，也讨论了条状加热元件的设计，以及用于这些的材料或材料混合。
进气的加热可用于各种目的，例如DE 198 54 077 A1中所述，缩短冷启动后的暖机阶段。
德国特开说明书DE 10 2006 030 464 A1也在大排量柴油发动机机中在启动和暖机阶段之外利用进气的加热，以便避免当使用具有低十六烷值的燃料时，在怠速的情况下不点火。此外，在颗粒过滤器再生期间启用加热元件，并且也当发动机扭矩和发动机转速低于预定最小值时，启用加热元件。
发明内容
然而，发明人在此已认识到，在另外的发动机工况下运行进气加热器可有益。因而，提供运行内燃发动机的实施例。运行具有至少一个汽缸盖和至少两个汽缸且其中每个汽缸都具有用于向汽缸供应燃烧空气的至少一个进气口的内燃发动机的一种示例方法包含，当内燃发动机的燃料供给停止时，启用加热燃烧空气的加热装置，加热装置被布置在耦合至内燃发动机的总进气管路中，总进气管路包括至少两个被合并的进气管路，每个进气管路都通往各自汽缸的进气口。
如果燃料供给停止，就消除了燃烧期间因为燃料的放热化学转化而导致的热释放，而该热用于保持内燃发动机处于运行温度。
因此，当内燃发动机的燃料供给停止时，启用加热装置从而加热燃烧空气有利。这引起排放性能改进，并且引起燃料消耗降低。
在本文中可考虑到，由被预加热的进气加热内燃发动机不仅可用于保持运行温度，而且也可保持发动机油的温度。相关的油低粘滞性引起低摩擦力和摩擦损失，特别是被供以润滑油的轴承中。该作用对燃料消耗有着有利影响。
当单独或结合附图时，通过以下具体实施方式将更容易明白本发明的上述优点和其他优点以及特征。
应理解，提供该发明内容从而以简单形式介绍所选择的方案，这在下面的具体实施方式中会进一步描述。并非意图指出要求保护的主题的关键特征或本质特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一限定。而且，要求保护的主题不限于克服在本公开以上或任何部分提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示意性示出内燃发动机的实施例。
图2示意性示出多汽缸发动机的单个汽缸的实施例。
图3A-E示意性示出示例进气加热装置。
图4示出依照本公开实施例的运行进气加热装置的方法的流程图。
具体实施方式
进气系统可配备有电加热器，以便例如在发动机冷启动后快速加热进气燃烧空气。进气的加热帮助缩短发动机暖机时间，改进燃料经济性和排放。然而，在发动机已达到充分温暖的温度后，这些进气加热器经常关闭。在发动机可开始变凉的某些工况期间，例如减速燃料切断（DFSO）运行期间，或者称为超限（overrun）运行期间，可运行加热器，从而将发动机保持在期望的温度下。
本方法的如下示例有利，其中当内燃发动机的燃料供给已被停用可预定时间段Δt1时启用加热燃烧空气的加热装置。
引入启用加热装置的另外条件意在防止加热装置的过分频繁启用和停用，特别是如果在仅短暂地停止燃料供给且不需要通过加热装置加热进气的情况下启用加热装置，例如仅短时间超限运行。
本方法的如下示例有利，其中电运行加热燃烧空气的加热装置。
本方法的如下示例有利，其中以在内燃发动机的超限模式中恢复的能量运行加热内燃发动机的加热装置。通过该方法，减轻车辆的机载电池的负荷，或者使其不承受附加负荷，也就是说，在超限模式中，不通过加热装置放电。
内燃发动机的如下示例有利，其中至少两个汽缸的进气管路合并，从而形成总进气管路，以便形成分配器接合点，并且邻近分配器接合点布置加热装置，在该点上进气管路合并，从而形成总进气管路，加热装置和分配器接合点之间的间隔Δ小于汽缸的直径d，即Δ<d。
在内燃发动机的该实施例中，尽可能靠近汽缸的进气口布置加热装置，特别是邻近进气歧管的分配器接合点，在该点处各个进气管路分支至至少两个汽缸。该布置有助于加热装置执行其功能，特别是向汽缸提供（也就是供给）预热燃烧空气。
作为将加热装置靠近分配器接合点布置的结果，预加热燃烧空气到汽缸的路径最大可能程度地被缩短。因此，给予预加热燃烧空气变凉的尽可能短的距离和时间。最小化汽缸的进气口和加热装置之间的进气管路部分的热惯量，特别是作为降低所述部分的质量和长度的结果。
所述措施确保燃烧空气进入汽缸时，温度尽可能高，其结果是将最大可能的热量引入汽缸。
内燃发动机的如下示例有利，其中至少两个汽缸的进气管路合并，从而在至少一个汽缸盖中形成总进气管路，以便形成进气歧管。将进气歧管集成到汽缸盖中进一步缩短进气管路，并且因此降低汽缸进口和加热装置之间的进气管路部分的热惯量。此外，所述措施允许密集包装驱动单元，并且减少组件的数目，并且因此降低装配和采购成本。
然而，内燃发动机的如下示例可有利，其中至少两个汽缸的进气管路合并，从而在至少一个汽缸盖外部形成总进气管路，并且形成外部进口歧管。
与先前已知的方案相比，靠近汽缸布置加热装置，使得能将加热装置用作燃烧空气的引导装置，以便获得进气燃烧空气到各个汽缸的均匀分布。
依照本公开的内燃发动机也可具有两个汽缸盖，例如如果布置多个汽缸分布在两个汽缸组上。
不必须汽缸盖的所有汽缸的进气管路合并从而形成总进气管路，而是仅至少两个汽缸的进气管路如此。
然而，如下示例也有利，其中至少一个汽缸盖的所有汽缸的进气管路合并，从而形成总进气管路。
如果提供超过两个汽缸和/或每个汽缸有超过一个进气口，则进气管路也可合并，从而形成两个总进气管路，以便形成两个分配器接合点。如果合适的话，就应提供两个加热装置。
内燃发动机的如下示例有利，其中加热装置和分配器接合点之间的间隔Δ小于汽缸的直径d的一半，即Δ<0.5d。
内燃发动机的如下示例特别有利，其中加热装置和分配器接合点之间的间隔Δ小于汽缸的直径d的四分之一，即Δ<0.25d。
依照上述两个实施例，加热装置和分配器接合点之间的额外缩短间隔Δ帮助进一步缩短预加热燃烧空气到汽缸的路径，也就是说，降低汽缸进口和加热装置之间的进气管路部分的热惯量。
在本公开的内容中，加热装置和分配器接合点之间的间隔Δ指的是加热装置出口和分配器接合点中心之间的距离，进气管路流的中心线在分配器接合点中心处接触。
内燃发动机的如下示例有利，其中加热装置具有至少一个条状加热元件，其横截面的第一窄侧面向进气燃烧空气流。
条状加热元件使得能够使用加热装置作为引导装置，用于进气燃烧空气到各个汽缸的均匀分布。
此处，内燃发动机的如下示例有利，其中至少一个条状加热元件的横截面的第一窄侧基本垂直于进气燃烧空气流。
在其中沿至少一个汽缸盖的纵轴线串列布置至少两个汽缸的内燃发动机中，如下实施例有利，其中至少一个条状加热元件沿平行于纵轴线的直线基本水平对齐，优选平行于至少一个汽缸盖的纵轴线。
测试已经证明，加热元件的水平对齐在进气燃烧空气到各个汽缸的分布方面有利，并且也提供关于容积效率的优点。
在其中沿至少一个汽缸盖的纵轴线串列布置至少两个汽缸的所讨论类型的内燃发动机中，如下示例特别有利，其中至少一个条状加热元件被对齐成基本竖直地、垂直于平行于至少一个汽缸盖的纵轴线的直线并且优选与平行于至少一个汽缸盖的纵轴线的直线成直角。
该条状加热元件对齐特别适合于设计或利用加热元件作为被加热空气流的引导装置。通过该引导装置，能够以有利方式引导和转向进气燃烧空气，以便对各个汽缸提供均匀空气分布。寻求以新鲜混合物对汽缸均匀充气。这改进内燃发动机的运行行为，特别是关于污染物排放、燃料消耗和有效功率。
内燃发动机的如下示例有利，其中至少一个条状加热元件朝第一窄末端侧渐缩，第一窄末端侧面向进气燃烧空气流。
这从流动方面产生优点。由于加热元件与流动方向相反渐缩的事实，当空气流冲击加热装置时，产生较少紊流。此外，总进气管路的流动横截面不以步进方式变窄，而是连续变窄，其结果是对组件空气流的限制不突然发生。此处，加热元件以刀的形式切入入射空气流。通过上述至少一个条状加热元件的设计，降低加热装置施加至空气流的阻力，其结果是，也降低了加热装置两侧产生的压力损失。通过所讨论的实施例，抵消了由于加热装置产生的容积效率损失。
对于上述原因，如下内燃发动机示例也是有利的，其中至少一个条状加热元件的面向进气燃烧空气流的第一窄末端侧渐缩。
关于这一点，也可考虑到现代内燃发动机日益配备有排气再循环系统，通过该系统，排气被再循环到进气区域中。被再循环的排气在被引入进气区域之前常常被冷却。如果排气被引入加热装置上游的进气区域，这就可以是关于加热装置的一个问题。
在许多情况下，在冷却期间，从排气质量流中提取如此多的热，以致一些排气成分从热排气中凝结出来，并且被沉积在加热装置中。凝结出来的排气成分可积聚为胶粘层，其随着渐进的运行持续时间而在加热元件的表面上累积，其中排气质量流中的固体成分，尤其是排气中的炭烟颗粒，最后当与所述层接触时，也被粘在上面。该沉积引起收缩的流动横截面，并且可能引起总进气管路完全闭合，并损害从加热元件到进气的热传递。进气管的流动横截面收缩还与进气流的压力损失以及容积效率的损失相关联。
至少一个条状加热元件的渐缩第一窄末端侧消除了该沉积。沉积引起的横截面收缩，或者甚至是凝结出来的排气成分引起的管闭塞都不造成风险，并且被消除。
内燃发动机的如下示例有利，其中至少一个条状加热元件的横截面为弧形设计，以便该至少一个条状加热元件具有刀片状外形。
对于使用加热装置作为引导装置，条状加热元件的弧形设计有利。此处，可考虑，大致将分配器接合点相对于至少两个汽缸布置在中间，限制接合点的空间范围，并且因此事实上在任何内燃发动机实施例中，都可将预热空气在通往汽缸的路径上更大或更小程度地转向。
至少一个条状加热元件的刀片状外形允许进气燃烧空气的转向，而无损失或有小压力损失，并且将空气均匀分配至各个汽缸。
内燃发动机的如下实施例有利，其中加热装置具有彼此间隔开布置的至少两个条状加热元件。
传热区域也随着加热元件的数目而增大，并且因此能够被传递至进气燃烧空气的热量也随之增加。加热元件数目对于传热的作用并非微不足道，因为总进气管路中的流速高，以及加热元件的温度，因此加热元件和空气之间的温差不能任意增大来增加传热。
如果提供多个加热元件，并且其能够被用于影响流动，就同样促进将加热装置设计为引导装置。
在具有被对齐成基本竖直地、垂直于平行于至少一个汽缸盖的纵轴线的直线的至少两个条状加热元件的内燃发动机中，已证明如下示例有利，其中将至少两个条状加热元件设置为关于彼此成锐角。加热元件的该布置用于散开预热空气流，其结果是将所述空气流分配至汽缸。
在其中至少两个条状加热元件被基本竖直对齐的上述类型的内燃发动机中，如下示例进一步有利，其中至少两个条状加热元件具有刀片状外形，其中凹侧朝外。
关于这一点，朝外意思是，凹面，也就是说壁向内成弧形的一侧，面向总进气管路或面向加热装置的支持加热元件的法兰，并且背向燃烧空气流的流动的中心线。此处，优选该至少两个加热元件以漏斗状方式打开。
内燃发动机的如下示例有利，其中由法兰支持至少一个加热元件。所述实施例使得能够以预装配结构单元提供加热装置，并且使得相同类型的加热装置用在不同的内燃发动机中。这增加产量，并且因此降低单位成本。此外，能更易于替换有缺陷的加热装置。
然而，内燃发动机的如下示例也有利，其中总进气管路支持至少一个加热元件，也就是说，以支持件替换法兰。
内燃发动机的如下示例有利，其中提供配备有旁通管路的增压空气冷却器，旁通管路通往加热装置上游的总进气管路。
增压空气冷却器降低空气温度，并且因此增加空气密度，其结果是，冷却器也有助于改进向汽缸填充空气，换句话说，有助于更大的空气质量。已证明，为了绕开冷却器，向增压空气冷却器提供旁通管路有利，尤其是内燃发动机冷启动后，或者在暖机阶段或超限模式中。在这些运行状态中冷却进气将消除，也就是说抵消加热装置中的加热。
内燃发动机的如下示例有利，其中提供配备有再循环管路的外部排气再循环系统，再循环管路通往加热装置上游的总进气管路。
将燃烧气体从排气侧再循环到进气区域中的考虑被认为是对于遵守未来的氮氧化物排放限值是有利的，其中为了获得氮氧化物排放的相当程度的降低，需要可达到xEGR≈60%至70%量级的高排气再循环率。
此处，将再循环率xEGR确定为xEGR=mEGR/(mEGR+m新鲜空气)，其中mEGR表示再循环的排气质量，而m新鲜空气表示供给的新鲜空气。
常常在排气再循环管路中提供冷却装置，通过该冷却装置，降低热排气流中的温度，其结果是提高了排气的密度。通过该方式，取决于新鲜空气和再循环排气的混合的燃烧空气温度同样地降低，其结果是，排气再循环系统的冷却装置也有助于改进汽缸的充气。通常使用液体冷却布置。如果合适的话，所述冷却装置（如增压空气冷却器）配备有旁通管路可有利。
被引入总进气管路的气体流产生紊流。如果增压空气冷却器的旁通管路和/或排气再循环系统的再循环管路通往加热装置上游的总进气管路，则布置在下游的加热装置就也用于平息燃烧空气流。
内燃发动机的如下示例有利，其中提供增压布置。增压主要用于提高内燃发动机的功率。然而，对于水平未改变的功率，增压也是降低工作容积的适当措施，其结果是对于给定的车辆边界条件来说，能够将负荷集（load collective）朝燃料消耗率较低的更高负荷改变。
现在参考图1，其示意性示出内燃发动机1的第一实施例，其包含串列布置的三个汽缸2。因而，其为三汽缸直列发动机，但是其他汽缸布置也在本公开的范围内。在本公开的背景中，表述“内燃发动机”包含火花点火发动机，但是也包含柴油机，并且也包括混合动力内燃发动机。
通过总进气管路6，在进气区域5中向内燃发动机1的汽缸2供给新鲜空气或燃烧空气9a。在总进气管路6中布置加热燃烧空气9a的加热装置7。加热装置7可自身电加热，为了该目的，提供电终端（electricalterminal）8。
在加热装置7的下游，总进气管路6分支为三个进气管路3，以便形成分配器接合点4，该进气管路通向三个汽缸2。
通过总进气管路6吸入的燃烧空气9a随着其流经被启用的加热装置7而被加热。接下来，也就是说在加热装置7的下游，在分配器接合点4将经加热的燃烧空气9a分配至各个汽缸2。助燃气体被从汽缸2通过排气排放系统11排放。
现在参考图2，其示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，示出可将其包含在汽车的推进系统中。发动机10为图1的内燃发动机1的一个非限制性示例。
可至少部分由包括控制器12的控制系统以及通过车辆操作者12经输入装置130的输入控制发动机10。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和踏板位置传感器134，用于产生成比例踏板位置信号PP。发动机10的燃烧室（即汽缸）30（汽缸30为图1的汽缸2的一个非限制性示例）可包括燃烧室壁32，其中定位有活塞36。在一些实施例中，汽缸30内部的活塞36表面可具有活塞碗。活塞36可被耦合至曲轴40，以便将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。可通过中间传动系统，将曲轴40耦合至车辆的至少一个驱动轮。此外，可通过飞轮将起动马达耦合至曲轴40，从而能够进行发动机10的起动操作。
燃烧室30可通过进气道42从进气歧管44接收进气，并且可通过排气道48排放燃烧气体。进气歧管44和排气道48能选择性地通过对应的进气门52和排气门54而与燃烧室30相通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。
在该示例中，可经由各个凸轮致动系统51和53通过凸轮致动而控制进气门52和排气门54。凸轮致动系统51和53可每个都包括一个或更多凸轮，并且可利用由控制器12操作的一个或更多凸轮廓线变换（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门升程（VVL）系统，从而改变气门运行。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在可替换实施例中，可由电动气门致动控制进气门52和/或排气门54。例如，汽缸30可替换地包括经电动气门致动控制的进气门，以及经包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
示出燃料喷射器66被直接耦合至燃烧室30，用于在其中直接喷射燃料，该喷射与经电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例。通过该方式，燃料喷射器66向燃烧室30提供所谓的直接燃料喷射。例如，可将燃料喷射器安装在燃烧室侧面或安装在燃烧室顶部。可通过燃料系统（未示出）将燃料传送至燃料喷射器66，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵以及燃料集合管。在一些实施例中，燃烧室30可替换地或另外包括以下列方式被布置在进气道44中的燃料喷射器，即其向燃烧室30上游的进气道提供所谓的进气道燃料喷射。
点火系统88能够在选择的运行模式下，响应来自控制器12的火花提前信号SA，通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出火花点火组件，但是在一些实施例中，可在压缩点火模式下，通过或不通过点火火花，运行燃烧室30或发动机10的一个或更多其他燃烧室。
取决于工况，发动机10中的燃烧能够为各种类型。虽然图2示出火花点火发动机，但是应明白，可在任何适当的发动机中使用在此描述的实施例，包括但是不限于柴油和汽油压缩点火发动机、火花点火发动机、直接或进气道喷射发动机等。此外，可使用各种燃料和/或燃料混合物，例如柴油、生物柴油等等。
进气道42包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在该特殊示例中，可由控制器12，经由向电动马达或节气门62和63包括的致动器提供的信号，改变节流板64和65的位置，该构造通常被称为电子节气门控制（ETC）。通过该方式，可操作节气门62和63，从而改变向燃烧室30以及其他发动机汽缸提供的进气。可由节气门位置信号TP，向控制器12提供节流板64和65的位置。可在沿进气道42和进气歧管44的不同点测量压力、温度以及质量空气流量。例如，进气道42可包括质量空气流量传感器120，用于测量通过节气门63进入的清洁空气质量流量。可通过MAF信号，将清洁空气质量流量通信至控制器12。
发动机10可进一步包括压缩装置，例如涡轮增压器或机械增压器，包括至少一个布置在进气歧管44上游的压缩机162。对于涡轮增压器，压缩机162可至少部分由沿排气道48布置的涡轮164（例如，通过轴）驱动。对于机械增压器，压缩机162可至少部分由发动机和/或电动机驱动，并且可不包括涡轮。因而，通过涡轮增压器或机械增压器向发动机的一个或更多汽缸提供的压缩量可由控制器12改变。可使用各种涡轮增压器布置。例如，当将可变截面喷嘴放置在排气管中的涡轮上游和/或下游时，可使用可变喷嘴涡轮增压器（VNT），以便改变通过涡轮的气体的有效膨胀。可使用其他方法，改变排气中的膨胀，例如废气门阀。
示出进气加热装置17被布置在进气歧管44中。空气进气加热装置17为以上关于图1所述的进气加热器7的一个示例。类似于上述实施例，进气加热装置17可为电加热器，其经配置，从而在空气到达汽缸30之前加热进气。下文将关于图4更详细描述运行进气加热装置的另外详细相关控制程序。
可在压缩机162的下游以及进气加热装置17和进气门52的上游包括增压空气冷却器154。配置增压空气冷却器154，从而冷却例如已通过经压缩机162压缩而加热的气体。在一个实施例中，增压空气冷却器154可处于节气门62的上游。可在压缩机162的下游测量压力、温度和质量空气流量，例如通过传感器145和147测量。可将分别将来自传感器145和147的测量结果经信号148和149通信至控制器12。可在压缩机162的上游测量压力和温度，例如通过传感器153测量，并且经信号155通信至控制器12。此外，示出增压空气冷却器154包括旁通管路，其中压缩空气可绕过增压空气冷却器154，例如当期望进气加热时如此。
此外，在公开的实施例中，EGR系统可向进气歧管44传送来自排气道48的期望部分的排气。图2示出HP-EGR系统和LP-EGR系统，但是可替换实施例可仅包括LP-EGR系统或仅包括HP-EGR系统。此外，在本公开的另一实施例中，发动机可不包括涡轮增压器，并且同样地，可出现单（无HP或LP）EGR系统。将HP-EGR通过HP-EGR通道140从涡轮164的上游传送到压缩机162的下游。可由控制器12通过HP-EGR气门142改变提供给进气歧管44的HP-EGR量。将LP-EGR通过LP-EGR通道150从涡轮164的下游传送到压缩机162的上游。可由控制器12通过LP-EGR气门152改变提供给进气歧管44的LP-EGR量。例如，HP-EGR系统可包括HP-EGR冷却器146，并且LP-EGR系统可包括LP-EGR冷却器158，从而将来自EGR气体的热排至发动机冷却剂。类似于增压空气冷却器154，HP-EGR冷却器146也可包括旁通管路。
在一些状况下，可使用EGR系统，从而调节燃烧室30内的空气温度和燃料混合物。因而，可期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可被布置在EGR通道内，并且可提供质量流量、压力、温度、O2浓度和排气浓度中一个或更多的指示。例如，可在HP-EGR通道140内布置HP-EGR传感器144。
在一些实施例中，可在LP-EGR通道150内布置一个或更多传感器，从而提供经LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度、空气-燃料比中的一个或更多个的指示。可在位于LP-EGR通道150和进气道42的接合处的混合点上，以新鲜进气稀释经LP-EGR通道150引入的排气。特别地，通过结合第一空气进气节气门63（位于压缩机上游，发动机进气的空气进气道中）调整LP-EGR气门152，可调整EGR流的稀释。
通过发动机进气气流中的传感器145的输出，可推断LP-EGR流的稀释百分比。特别地，将传感器145定位在第一进气节气门63的下游、LP-EGR气门152的下游以及第二主进气节气门62的上游，以便可精确确定处于或靠近主进气节气门的LP-EGR稀释。传感器145例如可为氧传感器，例如UEGO传感器。
示出排气传感器126被耦合至涡轮164下游的排气道48。传感器126可为任何适当的传感器，用于提供排气空气/燃料比的指示，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧）、双态氧传感器或EGO、HEGO（加热EGO）、HC或CO传感器。此外，排气道48可包括另外的传感器，例如NOX传感器128和微粒物质（PM）传感器129，其指示排气中的PM质量和/或浓度。在一个示例中，PM传感器可通过随着时间积聚煤烟颗粒而运行，并且提供积聚度的指示，作为排气煤烟水平的测量值。
示出沿排气传感器126下游的排气道48布置排放控制装置71和72。装置71和72可为选择性催化还原（SCR）系统、三元催化剂（TWC）、NOX捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。例如，装置71可为TWC，并且装置72可为微粒过滤器（PF）。在一些实施例中，PF 72可位于TWC 71（如图2中所示）的下游，而在其他实施例中，PF 72可位于TWC 72（图2中未示出）的上游。
图2中示出控制器12为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质（在特殊示例中示出为只读存储器芯片106）、随机存取存储器108、保活存储器110以及数据总线。除了上述的那些信号，控制器12还可从被耦合至发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自质量空气流量传感器120的引入质量空气流量（MAF）测量值；来自被耦合至冷却套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；来自于被耦合至曲轴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。发动机转速信号RPM可由控制器12从信号PIP产生。可使用来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP，从而提供进气歧管中的真空或压力指示。注意，可使用以上传感器的各种组合，例如有MAF传感器而无MAP传感器，或者反之亦可。在按化学计量的操作期间，MAP传感器能够给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器与探测的发动机转速一起能够提供被引入汽缸的充气（包括空气）的估计。在一个示例中，也被用作发动机转速传感器的传感器118可在曲轴每次旋转中，产生预定数目的等距脉冲。
可通过代表可由处理器102执行的指令的计算机可读数据，对存储介质只读存储器106编程，以便执行下面描述的方法以及预期但是未具体列出的其他变体。
如上所述，图2仅示出多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸都可类似地包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器等。
图3A-E示意性示出示例加热装置和用于加热元件构造的各种实施例。图3A示意性示出示例进气加热装置302。可在图2的内燃发动机1中（作为进气加热装置7）以及图2的内燃发动机10中（作为进气加热装置17）包括进气加热装置302。进气加热装置302包括围绕多个条状加热元件308的外壳。图3A中示出加热元件308被以水平方式布置。然而，在一些实施例中，可将其以竖直方式布置。配置加热元件308，从而具有朝向进气流的窄末端，进气流在平行于轴线306的方向行进。如上所述，加热元件308可具有朝向空气流方向的渐缩末端，远离空气流方向的渐缩末端可基本平坦，或者可在沿水平轴线304的方向渐缩。
图3B示意性示出条状加热元件308的第一实施例的横截面。加热元件308具有矩形轮廓的横截面308b，并且所述加热元件的横截面308b的第一窄侧308a面向进气燃烧空气流311a。
图3C示意性示出条状加热元件308的第二实施例的横截面。仅解释与图3B所示实施例的不同，因为该原因，另外地参考图3B。对相同的组件使用相同的参考符号。
与图3B所示的实施例相比，横截面308b在第一窄侧308a的方向渐缩，并且因此条状加热元件308朝着第一窄末端侧308c渐缩，第一窄末端侧308c面向进气燃烧空气流311a。
图3D示意性示出条状加热元件308的第三实施例的横截面。仅解释与图3B所示实施例的不同，因为该原因，另外地参考图3B。对相同的组件使用相同的参考符号。
与图3B所示的实施例相比，横截面308b的第一窄侧308a朝着进气燃烧空气流311a渐缩，并且因此条状加热元件308的第一窄末端侧308c朝着进气燃烧空气流311a渐缩，也即是说与流动方向相反。
图3E示意性示出条状加热元件308的第四实施例的横截面。仅解释与图3B所示实施例的不同，因为该原因，另外地参考图3B。对相同的组件使用相同的参考符号。
与图3B所示的实施例相比，条状加热元件308具有刀片状外形，其具有凹侧308d和凸侧。
图4示出用于控制进气加热装置（例如加热装置7、17或302）的方法400的流程图。可由发动机控制器（例如控制器12）依照存储其在存储器中的指令执行方法400。
在402，方法400包括确定发动机运行参数。发动机运行参数可基于来自各个发动机传感器的反馈确定，并且可包括发动机转速、负荷、空气/燃料比、温度等等。此外，可在给定的持续时间确定发动机运行参数，例如10秒，以便确定某些发动机工况是否正在改变，或者发动机是否在稳定状态下运行。方法400在404包括，确定发动机是否进入减速燃料切断（DFSO）。在DFSO期间，在本公开中也称为超限运行，不进行燃料喷射而运行发动机，同时发动机转动并且将空气泵送通过汽缸。DFSO进入可基于多种车辆和发动机工况。特别地，可使用车辆速度、车辆加速度、发动机转速、发动机负荷、节气门位置、踏板位置、传动装置位置及各种其他参数其中之一或更多的组合，从而确定发动机是否将进入DFSO。在一个示例中，DFSO进入条件可为基于低于阈值的发动机转速。在另一示例中，DFSO进入条件可为基于低于阈值的发动机负荷。在另一示例中，DFSO条件可为基于加速器踏板位置。另外或可替换地，可基于命令信号确定进入DFSO，从而终止燃料喷射。
如果发动机不以DFSO运行，方法400就进入414，从而以燃烧运行发动机，如果排气温度低于阈值，就停用进气加热装置。阈值排气温度可为这样的温度，即低于该温度催化剂活性可退化，例如催化剂的点火温度。然后，方法400返回。如果发动机正进入DFSO，方法400继续至406，从而确定发动机是否以DFSO运行阈值时间段。如果否，方法400就返回，从而继续监控阈值时间段。如果是，方法400就继续至408，启用进气加热装置，从而在进气到达汽缸之前对其加热。在410，确定发动机是否退出DFSO。可由恢复燃料喷射的命令指示DFSO的退出。在另一示例中，可通过加速器踏板位置的改变而确定DFSO的退出。如果发动机未退出DFSO，方法400就返回408，从而继续启用加热装置。如果发动机退出DFSO，方法400就继续至412，从而停用加热装置。一旦停用进气加热装置，方法400就返回。
虽然图4的方法400示出进气加热装置分别被基于DSFO进入或退出而启用或停用，但是在一些实施例中，也可基于另外的工况而启用或停用进气加热装置。例如，排气通路中的温度传感器可输出排气温度，并且如果其低于阈值，然后就可启用进气加热器。此外，可继续运行进气加热器，直到发动机退出DFSO之后例如预定数目的发动机循环，或者直到排气温度达到阈值。在以DFSO运行发动机和以燃烧运行发动机期间，进气可通过加热装置中的多个加热元件均匀分配至汽缸。例如，加热元件可配置为通过竖直布置而均匀分布进气，其中至少两个加热元件被相对于彼此成锐角布置。
因而，图4的方法400提供一种发动机方法，其包含：在第一状况期间，以燃烧运行发动机，并且停用布置在发动机的进气歧管中的加热装置；以及在第二状况期间，不通过燃烧运行发动机，并且启用加热装置。本方法也包括，其中第一状况包含发动机温度高于阈值，并且其中第二状况包含发动机转速和负荷低于阈值。本方法包括，在第一和第二状况期间，通过传送进气通过加热装置的多个加热元件，而将进气均匀地分布至发动机的每个汽缸。本方法包括，其中多个加热元件被竖直布置，并且多个加热元件中的至少两个关于彼此成锐角布置。
应明白，在此公开的构造和方法本质上为例示性的，并且不将这些特定实施例视为限制性意义，因为可能有许多变体。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括在此公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非新颖组合和子组合。
所附权利要求特别指出被视为新颖和非新颖的某些组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应将该权利要求理解为包括一个或更多该元素的结合，而不必需或排除两个或更多该元件。可通过对这些权利要求的修改或通过本申请或相关申请中的新权利要求的提出，而要求公开特征、功能、元件、和/或性质的其他组合和子组合。这些权利要求，无论是比原始权利要求的保护范围相比，更宽、更窄、相等或不同，都应将其视为被包含在本公开的主题之内。

Claims (20)

1.一种运行内燃发动机的方法，所述内燃发动机具有至少一个汽缸盖和至少两个汽缸，其中每个汽缸都具有至少一个进气口以用于将燃烧空气供给到所述汽缸中，所述方法包含：
当所述内燃发动机的燃料供给停止时，启用用于加热所述燃烧空气的加热装置，所述加热装置被布置在被耦合至所述内燃发动机的总进气管路中，所述总进气管路包括至少两个被合并的进气管路，每个进气管路都通向各自汽缸的进气口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述内燃发动机的所述燃料供给停止可预定的时间段时，启用用于加热所述燃烧空气的所述加热装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中电运行用于加热所述燃烧空气的所述加热装置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中以在所述内燃发动机的超限模式中恢复的能量运行用于加热所述燃烧空气的所述加热装置。
5.一种内燃发动机，其具有至少一个汽缸盖和至少两个汽缸，其中每个汽缸都具有至少一个进气口以用于将燃烧空气供给到所述汽缸中，该内燃发动机包含：
进气管路，其通往每个进气口；
总进气管路，至少两个汽缸的所述进气管路在此处合并；
加热装置，其被布置在所述总进气管路中；以及
控制器，其包括用于当停止所述内燃发动机的燃料供给时启用用于加热所述燃烧空气的所述加热装置的指令。
6.根据权利要求5所述的内燃发动机，其中
至少两个汽缸的所述进气管路合并，从而形成总进气管路，以便形成分配器接合点；以及
所述加热装置被布置为邻近所述分配器接合点，所述进气管路在所述分配器接合点处合并从而形成所述总进气管路，所述加热装置和所述分配器接合点之间的间隔比汽缸的直径小。
7.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述加热装置和所述分配器接合点之间的间隔比汽缸的所述直径的一半小。
8.根据权利要求6所述的内燃发动机，其中所述加热装置和所述分配器接合点之间的间隔比汽缸的所述直径的四分之一小。
9.根据权利要求5所述的内燃发动机，其中
所述加热装置具有至少一个条状加热元件，该至少一个条状加热元件的横截面的第一窄侧面向进气燃烧空气流。
10.根据权利要求9所述的内燃发动机，其中沿所述至少一个汽缸盖的纵轴线串列布置所述至少两个汽缸，其中所述至少一个条状加热元件沿平行于所述至少一个汽缸盖的所述纵轴线的直线基本水平地对齐。
11.根据权利要求9所述的内燃发动机，其中沿所述至少一个汽缸盖的纵轴线串列布置所述至少两个汽缸，所述至少一个条状加热元件垂直于与所述至少一个汽缸盖的所述纵轴线平行的直线被基本竖直地对齐。
12.根据权利要求9所述的内燃发动机，其中所述至少一个条状加热元件的面向所述进气燃烧空气流的第一窄末端侧渐缩。
13.根据权利要求9所述的内燃发动机，其中所述至少一个条状加热元件的横截面为弧形设计，以便所述至少一个条状加热元件具有刀片状外形。
14.根据权利要求5所述的内燃发动机，其中所述加热装置具有被彼此间隔开布置的至少两个条状加热元件。
15.根据权利要求14所述的内燃发动机，其中所述至少两个条状加热元件垂直于与所述至少一个汽缸盖的所述纵轴线平行的直线被基本竖直地对齐，其中至少两个条状加热元件被设置为相对于彼此成锐角。
16.一种发动机方法，其包含：
在第一状况期间，以燃烧运行所述发动机并且停用布置在所述发动机的进气歧管中的加热装置；以及
在第二状况期间，不以燃烧运行所述发动机并且启用所述加热装置。
17.根据权利要求16所述的发动机方法，其中所述第一状况包含发动机温度高于阈值。
18.根据权利要求16所述的发动机方法，其中所述第二状况包含发动机转速和负荷低于阈值。
19.根据权利要求16所述的发动机方法，其进一步包含在所述第一状况和第二状况期间，通过传送进气通过所述加热装置的多个加热元件，均匀地将所述进气分配至所述发动机的每个汽缸。
20.根据权利要求19所述的发动机方法，其中所述多个加热元件被竖直布置，并且所述多个加热元件中的至少两个相对于彼此成锐角布置。
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