CN103375283B9 - 部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及被提供用于内燃发动机的系统，其包括至少两个汽缸，其中至少两个汽缸形成至少两组，其中每组包括至少一个汽缸，至少一组的至少一个汽缸形成这样的汽缸，即其能够以依赖负荷的方式被激活，以及在未及预定义的负荷的情况下被停用。至少两组的特征在于不同的压缩比率，第一组的至少一个汽缸具有较高的压缩比率，而第二组的至少一个汽缸具有较低的压缩比率；以及第二组的至少一个汽缸包括可激活和可停用的汽缸。在部分负荷期间，第一组汽缸的使用和第二组汽缸的停用增加了发动机效率和燃料经济性。

Description

部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法

技术领域

本申请要求在2012年4月24日提交的欧洲专利申请No. 12165331.5的优先权，该申请全部内容作为参考并入本文以用于全部 目的。

技术领域

本申请涉及可变排量的内燃发动机。

背景技术

在内燃发动机的发展中，基本目标是要将燃料消耗最小化，其中 所做努力的重点在于获得提高的整体效率。尤其是在奥托循环 （otto-cycle）发动机的情况下，即火花点火内燃发动机情况下，燃料 消耗以及因此的效率造成问题。此问题的原因在于奥托循环发动机的 操作过程的原理。

如果未提供直接喷射，则奥托循环发动机以均质的燃料/空气混合 物操作，所述混合物通过被引入进气区域内的进入空气的燃料而构成 的外部混合物制备。一般通过在进气区域中提供的节流阀瓣的方式实 施负荷控制。节流阀瓣关闭程度越大，进入空气横跨节流阀瓣的压力 损失越高，并且节流阀瓣下游和进入至少两个汽缸的入口的上游的进 入空气的压力越低。对于恒定的燃烧室容积，能够以这种方式，通过 进入空气的压力设定空气质量，也就是数量。这同样解释了为何所述 类型的数量调节被证实特别是在部分负荷范围内是不利的，因为低负 荷在进气区域中使用高程度的节流和显著的压力降低，结果，随着负 荷降低和节流增大，增压交换损失增加。

为了降低所述损失，已研制出用于对内燃发动机去节流效应 （dethrottle）的各种策略。由于奥托循环发动机因节流导致在部分负 荷操作中显示出低效率，但是相比之下，柴油发动机由于质量调节显 示出较好的效率，也就是说较低燃料消耗，已实施了关于将两种工作 过程彼此组合以能够将柴油发动机处理的优势应用至奥托循环发动机 处理的测试。

常规的奥托循环发动机处理的特征在于混合物压缩、均质混合物、 火花点火和数量调节，而传统的柴油发动机处理的特征在于空气压缩、 非均质混合物、自动点火和质量调节。例如，用于对奥托循环发动机 去节流效应的方案的一个途径为使用直接喷射的奥托循环发动机工作 处理。燃料的直接喷射是用于实现分层的燃烧室增压空气的合适的手 段。通过直接喷射燃料至汽缸中或至位于汽缸内的空气中实现混合物 构成，而不是通过外部混合物构成，其中燃料被引导至进气区域中的 进气中。

优化奥托循环发动机的燃烧处理的另一种选项可以是使用至少部 分可变的气门驱动装置。与气门升程以及正时均不可变的常规的气门 驱动装置不同的是，这些参数能够通过可变气门驱动装置在较大或较 小范围内改变，这些参数对燃烧处理并且因此对燃料消耗有影响。理 想的解决方案将是完全可变的气门控制，其特别允许用于奥托循环发 动机的任何期望的工作点的升程和正时的适应值。然而，能够使用部 分可变的气门驱动装置获得显而易见的燃料节约。如果能够改变进气 门的关闭时间和进气门升程，则已经能够实现无节流和由此的无损耗 负荷控制。在进气处理期间流入燃烧室中的混合物质量之后不是通过 节流阀瓣而是通过进气门升程以及进气门的打开持续时间控制。

关于对奥托循环发动机去节流效应的解决方案的进一步的途径是 通过汽缸停用提供的，也就是说，在特定负荷范围内的各汽缸的停用。 以部分负荷操作的发动机的效率能够被提高，也就是说，借助部分停 用增大效率，因为多汽缸内燃发动机中的一个汽缸的停用增加了保持 操作的其他汽缸上的负荷，如果发动机功率保持恒定，使得节流阀瓣 能够或可以进一步打开，以便将更多空气质量引入所述汽缸中，由此 整体实现对内燃发动机的去节流效应。此外，在部分停用期间，也就 是说处于部分负荷时，持久处于操作中的汽缸通常在较高负荷区域内 操作，此时特定燃料消耗较低。负荷聚集朝向较高负荷移动。

由于供应较大的空气质量，在部分停用期间仍保持操作的汽缸还 显示了改进的混合物构造，并且容许较高的排气再循环率。获得了关 于效率的进一步的优势，因为不存在燃烧，停用的汽缸不会产生因从 燃烧气体至燃烧室壁的热传递引起的任何壁热损失。

发明内容

本文公开了用于可变排量发动机的系统和方法，其解决了上述问 题并且改善了具有可停用的汽缸的传统发动机。本公开的目的是具有 至少两个汽缸的内燃发动机，其形成至少两组。第一组的汽缸在部分 负荷期间保持启动，第二组汽缸在未及预定义的负荷时被停用。至少 两组的特征在于不同的压缩比率ε_i，第一组的至少一个汽缸具有较大 的压缩比率ε₁，而第二组的至少一个汽缸具有较小的压缩比率ε₂，其 中ε₂<ε₁，第二组的至少一个汽缸包括可激活和可停用的汽缸。

在内燃发动机的部分负荷操作中，如果未及预定义的负荷，则停 用第二组的至少一个汽缸，由此对至少一个剩余汽缸的负荷需求增加， 并且节流阀瓣的开口可将更多空气质量引入所述汽缸内。

除了有利于内燃发动机的去节流效应的所述作用之外，通过根据 本公开的内燃发动机的结构特征进一步优化了部分负荷操作中的部分 停用，尤其是鉴于这样的事实，即在根据本公开的内燃发动机中，永 久性操作的汽缸组以及可激活和可停用的汽缸组均具有不同的压缩比 率ε_i。

在本实例中，持久性操作的第一组汽缸具有较高的压缩比率ε₁， 以便在部分负荷操作中，所述汽缸具有显著较高的效率η，尤其是比 在所述汽缸具有可激活和可停用的汽缸的较低的压缩比率ε₂的情况下 更高的效率。在此，必须考虑到的是，效率η或多或少与压缩比率ε_i 相关，也就是说，效率η通常在相对高的压缩比率ε_i的情况下较高， 而通常在相对低的压缩比率ε_i的情况下较低。

不同的压缩比率ε_i是针对不同操作或负荷范围的汽缸组的配置的 结果。然而，持久性操作的汽缸经配置用于内燃发动机的部分负荷操 作，可激活的汽缸组经配置用于较高、高和最大负荷。持久性操作的 第一组汽缸可被提供较高的压缩比率ε₁，并且因此经配置用于内燃发 动机的优化的部分负荷操作，因为在所述负荷范围内不期望增加的爆 震趋势。相反，可激活的汽缸，也就是在增加负荷需求的情况中可被 激活的汽缸经配置用于高负荷。根据本公开，所述汽缸应该被提供相 对低的压缩比率，因为爆震趋势不仅随着压缩比率增加，而且还随着 增加的负荷而增加。尽管这降低了所述汽缸组的效率，但是其提供了 抵抗高负荷下的爆震的安全性，其中所述汽缸主要在高负荷下使用。

为内燃发动机提供的系统包含：至少两个汽缸，其中至少两个汽 缸构成至少两个组，其中每组包含至少一个汽缸，至少一组的至少一 个汽缸形成为这样的汽缸，即该汽缸能够以依赖于负荷的方式激活， 并且在未及预定义的负荷的情况下被停用。所述至少两组的特征在于 不同的压缩比率，具有较高的压缩比率的第一组的至少一个汽缸，以 及具有较低的压缩比率的第二组的至少一个汽缸；以及第二组的至少 一个汽缸包含可激活的汽缸。在部分负荷期间使用第一组汽缸和停用 第二组汽缸增加了发动机效率和燃料经济性。

当单独或结合附图时，根据下列具体实施方式将易于明白本说明 书的上述优势和其他优势以及特征。

应当理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍所选的概念， 其将在具体实施方式中进一步说明。这并不意味着确立要求保护的主 题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式后的权利要求唯一限定。 另外，要求保护的主题不限于解决上述或在本发明中任何部分指出的 任何缺点的实施方式。此外，本文的发明人已认识到本文所指出的缺 点，并且不承认这些缺点是已知的。

附图说明

图1示出了根据本公开的发动机的示例性汽缸。

图2示意性地示出了内燃发动机的第一实施例的汽缸。

图3示出了根据本公开的发动机的操作方法。

图4示出了汽缸组之间的差异。

具体实施方式

本公开的目的是可变排量发动机，其包含由至少两组汽缸形成的 发动机，其中每组汽缸包含至少一个汽缸。两组汽缸的压缩比率不同， 以便第一组汽缸包含较高的压缩比率，而第二组汽缸包含较低的压缩 比率。具有较高的压缩比率的第一组汽缸适于部分发动机负荷，并且 被维持激活。具有较低的压缩比率的第二组汽缸在高和最大化的发动 机负荷下是可激活的。

图1示出了根据本公开的发动机的示例性汽缸，所示的示例性汽 缸可以来自第一组或第二组汽缸，并且仅作为说明发动机组件的参考 而提供。下面本文将更加详细地讨论第一组和第二组汽缸的相对压缩 比率和其他属性。

图1示出了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例性实施例。发动 机10可接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数以及接收来自 车辆操作员130经输入装置132的输入。在该例子中，输入装置132 包括加速器踏板和踏板位置传感器134，其用于产生成比例的踏板位 置信号PP。发动机10的汽缸（本文也被称为“燃烧室”）14可包括 具有置于其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可被耦接至曲轴 140，以便活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可以通 过传动系统被耦接至客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以 通过飞轮耦接至曲轴140，从而实现发动机10的启动操作。

汽缸14能够经一系列进气道142、144和146接收进气。进气道 146可与发动机10的除了汽缸14之外的其他汽缸连通。在一些实施 例中，进气道中的一个或更多可包括增压装置，例如涡轮增压器或机 械增压器。例如，图1示出了配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮 增压器包括布置在进气道142和144之间的压缩机174以及沿着排气 道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以是至少部分地经轴180 由排气涡轮176提供动力，其中所述增压装置配置为涡轮增压器。然 而，在其他实施例中，例如在发动机10被提供机械增压器的实施例中， 可选择性地省略排气涡轮176，其中压缩机174可由来自马达或发动 机的机械输入提供动力。可沿发动机的进气道提供包括节流板164的 节气门20，以用于改变被提供至发动机汽缸的进气的流速和/或压力。 例如，如图1所示，节气门20可被设置在压缩机174的下游，或可选 地可被提供在压缩机174的上游。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中可调节的节流阀瓣/节流挡 板（throttle flap）被提供用于负荷控制。可调节的节流阀瓣的优势在 于，也就是基于汽缸的部分停用的激活或停用，发动机扭矩不下降或 上升，并且驾驶员可以不调节加速器踏板以维持负荷，如不可调节的 节流阀瓣的情况。

优选的是，可调节的节流阀瓣是电子可调节的节流阀瓣，以及优 选地发动机控制器执行所述节流阀瓣的调节。所述实施例就成本而言 也是优选的。本文中，实施例会是有利的，其中在闭环处理中能够调 节所述节流阀瓣。

排气道148可接收来自发动机10中除汽缸14之外的其他汽缸的 排气。排气传感器128被显示为耦接至排气控制装置178上游的排气 道148。传感器128可以选自用于提供排气/燃料比指示的各种适合的 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（如图所示）、HEGO（加热的EGO）、NOx， HC或者CO传感器。排气控制装置178可以是三元催化剂（TWC）、 NOx捕集器、各种其他排气控制装置或其组合。

可以通过位于排气道148内的一个或更多温度传感器（未示出） 测量排气温度。可选地，可以基于发动机工况推断排气温度，所述工 况例如转速、负荷、空气燃料比（AFR）、火花延迟等。此外，可以 通过一个或更多排气传感器128计算排气温度。可以理解的是，可选 地，可通过本文所列举的温度估计方法的任意组合来估计排气温度。

发动机10的每个汽缸可包括一个或更多进气门和一个或更多排 气门。例如，示出汽缸14包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进 气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，包括汽 缸14的发动机10的每个汽缸可包括位于汽缸的上部区域的至少两个 进气提升阀和至少两个排气提升阀。

可以由控制器12通过经凸轮驱动系统151的凸轮驱动器控制进气 门150。类似地，可以由控制器12经凸轮驱动系统153控制排气门156。 凸轮驱动系统151和153中的每个均可包括一个或更多凸轮，并且可 使用凸轮廓线变换系统（CPS）、可变凸轮正时（VCT）系统、可变 气门正时（VVT）系统和/或可变气门升程（VVL）系统中的一个或更 多，所述系统可由控制器12操作，从而改变气门操作。可以分别由气 门位置传感器（未示出）和/或凸轮轴位置传感器155和157确定进气 门150和排气门156的操作。在可选的实施例中，可以通过电动气门 驱动器控制进气门和/或排气门。例如，汽缸14可以可替换地包括经 电动气门驱动器控制的进气门和经包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱 动器控制的排气门。在其他实施例中，可以通过共用的气门驱动器或 驱动系统，或可变气门正时驱动器或驱动系统控制进气门和排气门。 可以调节（通过提前或延迟VCT系统）凸轮正时，从而调节发动机稀 释度以配合EGR流，因此降低EGR瞬态以及改善发动机性能。

汽缸14能够具有压缩比率，其为活塞138处于下止点到上止点时 的容积比率。传统地，压缩比率处于9:1至10:1的范围内。然而，在 一些使用不同的燃料的例子中，可以增加压缩比率。例如，这可在使 用较高辛烷燃料或具有较高汽化潜焓（latent enthalpy）的燃料时发生。 如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的作用，同样可增加压缩比 率。此外，在本公开中，至少两个汽缸组的压缩比率可以改变，如下 详细描述。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于开始燃烧的火 花塞192。在所选的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信 号SA，点火系统190可以通过火花塞192为燃烧室14提供点火火花。 然而，在一些实施例中，可以省略火花塞192，例如其中发动机10可 通过自动点火或通过燃料喷射开始燃烧，如一些柴油发动机的情况。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中每个汽缸配备有用于开始 火花点火的点火塞。点火塞为用于可靠地开始点火火花的点火装置， 其还具有耐用性，并且还是便宜的。然而，还能够使用其他的点火装 置来开始火花点火。

作为非限制性的例子，汽缸14被显示为包括一个燃料喷射器166。 燃料喷射器166被显示为直接耦接至汽缸14，以用于与通过电子驱动 器168从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地直接喷射燃 料于其中。以这种方式，燃料喷射器166提供燃料向燃烧汽缸14中的 已知的直接喷射（下文也被称为“DI”）。尽管图1示出了喷射器166 作为侧喷射器，但其也可位于活塞的顶部，例如靠近火花塞192的位 置。燃料可从包括燃料箱、燃料泵以及燃料导轨的高压燃料系统8传 输至燃料喷射器166。可替换地，燃料可在较低压力下由单级燃料泵 传输，在该情况中，在压缩冲程期间的直接燃料喷射的正时可以比使 用高压燃料系统的正时更加精确。此外，尽管未示出，但燃料箱可具 有向控制器12提供信号的压力传感器。应明白的是，在可替换的实施 例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其将燃料提供至汽缸14上游 的进气道。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中每个汽缸为了通过直接喷 射提供燃料供应的目的而配备有喷射喷嘴。

首先，如部分停用本身一样并且如上述进一步详细讨论的，将燃 料直接喷射至汽缸是用于内燃发动机去节流效应的合适的手段，以便 两种测量，也就是说首先部分停用和其次直接喷射，彼此协助和补充， 以实现去节流效应。

其次，直接喷射允许从一个工作周期到下一个工作周期的燃料供 应的停用和激活。直接喷射确保至少一个可激活汽缸的有效和可靠停 用，其中目标是从一个工作周期到下一个工作周期的燃料供应被尽可 能完全地停止；这还特别是关于燃料消耗和污染物排放的情况。

然而，内燃发动机的实施例可以是有利的，其中为了供应燃料的 目的提供了进气管喷射装置。

如上所述，图1示出了多汽缸发动机中的一个汽缸。类似地，每 个汽缸可相似地包括其自身一组进气/排气门、一个或更多燃料喷射 器、火花塞等等。

尽管未示出，但应明白的是，发动机可还包括一个或更多排气再 循环通道，其用于将至少部分排气从发动机排气转向发动机进气。类 似地，通过再循环一些排气，发动机稀释可被影响，这可通过降低发 动机爆震、汽缸燃烧温度峰值和压力、节流损失以及NOx排放而提高 发动机性能。一个或更多EGR通道可包括LP-EGR通道，其被耦接于 涡轮增压器压缩机上游的发动机进气口和涡轮下游的发动机排气口之 间，并且配置为提供低压（LP）EGR。一个或更多EGR通道可还包 括HP-EGR通道，其被耦接于压缩机下游的发动机进气口和涡轮上游 的发动机排气口之间，并且配置为提供高压（HP）EGR。在一个例子 中，在例如缺少由涡轮增压器提供的增压的情况下，可以提供HP-EGR 流，同时在例如存在涡轮增压器增压的情况期间和/或当排气温度高于 阈值时，可提供LP-EGR流。可以经LP-EGR阀调节通过LP-EGR通 道的LP-EGR流，同时可以经HP-EGR阀（未示出）调节通过HP-EGR 通道的HP-EGR流。

图1示出作为微型计算机的控制器12，其包括：微处理器单元106、 输入/输出端口108、在该特定例子中显示为只读存储器芯片110的用 于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器112、保活 存储器114以及数据总线。控制器12可接收来自耦接至发动机10的 传感器的各种信号，除了上述那些信号之外，还包括：来自质量空气 流量传感器122的进气质量空气流量（MAF）的测量；来自耦接至冷 却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度（ECT）；来自耦 接至凸轮轴140的霍尔效应传感器120（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124的歧管绝对压力信号（MAP）。可以通过控制器12 由信号PIP产生发动机转速信号、RPM。来自歧管压力传感器的歧管 压力信号MAP可被用于在进气歧管内提供真空或压力的指示。其他 传感器可包括耦接至燃料系统的燃料箱的燃料水平传感器和燃料成分 传感器。

存储介质只读存储器110可以由计算机可读数据编程，所述计算 机可读数据表示可由处理器106实施以执行下述方法以及可预期但并 未具体列出的其他变体的指令。

现在参考图2，示出了具有两组汽缸的发动机的示例性实施例。 图2示意性地示出了四汽缸直列式发动机的四个汽缸1、2、3、4。

直列配置的四个汽缸1、2、3、4形成两组汽缸，所述两组汽缸中 的每组均具有两个汽缸，其中第一组包含外部汽缸1、4，而第二组包 含内部汽缸2、3。在所示的快照中，第一和第二汽缸1、2的活塞1a、 2a位于下止点处，而第三和第四汽缸3、4的活塞3a、4a位于上止点 处。

应明白的是，尽管示出了4汽缸直列式发动机，但本公开的方法 和系统可以适于改变发动机配置。根据本公开的内燃发动机具有至少 两个汽缸或至少两组汽缸，其中所述两组汽缸中的每组均具有至少一 个汽缸。在该方面，配置为三组并且每组均具有一个汽缸的具有三个 汽缸的内燃发动机或配置为三组并且每组具有两个汽缸的具有六个汽 缸的内燃发动机同样为根据本公开的内燃发动机。三组汽缸可具有不 同的压缩比率ε_i，并且在部分停用的背景下连续地激活和停用。因此， 进一步优化了部分停用。汽缸组可还包含不同数量的汽缸。

在本公开中，两组汽缸的特征在于不同的压缩比率，其中第一组 的汽缸1、4具有压缩比率ε₁，而第二组的汽缸2、3具有压缩比率ε₂， 其中ε₂<ε₁。

本文中，第二组的汽缸2、3形成为可激活的汽缸2、3，其在未 及预定义的负荷时，在部分负荷操作中被停用。结果，保持操作的第 一组的汽缸1、4的负荷需求增加，并且需要在进气系统中提供节流阀 瓣以用于负荷控制，该节流阀瓣被更大程度地打开，以便将更大的增 压空气质量引入所述汽缸1、4，以便满足负荷需求。结果是在部分负 荷操作中对内燃发动机去节流。

在图1所示实施例中，两组汽缸另外具有不同的汽缸容积。第一 组的汽缸1、4具有较小的汽缸容积V₁，而第二组的汽缸2、3具有较 大的汽缸容积V₂，以便以下适用V₂>V₁。

这额外地支持在部分负荷操作中对内燃发动机的去节流效应。作 为持久性操作的第一组的汽缸1、4的相对小的汽缸容积V₁的结果， 在部分停用的情况下，节流阀瓣必须在已处于非常低负荷的情况下进 一步打开或完全打开，以便将增压空气引入汽缸1、4。应明白的是， 尽管图2示出了具有不同的汽缸容积的两组汽缸，但在另一个实施例 中，两组汽缸可具有相同的汽缸容积，但是压缩比率不同。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中第一组的至少一个汽缸具 有压缩比率ε₁，而第二组的至少一个汽缸具有压缩比率ε₂，其中ε₂+1 <ε₁。

内燃发动机的实施例同样是有利的，其中第一组的至少一个汽缸 具有压缩比率ε₁，而第二组的至少一个汽缸具有压缩比率ε₂，其中ε₂ +1.5<ε₁。

内燃发动机的实施例同样是有利的，其中第一组的至少一个汽缸 具有压缩比率ε₁，而第二组的至少一个汽缸具有压缩比率ε₂，其中ε₂ +2<ε₁。

然而，上述三个实施例关注两组汽缸之间的压缩比率中的相对差， 以下实施例涉及两组的绝对压缩比率。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中第二组的至少一个汽缸具 有压缩比率ε₂，其中9<ε₂<11。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中第一组的至少一个汽缸具 有压缩比率ε₁，其中11.5<ε₁<14.5。

所述汽缸组可以相对于其他操作参数或设计特征而彼此不同，例如 相对于冷却布置、燃烧处理、进气管、出气管、喷射喷嘴和/或点火装置。

此外，如图2所示，两组汽缸中的汽缸可以具有不同的容积。第一 组的至少一个汽缸可具有汽缸容积V₁，而第二组的至少一个汽缸可具有 汽缸容积V₂，其中V₂>V₁。

反过来，供应的具有不同汽缸容积V_i的两组汽缸用于优化部分负 荷操作中的部分停用。为此，具体地除了不同的压缩比率ε_i之外，还 考虑了内燃发动机或汽缸的结构特征，也就是说汽缸容积V_i。

持久性操作的第一组的汽缸可具有较小的，优选相当小的汽缸容 积V₁，以便在部分停用的情况中，节流阀瓣能够被进一步或完全打开， 以便已经在较低的部分负荷范围内将增压空气引入所述汽缸中，由此， 在较低的部分负荷范围内，已经实现了对内燃发动机的充分的去节流 效应。

然后，在部分停用的情况中，持久性操作的第一组汽缸在内燃发 动机的较低的部分负荷范围内，已经在相对高的负荷下操作，所述相 对高的负荷的特征在于低的燃料消耗率。结果，内燃发动机在较低的 部分负荷范围内具有明显的较高的效率η。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中第一组的至少一个汽缸具 有汽缸容积V₁，而第二组的至少一个汽缸具有汽缸容积V₂，其中1·V₁ <V₂<2·V₁。

内燃发动机的实施例会是有利的，其中第一组的至少一个汽缸具 有汽缸容积V₁，而第二组的至少一个汽缸具有汽缸容积V₂，其中1.3·V₁ <V₂<2·V₁。

在本实例中，持久性操作的第一组汽缸具有较高的压缩比率ε₁， 以便在部分负荷操作中，所述汽缸具有明显较高的效率η，尤其是比 所述汽缸具有可激活的汽缸的较低的压缩比率ε₂时更高的效率。在此， 可考虑效率η与压缩比率ε_i或多或少相关，也就是说，效率η通常在 相对高的压缩比率ε_i的情况下更高，而通常在相对低的压缩比率ε_i的 情况下更低。然而，这种基本关系能够破坏非常高的压缩比率，因为 然后漏气剧烈地增加，这对效率具有反作用。

不同的压缩比率ε_i是针对不同操作或负荷范围的汽缸组的配置的 结果。而持久性操作的汽缸经配置用于内燃发动机的部分负荷操作， 可激活的汽缸组经配置用于较高、高和最大负荷。

持久性操作的第一组汽缸可被提供较高的压缩比率ε_i，并且因此 经配置用于内燃发动机的被优化的部分负荷操作，因为在所述负荷范 围内不期望增大的爆震趋势。相反，可激活的汽缸，也就是，在不断 增加的负荷需求的情况中被激活的汽缸，经配置用于高负荷。根据本 公开，所述汽缸应该被提供相对低的压缩比率，因为爆震趋势随着压 缩比率以及不断增加的负荷而增加。尽管这降低了所述汽缸组的效率， 但是其提供了抵抗高负荷下的爆震的安全性，其中所述汽缸主要在高 负荷下使用。

如上所述，还呈现出根据本公开的内燃发动机在部分负荷操作中 以及同样在较高负荷的范围内具有增加的效率η，因为具有较高的压 缩比率ε₁的持久性操作的汽缸还能够在所述负荷范围内操作，并且促 进内燃发动机的更高的整体效率。

持久性操作的汽缸由于较高的压缩比率ε₁的增加的爆震趋势通过 选择合适的操作参数可被允许用于相对高的负荷，例如通过相应地选 择的空气比率λ₁，其还可以但并非强制性地偏离可激活的汽缸的空气 比率λ₂。

现在参考图3，示出了根据本公开的用于操作发动机的方法300。 当发动机以第一组汽缸操作时，所述方法开始。本方法开始于302， 其中评估发动机操作参数。这些参数包括空气燃料比、发动机转速、 扭矩、负荷等等。在304处，确定发动机负荷是否未及第一预定义的 阈值T_down的目标。预定义的阈值基于这样的负荷，即其可通过第一组 发动机汽缸被保持。可以通过第一组汽缸的压缩比率和汽缸容积确定 第一组汽缸的可用输出。如果未及第一预定义的阈值（是），则第二 组汽缸停用，或维持不启动，直到达到第一预定义的阈值。汽缸的停 用可包含禁止燃料喷射和/或禁止火花点火。方法变体可以是有利的， 其中当未及预定义的负荷T_down并且当前负荷保持低于所述预定义的 负荷T_down达预定义的时间周期Δt₁时，第二组的至少一个汽缸停用。

在304处，如果达到了第一预定义的阈值（否），则本方法前进 至306。在308，确定是否超过了第二预定义的阈值。该第二预定义的 阈值可以是这样的阈值，即高于该阈值，第一组发动机汽缸不足以单 独为发动机提供动力。第二阈值可包含最大负荷的百分比，例如最大 负荷的70%。如果未超过第二预定义的阈值，则本方法返回。

在308处，如果超过了第二预定义的阈值T_up（是），则激活第二 组汽缸。第二组汽缸中的汽缸具有较小的压缩比率。本文描述了至少 两组汽缸之间的差异，并且在图4中将其制成表格。

本方法的实施例可以是有利的，其中被停用的汽缸的燃料供应和/ 或被停用的汽缸的火花点火被停用。

因此，对应于正被讨论的方法变体是尤为有利的，如果在部分负 荷操作中的部分停用的情况下停止至内燃发动机的被停用的汽缸的燃 料供应，则由此所述汽缸可靠地退出操作。以这种方式，还防止出现 这样的情况，其中引入的燃料，即使在不存在火花点火的情况下，也 不期望自动点火，这是由于燃烧室内壁或汽缸内残留的燃烧气体的高 温所致。

本文中，进气增压空气如之前一样能够流经被停用的汽缸，其中 由于无燃料引入的事实，未提供易燃或可点火的燃料/空气混合物，并 且由此即使在开始点火火花的情况下，在所述汽缸内也没有点火和燃 烧发生。

在部分停用期间，被停用的汽缸基本不会促进内燃发动机的功率 输出。如果增压空气供应未被切断，而是被维持，则供应至被停用的 汽缸的空气继续参与四个工作冲程：进气、压缩、膨胀和排气，以便 被停用的汽缸不会输出任何功率。并且具有无火花和/或无喷射的燃 料，但是同样地，在所述汽缸内可执行对增压交换的做功，这降低了 效率，也就是说，是热力学缺陷。因此，方法变体将是有利的，其中 除了燃料和火花被停用之外，例如还通过停用所述汽缸的汽缸气门而 停止供应至被停用的汽缸的空气。

所述方法的实施例可以是有利的，其中被停用的汽缸的火花点火 被停用。

如上已被进一步讨论的，在严格意义上，汽缸可以仅通过燃料供 应的停用而被停用，因为在不存在燃料引入的情况下，不形成能够通 过开始点火火花而被点燃和燃烧的可点火的燃料/空气混合物。

然而，即使燃料供应被停用，尤为有利的是汽缸通过停用火花点 火而被停用，或是停用已被停用的汽缸的火花点火，并且由此可靠地 防止例如保持在汽缸内的残留气体的不期望的点火。

分别为未及和超过而预定义的阈值负荷T_down和T_up可以是相等幅 值的，但是也可以是幅值不同的。

如果负荷短暂地下落至低于预定义的负荷T_down，然后再次上升， 或围绕负荷T_down的预定义值波动，而不存在未及正当的或必须的部分 停用，则针对第二组汽缸的停用也就是说部分停用的额外条件的引入 是意图防止过为频繁的激活和停用，尤其是部分停用。

由于这些原因，方法变体同样是有利的，其中当超过预定义的负 荷T_up，并且当前负荷始终高于所述预定义的负荷T_up达预定义的时间 周期Δt₂时，激活第二组汽缸中的至少一个汽缸。

本方法的实施例可以是有利的，其中预定义的负荷T_down和/或T_up 取决于内燃发动机的旋转速度n。

然后存在一个特定负荷，在未及该特定负荷之后，第二组的至少 一个汽缸无论旋转速度如何均被停用。作为替代地，随后是基于旋转 速度的方法，并且定义了在特征图中的部分负荷范围，其中执行部分 停用。

基本上能够将内燃发动机的进一步的参数作为部分停用的标准， 例如内燃发动机冷起动后的发动机温度或冷却剂温度。

现在转向图4，描述了两个不同的汽缸组的汽缸可以不同的方式。 第一组汽缸不同于第二组汽缸在于第一组具有较高的压缩比率并且被 维持启动。第二组汽缸具有较低的压缩比率并且是可激活的，以便汽 缸的部分负荷可被停用以便提高效率。包括压缩比率和空气比率的其 他可能的差异用虚线强调，因为这些特征可基于操作参数或在可替换 的实施例中变化。以下描述了汽缸组之间的空气比率的差异。

所述方法的实施例可以是有利的，其中至少两组汽缸中的汽缸在 至少一个负荷范围内以不同的空气比率λ操作，第一组的至少一个汽 缸以较小的空气比率λ₁操作，并且第二组中的至少一个汽缸以较大的 空气比率λ₂>λ₁操作。

所述方法的实施例可以是有利的，其中对于高负荷T_high降低了至 少一个汽缸组的空气比率λ，高负荷T_high是这样的负荷，其在当前旋 转速度n下占最大负荷T_max,n的70%或更多。

为了可靠地防止爆震燃烧，如果存在增大的爆震趋势，也就是说 尤其是处于高负荷和高温度下，则可使用富（λ<1）。这在具有较高 压缩比率ε₁的汽缸内尤其有用。此处，使用同样被加热和汽化的过量 燃料，将喷射比实际能够与被提供的空气量一起燃烧的燃料量更多的 燃料，以便汽缸内的温度下降。在与能量相关的方面，尤其是关于内 燃发动机的燃料消耗和关于污染物排放，所述方法被充分认为是不利 的，但是是权宜的或可容许的，以便防止爆震和保护组件。

本文中，本方法的实施例可以是有利的，其中通过增加被喷射的 燃料量而降低空气比率λ。

基本上还可降低空气比率λ，以便降低所提供的空气质量。然而， 该方法的缺陷是空气质量的降低与功率的损耗有关，其不合原理。因 此，优选的是按照正在讨论的实施例通过增加被喷射的燃料量来降低 空气比率λ。

在具有直接喷射的发动机的情况中，所述喷射器单独地由发动机 控制器控制，并且通过被喷射的燃料量来设定空气比率λ。为了设置 所供应的空气量以及因此设置负荷，在进气系统中提供了节流阀瓣， 其同样由发动机控制器控制和/或调节。

结果，同样可行而没有问题的是以不同的空气比率操作汽缸或汽 缸组。

本方法的实施例可以是有利的，其中按化学计量操作第二组的至 少一个汽缸。

按化学计量操作相对于排气后处理和三元催化转换器的使用具有 相当大优势，其近似地运用了发动机的化学计量操作（λ≈1）。在该 情况中，此处具有相关性的整体空气比率是通过被供应至内燃发动机 的整个汽缸的增压空气质量和燃料量确定的，使得甚至第一组汽缸的 轻微的富操作也不会对三元催化转换器的操作不利。本方法的实施例 可以是有利的，其中以设定整体空气比率λ_ges≈1的方式操作汽缸。

提供的用于内燃发动机的系统包含，至少两个汽缸，其中至少两 个汽缸构成至少两组，其中每组包含至少一个汽缸，至少一组的至少 一个汽缸形成这样的汽缸，即其能够以依赖负荷的方式被激活，以及 在未及预定义负荷的情况下被停用。至少两组的特征在于不同的压缩 比率，第一组的至少一个汽缸具有较高的压缩比率，而第二组的至少 一个汽缸具有较低的压缩比率；以及第二组的至少一个汽缸包含可激 活的汽缸。在部分负荷期间，第一汽缸组的使用和第二汽缸组的停用 增加了发动机效率和燃料经济性。

在一个例子中，本文描述了发动机例如四汽缸发动机的操作方法。 所述方法包括：与通过较小汽缸孔产生的具有第二压缩比率的外部汽 缸相比，操作通过较大汽缸孔产生的具有第一压缩比率的内部汽缸。 四个汽缸的每个可被耦接至共用凸轮轴，并且形成于共用汽缸体内， 汽缸按直列式放置，并且具有经共用凸轮轴操作的汽缸气门。在四冲 程燃烧循环中，汽缸可具有1-3-4-2的点燃顺序，通用凸轮轴的两次旋 转使每个汽缸点燃一次，并且所有汽缸均匀点燃的情况仅有一次。所 述方法可进一步包括在负荷高于阈值时仅停用一个汽缸组，以及在负 荷低于阈值时，维持两组启动，在不同的发动机转速下调节阈值为不 同。例如，在较高发动机转速下，可减少负荷阈值。四个汽缸中的每 个均可具有共用（最大）的活塞冲程长度。

应明白，本文所公开的配置和方法实质上是示例性的，并且这些 特定实施例不应被视作具有限制意义，因为多种变体是可行的。例如， 上述技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12，对置4缸和其他发动机 类型。本公开要求保护的主题包括本文公开的不同系统和配置的所有 新颖和非显而易见的组合和子组合、以及其他特征、功能和/或特性。

下列权利要求特别指出被视为是新颖和非显而易见的特定组合和 子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或其等效 物。此类权利要求应理解成包括一个或更多此类元件的结合，既不要 求也不排除两个或更多此类元件。公开的特征、功能、元件和/或特性 的其他组合和子组合可通过本权利要求的修改或经过在本申请或相关 申请中提交的新权利要求而要求保护。此类权利要求，无论比原始权 利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被视作包括于本发明的主题 内。

Claims (17)

1.一种内燃发动机，包括：

至少两个汽缸，其中所述至少两个汽缸形成至少两组，其中每组包含至少 一个汽缸，至少一组的所述至少一个汽缸形成如下的汽缸，即其能够以依赖负 荷的方式被激活并且在未及预定义的负荷的情况下被停用；

所述至少两组具有不同的压缩比率，第一组的所述至少一个汽缸具有较高 的压缩比率，而第二组的所述至少一个汽缸具有较低的压缩比率，其中所述至 少两组的特征在于不同的汽缸容积，所述第一组的至少一个汽缸具有较小的汽 缸容积，而所述第二组的至少一个汽缸具有较大的汽缸容积；

所述第二组中的至少一个汽缸包括可激活和可停用的汽缸，以及

控制器，用于当未及第一预定义的负荷时，停用所述第二组的至少一个汽 缸，以及当超过第二预定义的负荷持续预定义的时间周期时，激活所述第二组 的至少一个汽缸。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述至少两个汽缸形成两组，其 中每组包括两个汽缸。

3.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述第一组的至少一个汽缸具有 较高的压缩比率，而所述第二组的至少一个汽缸具有较低的压缩比率，其中所 述较高的压缩比率比所述较低的压缩比率加1更大。

4.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述第一组的至少一个汽缸包括 所述较高的压缩比率，而所述第二组的至少一个汽缸包括所述较低的压缩比率， 其中所述较高的压缩比率比所述较低的压缩比率加1.5更大。

5.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述第二组的至少一个汽缸包括 所述较低的压缩比率，其中所述较低的压缩比率在9至11之间。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中所述第一组的至少一个汽缸包括 所述较高的压缩比率，其中所述较高的压缩比率在11.5至14.5之间。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中每个汽缸均配备有火花塞。

8.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中每个汽缸配备有用于直接燃料喷 射的喷射喷嘴。

9.一种用于内燃发动机的操作的方法，包括：

如果未及第一预定义的负荷，则在包括至少两个汽缸，其中所述至少两个 汽缸形成至少两组的发动机中停用第二组汽缸中的至少一个汽缸；

如果超过第二预定义的负荷且当前负荷保持高于所述第二预定义的负荷持 续预定义的时间周期，则激活所述第二组汽缸中的至少一个汽缸，其中第一组 和第二组汽缸具有不同的压缩比率；以及

在至少一个负荷范围中以不同的空气比率操作所述至少两组汽缸，其中使 用较小的空气比率操作所述第一组的至少一个汽缸，而使用较大的空气比率操 作所述第二组的所述至少一个汽缸。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一预定义的负荷和所述第二预 定义的负荷均取决于所述内燃发动机的旋转速度。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括对于高负荷，降低至少一个汽缸组 的所述空气比率，高负荷是在当前旋转速度下占最大负荷的70％或更多的负荷。

12.根据权利要求11所述的方法，其中通过增加被喷射的燃料量而降低所述 空气比率。

13.根据权利要求9所述的方法，其中按化学计量操作所述第二组的至少一 个汽缸。

14.根据权利要求9所述的方法，其中停用所述第二组汽缸中的所述至少一 个汽缸包括停用燃料供应和火花点火。

15.一种内燃发动机系统，包括：

第一组汽缸，其包括四汽缸发动机中的两个汽缸；

第二组汽缸，其包括所述发动机中不同于所述第一组汽缸的两个汽缸；

其中，

所述第一组汽缸具有比所述第二组汽缸更高的压缩比率；

所述第二组汽缸在超过预定义的负荷持续预定义的时间周期时被激活；以 及

所述第一组汽缸和第二组汽缸具有不同的汽缸容积，其中所述第一组汽缸 具有较小的汽缸容积，而所述第二组汽缸具有较大的汽缸容积。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括对于所述第一组和第二组汽缸不同 的空气比率，其中所述第一组汽缸在较小的空气比率下操作，而所述第二组汽 缸在较高的空气比率下操作。

17.根据权利要求15所述的系统，其中高负荷是大于给定发动机转速的最大 负荷的70％的负荷，而低负荷是小于给定发动机转速的最大负荷的30％的负荷。