CN112664337B - 用于使内燃机停机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使具有多个气缸的内燃机停机的方法，以使得在多个气缸中的一个气缸完全停止后，惰性气体率低于预设阈值，其中在对内燃机的停机请求(400)之后，针对特定气缸确定在内燃机的当前的和/或为停机而设定的的运行条件下可能发生的排气冲程的数量(N1)；其中如果特定气缸在停机期间可能发生的排气冲程的数量(N1)可能不足以使得在多个气缸中的一个气缸完全停止后惰性气体率(R)低于所述预设阈值，则在停机请求(400)之后执行渐隐操作(430)至少一个工作周期，在渐隐操作中，在多个气缸中的一个气缸中不执行燃料的喷射并且内燃机以其余气缸运行；并且其中在渐隐操作(430)之后进行内燃机的停机。

Description

用于使内燃机停机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于使具有多个气缸的内燃机停机的方法，以使得在多个气缸中的一个气缸完全停止后，惰性气体率低于预设阈值，并且涉及一种用于执行该方法的计算单元和计算机程序。
背景技术
机动车辆中的内燃机可以借助于所谓的起动机或起动发电机来起动。为此，通过起动机或起动发电机将(外部)扭矩施加到内燃机的曲轴上，并且将内燃机加速到一定转速，直到内燃机完全通过气缸中的燃料和空气的燃烧过程而运转。
但是，通过适当地或有针对性地使内燃机停机，可以在没有这种外部扭矩的情况下或者至少以与传统的起动过程相比减小的外部扭矩来起动内燃机。为此，通常需要在适当的曲轴位置处，为特定气缸提供相应的新鲜空气。例如，这可以通过有针对性的停机过程来进行。该方法例如由DE 10 2019 214 144 A1和DE 10 2015 225 904 A1已知。
发明内容
本发明提出了一种用于使具有多个气缸的内燃机停机的方法，以使得在多个气缸中的一个气缸完全停止后，惰性气体率低于预设阈值，本发明还提出了一种用于执行该方法的计算单元和计算机程序。
惰性气体率应理解为燃烧后残留在气缸中的废气(惰性气体)与总充气量或空气量(除惰性气体外还包括新鲜空气)之比。在这方面，这也与以下事实同义：在多个气缸中的一个气缸完全停止后，新鲜空气率高于预设阈值(但是该阈值不对应于惰性气体率的阈值)。
为了(在该特定气缸或曲轴的合适位置上)在最初静止的内燃机的特定气缸中产生燃烧过程，从而使得内燃机启动，即产生足够高的扭矩，需要在在特定气缸中具有低惰性气体率并且因此需要高新鲜空气率。该特定气缸或曲轴的合适位置特别是在该特定气缸(也称为目标气缸)的膨胀阶段中实现。
这也称为所谓的新鲜空气调节。需要注意的是，具有越多的排气推动行程，并且在排气期间进气歧管压力越高，则在紧邻内燃机排气或排气过程之前的最后燃烧的惰性气体可以越好地从气缸中排出。对此将结合附图进行更详细的说明。
然而，现在已经发现，特别是在低空载转速情况下，停机过程有时不能持续足够长的时间，以在气缸中获得足够高的新鲜空气率，从而在随后的启动过程中无需外部扭矩或需要减小的外部扭矩。
通过提高空载转速和相应的内燃机的排气时间，可以实现更多的新鲜空气排气行程(由于没有更多的燃烧发生，因此排出新鲜空气的气缸活塞的排气冲程)。这可以使处于膨胀阶段的气缸有足够的新鲜空气调节。这样增加的空载转速可以远高于1000转/分钟。所需的空载转速水平越大，内燃机的质量惯性矩越小，机油越冷(由于较高的摩擦力)，并且在滑行期间选择或必须选择的进气歧管压力越低(例如从舒适性角度和/或曲轴位置角度而言)。
空载转速的提高(甚至只是暂时的)不仅会导致更高的燃油消耗，而且还会表现出不寻常的行为，并且可能对车辆用户造成不良影响。原则上，如后面结合附图所述，增加的进气歧管压力导致惰性气体率更快地下降到某个阈值以下。然而，进气歧管压力的(任意)增加通常是不适宜的，因为这可能是用于针对性地达到特定气缸或曲轴的位置的操纵变量。
在本文提出的方法中，在内燃机的停机请求之后，针对特定气缸确定在内燃机的当前的和/或为停机而设定的运行条件下(直到内燃机停止)可能发生的排气冲程的数量。停机请求可以理解为使内燃机停机(必要时暂时停机)的例如起停功能的请求。取决于内燃机的当前运行条件，即特别是转速或空载转速、进气歧管压力、机油温度、环境温度等，气缸的排气冲程的数量可能改变。对于具体的运行条件，例如可以使用模型预测该数量。然而，也可以考虑使用特性曲线等，其中存储了用于各种操作条件的相应数据。
另外，可以确定特定气缸的排气冲程的所需数量，以使得在多个气缸中的一个气缸完全停止后，惰性气体率低于预设阈值。对于具体的操作条件，这也可以例如通过使用特性曲线等来完成。如果在停机期间特定气缸可能发生的排气冲程的数量(可能)不足以使得在多个气缸中的一个气缸完全停止后惰性气体率低于预设阈值，则在停机请求之后执行用于内燃机的渐隐操作至少一个工作周期。
在渐隐操作中，在多个气缸中的一个气缸中不执行燃料的喷射并且内燃机以其余气缸运行。然后在那里进行一定适配，这将在下面更详细地说明。在渐隐操作之后，进行内燃机的停机，特别是通过完全停止喷射，但最好在确定可能的排气冲程数量的其他工作条件保持不变并且在渐隐操作之后仍可达到的情况下进行。
通过这种渐隐操作，一个气缸的停机过程得到了针对性的延长，因为在该气缸中不再供应任何燃料，而其余气缸继续运行并继续驱动曲轴。这样，已经在该选定气缸中降低了惰性气体率，因此在(纯)停机过程中，该气缸总共可获得比通常数量更多的排气冲程。以此方式，可以在不增加空载转速且不增加进气歧管压力的情况下对气缸进行新鲜空气调节，而整个渐隐操作仅需短暂推延一个或几个工作周期。
优选地，根据为使在多个气缸中的一个气缸完全停止后惰性气体率低于预设阈值而可能所需的排气冲程的数量和在所述停机期间可能发生的排气冲程的数量来选择用于渐隐操作的工作周期的数量。如果例如需要六个排气冲程以使惰性气体率降至例如5％的阈值以下，但是仅可能发生四个排气冲程，则将需要另外两个排气冲程。这些可以通过两个额外的工作周期来实现。
如前所述，原则上可以在空气排出冲程(气缸的活塞)和新鲜空气排出冲程之间进行区别，其中新鲜空气排出冲程不计算在关闭过程开始之后的初始空气排出冲程，其中在最后的燃烧过程之后最初仅排出惰性气体。但是，对于要为渐隐操作选择的工作循环数，其不取决于计算所使用的所需或发生的排气冲程的类型，因为只有两者之间的差异重要。
优选地，在渐隐操作中选择在停机请求之后立即被规划进行喷射的气缸(即在没有停机请求时作为下一个进行喷射的气缸)或者选择预定气缸作为不被喷射燃料的气缸。这样，可以尽快执行整个过程，或者尽可能少地推迟停机过程。然后，该气缸也是后来可以用作目标气缸的气缸，以在内燃机重新启动时从静止状态产生扭矩。但是，也可以在停机请求之前确定哪个气缸必须是目标气缸，例如在重新启动内燃机时可以对许多气缸中的一个或几个进行减压。
有利地，在渐隐操作中针对所述其余气缸适配相应的喷射，特别是相应的点火过程，以补偿不进行喷射的气缸的扭矩不足。通过这种方式，转速可以尽可能保持恒定。例如，在总共四个气缸的情况下，其余三个气缸(四个气缸中的一个不再接受喷射)将补偿该第四气缸的扭矩，即，例如其余三个气缸中的每个将产生通常扭矩的三分之四。为此，必须相应地适配要引入的新鲜空气量，并且在必要时适配燃料量。例如可以增加进气歧管压力(简短地)以增加新鲜空气的量。此外，可以调整其余三个气缸的λ比率，使得总体上(即与其中不进行喷射的第四气缸一起)获得理想的λ比率，优选为1.0。因此，对于这三个气缸，例如λ比率将为0.75。
在渐隐操作中，原则上可以在全部的其余气缸中都执行喷射和点火过程。由于不产生任何扭矩的一个气缸会导致内燃机一定程度的不均匀运转，因此优选地在其余气缸的渐隐操作中，在至少一个气缸执行点火过程并且在至少一个气缸不执行点火过程。在总共四个气缸的情况下，一种可能性是例如不对其余三个气缸中的一个进行任何点火过程，从而特别地仅在内燃机的每第二个气缸中进行燃烧(直列式布置)。这样可以减少任何不平稳的运行。应当理解，可以根据内燃机的类型和结构来选择不进行点火过程的其余气缸。然后，为了使转速(尽可能地)保持恒定，将总扭矩分配给进一步减少的气缸数量，例如四个气缸中的两个，即，例如对两个气缸施加两倍扭矩。
同样有利的是，在渐隐操作中，在其余气缸中的不执行点火过程的至少一个气缸被执行喷射。这意味着对于其余气缸，不必进一步适配λ比率，因为仍然只有一个气缸只有新鲜空气。因此，在任何情况下都实现了排放中和。
为了执行根据本发明的方法，特别是在编程方面配置了根据本发明的计算单元，例如机动车的控制装置，尤其是内燃机控制装置。
以具有程序代码的计算机程序或计算机程序产品形式来执行根据本发明的方法的全部方法步骤是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是如果执行控制装置用于其他任务并且因此必然存在。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是磁、光和电存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。也可以通过计算机网络(Internet，Intranet等)下载程序。
本发明的其他优点和结构从说明书和附图中得出。
在附图中结合实施例示意性地示出了本发明，并且下面将参考附图进行说明。
附图说明
图1示意性地示出了可以执行根据本发明的方法的内燃机。
图2示意性地示出了内燃机的气缸中的惰性气体率的变化。
图3示意性地示出了针对不同进气歧管压力的在所获得的惰性气体率与新鲜空气排出冲程的数量之间的关系。
图4示意性地示出了优选实施例中的根据本发明的方法的流程。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了内燃机100，在该内燃机中可以执行根据本发明的方法。内燃机具有例如四个气缸或燃烧室131、132、133和134。另外，示出了进气歧管110和具有喷油器121的供油系统120作为示例。燃烧期间产生的废气或惰性气体被供给至废气系统140。此外，示例性地示出了设计为内燃机控制器的计算单元180，利用该计算单元可以控制或操作内燃机。
在图2中，示意性地示出了内燃机的气缸中的惰性气体率的变化。为此，示出了具有活塞137的气缸131以及两个极限位置：上止点OT和下止点UT。另外，示出了进气阀138和排气阀139。
在下文中，将使用不同的阶段和示例性的数值(虽然是真实的，但该精度仅用于解释)来解释在最后一次燃烧后气缸中的惰性气体率或新鲜空气率如何变化。
P1阶段表示换气阶段OT(LOT或LW-OT)，其中进气阀刚刚打开，排气阀关闭。例如，气缸中残留有51mg的惰性气体。
当活塞移至下止点UT时，如阶段P2所示，新鲜空气201通过进气阀被吸入。例如，在进气歧管压力为400mbar时，将吸入139mg新鲜空气201，这将导致(瞬时)惰性气体率为27％。另一方面，在进气歧管压力为1000mbar的情况下(由于较高的压力可以流入大量新鲜空气)会吸入424mg新鲜空气，这将导致(瞬时)惰性气体率达到11％。
在随后的活塞上行期间，由于进气阀仍处于打开状态，新鲜空气和惰性气体(等比例)被从气缸中排出，但惰性气体的比率没有变化。
在阶段P3中，曲轴转角在ZOT(所谓的点火上止点)前达到135°，并关闭进气阀。例如，在阶段P3中，仍然有46mg惰性气体和125mg新鲜空气(对于400mbar进气歧管压力)或46mg惰性气体和382mg新鲜空气(在1000mbar进气歧管压力下)。
在阶段P4中，曲轴转角在ZOT后达到135°。进气阀和排气阀从阶段P3到阶段P4持续关闭，因为在这种情况下(在内燃机正常运转的情况下)压缩和燃烧阶段将发生，因此惰性气体率不会改变。
在阶段P5中，曲轴转角在ZOT后达到135后的情况下，排气阀被打开，因为在这种情况下(在内燃机正常运转的情况下)惰性气体将被排出。然而，在当前情况下，替代地，排气或惰性气体202通过排气阀从排气系统被压回到气缸中。在400mbar的进气歧管压力下，这将是例如257mg惰性气体，这将导致70％的惰性气体率。
然后，通过排气阀将另外的43mg惰性气体(在400mbar的吸气管压力下)吸入直至P6阶段的下止点，这将导致74％的惰性气体率。
但是，在进气歧管压力为1000mbar的情况下，当排气阀打开时，在阶段P5中没有惰性气体通过排气阀被压入，这是由于与400mbar进气歧管压力相比，气缸中普遍存在明显更高的压力。仅在随后的进一步膨胀直至阶段P6期间，仍然吸入例如47mg的惰性气体，这导致20％的惰性气体比率。
这表明，在气缸中最后一次燃烧后，进气歧管压力较高时，惰性气体率会大大降低。随着活塞的进一步冲程，重复了所描述的过程，但是惰性气体的比例(即，惰性气体率)越来越少，因为没有从燃烧添加新的惰性气体，但是可能从排气系统添加了新的惰性气体。这适用于所有进气歧管压力。这里称为新鲜空气被排出，因为新鲜空气也被排出了。
在图3中，针对不同的进气歧管压力，示出了关于新鲜空气排出冲程的数量NF的惰性气体率R(％)。在曲线301至309中，进气歧管压力以100mbar的(递减)步长示出了从1000mbar(301)到300mbar(309)。
这清楚地表明，在进气歧管压力较高且新鲜空气排出冲程很少的情况下，可以达到例如5％的阈值RS，而在进气歧管压力较低时则不能。然而，由于进气歧管压力通常不能或至少不能随意改变或增加，因此在所提出的方法的框架内使用渐隐操作，如下面更详细地解释。
图4示意性地示出了优选实施例中的根据本发明的方法的流程。在此，首先进行停机请求400，其中提出了使内燃机停机或停止的请求。
随后，在步骤410中，针对特定气缸确定在内燃机的当前的和/或为停机而设定的运行条件下可能发生的排气冲程的数量N1。
此外，在步骤420中，确定在内燃机的当前的和/或为停机而设定的运行条件下需要的排气冲程的数量N2，以便在多个气缸中的一个气缸完全停止后，惰性气体率低于预设阈值。
如果现在数量N1小于数量N2，则意味着在完全停止后，多个气缸中的一个气缸中的惰性气体率不低于预设阈值。然后，执行渐隐操作430，在该渐隐操作中，在多个气缸中的一个气缸中不执行燃料的喷射并且内燃机以其余气缸运行，特别是工作周期的数量ΔN，其中数量ΔN基于数量N1和数量N2确定，优选作为它们的差N2-N1。
因为现在例如四个气缸中的一个不再参与扭矩的产生，所以剩下的三个要点火的气缸现在必须分别提供原始扭矩的三分之四，由此在渐隐操作期间速度保持恒定。
这意味着必须将要点火的三个气缸中的空气质量提高到原始水平的三分之四，这可以通过相应地增加进气歧管压力来实现。这样的增加有助于降低惰性气体率。
由于该渐隐操作，气缸现在将新鲜空气推入排气系统，进而推入催化转化器，因此在渐隐操作期间，其余三个气缸必须以原始λ值的四分之三进行运行，即λ值为0.75，前提是要确保催化转化器中的λ值保持在1的值，尽管气缸只是排出新鲜空气，因此该方法是排放中性的。
排气歧管和催化转化器上的额外热负荷可以忽略不计，因为这种渐隐操作仅会进行几个工作周期。
然后是常规的停机过程440，在该停机过程中，内燃机实现停止，尤其是这样的方式：使相关的气缸在渐隐操作期间不进行任何喷射，或者气缸的活塞相对于曲轴处于这样的位置，内燃机可以在没有外部扭矩或至少没有外部扭矩的情况下通过点火从静止状态启动。
如上所述，应该注意的是，通过仅关闭一个气缸的喷射，在渐隐操作的持续时间内，内燃机的不均匀运转可能会增加，因为不再以等距的速率向曲轴施加扭矩。根据内燃机在车身内的安装位置和安装情况，这种更大的不均匀行驶也可能使其自身感觉为车辆座椅中的干扰性振动，并且被证明是不可接受的。
为了确保产生等距的扭矩，空气/燃料混合物只能(例如)在每两个气缸中点燃一次。随着半引擎运行的出现，可以保持最佳的运行平稳性。由于不再有四个气缸中的两个气缸参与扭矩的产生，因此，剩下的两个要点火的气缸现在必须提供原始扭矩的两倍，以便在渐隐操作期间保持速度恒定。
这意味着必须将要点火的两个气缸中的空气质量提高到原始水平的两倍，这可以通过相应地增加进气歧管压力来实现。在不点火的两个气缸(总共四个气缸)中，因此不参与扭矩产生，其中一个保留为目标气缸(在膨胀阶段停止后必须或相应调节惰性气体率)，另一个变为供给碳氢化合物，因为将燃料引入到该燃料室中，但仍未点燃，仅具有将排放中和所需的碳氢化合物引入排气系统的功能。
由于在这种情况下，只有一个气缸仅将新鲜空气推入排气系统，进而推入催化转化器，因此在渐隐操作期间，即在运行过程中，其余三个气缸必须以原始λ值的四分之三操作。λ值为0.75(其中三个气缸中只有两个被点火)。这也确保了即使在半发动机运行中，尽管气缸仅排出新鲜空气，总催化转化器中的λ值仍保持为1，并且该方法在此也是排放中性的。

Claims (10)

1.一种用于使具有多个气缸(131、132、133、134)的内燃机(100)停机的方法，以使得在所述多个气缸中的一个气缸(131)完全停止后，惰性气体率(R)低于预设阈值(RS)，
其中在对所述内燃机的停机请求(400)之后，针对特定气缸(131)确定在所述内燃机的当前的和/或为停机而设定的运行条件下可能发生的排气冲程的数量(N1)；
其中如果所述特定气缸在停机期间可能发生的排气冲程的数量(N1)不足以使得在所述多个气缸中的一个气缸完全停止后惰性气体率(R)低于所述预设阈值(RS)，则在所述停机请求(400)之后执行渐隐操作(430)至少一个工作周期，在所述渐隐操作(430)中，在所述多个气缸中的一个气缸(131)中不执行燃料的喷射并且所述内燃机(100)以其余气缸(132、133、134)运行；并且
其中在所述渐隐操作(430)之后，进行所述内燃机的停机(440)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据为使在所述多个气缸中的一个气缸完全停止后惰性气体率(R)低于预设阈值(RS)而可能所需的排气冲程的数量(N2)和在所述停机期间可能发生的排气冲程的数量(N1)，来选择用于所述渐隐操作(430)的工作周期的数量(ΔN)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述渐隐操作(430)中，选择在所述停机请求之后立即被规划进行喷射的气缸或者选择预定气缸作为不被喷射燃料的气缸(131)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述渐隐操作(430)中，针对所述其余气缸适配相应的喷射，以补偿不进行喷射的气缸的扭矩不足。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述渐隐操作(430)中，在全部的所述其余气缸中都执行喷射和点火过程。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述其余气缸的所述渐隐操作(430)中，在至少一个气缸执行点火过程并且在至少一个气缸不执行点火过程。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述渐隐操作中，在所述其余气缸中的不执行点火过程的所述至少一个气缸被执行喷射。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述渐隐操作(430)中，针对所述其余气缸适配相应的点火过程，以补偿不进行喷射的气缸的扭矩不足。
9.一种计算单元(180)，被配置为执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的全部方法步骤。
10.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算单元(180)上执行时，所述计算机程序使所述计算单元(180)执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的全部方法步骤。
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