CN104870788B - 用于在带有可断开的气缸且带有至少一个可接入的压缩机的内燃机中在两个发动机运行状态之间转矩中立地进行转换的方法和控制装置 - Google Patents

用于在带有可断开的气缸且带有至少一个可接入的压缩机的内燃机中在两个发动机运行状态之间转矩中立地进行转换的方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

公开一种用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法以及与此相关的控制单元(22)，该内燃机带有进气管(26)、多个气缸以及可接入的特别是电驱动的压缩机(18)。在第一发动机运行状态中内燃机(20)在没有可接入的压缩机(18)情况下的增压状态中运行。为了从第一发动机运行状态过渡到第二发动机运行状态中停止运行至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门。在第一发动机运行状态中在直接在进气阀门和/或排气阀门停止运行之前的多个冲程中可接入的压缩机(18)至少暂时接通，其中在该多个冲程期间内燃机(20)为了压力增大被节流。由此在进气管(26)中至少部分地由可接入的压缩机(18)产生附加的压力增大。该至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门在第二发动机运行状态中停止运行。

Description

用于在带有可断开的气缸且带有至少一个可接入的压缩机的 内燃机中在两个发动机运行状态之间转矩中立地进行转换的 方法和控制装置
技术领域
本发明涉及一种带有按权利要求1的前序部分所述特征的用于转矩中立地(momentneutral)转换(umschalten)可增压的内燃机的方法。本发明此外涉及一种带有按权利要求8的前序部分所述特征的用于转矩中立地转换可增压的内燃机的控制装置以及一种可增压的内燃机。
背景技术
汽缸断开(ZAS)是一种用于降低内燃机特别是汽油机在部分负运行中的效率损失的有效措施。因此ZAS是一种用于明显降低内燃机消耗的重要技术。大多数情况下，在ZAS情况下的可利用的特性曲线范围限制于ZAS运行中的所谓吸气装置全负荷(Sauger-Vollast)，因为废气涡轮增压器的响应性能对于在内燃机的增压运行中ZAS切换来说过于迟钝。一般情况下ZAS运行在这样的负荷之内在技术方面是合理的，即在这种负荷下不仅在发动机全运行(Vollmotorbetireb)时而且在发动机部分运行(Teilmotorbetireb)时达到相同的效率。
为了在带有特别是大于12的高几何压缩比的内燃机上降低爆震趋势，对于使用米勒燃烧法而言降低的容积效率(Liefergrad)可为必要的。但这种措施伴随着降低吸气装置全负荷并结果引起明显降低在其中可实施ZAS的可利用的特性曲线范围。在这种断开期间的气体动态过程例如空气柱的惯性进一步降低了有效的可利用的特性曲线范围。
从文献DE 10 2005 008 578 A1中已知一种带用汽缸断开的发动机和用于这种发动机的运行方法。单个气缸可停止运行(stilllegen)，方法是关闭进气阀门和排气阀门并且中断燃料供应。为了转换到发动机部分运行中，相反地 操作节流装置，以便在断开气缸阀之前维持起作用的气缸中的转矩。如果返回发动机全运行，在反向操作节流装置之前，重新接入气缸阀。在发动机部分运行中可附加运行小型的超级增压器(Superlader)。为了增强剩余气缸的转矩，从而扩大运行范围。
在文献DE 101 48 347 A1中描述了一种用于在多缸内燃机的发动机全运行和发动机部分运行之间进行变换的方法。在第一步骤中，如此进行待失效的气缸的功率的节流和同时进行待断开的气缸的功率的提高，即使由发动机输出的总转矩跟随预先规定的额定转矩，在第二步骤中，通过被节流的气缸的可切换的进气阀门或排气阀门进行该气缸的断开。
发明内容
本发明的目的在于，使得可增压的内燃机从第一发动机运行状态快速地转矩中立地转换到第二发动机运行状态中成为可能。
该目的根据本发明通过带有根据权利要求1所述的特征的用于转矩中立地转换可增压的内燃机的方法得以实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中表明特征。
用于将尤其车辆中的可增压的内燃机(其带有进气管(Saugrohr，有时称为进气歧管)、多个气缸以及可接入的压缩机)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的根据本发明的方法至少包括以下步骤：在第一发动机运行状态中使内燃机在没有可接入的压缩机情况下的增压状态中运行。为从第一发动机运行状态过渡到第二发动机运行状态中停止运行尤其关闭至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门。在第一发动机运行状态中在直接在进气阀门和/或排气阀门停止运行之前的多个冲程(Takt)(在该多个冲程期间为了压力增大(Druckaufbau)内燃机尤其借助对到全部气缸处的新鲜气体输送相同作用的节流阀例如节流阀片被节流)中，至少暂时接通(hinzuschualten)可接入的压缩机。由此在进气管中至少部分地由可接入的压缩机产生附加的压力增大。至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门在第二发动机运行状态中停止运行尤其关闭。
优选地第一发动机运行状态是内燃机的全运行状态(Vollbetriebszutand)，在其中全部气缸运行，而第二发动机运行状态是内燃机的部分运行状态(Teilbetriebszutand)，在其中仅仅一部分气缸运行。转换为转矩中立的是特别有利的，因为那么转换基本上不可察觉地进行。
可接入的压缩机在优选的实施方式中是可接入的电驱动的压缩机(eBooster)。电驱动的压缩机广泛用于明显改善可增压的内燃机的不稳定的运行性能。通过限定地将电能馈入增压内可与内燃机的运行点和在该点上存在的废气焓无关地提供所希望的尤其足够的增压压力。电驱动的压缩机的能量需求在此可由发电机或合适的存储介质例如电池满足。可利用的ZAS特性曲线由此可以有利的方式扩展。
在根据本发明的方法中，汽缸断开通过离散地(diskrete）停止运行一个或多个相关气缸的进气阀门和/或排气阀门进行。为了确保转矩中立针对第二发动机运行状态预控重要的发动机调节器尤其节流阀片。
在实际断开时，一个或多个待停止运行或待断开的气缸(在进气冲程期间)可填充新鲜气体并随后封闭(verschlossen)。该做法导致在第二发动机运行状态(其中工作气缸的数量减少)中在第一工作循环(Arbeitsspiel)中一方面由断开气缸产生拖曳力矩且另一方面还在运行的气缸具有减少的充气(Füllung)，因为在断开之前所有在第一发动机运行状态中工作的气缸均已经从进气管提取新鲜气体。该做法使得与在第一发动机运行状态中的转矩或特性曲线范围相比降低了第二发动机运行状态中的最大可呈现的转矩或可有效利用的ZAS特性曲线范围。
通过借助根据本发明短暂使用可接入的压缩机特别是电驱动的压缩机进行短时间的进气管压力增大可抵抗这种效果。典型地进气管压力提高借助可接入的压缩机可在最高0.3秒优选0.1-0.15秒内实现。与这种响应时间相对的是对于在约每分钟2000转时的示例性的汽缸断开的约0.6秒的持续时间。进气管压力提高短时间地支持运行的工作气缸的充气和对出现的充气和转矩损失进行的补偿。作为进一步改进方案此外可设置成，为ZAS转换使用滞带(Hystere-Band)，其中可接入的压缩机在引入转换之前不久已经可起 动。
按照根据本发明的这种方式，汽缸断开的减少排放潜力或节能潜力得到提高。
在根据本发明的用于转矩中立地转换可增压的内燃机的方法中特别优选的是，在多个冲程期间将至少一个气缸的点火角以如压力增大所进行的那样的程度向后调整，从而所产生的转矩基本上保持相同。按照这种方式使得对于内燃机的使用者来说尽可能不可察觉地引入发动机运行状态的变换。
但是在转矩中立地转换发动机运行状态时点火角的推迟设定 由于与此相关的拖曳(Verschleppung)可导致汽缸断开情况下的转换过程期间不利的油耗。结果是汽缸断开的理论上的节油潜力(如其例如在固定的发动机试验台上确定的那样)不可在实际的行驶运行中呈现。通过根据本发明使用可接入的压缩机，对于汽缸断开所必须的进气管压力增大可明显更快地进行，由此明显缩短了内燃机的更后的点火角的在效率方面的不利的阶段。因此借助于可接入的压缩机可扩大在实际行驶行驶中的节油潜力。
优选地在根据本发明的用于转矩中立地进行转换的方法中此外或除此以外在第二发动机运行状态下在进气阀门和/或排气阀门停止运行后使内燃机取消节流(entdrosseln)。作为对此的补充可在内燃机去取消时或在内燃机取消节流之后不久使至少一个气缸的点火角跳跃式向前调整。
已表明，当在多个冲程内可接入的压缩机(仅积或只是)启动(anreiβen)并然后停下来(auslaufen)时，根据本发明的用于转矩中立地进行转换的方法已经发挥出其有利的作用。换句话说，根据本发明可接入的压缩机的接通可限制于(只是)启动和然后停下来或可单独地通过(只是)启动和然后停下来呈现。可接入的压缩机的直至达到一定功率的响应时间或一定的惯性对该方法的使用不是障碍。
根据本发明的用于转矩中立地转换可增压内燃机的控制装置具有用于操控内燃机的控制单元，该内燃机带有进气管、多个气缸、可接入的压缩机以及进气管内的压力传感器。控制单元包括带有存储器的计算器，该存储器 内储存程序，该程序在至少部分段被实施的情况下产生或实现带有根据在说明书中的图示的单个特征或特征组合的用于转矩中立地转换内燃机的方法。
优选地借助根据本发明的用于转矩中立地进行转换的控制装置，可接入的压缩机可从内燃机的发电机(Lichtmaschine)，电子发电机(Lichtelektromaschine)为出发点被驱动。
可增压的内燃机特别是汽油机或柴油机也存在于根据本发明的思路的关联中。增压尤其地可借助一个或多个由内燃机所包括的废气涡轮增压器进行。根据本发明的可增压内燃机包括带有根据在说明书中的图示的单个特征或特征组合的根据本发明的控制装置。
在本发明一种优选的实施方式中，这涉及一种可增压的内燃机，优选为具有四个气缸的四冲程内燃机，其中至少两个气缸的进气阀门和/或排气阀门在第二发动机运行状态下停止运行。
对于根据本发明可增压的内燃机尤其优选的是一种这样的实施方式，即其带有用于离散地转换至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门的升程曲线变化(Hubverlauf)(气门升程曲线轮廓(Ventilhubkontur))的装置。该装置尤其地可包括可轴向移动地布置的和/或容纳的凸轮的***，凸轮成对地具有曲线随动器运行轨迹(Kurvenfolgerlaufbahn，有时称为凸轮随动件行进轨迹)，这些曲线随动器运行轨迹引起至少一组进气阀门和/或排气阀门的不同操纵或抑制操纵(AVS***)。作为对此的备选方案，这可涉及全可变气门传动机构。
尤其有利的是，使用根据本发明的方法用于增压的汽油机，特别是四冲程汽油发动机，其以高压缩的米勒燃烧法运行，尤其地以大于12的几何压缩比运行。
附图说明
本发明的其它优点和有利的实施方式以及改进方案借助下面的说明参照附图进行描述。其中：
图1示出根据本发明的方法的优选的实施方式的示意流程图；
图2以子图2A示出利用其可实施根据本发明的方法的布置的第一实施方 式，并且以子图2B示出利用其可实施根据本发明的方法的布置的第二实施方式；以及
图3示出具有带有根据本发明的控制装置的根据本发明的内燃机的陆用车辆的简图。
具体实施方式
图1示出在带有可变气门传动机构例如AVS***的可增压的内燃机中根据本发明的方法的优选实施方式的示意流程图。首先可增压的内燃机在第一发动机运行状态(步骤10)中特别是在全运行状态中运行。为了准备实际的转换，内燃机在多个冲程例如六个至十五个冲程优选十个冲程期间节流，而根据本发明同时接通(步骤12)优选仅启动可接入的压缩机优选电动压缩机通常也称为eBooster，以便在进气管内产生附加的压力增大。附加压力增大的相对值必须遵循气缸总容积的待停止运行的份额。例如当一半气缸应停止运行时，需要压力增大到两倍。同时在多个冲程期间可以如压力增大所进行的那样的程度将气缸的点火角向后调整，从而所产生的转矩基本上保持相同。压力增大可借助进气管中的压力传感器测量。然后停止运行(步骤14)至少一个气缸特别是一半气缸的进气阀门和/或排气阀门。按照这种方式实现可增压的内燃机在第二运行状态下中特别是在部分运行状态下中运行(步骤16)，其中至少一个气缸特别是一半气缸的进气阀门和/或排气阀门在第二发动机运行状态中停止运行。
图2在子图2A中示出利用其可实施根据本发明的方法的布置的第一实施方式。可接入的压缩机18特别优选电驱动的压缩机(在此通过电驱动器EM表示)原则上可在内燃机20的空气输送中定位在废气涡轮增压器30之前或之后。子图2A中的实施方式示出可接入的压缩机18布置在处于废气涡轮增压器30上游的低压侧上。在这种实施方式中内燃机20是带有四个气缸的四冲程汽油机。可接入的压缩机18与用于操控内燃机20的控制单元22处于有效连接中。控制单元22具有计算器24，在该计算器上可运行实施根据本发明方法的计算器程序。控制单元22可尤其为发动机控制***或发动机控 制***的一部分。
内燃机20可增压：内燃机20在气体输送侧上具有进气管26，带有优选集成在其中的增压空气冷却器28。原则上进气管26内的压力由废气涡轮增压器30产生，其压缩机泵送进气管26内的新鲜气体。废气涡轮增压器30从废气的焓中获取其驱动能量，废气凭借以下方法通过废气管路32离开气缸，即涡轮叶轮由废气流驱动。至少对于废气的分流可通过可控的废气门34即阀门绕开涡轮叶轮。新鲜气体管路36分支成通向可接入的压缩机的压缩机叶轮的第一路径和直接通向废气涡轮增压器30的压缩机叶轮的第二路径。在第二路径内还设置有节流阀38优选为节流阀片，从而可控制和/或可调节朝向内燃机20的新鲜气体输送。节流阀38相同地作用于到全部气缸处的新鲜气体输送。
内燃机20除了具有ZAS功能的气缸盖外还包括可变的气门传动机构40。此外存在发电机42，其产生的电能储存在电池44内。在该实施方式中优选地电驱动的附加压缩机18从该电池44获得其驱动能量。
附图2在子图2B中示出利用其可实施根据本发明的方法的布置的第二实施方式。对于相同的部件特别是带有与子图2A中的第一实施方式中相同功能的部件使用相同参考标记。考虑到尽可能快的进气补偿或进气管压力增高可优选将可接入的压缩机18布置在废气涡轮增压器30下游(也就是说在高压侧上)，特别是尽可能紧密地布置在进气管26处或集成在进气管中，因为减少了待由可接入的压缩机18填充的死区容积，从而可达到比较快的响应，特别是比在根据在子图2A中的第一实施方式的配置中更快。
在子图2B中的第二实施方式中，优选且特别有利地考虑到结构空间可接入的压缩机18如同增压空气冷却器28那样集成在进气管26中。
在此还应说明的是，根据本发明的内燃机附加地在高压侧上和/或在低压侧上还可具有(可控制的和/或可调节的)废气再循环。
在图3中简绘出具有带有根据本发明的控制单元22的根据本发明的内燃机20的陆用车辆。该陆用车辆在车前部(Vorderwagen)具有内燃机20。控制单元22同样容纳在该处。
参考标号列表
10 在第一发动机运行状态中的运行
12 在可接入的压缩机被接入的情况下的节流运行
14 停止运行进气阀门和/或排气阀门
16 在第二发动机运行状态中的运行
18 可接入的压缩机
20 内燃机
22 控制单元
24 计算器
26 进气管
28 增压空气冷却器
30 废气涡轮增压器
32 废气管路
34 废气门
36 新鲜气体管路
38 节流阀
40 可变的气门传动机构
42 发电机
44 电池
46 陆用车辆

Claims (15)

1.一种用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，该内燃机带有进气管(26)、多个气缸以及可接入的压缩机(18)，其中在第一发动机运行状态中，内燃机(20)在没有可接入的压缩机情况下的增压状态中运行(10)，以及为了从第一发动机运行状态过渡到第二发动机运行状态中至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门停止运行(14)，并且该至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门在第二发动机运行状态中停止运行，其特征在于，在第一发动机运行状态中在直接在进气阀门和/或排气阀门停止运行之前的多个冲程中至少暂时接通可接入的压缩机(18)，并且在进气管(26)中至少部分地由可接入的压缩机(18)产生附加的压力增大，其中在所述多个冲程期间内燃机为了压力增大被节流(16)。
2.根据权利要求1所述的用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，其特征在于，在所述多个冲程期间将至少一个气缸的点火角以如所述压力增大所进行的那样的程度向后调整，从而所产生的转矩基本上保持相同。
3.根据权利要求1所述的用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，其特征在于，在第二发动机运行状态中在进气阀门和/或排气阀门停止运行后使内燃机取消节流。
4.根据权利要求3所述的用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，其特征在于，在内燃机取消节流时或直接在内燃机取消节流之后，至少一个气缸的点火角跳跃式向前调整。
5.根据权利要求1所述的用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，其特征在于，在多个冲程内可接入的压缩机(18)启动并然后停下来。
6.根据权利要求1所述的用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，其特征在于，第一发动机运行状态是可增压的内燃机(20)的全运行状态，在该全运行状态中全部气缸运行，而第二发动机运行状态是可增压的内燃机(20)的部分运行状态，在该部分运行状态中仅部分数量的气缸运行。
7.根据权利要求1所述的用于将可增压的内燃机(20)从第一发动机运行状态转矩中立地转换到第二发动机运行状态中的方法，其特征在于，可增压的内燃机(20)以米勒燃烧方法运行。
8.一种用于转矩中立地转换可增压的内燃机(20)的控制装置，内燃机带有进气管(26)、多个气缸、可接入的压缩机(18)以及进气管(26)内的压力传感器，其中，控制装置具有用于操控内燃机(20)的控制单元(22)，其特征在于，所述控制单元(22)包括带有存储器的计算器(24)，在该存储器内中储存程序，其中所述控制单元(22)设置成用于执行按前述权利要求1–5中任一项所述的用于转矩中立地转换内燃机(20)的方法。
9.根据权利要求8所述的用于转矩中立地转换可增压的内燃机(20)的控制装置，其特征在于，所述可接入的压缩机(18)可从内燃机的发电机(42)为出发点被驱动。
10.一种可增压的内燃机(20)，其特征在于根据权利要求8所述的用于转矩中立地进行转换的控制装置。
11.根据权利要求10所述的可增压的内燃机(20)，其特征在于，所述可接入的压缩机(18)是电驱动的压缩机。
12.根据权利要求10所述的可增压的内燃机(20)，其特征在于，几何压缩比大于12。
13.根据权利要求10所述的可增压的内燃机(20)，其特征在于对到全部气缸处的新鲜气体输送相同作用的节流阀(38)。
14.根据权利要求10所述的可增压的内燃机(20)，其特征在于，内燃机(20)具有四个气缸，其中至少两个气缸的进气阀门和/或排气阀门在第二发动机运行状态中停止运行。
15.根据权利要求10所述的可增压的内燃机(20)，其特征在于用于离散地转换至少一个气缸的进气阀门和/或排气阀门的升程曲线变化的装置。
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