CN108952975B - 用于运行外源点火式内燃机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有多个气缸（3）的内燃机（2）的方法，其中，所述内燃机（2）的气缸（3）在正常运行时按照工作循环的吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程来运行，其中，在所述内燃机（2）运行时能够停用至少一个气缸（3），其中，通过所述内燃机（2）的运行来牵引并且对应于下述步骤来运行所述内燃机（2）的被停用的气缸：在所述吸气冲程开始时，打开被停用的气缸（3）的进气阀（31）；在所述压缩冲程期间，关闭所述进气阀（31）；在所述膨胀冲程期间，打开被停用的气缸（3）的进气阀（31）；在所述排气冲程结束时或者在所述排气冲程之后关闭所述进气阀（31）。

Description

用于运行外源点火式内燃机的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种外源点火式内燃机、尤其是汽油发动机。本发明尤其涉及在部分气缸运行中汽油发动机的运行，在所述部分气缸运行中，一个或者多个气缸是闲置的（inaktiv）并且由其余的活动的（aktiv）气缸来牵引。

背景技术

部分气缸运行是常见的用于运行外源点火式内燃机的运行方式，以便通过气缸关闭而在转速/负载低时实现效率提高。在所述气缸关闭中，在一个或者多个气缸中不进行燃烧，从而使得这些气缸不提供转矩贡献。

迄今为止，在具有至少四个气缸的内燃机中已实现所述气缸关闭，其中，新鲜空气被包围在所述气缸的一个或者多个气缸中，其方式是，停用所述进气阀和排气阀的功能。在此，阀运行的切换通常经由能够切换的连杆（Kulisse）尤其是通过切换到零凸轮（Nullnocken）上来实现。此外，燃料的喷射和点火火花的生成也在所涉及的气缸中被停止。

在所述部分气缸运行中的效率提高通过下述方式实现：剩余的、在所述正常运行中被运行的气缸必须提供提高的、适当的（indiziert）转矩，以便保持所述功率或者所提供的转矩恒定。这些气缸的运行需要更高的空气量，所述更高的空气量通过打开节气门并且与此同时通过提高进气管压力来实现。由此，换气损失下降，这使得总效率提高并且从而燃料消耗减小。

由文献DE 10 2008 005 205 A1已知一种用于运行具有一个或者多个气缸的内燃机的方法。在至少一个气缸被关闭的部分发动机运行中，在保持被停用的气缸的数量的情况下，进行在被停用的气缸之间的气缸更换。

发明内容

根据本发明，设置有用于运行外源点火式内燃机的方法以及设备和发动机系统。

根据第一方面，设置有用于运行具有多个气缸的内燃机的方法，其中，所述内燃机的气缸在正常运行中按照工作循环的吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程来运行，其中，在该内燃机运行时能够停用至少一个气缸，其中，通过该内燃机的运行来牵引并且对应于下述步骤来运行该内燃机的被停用的气缸：

-在所述吸气冲程开始时，打开被停用的气缸的进气阀；

-在所述压缩冲程期间，关闭所述进气阀；

-在所述膨胀冲程期间，打开被停用的气缸的进气阀；

-在所述排气冲程期间或者在所述排气冲程结束时关闭所述进气阀。

在传统的用于气缸关闭的方法中存在下述问题：在所述气缸关闭期间，当在被停用的气缸中进气阀和排气阀关闭时，通过活塞在所述气缸中的向下运动或者膨胀运动引起气缸充量的膨胀，由于该气缸充量的膨胀产生强烈的低压。这能够导致，油或者油雾从曲轴箱中经由活塞环被吸到燃烧室中并且因此导致有害物质排放增加。

现在，上述方法的构思在于，在所述部分气缸运行中阻止在被停用的气缸的燃烧室中产生低压，其方式是，在所述压缩冲程期间在合适的时间点关闭被停用的气缸的进气阀，并且在所述膨胀冲程期间在合适的时间点打开这个进气阀。由此，空气的或者空气燃料混合物的一部分能够在这个空气燃料混合物被进一步压缩之前在所述压缩冲程期间从所述气缸排出到进气管区段中，并且通过在随后的膨胀冲程期间对应地另外打开该进气阀而能够避免产生低压。为此，在所述吸气冲程期间和在所述排气冲程期间，所述进气阀至少部分地被打开，从而使得所述进气阀在停止喷射和点火期间在一工作冲程中被打开两次。

通过在所述膨胀冲程期间关闭所述进气阀，能够调节在所述燃烧室中剩余的气体量，从而使得在该燃烧室的随后的膨胀期间避免产生低压。为了避免换气损失，所述进气阀能够在所述膨胀冲程期间就已经被打开，只要在所述燃烧室中的压力对应于在所述进气管区段中的压力。

此外还能够设置，被停用的气缸的排气阀至少在所述排气冲程期间、尤其是在所述气缸关闭期间保持关闭。

此外，被停用的气缸的进气阀能够在所述压缩冲程期间在活塞运动的下止点之后在20°与60°之间的曲轴角度处被关闭。

替代地或者附加地，被停用的气缸的进气阀能够在所述膨胀冲程期间在所述活塞运动的下止点之前在20°与180°之间被打开。

能够设置，被停用的气缸的进气阀在所述下止点之后的、对应于在所述下止点之前的曲轴角度的曲轴角度处被关闭，在所述下止点之前的曲轴角度处所述进气阀在所述膨胀阶段期间被打开。

此外，通过进气阀凸轮轴的凸轮结构来操控该进气阀的打开时长，其中，通过选择所述凸轮结构能够为被激活的和被停用的气缸切换该进气阀的阀打开时长，其中，相对于用于操控所述被激活的气缸的凸轮结构，用于操控被停用的气缸的凸轮结构设置了所述进气阀的、更长的打开阶段。

根据一种实施方式，所述气缸能够滚动地（rollierend）被停用，从而使得气缸分别只在一工作循环期间被停用，所述工作循环以所述吸气冲程开始，其中，待停用的气缸的排气阀的打开阶段在所述停用时与该进气阀的打开阶段重叠。

由此，在被停用的气缸中也产生进气阀和排气阀的打开侧的阀相交（Ventilüberschnitt），从而使得经由提高内部的剩余气体率而能够与运行点相关地进一步消除节流。总而言之，由此能够为所述被关闭的气缸减少所述换气损失。尤其是在滚动式气缸关闭中，如例如在三缸内燃机中所使用的滚动式气缸关闭，部分气缸运行方式的消耗优点很大程度上取决于所述换气损失的减小。尤其是，在滚动式气缸关闭中必须确保，在每个循环中不出现或者出现尽可能小的换气损失。因此，在所述滚动式气缸关闭中对于充量交换的要求比在常见的气缸关闭中更高，如例如在四缸发动机或者具有多于四个气缸的内燃机中所使用的常见的气缸关闭中。

根据另一方面，设置有运行具有多个气缸的内燃机的设备，其中，所述内燃机的气缸能够在正常运行时按照工作循环的吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程来运行，其中，在该内燃机运行时能够停用至少一个气缸，其中，通过该内燃机的运行来牵引该内燃机的被停用的气缸，其中，所述设备构造用于：

- 在所述吸气冲程期间或者开始时，打开被停用的气缸的进气阀；

- 在所述压缩冲程期间，关闭所述进气阀；

- 在所述膨胀冲程期间，打开被停用的气缸的进气阀；

- 在所述排气冲程结束时或者在所述排气冲程之后关闭所述进气阀。

根据另一方面，设置有具有内燃机和上述设备的发动机系统。

附图说明

下面根据附图详细阐述实施方式。附图示出：

图1 具有四个内燃机的发动机系统的示意性图示；

图2 用于运行具有气缸关闭的内燃机的方法的示意性图示；

图3 在内燃机的气缸的三个工作循环中进气阀和排气阀的气缸压力曲线和打开阶段的曲线，该内燃机在第二工作循环中关闭该气缸；和

图4 在利用被延长的凸轮进行的气缸关闭时，进气阀的打开阶段的曲线。

具体实施方式

图1示出具有内燃机2的发动机系统1的示意性图示，该内燃机在本实施例中具有三个气缸3。空气经由空气供给区段4供给给所述内燃机2，在所述空气供给区段中布置有节气门5，以便能够调节所供给的空气量。

进气管区段41在该节气门5下游，在所述进气管区段中借助于喷射阀6能够喷射燃料，以便给该内燃机的气缸3提供空气燃料混合物。所述进气管区段41在进气阀31处汇入到配属的气缸3中。对应于众所周知的、该内燃机3的四冲程运行，使在所述进气管区段41中产生的空气燃料混合物通过所述进气阀31进入到该内燃机2的气缸3中。在替代的发动机系统中，所述燃料通过相应的喷射阀也能够直接喷射到所述气缸3中，以便在那里形成空气燃料混合物。

此外设置有废气导出部7，以便收集燃烧废气并且将其导出到环境中，该燃烧废气在排气冲程期间经由排气阀32的开口间隙从所述气缸中排出。所述进气阀和排气阀31、32的打开时长通常由曲轴8的曲轴位置来确定，该曲轴由所述内燃机2来驱动。为此，所述曲轴8经由合适的机械耦接件、例如齿形皮带与进气阀凸轮轴9和排气阀凸轮轴10耦接，用以操控所述排气阀32。

所述凸轮轴9、10分别具有凸轮，通过所述凸轮分别操纵所述进气阀或者排气阀31、32的冲杆。通过合适的机械调节设备能够调节所述凸轮轴9、10的、加载所述阀冲杆的凸轮，以便因此改变所述进气阀或者排气阀31、32的打开时间点和关闭时间点。

在每个气缸3中设置有点火装置11，以便产生用于点燃激活地运行的气缸3的点火火花。

该内燃机的运行由控制单元15来控制，该控制单元根据例如能够被测量或者被建模的状态参量调节在所述发动机系统1中的位置执行器（Stellgeber），以便提供期望的转矩。所述转矩例如通过操纵（未示出的）油门踏板而作为驾驶员期望转矩或者与其相关的被预先给定。经由所述节气门位置执行器5、所述喷射阀6、所述点火装置11的点火时间点的预先给定和可能存在的其它位置执行器，能够以众所周知的方式来控制该内燃机2的运行。

为了在运行该内燃机2时提高所述效率，能够设置部分气缸运行。所述气缸3的运行在由吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程组成的工作循环中实现，所述吸气冲程用于从所述进气管区段41中吸入空气燃料混合物（或者在直接喷射的情况下吸入新鲜空气），所述压缩冲程用于在该气缸3的燃烧室中压缩该空气燃料混合物，所述膨胀冲程用于燃烧该空气燃料混合物，所述排气冲程用于将燃烧废气排出所述气缸3。在所述部分气缸运行中，在工作循环中不点燃该空气燃料混合物，从而使得在这个膨胀冲程中这个气缸3不贡献转矩。

对于如在上述实施例中所说明的、只具有三个气缸3的内燃机2而言，能够进行滚动式气缸关闭，以便在所述部分气缸运行中确保该内燃机2的更安静的运行。

在图2中，根据流程图详细阐述在部分气缸运行中用于运行该内燃机的方法。

在步骤S1中检查气缸3是否未在激活的、即点火的运行中被运行。若是这种情况（选项：是），则所述方法继续进行步骤S2，否则，跳回到步骤S1。

在步骤S2中，在该工作循环开始时、即以所述吸气冲程开始时，打开所述进气阀，并且在步骤S3中，在随后的压缩冲程期间在达到在所述气缸3中的活塞运动的下止点（最大的燃烧室体积）之后，尤其是在所述下止点之后的从0°到100°的曲轴角度处关闭该进气阀。在所述气缸3中既不进行燃料喷射也不点火，从而使得在随后的膨胀冲程中，之前被压缩的气缸充量被解除压缩，在所述膨胀冲程中在被停用的气缸3中不发生燃烧。

在该随后的膨胀冲程期间、即当在所述气缸3中的活塞运动的上止点（最小的燃烧室体积）之后的曲轴角度大约是80°到180°时，在步骤S4中，现在重新打开所述进气阀31，从而使得所述气缸充量在随后的排气冲程期间被排出到进气通道、即所述进气管区段41中。由此实现，对于该气缸3的燃烧室的膨胀的部分区域，在该下止点的区域中存在打开的进气阀31，从而避免在所涉及的气缸3的燃烧室中产生低压。

在步骤S5中，在该上止点的区域中再次关闭所述进气阀。

在图3中示出了气缸压力图，在其中示出了用于示例性的气缸3的、在曲轴角度KW上的、所述进气阀和排气阀31、32的打开升程H和气缸压力曲线P的曲线（KE、KA）。能够识别出在三个工作循环Z1、Z2、Z3期间的对应的曲线，其中，所涉及的气缸3在所示出的工作循环的中间的工作循环时被停用或者被关闭。能够由图3看出，在该吸气冲程期间，所述进气阀31在所述上止点oT之后不久在大约370到400°KW（即在oT之后10°到40°）处被打开，并且在所述下止点uT之后在大约560°到600°、即在20°与60°之间再次被关闭。从在所述下止点uT之后大约20°到60°的活塞位置出发才进行所述压缩，从而使得提供较少的用于所述压缩的空气量。

为了使所述换气损失最小化，对应地选择用于打开该进气阀31的打开时间点，即在该膨胀冲程期间对应地在所述下止点uT之前20°到60°，从而使得在所述进气管区段41中的压力对应于在所述气缸3中的相同的或者相似的压力。由此能够使换气损失最小化。同时，通过被减小的压缩体积实现，在所述膨胀冲程中或者在所述吸气冲程中在被停用的气缸3的燃烧室中不产生低压，通过所述低压，油或者油雾能够从所述曲轴箱经由所述活塞环进入到所述燃烧室中。

此外还能够设置，存在进气阀和排气阀31、32的打开阶段的阀相交，从而使得通过提高该内部的剩余气体率而能够与运行点相关地进一步消除节流。

如通过图4中的该进气阀31的打开升程所示出的那样，用于被停用的气缸的进气阀31的打开时长能够通过该进气阀凸轮轴的合适的凸轮形状被延长，该凸轮形状设置用于所述气缸关闭。尤其是，为了操控该进气阀，应该如此延长所述凸轮形状，使得在所述压缩冲程期间的关闭时间点和在所述膨胀冲程期间的打开时间点尽可能地接近，即位于0°与90°之间或者在（0°）所述上止点oT处。通过这种方式，还能够进一步地减小所述换气损失，因为在被停用的气缸中所述压缩端部压力和因此壁热量传递是最小的。

Claims (12)

1.用于运行具有多个气缸（3）的内燃机（2）的方法，其中，所述内燃机（2）的气缸（3）在正常运行时按照工作循环的吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程来运行，其中，在所述内燃机（2）运行时能够停用至少一个气缸（3），其中，通过所述内燃机（2）的运行来牵引并且对应于下述步骤来运行所述内燃机（2）的被停用的气缸：

- 在所述吸气冲程开始时，打开被停用的气缸（3）的进气阀（31）；

- 在所述压缩冲程期间，关闭所述进气阀（31）；

- 在所述膨胀冲程期间，打开被停用的气缸（3）的进气阀（31）；

- 在所述排气冲程结束时或者在所述排气冲程之后关闭所述进气阀（31）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，被停用的气缸（3）的排气阀（32）至少在所述排气冲程期间保持关闭。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，被停用的气缸（3）的排气阀（32）在气缸关闭期间保持关闭。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，被停用的气缸（3）的进气阀（31）在所述压缩冲程期间在活塞运动的下止点之后在20°与60°的曲轴角度之间被关闭。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，被停用的气缸的进气阀（31）在所述膨胀冲程期间在活塞运动的下止点之前在20°与180°的曲轴角度之间被打开。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，被停用的气缸（3）的进气阀（31）在下止点之后的、对应于在下止点之前的下述曲轴角度的曲轴角度处被关闭，在所述下止点之前的曲轴角度处所述进气阀（31）在膨胀冲程期间被打开。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过进气阀凸轮轴（9）的凸轮结构来操控所述进气阀（31）的打开时长，其中，通过选择所述凸轮结构能够为被激活的和被停用的气缸（3）切换所述进气阀（31）的打开时长，其中，相对于用于操控被激活的气缸（3）的凸轮结构，用于操控被停用的气缸（3）的凸轮结构设置了所述进气阀（31）的、更长的打开阶段。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气缸（3）滚动地被停用，从而使得气缸（3）分别只在一工作循环期间被停用，所述工作循环以所述吸气冲程开始，其中，待停用的气缸（3）的排气阀的打开阶段在停用时与所述进气阀（31）的打开阶段重叠。

9.用于运行具有多个气缸（3）的内燃机（2）的设备，其中，所述内燃机（2）的气缸（3）能够在正常运行时按照工作循环的吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程来运行，其中，在所述内燃机（2）运行时能够停用至少一个气缸（3），其中，通过所述内燃机（2）的运行来牵引所述内燃机（2）的被停用的气缸，其中，所述设备构造用于：

- 在所述吸气冲程期间或者开始时，打开被停用的气缸（3）的进气阀（31）；

- 在所述压缩冲程期间，关闭所述进气阀（31）；

- 在所述膨胀冲程期间，打开被停用的气缸（3）的进气阀（31）；

- 在所述排气冲程结束时或者在所述排气冲程之后关闭所述进气阀（31）。

10.具有内燃机（2）和根据权利要求9所述的设备的发动机系统。

11.机器可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其设置用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法的所有步骤。

12.电子控制器，其具有根据权利要求11所述的存储介质。

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