CN107849985A - 具有多个气缸和全可变气门机构的四冲程内燃机在全部气缸运行和部分气缸运行之间效率优化地转换的方法 - Google Patents

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Abstract

根据按照本发明的用于运行四冲程内燃机的方法，该四冲程内燃机具有全可变气门机构和至少一个用于改变进气门的最大气门升程的时间点的相位调节器，在内燃机在全部气缸运行和部分气缸运行之间转换期间，a)在前期转换阶段，在所有气缸上气门升程增大，并且同时借助相位调节器进行调节使最大气门升程的时间点提前，和/或b)在后期转换阶段，至少在转换后继续运转的气缸上气门升程减小，并且同时调节使最大气门升程的时间点错后。

Description

具有多个气缸和全可变气门机构的四冲程内燃机在全部气缸 运行和部分气缸运行之间效率优化地转换的方法
本发明涉及一种用于具有多个气缸和全可变气门机构的四冲程内燃机在全部气缸运行和部分气缸运行之间效率优化地转换的方法。换言之，该四冲程内燃机被设计为，至少一个气缸可以被关闭，并且所述至少一个气缸的进气门升程和排气门升程可以被调节至零位。
由文献DE 10 2012 006 983 A1已知可机械控制的气门机构装置、内燃机以及运行内燃机的方法。在内燃机和方法中，在空转区域中当转矩增大时，全部气缸的进气门应该以相同的、增大的升程高度运行。在空转区域和部分负荷区域之间的过渡区域中，半数气缸的进气门应该以增大的升程高度运行且另外半数气缸的进气门应该以减小的升程高度运行。在部分负荷区域中，半数气缸的进气门应该以增大的升程高度运行并且另外半数气缸的进气门应该以零升程运行。在部分负荷区域和全负荷区域之间的过渡区域中，半数气缸的进气门应该以减小的升程高度运行并且另外半数气缸的进气门应该以增大的升程高度运行。在全负荷区域中，全部气缸的全部进气门应该以相同的、增大的升程高度运行。文献DE 10 2012 006 983 A1未考虑进气门的关闭时间点和/或点火时间点可能发生的变化。
论文“机械式全可变气门机构和点火关闭”公布在“MTZ-发动机技术杂志”的第04/2013期的第334至341页上，该论文可以在互联网上在网址http:// www.springerprofessional.de/mechanisch-vollvariabler-ventiltrieb-und-zyli nderabschaltung/4049996.html下载，在该论文中，介绍了使四缸内燃机从四缸运行转换至两缸运行的方法，根据该方法开始处于未使用节气门的四缸运行中，随后在使用节气门的情况下，为了限制气缸转换和避免负荷跳跃而进行气门升程调节，并且在此将点火角朝向燃烧重心的最优位置调整。在转换的较晚的时间点，也就是说，尚在达到向两个气缸的燃油喷射被关闭的时间点之前，由于重新打开节气门和调节点火角错后产生转矩余量。在燃油喷射关闭时，应同时调节使点火角提前，以便避免转矩跳跃。接着应通过调节轴的转动首先关闭排气门并且随后关闭进气门。随后应通过进气调节轴的进一步转动不依赖节气门地调节负荷点。
本发明所要解决的技术问题在于，通过一种用于运行具有多个气缸和全可变气门机构的四冲程内燃机的方法，借此能够提高在全部气缸运行和部分气缸运行之间的转换期间的效率。
所述技术问题按照本发明通过具有权利要求1的技术特征的方法解决。另外的实践实施例和本发明的优点在从属权利要求中描述。
按照本发明的方法涉及四冲程内燃机的运行，所述四冲程内燃机具有多个气缸、全可变气门机构和至少一个用于改变进气门的最大气门升程的时间点的相位调节器。全可变气门机构应理解为，气门可以至少部分地在零位(气门在循环期间保持关闭)和最大升程位置(气门在循环期间以最大行程打开)之间优选连续地调节，从而气门的每个任意升程都可以在零位和最大升程位置之间调节。在此，所述内燃机设计为，能够在全部气缸运行和部分气缸运行之间转换，其中，在部分气缸运行中，至少一个气缸被关闭并且为此该气缸的气门(尤其进气门、优选进气门和排气门)移动到零位，并且其余的气缸继续运行。“全部气缸运行和部分气缸运行之间的转换”的表述意思是，内燃机可以朝两个方向调节，也就是说，从所有气缸运行的全部气缸运行模式转换到至少一个气缸关闭的部分气缸运行模式，反之亦然，也就是说，从部分气缸运行模式转换至全部气缸运行模式。根据按照本发明的方法，当在全部气缸运行和部分气缸运行之间进行转换时，所有气缸的进气门的气门升程暂时调节至最大升程，其中，当内燃机在全部气缸运行和部分气缸运行之间进行转换时，
a)在前期转换阶段，在所有气缸上气门升程增大(优选在整个前期转换阶段期间增大至最大升程位置)，并且同时借助相位调节器进行调节使最大气门升程的时间点提前，和/或
b)在后期转换阶段，至少在转换后继续运转的气缸上气门升程减小，并且同时调节使最大气门升程的时间点错后。
最大气门升程意味着，气门升程的分别在一个循环内出现的最大值并且由此循环内的(局部)最大值。该气门升程可以小于(绝对地看)最大可调节的气门升程(最大升程)。全部气门的进气门在转换期间暂时调节至最大升程位置，该表述已表明，按照本发明的方法尤其设计用于以下这种内燃机，其中借助正时轴和在该正时轴上构造的正时轮廓可机械式地调节气门升程。通常在这种内燃机中，用于在全部气缸运行和部分气缸运行之间转换的唯一技术上有意义的解决方案在于，全部进气门移动经过最大升程位置，以便实现一个气缸关闭或者多个气缸关闭和在所属的气门上调节零位，或在关闭的气缸重新运转时撤销该关闭。为此，细节还要在附图说明中深入探讨。按照本发明的方法以通过模拟计算和试验获得的知识为基础，从而可以通过根据方法特征a)和b)同时改变气门升程和气门升程的最大值的时间点，以实现高效的燃烧。
在此有利的是，在权利要求1的方法步骤a)之后和/或方法步骤b)之前，在气门升程、尤其最大升程恒定的中期转换阶段期间，至少在转换后继续运转的气缸上调整额定“进气关闭”时间点。这样的调整可以尤其借助内燃机的相位调节器实施。如果分别同时调节全部进气门，则实现内燃机特别简单的结构。
所述转换阶段持续多个分别为曲轴转角720°(CA)的发动机循环，并且如此控制所述相位调节器，使得在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间在一个循环内流入的空气量在容许范围内保持恒定，由此在实施按照本发明的方法时得到特别好的结果。在各个转换阶段期间，气缸内部的空气量的+/-10％、优选+/-5％、进一步优选+/-4％并且特别优选最大+/-3％的偏差尤其适合作为容许范围。但容许范围也可以被确定为更小、例如+/-2％或+/-1％。
在实践中上述功能可以尤其通过以下方式付诸实施，即，在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间，调节使所述相位调节器与气门升程同步，以便使空气量在容许范围内保持恒定。
按照本发明的方法能够实现，尤其也在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间，效率优化地调整点火角或喷射时间点，也就是说，在按照本发明的方法中尤其不需要调整降低效率的点火角，以便以此方法减小内燃机的负荷。
此外按照本发明的方法还能够实现，尤其在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间保持完全打开节气门，并且由此避免由节气门的部分关闭导致的节流损失。
如上所述按照本发明的方法特别有利的是，借助至少一个正时轴和在正时轴上构造的正时轴轮廓实现气门升程的机械调节，因为该方法专门针对所述应用实例而设计。使用这种正时轴的另外的优点在于，该正时轴已经被试验了一段时间并且这种正时轴由于其相对简单的结构具有较高的功能可靠性。
上述尤其适合于，在按照本发明的方法中，通过唯一一个正时轴实现内燃机的全部进气门和/或全部排气门的气门升程的调节。
应该指出的是，本发明尤其设计用于内燃机，在该内燃机中所有气缸的气门升程可以在零位或几乎非常小、例如最大1mm的(几乎)无功能的升程和最大升程之间调节。此外，本发明尤其设计用于所谓的量控发动机，也就是说，用于这样一种发动机，其负荷通过空气量被调节并且该发动机通常由于此原因而使用节气门。
以下结合附图阐述本发明另外的具体实施方式。在附图中：
图1示出图表，其中示出内燃机的第一气缸组的气门升程和第二气缸组的气门升程在从全部气缸运行转换到部分气缸运行期间随时间t的变化
图2示出根据对应于图1中的时间轴线的时间的气门升程的最大值的定性调节以及进气门的关闭时间点(进气关闭)
图3在图示a1)至图示a3)中示出在三个不同的转换阶段中，内燃机的继续运转的气缸的进气门的包括关闭时间点在内的气门升程的变化，该内燃机以根据现有技术的方法运行，以及在图示b1)至图示b3)中示出在转换过程的三个阶段中，内燃机的继续运转的气缸的进气门的包括关闭时间点在内的气门升程的变化，该内燃机以按照本发明的方法运行。
在图1和图2以四缸内燃机为例示出如何能用按照本发明的方法关闭四个气缸中的两个，从而该内燃机能够在部分气缸运行模式下以两个气缸运行，代替在全部气缸运行模式下以四个气缸运行。
在图1中示出在y轴上记录的、设定的气门升程(单位：mm)随时间t的变化曲线10、12，其中，曲线10示出气缸1和4的气门升程并且曲线12示出气缸2和3的气门升程。根据图1和图2举例说明，如何能根据按照本发明的方法实施从全部气缸运行至部分气缸运行的转换。在标记的运行点A和运行点B处，内燃机的负荷状态相同，其中，负荷在运行点A由内燃机的全部四个气缸施加且在运行点B仅由气缸1和4施加，因为在运行点B，将气缸2和3调节至零位，也就是说，气门在整个发动机循环期间保持关闭。
从运行点A到运行点B的转换在时间段tU内实现，该时间段tU持续大约10个发动机循环。该时间段tU又分为前期转换阶段tF、中期转换阶段tM和后期转换阶段tS。在前期转换阶段tF，调节全部四个气缸的气门升程至最大升程。在中期转换阶段tM，根据曲线10，气缸1和4的进气门的气门升程保持设定在最大升程，所述气缸1和4在转换过程后应继续运行，而气缸2和3的进气门的气门升程调节至零位，所述气缸2和3应该在转换过程后关闭。在后期转换阶段tS，气缸1和4的进气门升程一定程度地减小，从而达到希望的目标正时。在该转换阶段，力求优选地使发动机的负荷状态在整个转换期间保持恒定。
在图2中，曲线14示出气门升程的各循环内的最大值的调节的定性变化。曲线16示出进气门的关闭时间点(“进气关闭”)的调节的定性变化。
综观图1和图2可以看到，在前期转换阶段tF，调节使气门升程的(各循环内的)最大值提前出现(参见图2中的y轴)，使得关闭时间点在该转换阶段保持恒定。
在中期转换阶段tM期间，调节使进气门的关闭时间点(“进气关闭”)和气门升程的最大值错后出现，更确切地说是，一定程度地调节，使得刚好调整为运行点B需要的额定“进气关闭”值。
在后期转换阶段tS期间，在气门升程根据图1中的曲线10减小期间，调节气缸1和4的气门升程的循环内的最大值错后出现，使得进气门的关闭时间点(进气关闭)再次保持恒定。
在图3中，用相应的分示图a1)-a2)-a3)或b1)-b2)-b3)示出在各转换阶段期间气缸1或4之一上具体的气门升程变化，其中，分示图a1)-a2)-a3)示出根据现有技术的转换阶段、尤其如同在前述MTZ论文中描述的转换阶段，并且分示图b1)-b2)-b3)示出按照本发明的方法的各转换阶段。
在所述分示图中，气门升程在各阶段的起始时刻以实线18示出，并且在各阶段的结束时刻以虚线20示出。为了连续可见，分示图的虚线20随后在相应的在该分示图下方描绘的下一个分示图中以实线18示出，因为该虚线20在该分示图中示出下一个阶段的起始状态。
分示图a1)和b1)分别示出前期转换阶段，分示图a2)和b2)分别示出中期转换阶段，分示图a3)和b3)分别示出后期转换阶段。
可以看到，根据由现有技术已知的方法，仅气门升程在前期转换阶段和后期转换阶段被调节，这导致进气的关闭时间点自调节。这又导致过高的空气量流入气缸，这通过调节点火角(点火时间点)和/或通过使用节气门来补偿，调节点火角和使用节气门都会使效率变低。
而在按照本发明的方法中，进气门的关闭时间点(进气关闭)既在前期转换阶段期间也在后期转换阶段期间保持恒定，由此可以优化地选择点火角和使节气门完全打开。
在图3中，用LOT和UT标记负荷变化(负荷变化-OT)期间的上止点或下止点。
在之前的说明、附图以及权利要求中公开的特征既能单独地又能任意组合地以不同的实施方式实现本发明。本发明可以在考虑到本领域技术人员的认知的情况下在权利要求的范围内进行改变。
附图标记列表
10 曲线(关于时间的气门升程，气缸1、4)
12 曲线(关于时间的气门升程，气缸2、3)
14 曲线(气门升程的最大值的调节)
16 曲线(进气门关闭时间点(“进气关闭”)的调节)
18 曲线(转换阶段起始时刻气门升程的变化)
20 曲线(转换阶段结束时刻气门升程的变化)

Claims (8)

1.一种运行四冲程内燃机的方法，所述四冲程内燃机具有多个气缸、全可变气门机构和至少一个用于改变进气门的最大气门升程的时间点的相位调节器，其中，所述内燃机设计为，能够在全部气缸运行和部分气缸运行之间转换，其中，在部分气缸运行中，至少一个气缸被关闭并且为此该气缸的气门移动到零位，并且其余的气缸继续运行，其中，当在全部气缸运行和部分气缸运行之间进行转换时，所有气缸的进气门的气门升程暂时调节至最大升程，
其特征在于，
当内燃机在全部气缸运行和部分气缸运行之间进行转换时，
a)在前期转换阶段，在所有气缸上气门升程增大，并且同时借助相位调节器进行调节使最大气门升程的时间点提前，和/或
b)在后期转换阶段，至少在转换后继续运转的气缸上气门升程减小，并且同时调节使最大气门升程的时间点错后。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在权利要求1的方法步骤a)之后和/或方法步骤b)之前，在气门升程恒定的中期转换阶段期间，至少在转换后继续运转的气缸上调整额定“进气关闭”时间点。
3.按照前述权利要求中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，所述转换阶段持续多个分别为曲轴转角720℃A的发动机循环，并且如此控制所述相位调节器，使得在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间在一个循环内流入的空气量在容许范围内保持恒定。
4.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于，在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间，调节使所述相位调节器与气门升程同步，以便使空气量在容许范围内保持恒定。
5.按照前述权利要求中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间，效率优化地调整点火角或喷射时间点。
6.按照前述权利要求中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，在前期转换阶段和/或在后期转换阶段期间完全打开节气门。
7.按照前述权利要求中一项或多项权利要求所述的方法，其特征在于，机械上借助至少一个正时轴和在正时轴上构造的正时轴轮廓实现气门升程的调节。
8.按照前述权利要求所述的方法，其特征在于，通过唯一一个正时轴实现内燃机的全部进气门和/或全部排气门的气门升程的调节。
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