CN109790780A - 内燃发动机和用于控制发动机的制动扭矩的方法 - Google Patents

内燃发动机和用于控制发动机的制动扭矩的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种控制车辆中的内燃发动机(1)的方法，该内燃发动机(1)包括气缸(301、302)、用于向气缸供应燃料的燃料系统(330)、被布置成向气缸(301、302)引导空气流的空气引导件(901)、以及被布置成从气缸(301、302)引导气流的排气引导件(501、502)，该方法包括控制发动机以提供制动扭矩，该控制包括：‑终止(S1)向气缸(301、302)的燃料供应；‑限制(S4)通过排气引导件(501、502)的流动；以及‑限制(S6)通过空气引导件(901)的流动，其中，控制发动机以提供制动扭矩还包括：‑确定(S5)发动机的涡轮增压器(4)的旋转速度值；并且‑根据所确定的涡轮增压器旋转速度值来调节(S6)通过空气引导件(901)的流动的限制和/或通过排气引导件(501、502)的流动的限制。

Description

内燃发动机和用于控制发动机的制动扭矩的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃发动机的方法、计算机程序、计算机可读介质和控制单元。
本发明能够应用在重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将针对重型车辆描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是还可以用在其它车辆中，例如轿车。
背景技术
例如在带有沉重货物的长下坡路段(road stretch)中，尤其是在重型车辆中，可能希望提供强大的发动机制动功能。US5146890A描述了一种在排气系统中带有节流装置以增加排气系统中的背压的发动机。US5146890A还描述了在压缩冲程开始和结束时提供排气阀打开序列，以便分别在气缸中提供压力充注(pressure charge)和在压缩冲程结束时避免推回效应。
然而，在发动机制动操作期间，减小制动动力或者由于超过设计极限而导致破坏发动机的风险的情形可能存在变化。虽然US5146890A中的方案提供了有利的发动机制动动力的增量，但设计限制要求相对大的、用于制动操作的裕度，这阻碍了制动动力的最大化。
US2012017869A1描述了一种在排气系统中带有节流阀的系统。背压导致气缸出口阀的中间打开，并且摇臂机构使该阀保持打开，直至排气阀主打开序列发生。这是不利的，因为排气阀在整个压缩冲程期间是打开的，由此，发动机制动动力损失了。而且，类似于US5146890A中的方案，存在考虑设计限制的不利的需要，这要求相对大的、用于制动操作的裕度，这阻碍了制动动力的最大化。
US20160169127描述了一种影响出口阀并且取决于排气背压的减压缩制动器和布置在排气系统中的制动襟翼。所要求的制动扭矩根据涡轮增压器的增压压力并且根据制动襟翼上游的排气背压受到控制，该制动襟翼直接布置在排气涡轮增压器的排气涡轮机的上游。发动机制动扭矩由制动襟翼的关闭水平控制。然而，制动襟翼位置的非常小的改变可以导致发动机制动扭矩的重大改变，从而使得难以在部分负载发动机制动期间实现其中设有该发动机的车辆的良好驾驶性能。
发明内容
本发明的一个目的在于提高车辆中的内燃发动机的制动性能。本发明还一个目的在于改进对内燃发动机制动扭矩的控制。
这些目的通过一种控制车辆中的内燃发动机的方法来达到，该内燃发动机包括：气缸；燃料系统，该燃料系统用于向气缸供应燃料；空气引导件，该空气引导件被布置成将空气流引导到气缸；排气引导件，该排气引导件被布置成从气缸引导气流，该方法包括：
-控制发动机以提供制动扭矩，该控制包括：
-终止向气缸的燃料供应，
-限制通过排气引导件的流动，以及
-限制通过空气引导件的流动，
-控制发动机以提供制动扭矩还包括：
-确定发动机的涡轮增压器的旋转速度值，并且
-根据所确定的涡轮增压器旋转速度值，调节通过空气引导件的流动的所述限制和/或通过排气引导件的流动的所述限制。
该方法可以有利地在四冲程内燃发动机中执行。可以理解，该方法可以包括用于车辆传动系的发动机制动扭矩的控制。涡轮增压器可以包括涡轮机，排气引导件被布置成将气流从气缸引导到涡轮机。可以理解，限制通过排气引导件的流动可以包括调节被布置成限制通过排气引导件的流动的可调节排气流限制元件。还可以理解，限制通过空气引导件的流动可以包括调节被布置成限制通过空气引导件的流动的可调节空气流限制元件。
将通过排气引导件的流动的限制和根据所确定的涡轮增压器旋转速度值对于通过空气引导件的流动的限制的调节相组合，提供了具有高精度的局部制动扭矩的控制。这允许其中设有发动机的车辆的良好驾驶性能。空气引导件具有比排气引导件低的温度和比排气引导件小的压力波动。而且，不同于排气流限制，所述空气流限制不在任何实质程度上影响气缸压力。结果，与控制排气流相比，控制空气引导件中的流动限制将导致降低的、制动扭矩对相对小的流动改变的过度反应的风险。
根据涡轮增压器旋转速度值来调节通过空气引导件的流动的限制提供了显著优点。在重型卡车柴油发动机中，在发动机制动操作中的相对高的发动机旋转速度下，例如1800-2300rpm，涡轮增压器的旋转速度的极限可能在其它操作参数的极限达到之前达到。因此，涡轮增压器旋转速度极限可以有效地提供发动机制动性能的极限。根据涡轮增压器旋转速度值调节通过空气引导件的流动的限制提供了直接根据设定性能极限的参数进行的发动机制动控制。这允许控制发动机制动以使其非常接近性能极限。虽然在涡轮增压器的压缩机下游的空气引导件中的压力可以指示涡轮增压器旋转速度，但空气引导件压力还取决于其它参数。因此，通常不可能以任何高精度使用空气引导件压力作为涡轮增压器旋转速度的指示器。结果，根据空气引导件压力调节通过空气引导件的流动的限制就要求安全裕度来保证涡轮增压器旋转速度极限不被超过。与此相反，本发明允许没有这种限制的操作，因此，发动机制动性能能够增加。
进一步，本发明允许避免涡轮增压器的非期望的旋转速度。涡轮增压器的非期望的旋转速度可以例如是可能引起涡轮增压器的涡轮机叶片的高周疲劳(HCF)的旋转速度。HDF可能在一些涡轮增压器中在涡轮增压器旋转速度和涡轮增压器两侧的压力差的特定组合下发生。因此，该方法可以包括确定涡轮增压器的涡轮机上游和/或下游的压力。该方法可以进一步包括根据所确定的涡轮增压器旋转速度值并根据涡轮增压器的涡轮机上游和/或下游的压力来调节通过空气引导件的流动的限制和/或通过排气引导件的流动的限制。由此，可以调节通过空气引导件的流动的限制和/或通过排气引导件的流动的限制，以避免涡轮增压器的涡轮机叶片的HCF。换言之，涡轮增压器的旋转速度可以受到控制，以避免涡轮增压器的涡轮机叶片存在HCF风险的旋转速度。更一般地，可以调节通过空气引导件的流动的限制和/或通过排气引导件的流动的限制，以避免涡轮增压器的非期望的旋转速度。应当注意，这种非期望的旋转速度可以低于涡轮增压器的旋转速度的最大极限。
优选地，通过涡轮增压器旋转速度传感器来确定涡轮增压器旋转速度值。
可以理解，该发动机优选包括被布置成控制气缸和排气引导件之间的连通的排气阀。优选地，该方法包括在气缸的多个循环的每一个循环中执行排气阀致动序列。
优选地，调节通过空气引导件的流动的限制包括调节空气引导件中的节流阀。由此，可以提供一种获得高精度局部发动机制动扭矩的简单且有效的方式。
优选地，在根据所确定的涡轮增压器旋转速度值来调节通过空气引导件的流动的限制时，对于通过空气引导件的流动的限制的调节是闭环调节。如以下所例示的，可在开环控制算法中调适排气流限制以提供用于发动机的背压，从而提供制动扭矩，并且可以在闭环中调节空气流限制，以在局部负载下提供制动扭矩的高精度控制。
优选地，涡轮增压器旋转速度是上述闭环调节中的反馈参数。通过以涡轮增压器旋转速度作为反馈调节来提供上述闭环调节，提供了如上所述的、控制发动机制动以使其非常接近性能极限的特别好的可能性。
可以基于发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来确定涡轮增压器旋转速度的期望值。由此，所述闭环调节可以有益地适合于如由发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和/或当前发动机制动扭矩表示的操作情形。
该方法可以包括根据发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来调节通过排气引导件的流动的限制。对于通过排气引导件的流动的限制的调节有利地在开环调节中完成。由此，提供了一种易于实现的算法，以获得排气引导件背压和发动机制动动力水平的粗略设定，并且，根据涡轮增压器旋转速度值对于通过空气引导件的流动的限制的连续闭环调节可以微调气缸空气质量流动和气缸压力，以紧密地调节发动机制动动力。
排气引导件可以布置成将气流从气缸引导到涡轮增压器的涡轮机，其中所述可调节排气流限制元件布置在气缸和该涡轮机之间。限制通过排气引导件的流动可以包括调节排气引导件中的节流阀。替代地或另外，限制通过排气引导件的流动可以包括调节涡轮增压器的涡轮机处的流动调节功能，其中该涡轮增压器是可变几何涡轮增压器。
这些目的还通过一种控制车辆中的内燃发动机的方法来达到，该内燃发动机包括：气缸；燃料系统，该燃料系统用于向气缸供应燃料；空气引导件，该空气引导件被布置成将空气流引导到气缸；以及排气引导件，该排气引导件被布置成从气缸引导气流，该方法包括：
-控制发动机以提供制动扭矩，该控制包括，
-终止向气缸的燃料供应，
-限制通过排气引导件的流动，以及
-限制通过空气引导件的流动，
-其特征在于，控制发动机以提供制动扭矩还包括：
-确定影响气缸内的压力和/或通过气缸的空气质量流量的发动机参数的值，并且
-根据所确定的发动机参数的值，调节通过排气引导件的流动的限制，其中，对于通过排气引导件的流动的限制的所述调节是闭环调节，其中，所确定的发动机参数是该闭环调节中的反馈参数。
特别地，在相对低的发动机速度下，通过根据所确定的发动机参数的值调节通过排气引导件的流动的限制提供了显著优点，其中，对于通过排气引导件的流动的限制的所述调节是闭环调节，其中所确定的发动机参数是该闭环调节中的反馈参数。由于在低发动机速度下相对低的质量流量，可能难以通过调节通过空气引导件的流动的限制来控制发动机制动扭矩。例如，在空气引导件流动限制由节流阀实现时，这种阀可能需要在获得任何明显的发动机制动扭矩控制之前被移动到它几乎关闭的位置。然而，在低发动机速度下的、排气引导件中的相对低的压力水平可以允许对于排气引导件流动限制的准确的闭环控制。由此，可以在低发动机速度下提高发动机制动扭矩控制的精度。
在一些实施例中，所述发动机参数可以是发动机的涡轮增压器的旋转速度、排气引导件中的压力和空气引导件中的压力中的一个，或者是如下参数：该参数取决于发动机的涡轮增压器的旋转速度、排气引导件中的压力和空气引导件中的压力中的一个或多个。在一些实施例中，所述发动机参数可以是空气引导件中的压力与排气引导件中的压力之间的差值。通过使用这些参数中的任一个来调节排气引导件流动限制，可以提供对于空气质量流量和气缸压力的有效控制。
优选地，基于发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来确定发动机参数的期望值。由此，所述闭环调节可以有益地适合于如由发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和/或当前发动机制动扭矩表示的操作情形。
优选地，该方法可以包括根据发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来调节通过排气引导件的流动的限制。对于通过排气引导件的流动的限制的调节有利地在开环调节中完成。由此，尤其是对于相对低的发动机速度，提供了一种实现简单的算法，以通过空气引导件流动限制调节和对于排气引导件流动限制的连续闭环调节获得发动机制动动力水平的粗略设定，用于紧密地调节发动机制动动力。
在有利的实施例中，该方法包括确定发动机旋转速度，其中，如果发动机旋转速度高于阈值，那么，执行对于通过排气引导件的流动的限制的闭环调节的步骤被省略。由此，该方法可以包括：如果发动机旋转速度高于阈值，则确定影响气缸内的压力和/或通过气缸的空气质量流量的发动机参数的值，并且根据所确定的发动机参数的值来调节通过空气引导件的流动的限制，其中，对于通过空气引导件的流动的限制的所述调节是闭环调节，其中所确定的发动机参数是该闭环调节中的反馈参数。此外，如果发动机旋转速度高于阈值，则可以根据发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来调节通过排气引导件的流动的限制。
由此，该方法可以基于发动机速度提供发动机制动控制的两种模式中的一种模式的选择。更具体地，在可以提供比空气引导件流动限制的闭环控制更准确的发动机制动扭矩控制时，例如在相对低的发动机速度下，可以使用对排气引导件流动限制的闭环控制。在可以提供比排气引导件流动限制的闭环控制更准确的发动机制动扭矩控制时，例如在相对高的发动机速度下，可以使用对空气引导件流动限制的闭环控制。
在发动机包括具有涡轮机的涡轮增压器时，排气引导件被布置成将气流从气缸引导到涡轮机，限制通过排气引导件的流动可以包括调节排气引导件中的排气流限制元件，所述可调节排气流限制元件布置在气缸和该涡轮机之间。与将排气流限制元件定位在涡轮机下游相比，上游位置将增加涡轮速度和通过发动机的空气质量流量，由此，可以增加发动机制动动力。上游排气流限制元件在排气歧管中产生高的背压，而不降低涡轮性能。排气流限制元件的上游位置允许涡轮增压器在更大的发动机速度范围内有效，这又增加了可由排气流限制元件控制的可用发动机速度范围。
还通过根据权利要求20所述的计算机程序、根据权利要求21所述的计算机可读介质或者根据权利要求22所述的控制单元来达到所述目的。
本发明可以在各种内燃发动机类型中实现。以下是其中可以实现本发明的发动机的特征的一些示例。
如所提出的，可调节空气流限制元件可以布置成提供通过空气引导件的流动的限制。所述空气流限制元件可以包括空气引导件中的节流阀。可调节排气流限制元件可以布置成提供通过排气引导件的流动的限制。所述排气流限制元件可以包括排气引导件中的节流阀。
该发动机可以包括被布置成控制气缸和排气引导件之间的连通的排气阀、以及用于致动所述排气阀以在气缸的多个循环中的每一个循环中执行排气阀致动序列的排气阀致动组件。所述排气阀致动组件可适于控制排气阀致动序列的开始，以使其选择性地在非零曲轴角区间内的任何曲轴角处发生。
所述排气流限制元件、排气阀和排气阀致动组件可适于提供用于发动机提供制动扭矩的背压，并且所述空气流限制元件可适于使得所述制动扭矩能够具有可控性。由此，所述排气流限制元件、排气阀和排气阀致动组件可以以宽的发动机速度区间允许高的最大制动扭矩，同时，空气流限制元件允许在局部负载操作下对制动扭矩的高度控制。
在涡轮增压器包括压缩机并且空气引导件被布置成将空气流从压缩机引导到气缸时，所述可调节空气流限制元件可以布置在压缩机和气缸之间。然而，替代地，在空气引导件被布置成将空气流引导到压缩机时，所述可调节空气流限制元件可以布置在压缩机的上游。
所述空气流限制元件可以布置成根据对空气流限制元件的调节来提供多个水平的空气流限制。空气流限制元件可适于在非零限制区间内的任何水平下提供该空气流限制元件的限制。
所述发动机可适于以狄塞尔循环运行或者适于以奥托循环运行。所述发动机可以具有一个或多个气缸。可以理解，在带有多气缸发动机的一些实施例中，单个空气引导件可以布置成将空气引导到发动机的所有气缸，其中单个空气流限制元件被设置成可调节地提供空气流的限制。然而，在一些实施例中，所述发动机可以设置有两个空气引导件，每个空气引导件将空气流引导到相应的气缸或者相应的气缸子组，并且每个空气引导件设置有相应的空气流限制元件。
排气阀致动序列的开始可以选择性地发生在曲轴角区间的任何曲轴角处，该曲轴角区间可以在30-50度曲轴角(例如40度曲轴角)范围之上延伸。
排气阀致动组件可以包括可旋转的凸轮轴装置，该凸轮轴装置适于提供对于排气阀致动序列的开始的控制以使其选择性地发生在非零曲轴角区间内的任何曲轴角处。在排气阀致动组件包括可旋转的凸轮轴时，排气阀致动组件可以是可控的，以相对于曲轴旋转来调节凸轮轴旋转的相位。排气阀致动组件可以包括用于可变阀正时的变换器。
凸轮定相的替代方案可以是使用带有相应的凸轮叶瓣轮廓的两个共轴的凸轮轴，所述凸轮叶瓣轮廓提供了具有可调节长度的组合式凸轮叶瓣轮廓。由此，一个随动件可以跨越这一对近距离间隔开的凸轮叶瓣。通过在凸轮轴旋转方向上推进凸轮叶瓣中的一个凸轮叶瓣而改变阀升程的持续时间，还将获得排气阀致动序列开始的推进，反之亦然。
所述发动机可以是四冲程内燃发动机。排气阀致动序列可以是在气缸的相应循环的压缩冲程中开始的、排气阀的减压缩打开序列，排气阀致动组件是可控的，以选择性地提供所述减压缩打开序列。为此，排气阀致动组件可以包括具有至少一个凸轮叶瓣的凸轮轴，该凸轮叶瓣具有用于所述减压缩打开序列的减压缩鼻部(decompression nose)，排气阀致动组件是可控的，以通过所述减压缩鼻部选择性地致动排气阀。排气阀的减压缩打开序列可以在压缩冲程的后半部分中开始。由此，减压缩打开序列用于避免推回效应(push-backeffect)，否则，压缩空气将会在压缩冲程结束时产生这种推回效应。
排气阀致动序列可以是在进气冲程的后半部分或者在气缸的压缩冲程的前半部分中开始的、排气阀的充注打开序列(charging opening sequence)，排气阀致动组件是可控的，以选择性地提供所述充注打开序列。为此，排气阀致动组件可以包括具有至少一个凸轮叶瓣的凸轮轴，该凸轮叶瓣具有用于所述充注打开序列的充注鼻部(charging nose)，排气阀致动组件是可控的，以通过所述充注鼻部选择性地致动排气阀。由此，当活塞处于其下死点处并且压缩冲程将要开始时，排气阀打开一段短的时间并且排气引导件中的相对较高的压力“充注”气缸。由于这一点，与不存在充注打开序列的情况相比，在压缩冲程期间对活塞的制动效果将显著更高。
优选地，排气流限制元件被布置成根据对排气流限制元件的调节来提供多个水平的排气流限制。优选地，排气流限制元件适于在非零限制区间内的任何水平下提供该排气流限制元件的限制。
如所提出的，所述涡轮增压器可以包括涡轮机，该涡轮机用于从来自气缸的排气提取动力以驱动压缩机，该压缩机用于充注要被引导到气缸的空气。排气引导件因此可以布置成将气流从气缸引导到涡轮机，并且可调节排气流限制元件可以布置在气缸和涡轮机之间。因此，排气流限制元件优选位于涡轮机的上游，以限制从气缸到涡轮机的流动。然而，在一些实施例中，排气流限制元件可以位于涡轮机的下游，以限制从涡轮机的流动。
在一些实施例中，发动机可以设置有两个排气引导件，每个排气引导件引导来自相应气缸或相应的气缸子组的气流，并且每个排气引导件设置有相应的排气流限制元件。然而应该理解，在多气缸发动机的一些实施例中，单个排气引导件可以布置成将气流从发动机的所有气缸引导到涡轮增压器的涡轮机，其中单个排气流限制元件被设置成可调节地提供气流的限制。
该涡轮增压器可以是具有处于一级、两级或更多级(step)中的涡轮机的固定几何涡轮增压器。在一些实施例中，该发动机包括具有涡轮机的可变几何涡轮增压器，所述排气引导件被布置成将气流从气缸引导到涡轮机，其中，除了所述可调节排气流限制元件被布置成提供的限制之外，涡轮增压器被布置成在涡轮机处提供气流的可调节限制。在一些实施例中，在发动机包括具有涡轮机的可变几何涡轮增压器时，排气引导件被布置成将气流从气缸引导到涡轮机，所述可调节排气流限制元件可以由涡轮机处的流动调节功能提供。由此，排气流限制元件可以与可变几何涡轮增压器集成在一起，这降低了发动机的复杂度。
在以下描述中和从属权利要求中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是卡车形式的车辆的侧视图。
图2是图1中的车辆中的内燃发动机的概略图。
图3是图2中的发动机的气缸处的竖直剖面的视图。
图4是作为曲轴角的函数的、图3所示的排气阀的致动序列的图。
图5是描绘控制图2中的发动机的方法中的步骤的框图。
图6是描绘根据本发明的替代实施例的、控制图2中的发动机的方法中的步骤的框图。
图7是描绘根据本发明的进一步实施例的、控制图2中的发动机的方法中的步骤的框图。
图8示出了排气流限制元件的示例。
具体实施方式
图1示出了卡车或者用于半挂车的牵引车形式的车辆。应当注意，该车辆能够具有各种替代类型，例如它可以是轿车、公共汽车或工程机械(例如轮式装载机)。该车辆包括四冲程内燃发动机1。
如图2中可见，本实例中的发动机包括布置成一排的六个气缸301、302。发动机1在该车辆中被定向成使得这一排气缸与车辆的笔直行驶方向平行。然而应当注意，在替代实施例中，该发动机的定向可以具有在车辆中的另一定向。例如，它可以是横置发动机，即，被安装成使得发动机曲轴垂直于车辆的笔直行驶方向的发动机。这例如可以是公共汽车中的情形，在公共汽车中，发动机可以是安装在公共汽车后部的横置发动机。所述气缸包括第一气缸301和第二气缸302，该第一气缸301是在车辆向前行驶方向上位于前面的三个气缸，该第二气缸302是在车辆向前行驶方向上位于后面的三个气缸。
该发动机包括涡轮增压器4，该涡轮增压器4包括在发动机的排气导管装置501、502中的涡轮机401。涡轮增压器4还包括在空气引导件901中的压缩机402，该空气引导件901被布置成将空气流从压缩机402经由增压空气冷却器902引导到气缸301、302。涡轮机401和压缩机402被固定地连接并且是可旋转的，由此，涡轮机401被布置成由排气导管装置501、502中的气体驱动，以驱动被布置成压缩该空气引导件901中的空气的压缩机402，这本身是已知的。
所述排气导管装置包括第一排气引导件501和第二排气引导件502，该第一排气引导件501被布置成将气流从第一气缸301引导到涡轮机401，该第二排气引导件502被布置成将气流从第二气缸302引导到涡轮机401。由此，从第二气缸302到涡轮机401的气流与从第一气缸301到该涡轮机的气流保持分离。
控制单元21被布置成确定影响气缸内的压力和/或通过气缸301、302的空气质量流量的发动机参数的值。这些参数包括基于从车辆速度控制功能提供的所请求的车辆速度而确定的所请求的发动机扭矩、实际车辆速度、以及车辆中的变速器的所选择的齿轮比。所述参数还包括如下所述地通过发动机速度传感器确定的发动机旋转速度。影响气缸内的压力和/或空气质量流量的发动机参数还包括通过来自空气引导件压力传感器211的信号确定的空气引导件901中的压力。而且，控制单元21被布置成通过涡轮增压器旋转速度传感器215来确定涡轮增压器旋转速度。此外，控制单元21被布置成基于来自第一排气引导件501中的排气引导件压力传感器214的信号来确定排气引导件501、502中的压力。替代地，另外的排气引导件压力传感器可以设置在第二排气引导件502中，或者排气引导件压力传感器可以仅设置在第二排气引导件502中。此外，控制单元21被布置成访问数据存储单元213，该数据存储单元213设置有将发动机扭矩及发动机旋转速度的值与涡轮增压器旋转速度或气缸301、302两侧的压力差的期望值相关联的数据。
包括空气引导件901中的节流阀903的可调节空气流限制元件被布置成限制通过空气引导件901的流动。可调节空气流限制元件903布置在压缩机402和气缸301、302之间，更具体地，布置在增压空气冷却器902和气缸301、302之间。空气引导件压力传感器211位于可调节空气流限制元件903和气缸301、302之间。在替代实施例中，可调节空气流限制元件903可以布置在压缩机402的上游。
空气流限制元件903能够由控制单元21经由空气流限制致动组件(未示出)控制，该空气流限制致动组件(未示出)例如包括步进马达。另外，空气流限制元件903处的位置传感器(未示出)连接到控制单元21，并且被布置成记录代表空气流限制元件903的位置的信号并将所述信号发送到控制单元，以用于位置反馈。应该注意，可以设置任何替代类型的空气流限制致动组件；例如，这种组件可以包括无刷马达或气动马达。空气流限制元件903适于根据空气流限制元件903的调节而在非零限制区间内的任何水平下提供空气限制。
第一排气节流阀形式的第一可调节排气流限制元件601在第一排气引导件501中布置在第一气缸301和涡轮机401之间。排气引导件压力传感器214位于第一可调节排气流限制元件601和气缸301之间。第二排气节流阀形式的第二可调节排气流限制元件602在第二排气引导件502中布置在第二气缸302和涡轮机401之间。第一排气流限制元件和第二排气流限制元件被设置为“吊桥式(draw bridge)”阀，该“吊桥式”阀可以布置成在完全打开时不提供任何流动障碍。每个阀601、602可以设置在通过螺栓连接到相应的排气引导件501、502的单元中。然而，应该注意，在替代实施例中，每个阀可以集成到相应的排气引导件中。在进一步的替代方案中，阀可以集成在涡轮机的壳体中。如本文中其他地方提到的，限制元件可以由可变几何涡轮增压器的流动调节功能提供。第一排气流限制元件601和第二排气流限制元件602中的每一个能够由控制单元21经由包括例如步进马达的相应的排气流限制致动组件(未示出)控制。另外，每个排气流限制元件601、602处的位置传感器(未示出)连接到控制单元21，并且被布置成记录代表相应排气流限制元件601、602的位置的信号并将该信号发送到控制单元，以用于位置反馈。应当注意，可以设置任何替代类型的排气流限制致动组件；例如，这种组件可以包括无刷马达或气动马达。
第一排气流限制元件601和第二排气流限制元件602中的每一个被布置成根据由控制单元21对相应的排气流限制元件601、602的调节而提供多个水平的排气流限制。更具体地，每个排气流限制元件601、602被布置成提供连续的流动调节，即，提供在非零限制区间内的任何水平下的流动限制。数据存储单元213设置有将发动机扭矩及发动机旋转速度的值与用于第一和第二排气流限制元件601、602的设定相关联的数据。
应当注意，在替代实施例中，单个排气引导件可以布置成引导来自发动机的所有气缸的排气。在一些实施例中，单个排气流限制元件601可以设置在涡轮增压器的涡轮机的下游。在进一步的实施例中，涡轮增压器4可以是可变几何涡轮增压器，由此，涡轮增压器4利用涡轮机401处的流动调节功能而提供本文中所述的排气流限制元件601的功能。
在每个气缸301、302处，设置有两个进气阀(未示出)以控制空气从空气引导件901到相应气缸301、302的进入。而且，在每个气缸处，布置有下文更详细描述的两个排气阀，以控制相应的气缸301、302与相应的排气引导件501、502之间的连通。应当注意，在其它实施例中，可以在每个气缸处仅设置一个排气阀或超过两个排气阀。
而且，燃料系统330被设置成在气缸的循环期间将燃料喷射到气缸中，并且该燃料喷射可由控制单元21控制。在本示例中，燃料系统包括被布置成将燃料直接喷射到气缸中的喷射器。然而，替代方案也是可能的；例如，该燃料系统可以具有进气口喷射(portinjection)。
发动机1包括排气阀致动组件8，该排气阀致动组件8包括凸轮轴装置，该凸轮轴装置包括可旋转的凸轮轴801。在每个气缸301、302处，凸轮叶瓣803被固定到该凸轮轴以致动所述排气阀。排气阀致动组件8还包括变换器(variator)802，该变换器802用于可变阀正时，更具体地，用于调节凸轮轴旋转相位。
还参照图3，图3示出了第一气缸301之一的剖面。每个气缸301、302包括连接到可旋转的曲轴101的活塞303。控制单元21被布置成通过来自曲轴101处的发动机速度传感器212的信号来确定发动机速度。在替代实施例中，可以布置传感器以检测凸轮轴801的速度，由此，可以通过将所感测到的凸轮轴速度加倍来获得曲轴速度。图3还示出了排气阀7之一，该排气阀7被布置成控制第一气缸301和第一排气引导件501之间的连通。图3进一步示出了第一排气引导件501中的第一可调节排气流限制元件601。另外，示出了进气阀11之一，该进气阀11被布置成控制第一气缸301和空气引导件901之间的连通。为了致动进气阀，发动机1包括进气阀致动组件12，该进气阀致动组件12可以包括带有可旋转凸轮轴(未示出)的凸轮轴装置。图3还示出了空气引导件901中的可调节空气流限制元件903。
排气阀致动组件8为每个气缸301、302包括一个摇臂807，该摇臂807被布置成通过在一端处与相应的凸轮叶瓣803接触而枢转，以致动排气阀7。凸轮叶瓣803具有较大的主鼻部804和两个较小鼻部，即，减压缩鼻部805和充注鼻部806。
当发动机推进车辆时，在一方面的摇臂807与另一方面的减压缩鼻部805和充注鼻部806之间设置有一定距离。因此，当发动机推进车辆时，减压缩鼻部805和充注鼻部806不提供任何排气阀致动。然而，在发动机制动期间，摇臂807与减压缩鼻部805和充注鼻部806接触，这提供了如下所述的排气阀致动序列。
减压缩鼻部805和充注鼻部806的选择性接合由摇臂807的端部处的液压活塞808提供，该端部相反于摇臂807与凸轮叶瓣803接触的端部。液压活塞808由每个摇臂807中的液压导管系统和控制阀809控制，每个控制阀809均能够由控制单元21控制。
还参照图4，图4示出了作为曲轴角的函数的、图3所示的排气阀的致动序列的图。在每个气缸301、302处，凸轮叶瓣803的主鼻部804被布置成致动排气阀7，以便在相应气缸301、302的多个循环中的每一个循环中执行主打开序列MOSL形式的排气阀致动序列。在发动机推进车辆的操作期间用于从气缸排出排气的主打开序列MOSL在膨胀冲程中开始，并且在气缸301、302的排气冲程中具有排气阀7的最大开度。当发动机推进车辆时，如上所述，该摇臂避免与凸轮叶瓣的减压缩鼻部805和充注鼻部806接触。
图4还示出了由气缸处的进气阀执行的进气阀打开序列IOS。
当发动机制动开始时，通过上述摇臂807的液压活塞808的控制，该摇臂与减压缩鼻部805和充注鼻部806形成接触。结果，由主鼻部引起的升程也稍稍增加，使得主打开序列如图4中的曲线MOS1所示地出现。
另外，减压缩鼻部805提供了在气缸301的压缩冲程中开始的减压缩打开序列DOS1。减压缩打开序列DOS1用于释放在压缩冲程期间压缩的空气。由此，减压缩打开序列DOS1用于避免推回效应，否则，该压缩空气将会在压缩冲程结束时产生这种推回效应。
进一步地，在发动机制动期间，充注鼻部806提供在气缸301的进气冲程的后半部分中开始的充注打开序列COS1。由此，当活塞303处于其下死点处并且压缩冲程将要开始时，排气阀7打开一段短的时间并且排气引导件501中的相对较高的压力“充注”气缸。由于这一点，与不存在充注打开序列COS1的情况相比，在压缩冲程期间对活塞303的制动效果将显著更高。应当注意，排气阀7在充注打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1之间完全关闭。在替代实施例中，在充注打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1之间，排气阀7的开度可以仅仅减小，而不涉及该排气阀的完全关闭。
应当注意，在替代实施例中，充注鼻部806和减压缩鼻部805可以设置在与设有主鼻部804的凸轮叶瓣相邻的单独的凸轮叶瓣上。由此，摇臂可以设置为两个部分，每一个部分跟随所述凸轮叶瓣中的相应的一个凸轮叶瓣，但是默认地，仅那个跟随具有主鼻部的凸轮叶瓣的部分被布置成致动排气阀。摇臂的所述部分可以设置有用于当充注鼻部806和减压缩鼻部805要提供排气阀7的对应的致动序列时选择性地将摇臂的所述部分彼此固定的接合机构。在这种实施例中，由主鼻部804引起的升程可以保持不变，而与所述充注鼻部806和减压缩鼻部805的接合无关。
通过所述变换器802(图2)和调节凸轮轴旋转相位的可能性，排气阀致动序列MOS1、DOS1、COS1的开始可以被控制，以选择性地在非零曲轴角区间内的任何曲轴角处发生。事实上，整个排气阀致动序列MOS1、DOS1、COS1可以在该非零曲轴角区间内移动。所述区间可以在例如40度曲轴角的范围上延伸。然而，其它区间尺寸当然也是可能的。数据存储单元213设置有将发动机扭矩及发动机旋转速度的值与用于凸轮轴旋转相位的设定相关联的数据。
图4示出了通过凸轮轴相位调节获得的被调节的曲轴值的示例。通过使凸轮轴相位在凸轮轴801的旋转方向上移动，排气阀致动序列在如图4中的曲线MOS2、DOS2、COS2所示的循环中向前移动。通过使凸轮轴相位与凸轮轴801的旋转方向相反地移动，排气阀致动序列在如图4中的曲线MOS3、DOS3、COS3所示的循环中向后移动。应当注意，除了各个排气阀致动序列开始处的曲轴角之外，这些排气阀致动序列在所有循环中是相同的。
参照图5，将描述控制发动机1以提供制动扭矩的方法。
当发动机制动开始时，终止S1向气缸301、302的燃料供应。
气缸301、302处的摇臂807中的控制阀809被控制以致动液压活塞808，以便使摇臂807与减压缩鼻部805和充注鼻部806接合。由此，将充注打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1如上所述地添加S2到气缸中的循环。
该方法还包括确定S3所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度。控制单元21基于所确定的发动机扭矩和发动机旋转速度的值、通过数据存储单元213中的数据来确定用于第一排气流限制元件601和第二排气流限制元件602的设定。将排气流限制元件601、602调节S4到所确定的设定，以便提供与所确定的所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度相关的、对排气引导件501、502中的空气流的限制。此调节是开环调节，即，虽然它基于所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度的变化被更新，但是它不是利用来自任何参数(可以从该参数确定通过气缸的空气流或气缸压力)的反馈而被更新的。
控制单元21还通过数据存储单元213中的数据、基于所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度来确定用于凸轮轴相位的设定。在开环控制中，控制单元21向变换器802发送信号以调节S4凸轮轴旋转相位，从而调节排气阀致动序列MOS1、DOS1、COS1的曲轴角。延迟这些排气阀致动序列MOS1、DOS1、COS1的开始将减小空气引导件901中的压力，这将减小制动扭矩，反之亦然。
基于所确定的所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度，控制单元21基于存储单元213中的数据来确定S5所期望的涡轮增压器旋转速度值。在闭环控制中，控制单元21向空气引导件901中的空气流限制元件903发送信号，以便基于所期望的涡轮增压器速度值和来自涡轮增压器速度传感器215的反馈信号来调节S6空气流限制元件903。在该闭环控制中，把来自涡轮增压器速度传感器215的反馈信号与所期望的涡轮增压器速度值进行比较S7。使空气流限制元件903朝向完全关闭位置移动将减小空气引导件901中的压力并因此减小涡轮增压器速度，反之亦然。
参照图6，将描述该方法的替代实施例。
如参照图5描述的方法中那样，当发动机制动开始时，终止S1向气缸301、302的燃料供应，并且将充注打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1添加S2到气缸中的循环。而且，如参照图5描述的方法中那样，该方法包括确定S3所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度。
该方法包括确定S34发动机速度是否高于预定阈值。如果发动机速度低于该阈值，则执行以下步骤：
控制单元21基于所确定的发动机扭矩和发动机旋转速度的值、通过数据存储单元213中的数据来确定用于空气引导件901中的空气流限制元件903的设定。将空气流限制元件903调节S401到所确定的设定，以便提供与所确定的所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度相关的、对空气引导件901中的空气流的限制。此调节是开环调节，即，虽然它基于所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度的变化被更新，但它不是利用来自任何参数(可以从该参数确定通过气缸的空气流或气缸压力)的反馈而被更新的。
控制单元21还通过数据存储单元213中的数据、基于所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度来确定用于凸轮轴相位的设定。在开环控制中，控制单元21向变换器802发送信号以调节S401凸轮轴旋转相位，从而调节排气阀致动序列MOS1、DOS1、COS1的曲轴角。
基于所确定的所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度，控制单元21通过存储单元213中的数据来确定S501气缸301、302两侧的期望的压力差。在闭环控制中，控制单元21基于气缸301、302两侧的期望的压力差和来自空气引导件压力传感器211及排气引导件压力传感器214的反馈信号向排气流限制元件601、602发送信号。在该闭环控制中，将所述反馈信号与气缸301、302两侧的期望的压力差进行比较S701。使排气流限制元件601、602朝向各自的完全关闭位置移动S601将会增加气缸301、302两侧的压力差，反之亦然。
发动机速度被连续地或反复地确定S34。如果发动机速度高于所述预定阈值，则执行以下步骤：
控制单元21基于所确定的发动机扭矩和发动机旋转速度的值、通过数据存储单元213中的数据来确定用于排气流限制元件601、602的设定。将排气流限制元件601、602调节S402到所确定的设定。此调节是开环调节。
控制单元21还基于所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度来确定用于凸轮轴相位的设定。在开环控制中，调节S402凸轮轴旋转相位。
基于所确定的所请求的发动机扭矩和发动机旋转速度，控制单元21确定S502气缸301、302两侧的期望的压力差。在闭环控制中，控制单元21基于气缸301、302两侧的期望的压力差和来自空气引导件压力传感器211及排气引导件压力传感器214的反馈信号向空气引导件901中的空气流限制元件903发送信号，以便调节S602空气流限制元件903。在该闭环控制中，把来自空气引导件压力传感器211和排气引导件压力传感器214的反馈信号与气缸301、302两侧的期望的压力差进行比较S702。
图7示出了根据本发明的进一步的实施例的、控制图2中的发动机1的方法。该方法包括控制发动机以提供制动扭矩。该控制包括：终止S1向气缸301、302的燃料供应；限制S4通过排气引导件501、502的流动；以及，限制S6通过空气引导件901的流动。对发动机进行的用于提供制动扭矩的控制还包括：确定S5涡轮增压器4的旋转速度值，并根据所确定的涡轮增压器旋转速度值来调节S6通过空气引导件901的流动的限制和/或通过排气引导件501、502的流动的限制。
图8示出了排气流限制元件601的有利示例。排气流限制元件601是带有襟翼604的蝶形阀。包括步进马达、无刷马达或气动马达的排气流限制致动组件603被设置成调节排气流限制元件601，即调节襟翼604围绕轴605的角位置。襟翼604是非对称的，即，该襟翼的延伸在轴605的一侧上比在另一侧上大。结果，该排气流限制元件被布置成：在排气流限制致动组件603中的故障时，处于该排气流限制元件不限制或阻挡通过排气引导件的流动的位置。
应该理解，本发明不限于上文所述并在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将会认识到，可以在所附权利要求的范围内做出许多修改和变型。

Claims (22)

1.一种控制车辆中的内燃发动机(1)的方法，所述内燃发动机(1)包括：气缸(301、302)；燃料系统(330)，所述燃料系统(330)用于向所述气缸供应燃料；空气引导件(901)，所述空气引导件(901)被布置成将空气流引导到所述气缸(301、302)；以及排气引导件(501、502)，所述排气引导件(501、502)被布置成从所述气缸(301、302)引导气流，所述方法包括：
-控制所述发动机以提供制动扭矩，所述控制包括：
-终止(S1)向所述气缸(301、302)的燃料供应，
-限制(S4)通过所述排气引导件(501、502)的流动，和
-限制(S6)通过所述空气引导件(901)的流动，
-其特征在于，控制所述发动机以提供制动扭矩还包括：
-确定(S5)所述发动机的涡轮增压器(4)的旋转速度值，并且
-根据所确定的涡轮增压器旋转速度值，调节(S6)通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制和/或通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所确定的涡轮增压器旋转速度值来调节通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制，对于通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制的所述调节是闭环调节。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器旋转速度是所述闭环调节中的反馈参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述涡轮增压器旋转速度的期望值是基于发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个而确定的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，根据发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来调节通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制的所述调节是开环调节。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，限制通过所述排气引导件(501、502)的流动包括调节所述排气引导件(501、502)中的排气流限制元件(601、602)，并且所述排气引导件(501、502)被布置成将气流从所述气缸(301、302)引导到所述涡轮增压器的涡轮机(401)，其中，所述排气流限制元件(601、602)布置在所述气缸(301、302)和所述涡轮机(401)之间。
8.一种控制车辆中的内燃发动机(1)的方法，所述内燃发动机(1)包括：气缸(301、302)；燃料系统(330)，所述燃料系统(330)用于向所述气缸供应燃料；空气引导件(901)，所述空气引导件(901)被布置成将空气流引导到所述气缸(301、302)；和排气引导件(501、502)，所述排气引导件(501、502)被布置成从所述气缸(301、302)引导气流，所述方法包括：
-控制所述发动机以提供制动扭矩，所述控制包括：
-终止(S1)向所述气缸(301、302)的燃料供应，
-限制(S601)通过所述排气引导件(501、502)的流动，和
-限制(S401)通过所述空气引导件(901)的流动，
-其特征在于，控制所述发动机以提供制动扭矩还包括：
-确定(S501)影响所述气缸内的压力和/或通过所述气缸的空气质量流量的发动机参数的值，并且
-根据所确定的发动机参数值，调节(S601)通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制，其中，对于通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制的调节是闭环调节，其中，所确定的发动机参数是所述闭环调节中的反馈参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述发动机参数是以下项中的一个或者是取决于以下项中的一个或多个的参数：所述发动机的涡轮增压器(4)的旋转速度，所述排气引导件(501、502)中的压力，以及所述空气引导件(901)中的压力。
10.根据权利要求8-9中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发动机参数是所述空气引导件(901)中的压力与所述排气引导件(501、502)中的压力之间的差值。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发动机参数的期望值是基于发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个而确定的。
12.根据权利要求8-11中的任一项所述的方法，其特征在于，根据发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来调节通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制。
13.根据权利要求8-12中的任一项所述的方法，其特征在于，对于通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制的所述调节是开环调节。
14.根据权利要求8-13中的任一项所述的方法，其特征在于确定(S34)发动机旋转速度，其中，如果所述发动机旋转速度高于阈值，那么，执行对于通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制的闭环调节的步骤被省略。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，如果所述发动机旋转速度高于所述阈值，则确定影响所述气缸内的压力和/或通过所述气缸的空气质量流量的发动机参数的值，并且根据所确定的发动机参数值调节通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制，其中，对于通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制的调节是闭环调节，其中，所确定的发动机参数是所述闭环调节中的反馈参数。
16.根据权利要求14-15中的任一项所述的方法，其特征在于，如果所述发动机旋转速度高于所述阈值，则根据所述发动机旋转速度、所请求的发动机制动扭矩和当前发动机制动扭矩中的一个或多个来调节通过所述排气引导件(501、502)的流动的所述限制。
17.根据权利要求8-16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发动机包括涡轮增压器(4)，所述涡轮增压器(4)包括涡轮机(401)，所述排气引导件(501、502)被布置成将气流从所述气缸(301、302)引导到所述涡轮机(401)，其中，限制通过所述排气引导件(501、502)的流动包括调节所述排气引导件(501、502)中的排气流限制元件(601、602)，并且可调节的所述排气流限制元件(601、602)布置在所述气缸(301、302)和所述涡轮机(401)之间。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，限制通过所述排气引导件(501、502)的流动包括调节所述排气引导件(501、502)中的节流阀(601、602)和/或调节所述发动机的可变几何涡轮增压器(4)的涡轮机(401)处的流动调节功能，其中，所述排气引导件(501、502)被布置成将气流从所述气缸引导到所述涡轮机(401)。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，调节通过所述空气引导件(901)的流动的所述限制包括调节所述空气引导件(901)中的节流阀(903)。
20.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1-19中的任一项所述的步骤。
21.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携带计算机程序，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求1-19中的任一项所述的步骤。
22.一种控制单元(21)，所述控制单元(21)被配置成执行根据权利要求1-19中的任一项所述的方法的步骤。
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