CN104040152A - 用于切断和激活内燃机气缸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制器和一种用于切断和/或激活具有多个气缸的内燃机的一个气缸的方法，其中，对该气缸的切断和激活基本上扭矩中性地实现，且基本上不会增加燃油消耗。优选无需把点火调节得晚些。

Description

用于切断和激活内燃机气缸的方法
本发明涉及一种根据权利要求1的用于切断内燃机气缸的方法、一种根据权利要求7的用于激活内燃机的被切断的气缸的方法和一种根据权利要求12的用于实施所述方法的控制器。
在现有技术中由DE 103 06 794 B4已知用于以气缸切断的方式控制多气缸内燃机的方法以及控制系统。内燃机按照四冲程循环进行工作，并设有点火时刻控制件和燃油喷射件，其中设有至少一个可切断的气缸和保持激活的气缸，其中每个气缸都具有活塞、出口阀和至少一个进口阀，且分别具有用于进口阀和出口阀的靠凸轮轴驱动的调节件，以及设有用于气缸的通过节流阀受控的空气吸入系统。在第一种运行模式下，两个气缸激活，而在第二种运行模式下，把可切断的气缸切断，在从第一种运行模式过渡至第二种运行模式时，执行如下步骤：把针对可切断的气缸的进口阀的关闭和打开调节得晚些，使得在过渡期间打开和关闭相距活塞上止点位置的距离大约相等，以便减小摩擦损失和泵损失；节流阀开口增大，以便提高保持激活的气缸的扭矩；把针对保持激活的气缸的凸轮轴传动调节得早些，以便在过渡期间提高保持激活的气缸的扭矩，而同时把针对可切断的气缸的凸轮轴传动和点火时刻调节得晚些，以便减小可切断的气缸的扭矩，然后把可切断的气缸的出口阀、燃油喷射喷嘴和火花塞切断。
本发明的目的在于，提出一种用于切断内燃机气缸的改进的方法和一种用于激活内燃机的被切断的气缸的改进的方法。
本发明的目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求7的方法和根据权利要求12的控制器得以实现。本发明的其它有利的实施方式在从属权利要求中给出。
所述方法的一个优点在于，这些方法是油耗优化的和有害物优化的。避免点火被调节得晚些并恰当地调整进口阀的打开时间，这样就能实现此点。
根据另一实施方式，进口阀的打开时间通过对凸轮轴的调节来实现，该凸轮轴操纵进口阀。由此采用了一种用来实现进口阀的精确打开时间的简单而可靠的技术。
根据另一实施方式，为了调整吸入的压缩空气量，改变进口阀的关闭时间。由此选择了一种简单的方式，以便精确地确定压缩的空气量。
根据另一实施方式，在被切断的气缸的虚拟的进气阶段期间，把凸轮轴从晚些位置朝向早些的方向调节至正常位置。由于对凸轮轴的调节在被切断的气缸的虚拟的进气阶段期间进行，所以对激活的气缸的燃烧影响小，从而既不会引起并非所愿的扭矩波动，也不会引起排气恶化。
优选在待切断的气缸的另一发动机循环之后才进行气缸切断。通过这种方式有足够的时间用来调整进气区域中的压力并相应地调节激活的气缸的进口阀的打开时间。此外，可以在被切断的气缸的未激活的第一进气阶段使得凸轮轴朝向正常位置复位。
用于激活被切断的气缸的方法具有如下优点：能节省燃油地实现激活，而不会增加废气。其实现方式为，使得在气缸的进气区域中的压力适配于较低的目标压力，其中，对激活的气缸的进口阀的打开时间进行适当调整，使得在待激活的气缸被再次激活之前在进气区域中的压力的改变对压缩的空气量的影响得到消除。在激活气缸之前达到所希望的目标压力。
根据一种实施方式，通过凸轮轴来操纵进口阀，其中，通过对凸轮轴的调节来调节进口阀的打开时间。在把被切断的气缸激活之前，适当地调节凸轮轴，使得在进气区域中的变化的压力对相应气缸的压缩的空气量的影响得到消除。
优选改变进口阀的关闭时间，用来调整压缩的空气量。
根据另一实施方式，在被切断的气缸的虚拟的进气阶段期间开始调节凸轮轴。为例消除进气区域中的压力变化，优选从正常位置朝向进口阀晚些关闭的方向调节凸轮轴，然后又朝向正常位置的方向往回调节凸轮轴，以便按照所希望的扭矩来调整被各个气缸压缩的空气量。
优选在一个发动机循环内在切断或者激活气缸时实现对进气区域中的压力的调整。
下面参照附图详述本发明。其中：
图1为内燃机的示意图；
图2为关于扭矩、进气管压力、凸轮轴移位和在气缸切断期间吸入气缸中的空气量的曲线图；和
图3为关于扭矩、进气管压力、凸轮轴移位、气缸中用于气缸激活的吸入空气量的曲线图。
图1所示为内燃机25的局部示意图，其带有气缸1、可在气缸1中移动的活塞2，该活塞通过连杆3与曲轴4连接。在活塞2上方，在气缸1中形成燃烧室5，该燃烧室通过进口阀6与进气区域7连通。此外，在进气区域7中设有节流阀8，该节流阀与伺服电机9连接。伺服电机9通过控制线路10与控制器11连接。根据利用控制器11进行的控制，伺服电机9调节节流阀8的相应位置，进而控制空气流入到进气区域7中。此外，可以通过对节流阀8的相应调节来改变进气区域7中的压力。还设置有喷射阀12，其要么如所示那样把燃油喷入到进气区域7中，要么直接将燃油喷入到燃烧室5中。
另外设置有火花塞13，其伸入到燃烧室5中。进口阀6通过作为阀门传动件的凸轮轴14被控制。凸轮轴14按如下方式来构造：使得凸轮轴的相位即凸轮轴的旋转位置能够改变，以便独立于凸轮轴14的形状来改变进口阀6的打开时间。为此设置有相应的相位控制件15，其与凸轮轴14连接。相位控制件15通过另一控制导线16与控制器11连接。控制器11还具有其它控制导线，利用这些控制导线来控制通过喷射阀12进行的喷射和通过火花塞13进行的点火。
为了将气缸去激活，例如在相位可调的凸轮轴14与第一气缸1的进口阀6之间设置有可以被去激活的传递部件。这例如可以是传递杆和/或带有可移动活塞的压力腔，其中杆的位置可以采用如下方式来改变：可以在凸轮轴与进口阀之间不发生力作用，或者在凸轮轴与压力腔之间不发生力作用。为此通过泵系统/阀系统来改变压力腔中的压力。
在气缸1的气缸头中还设置有出口阀18，通过该出口阀可以使得燃烧室5与排气道19连接。为了操纵出口阀18，设置有第二凸轮轴20，其优选也被设计成能借助相位控制件15来改变相位。根据所选的实施方式，第二凸轮轴20也可以被设计成无可改变的相位控制。
在图1中以方框的形式示意性地示出第二、第三和第四气缸22、23、24，它们类似于第一气缸1地设计，且通过进口阀与进气区域7连接，通过出口阀与排气道19连接。其它气缸22、23、24的进口阀也可通过凸轮轴14来控制。其它气缸22、23、24的出口阀可通过第二凸轮轴20来控制。在所示实施例中，节流阀8设置在气缸1、22、23、24的进气区域的前面，且可以被设置用来在调节气缸1、22、23、24的进气区域中的压力。
代替借助相位可调的凸轮轴对进口阀进行的控制，也可以采用任何形式的阀门传动件，借此能改变进口阀的打开时间，特别是进口阀的关闭时间。例如可以为进口阀采用电磁的阀门传动件，或者特别是受凸轮轴操纵的液压的阀门传动件。对进口阀打开时间的控制由控制器11根据内燃机25的运行参数和驾驶员意愿来计算和调节。
内燃机25可以按照第一种运行模式工作，在这种模式下，所有气缸1、22、23、24都激活，燃油燃烧，输出扭矩。内燃机25还可以按照第二种运行模式工作，据此，至少一个气缸被切断且不进行燃油燃烧。切断气缸具有燃油消耗少的优点。当内燃机25即使气缸被切断也能提供驾驶员所期望的扭矩时可以采用第二种运行模式。此外，当内燃机进气区域中的吸入空气节流损失小时，亦即当发动机高负荷工作时，内燃机效率提高。当切断气缸之后，在相同条件下，进气区域中的压力提高，从而空气进口处的节流损失较小。
据下述方法，油耗优化地且排气优化地从第一种运行模式过渡至第二种运行模式，反之亦然。采用所述方法还能实现扭矩中性地改变运行模式。
图2所示为四个气缸1、22、23、24的进气冲程的关于曲轴角度KW绘制的示意性曲线图。曲轴角度针对一个发动机循环被分成0°-720°。在720°的曲轴角度内，气缸历经四冲程发动机的所有四个冲程。此外，关于曲轴角度KW绘出了扭矩31、进气压力32、凸轮轴位置33和在相应气缸中压缩的空气量34。图2中在0°曲轴角度之前的区域示出了第一气缸的进气冲程。经过0°的曲轴角度之后便开始第三气缸的进气冲程，其一直达到180°的曲轴角度。在180°的曲轴角度与360°的曲轴角度之间是第二气缸的进气冲程。在360°的曲轴角度与540°的曲轴角度之间是第四气缸的进气冲程。在540°的曲轴角度与720°的曲轴角度之间是去激活的第一气缸的虚拟的进气冲程。从720°的曲轴角度起又开始一个新的发动机循环，其带有第三气缸的又达到180°曲轴角度的进气冲程。该曲线图表明了在0°KW之前的时间点以前的情况，此时内燃机25处于令所有气缸都激活的第一种运行模式下。如果控制器11现在根据预定的极限值判定内燃机25以数量减少的气缸运行，即第一气缸被切断，则优选在不改变的情况下进行要被切断的第一气缸（当前情况下为第一气缸1）的后续的另一个进气冲程。该另一个进气冲程相应于0°KW之前的180°KW的范围。
在第一气缸1的进口阀关闭之后就开始了过渡阶段。在所述范例中，过渡阶段持续720°KW，即一个发动机循环。在所示曲线图中，过渡阶段的开始相应于曲轴角度0°。从0°KW起，通过对节流阀8的位置的改变来使得进气区域7中的压力32朝向目标压力改变。该目标压力相应于进气区域中的如下压力：在条件不变的情况下，内燃机的三个气缸以该压力提供相同的扭矩。为此朝向目标压力提高压力32。朝向目标压力进行的提高最晚应在被切断的第一气缸之后的那个气缸开始进气阶段时结束。这在本例中是720°曲轴角度的时刻。优选至少在被切断的第一气缸再次历经虚拟的进气冲程之前就已经结束对压力32的调整。这在本实施例中处于约540°的曲轴角度。过渡阶段在曲轴角度为0°时开始，其中既由控制器11提高进气压力32，又使得凸轮轴的位置33从正常位置朝向令进口阀晚些关闭的方向移动。这种调整的目标在于，一方面提高进气区域中的压力32，另一方面使得由各个气缸压缩的空气量34保持恒定。
在所述范例中，在曲轴角度为418°时达到目标压力。此外，优选在达到目标压力之后不再对凸轮轴进行后续的晚些调节。这是可行的，因为对凸轮轴的调节可以进行得比对压力32的调整更为快速。在曲轴角度为418°时，第四气缸24处于进气冲程中。第一气缸1通过相应的控制被去激活，从而第一气缸1最晚从540°的曲轴角度起就不再进行进气，此时是第一气缸1的下一个进气冲程。优选也将第一气缸1的出口阀去激活。
第一气缸1的虚拟进气冲程处于540°的曲轴角度（KW）和720°的曲轴角度的范围内，在此期间，凸轮轴朝向正常位置复位。在该时间段内，内燃机无其它进口阀打开。凸轮轴的复位因而可以在不影响气缸进气阶段的情况下进行。接下来，无论进气压力32还是压缩后的空气量34，都相应于对于所希望的扭矩来说必需的值。因此，过渡阶段最晚在曲轴角度为720°时结束，此时开始在被切断的第一气缸之后的第三气缸的进气冲程。为了仅用三个气缸便产生与四个气缸相同的扭矩，利用进气区域中的较高的压力32由每个激活的气缸来压缩较大的空气量。此外，采用相应的方式，通过对进口阀的相应控制由控制器来调整喷射的燃油量。由此从720°的曲轴角度起便开始内燃机25的第二种运行模式，此时只有三个气缸参与燃烧和扭矩产生。根据所选的实施方式，采用所述方法也可以切断多于一个的气缸。此外，该方法也可以应用于具有多于或少于四个的气缸的内燃机。参照图2所述的方法相应的情况是，驾驶员所希望的扭矩未改变，内燃机的其它运行参数也未改变，这些参数会导致扭矩改变。
根据所选实施方式，在某一时刻，在进气区域中产生目标压力且凸轮轴又达到正常位置，该时刻优选在处于被切断的气缸之后的那个气缸的进气冲程之前达到。
图3借助另一曲线图示出用于激活被切断的第一气缸1的方法。在该曲线图中，关于曲轴角度KW示出内燃机的扭矩31、进气区域7中的进气压力32、凸轮轴的位置33和每个气缸所压缩的空气量34。在图3中示出在0°的曲轴角度之前第四气缸的进气阶段。在0°与180°的曲轴角度之间是第一气缸的进气冲程，在180°的曲轴角度与360°的曲轴角度之间是第三气缸的进气冲程，在360°的曲轴角度与540°的曲轴角度之间是第二气缸的进气冲程，在540°的曲轴角度与720°的曲轴角度之间是第四气缸的进气冲程。从720°的曲轴角度起开始一个新的发动机循环。内燃机25在第二种运行模式下处于0°KW，此时第一气缸1被切断而不参与燃烧。此外，针对所提及的气缸对这些气缸的进气冲程予以介绍。
现在，控制器根据预定的参数例如在第四气缸24的进气冲程期间判定第一气缸1应予以再次激活，从而进气区域7中的压力32即进气压力通过对节流阀8的位置的相应改变而朝向一个新的目标压力下降。对节流阀位置的改变优选在判定再次激活第一气缸之后立即进行，例如在曲轴角度为0°时改变。由此在曲轴角度为0°时开始过渡阶段。但由于随后的进气冲程隶属于被去激活的第一气缸1，因此进气压力并不立即改变。随着第三气缸23的进气冲程开始，从180°的曲轴角度起，进气管压力32才通过第三气缸23的进气而下降。
此外，优选从被切断的第一气缸的虚拟的进气冲程起，即在曲轴角度为0°的时刻，对凸轮轴14进行晚些调节。这有利于根据目标压力来调整由气缸吸入的压缩空气量34。根据进气压力32的变化，需要在过渡阶段期间把进口阀6的凸轮轴14的位置33又引回至正常位置。在所示实施例中，在曲轴角度360°和560°之间就是这种情况。重要的是，在又被激活的第一气缸1的被激活的第一进气冲程之前达到过渡区域，即进气区域中的压力32（进气管压力）适配于目标压力。在所示实施例中，过渡阶段在曲轴角度为680°时结束。
从720°KW起开始第一种运行模式。从720°或0°的曲轴角度起开始被重新接通的第一气缸1的第一进气冲程。

Claims (12)

1. 一种用于切断具有多个气缸的内燃机的一个气缸的方法，
- 其中，为了准备切断气缸，根据较高的目标压力来调整气缸进气区域中的压力，其中，该目标压力等于在切断气缸之后应在进气区域中产生的压力，以便压缩所希望的空气量，以便能够输出所希望的扭矩，
- 其中，在调整进气区域中的压力期间，适当地对气缸的进口阀的打开时间进行调节，使得与所希望的扭矩相应的空气量被吸入到气缸中并被压缩，
- 其中，在达到目标压力之后切断一个气缸，
- 其中，在切断该气缸之后，对其它气缸的进口阀的打开时间进行适当调节，从而输出所希望的扭矩。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，进口阀通过可调节的凸轮轴来操纵，其中，进口阀的打开时间通过对凸轮轴的调节来调节，其中，在被切断的气缸的虚拟的进气阶段期间适当地调整凸轮轴的位置，从而对激活的气缸的进口阀的打开时间予以调节，致使对于输出所希望的扭矩来说所需要的空气量被吸入和压缩。
3. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了确定进口阀的打开时间，改变进口阀的关闭时间。
4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从正常位置朝向进口阀晚些关闭的方向调节凸轮轴，而把进气管压力提高至目标压力。
5. 如权利要求2和3所述的方法，其中，在被切断的气缸的虚拟的进气阶段期间把凸轮轴从进口阀晚些关闭的位置朝向早些的正常位置的方向调节。
6. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在切断气缸之后在扭矩保持相同的情况下压缩气缸中的增多的空气量。
7. 一种用于激活具有多个气缸的内燃机的被切断的气缸的方法，
- 其中，为了准备激活被切断的气缸，根据较低的目标压力来调整气缸进气区域中的压力，其中，该目标压力等于在激活气缸之后应在进气区域中产生的压力，以便吸入并压缩所希望的空气量，以便能够输出所希望的扭矩，
- 其中，在调整压力期间，适当地对激活的气缸的进口阀的打开时间进行调节，从而输出所希望的扭矩，
- 其中，在达到目标压力之后激活被切断的气缸。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，进口阀通过可调节的凸轮轴来操纵，其中，进口阀的打开时间通过对凸轮轴的调节来调节，其中，在激活被切断的气缸之前，适当地调整凸轮轴的位置，从而对激活的气缸的进口阀的打开时间予以调节，致使对于输出所希望的扭矩来说所需要的空气量被吸入和压缩。
9. 如权利要求7或8中任一项所述的方法，其中，为了确定进口阀的打开时间，改变进口阀的关闭时间。
10. 如权利要求7~9中任一项所述的方法，其中，从正常位置朝向进口阀晚些关闭的方向调节凸轮轴，接下来朝向正常位置往回调节凸轮轴，而把进气管压力降低至目标压力，以便尽管进气区域中的压力变化仍将得到与所希望的扭矩相应的被压缩的空气量。
11. 如权利要求7~10中任一项所述的方法，其中，在激活被切断的气缸之后，在扭矩保持相同的情况下压缩气缸中的减少的空气量。
12. 一种控制器，其被设计用于实施根据前述权利要求中任一项的方法。
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