CN108603448B - 内燃发动机和包括控制该发动机以提供制动扭矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内燃发动机，其包括：‑包括连接到可旋转曲轴的活塞的气缸(301、302)，‑被布置成从气缸(301、302)引导气流的排气引导部(501、502)，‑被布置成限制通过排气引导部(501、502)的气流的可调节流动限制元件(601、602)，‑被布置成控制气缸(301、302)和排气引导部(501、502)之间的连通的排气门(7)，和‑用于致动排气门(7)以在气缸(301、302)的多个循环中的每一个中执行排气门致动序列的排气门致动组件(8)，‑其特征在于，排气门致动组件(8)适于控制排气门致动序列的开启，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。

Description

内燃发动机和包括控制该发动机以提供制动扭矩的方法
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机、车辆、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。
本发明可应用于重型车辆，例如卡车、大客车和建筑设备。虽然将针对重型车辆来描述本发明，但本发明不限于这种特定的车辆，而是也可用在其他车辆中，例如轿车。
背景技术
可能希望提供强劲的发动机制动功能(尤其在重型车辆中)，例如在重载荷情况下的长下坡路段中。US5146890A描述了在排气***中具有节流装置的发动机，以增加排气***中的背压。US5146890A还描述了在压缩冲程开始和结束时提供排气门打开序列(exhaustvalve opening sequences)，以分别提供气缸内的增压和避免压缩冲程结束时的后推效应(push-back effect)。
然而，在发动机制动操作期间，可能存在情形的变化，所述情形的变化降低了制动动力或者引起由于超过设计极限而导致的损坏发动机的风险。虽然US5146890A中的方案提供了发动机制动动力的有利增加，但设计极限要求对于制动操作的相当大的裕量，这阻碍了制动动力的最大化。
US2012017869A1描述了在排气***中带有节流阀的***。背压导致气缸排气门的中途打开，且摇臂机构使该气门保持打开，直至排气门主打开序列发生。这是不利的，因为排气门在整个压缩冲程期间是打开的，这样就失去发动机制动动力。而且，类似于US5146890A中的方案，也不利地需要考虑设计极限，该设计极限要求对于制动操作的相当大的裕量，这阻碍了制动动力的最大化。
WO2004059131描述了内燃发动机中的泄气器型和压缩释放发动机制动，其中，在发动机循环的至少一个主要部分期间，排气门被维持处于小升程。此外，排气门由VVA***促动，以产生制动气体再循环(BGR)事件，这是使用驱动VVA***的凸轮上的主排气事件叶瓣而产生的。对于BGR事件，主排气事件被修改以延后开始和/或提前结束，这在主动制动期间进行。
DE102005033163描述了一种发动机，其中每个气缸除了进气门和排气门之外还具有通向压力容器的制动阀。该压力容器能够集成到发动机的冷却***中。
FR1087090A描述了两冲程发动机、发动机制动操作(涉及通过关闭构件堵塞排气道)和排气门调节。
GB2443419描述了用于产生另外的可选择气门升程事件的装置，以允许发动机作为压缩制动器运行，且描述了相位调节***，该相位调节***允许相对于发动机曲轴改变所述可选择气门升程的正时。
发明内容
本发明的一个目的是提高车辆中的内燃发动机的制动性能。本发明的还一个目的是于降低发动机制动操作期间损坏该发动机的风险。
这些目的通过根据本发明的内燃发动机来实现。因此，本发明提供了一种内燃发动机，该内燃发动机包括：
-气缸，所述气缸包括连接到可旋转曲轴的活塞，
-排气引导部，所述排气引导部被布置成从气缸引导气流，
-可调节流动限制元件，所述可调节流动限制元件被布置成限制通过排气引导部的气流，
-排气门，所述排气门被布置成控制气缸和排气引导部之间的连通，以及
-排气门致动组件，所述排气门致动组件用于致动排气门，以在气缸的多个循环中的每一个中执行排气门致动序列，
-其中，所述排气门致动组件适于控制所述排气门致动序列的开启，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。
通过将可调节流动限制元件和排气门致动组件相组合，获得了对于发动机制动操作的控制的明显改进，所述可调节流动限制元件被布置成限制通过排气引导部的气流，所述排气门致动组件适于控制排气门致动序列的开启，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。所述流动限制元件和排气门致动组件可相互补充，以提供对发动机制动动力的精密控制。所述流动限制元件可例如被设定为用于提供排气引导部背压和对发动机制动动力水平的粗略设定，而排气门致动组件可提供连续的闭环调节以精细地调节气缸空气质量流量和气缸压力，从而精密地调节发动机制动动力。
更具体地，所述排气门致动组件适于控制所述排气门致动序列的开启(即，排气门打开事件)以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启，这可允许所述排气门致动组件提供对于排气门致动序列的开启时的曲轴角度的连续调节。通过该流动限制元件调节与对于排气门致动序列的开启时的曲轴角度的连续调节的可能性相组合，允许高的发动机制动动力能力与精密地调节质量流量和气缸压力的能力的组合，例如在改变发动机速度方面，这是现有技术的方案中未提供的。所述流动限制元件自身可允许在窄的发动机速度范围内的高制动动力。调节所述排气门致动序列的开启的可能性允许在宽的发动机速度范围内保留高的制动动力，即：利用流动限制元件和连续可调节排气门致动组件的组合，能够在宽的发动机速度范围内获得高的制动动力。
所述流动限制元件调节与排气门致动序列的开启时的曲轴角度的连续调节的可能性的组合也允许响应于制动操作期间的变化的情形来精确地调节质量流量和气缸压力，从而降低或避免超过发动机设计极限的风险。这种极限可涉及例如气缸压力、涡轮机转速或排气歧管内的温度。因此，降低了发动机损坏或崩溃的风险。
而且，这种改进的发动机制动操作控制和避免损坏的能力允许更接近发动机设计极限的运行。这又允许制动动力的进一步增加。这种改进的发动机制动控制也将为设置有发动机的车辆提供更平滑、更舒适且更安全的发动机制动行为。
总之，本发明提供了在运行期间情形改变的情况下对于发动机制动操作的改进的控制。这种改进的控制可提供在发动机参数的增大的范围内的高制动动力，所述发动机参数特别是发动机速度。而且，本发明允许调节发动机制动操作，以降低超过发动机设计极限的风险，超过发动机设计极限会引起发动机损坏的风险。
可在其中的任何曲轴角度处选择性地发生所述排气门致动序列的开启的曲轴角度区间可以是这样的曲轴角度区间：所述曲轴角度区间适于提供对上述发动机制动操作的增加的控制。例如，所述区间可延伸跨越30-50度的曲轴角度，例如跨越40度曲轴角度。
优选地，所述排气门致动组件包括可旋转的凸轮轴装置，该凸轮轴装置适于提供对排气门致动序列的开启的控制，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。在排气门致动组件包括可旋转的凸轮轴的情况下，排气门致动组件可以是可控的，以与曲轴旋转相关地调节凸轮轴旋转相位。所述排气门致动组件可包括用于可变气门正时的变化器。
由此，提供了一种稳健的装置以用于控制，以连续地改变排气门致动序列的开启时的曲轴角度，即，连续地改变排气门致动序列的排气门打开事件的曲轴角度。这种凸轮相位调节可变气门致动机构可提供易于实施的可靠实施例。
对于凸轮相位调节的替代可以是使用两个同轴的凸轮轴，所述凸轮轴具有各自的凸轮叶瓣轮廓，这提供了具有可调长度的、组合的凸轮叶瓣轮廓。由此，一个跟随件可跨过一对紧密地间隔开的凸轮叶瓣(cam lobes)。通过使凸轮叶瓣中的一个在凸轮旋转方向上提前来改变气门升程的持续时间，也将获得排气门致动序列的开启的提前，反之亦然。
本发明非常适合于四冲程内燃发动机。所述排气门致动序列可以是在气缸各自的循环中的压缩冲程中开启的、排气门的减压缩打开序列(decompression openingsequence)，所述排气门致动组件是可控的，以选择性地提供所述减压缩打开序列。为此，所述排气门致动组件可包括凸轮轴，所述凸轮轴具有至少一个凸轮叶瓣，所述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)，所述排气门致动组件是可控的，以通过该减压缩鼻部选择性地致动排气门。优选地，排气门的所述减压缩打开序列是在压缩冲程的后半部分中开启的。因此，所述减压缩打开序列用于避免后推效应，否则，压缩的空气可能在压缩冲程结束时产生所述后推效应。另外，对于所述减压缩打开序列的开启时的曲轴角度的连续调节的可能性允许响应于制动操作期间的情形变化来特别精确且响应性地调节质量流量和气缸压力，这有效地用于在宽的发动机速度范围内提供高的制动动力，且用于降低或避免超过发动机设计极限的风险。
所述排气门致动序列可以是在气缸的进气冲程的后半部分中或者在压缩冲程的前半部分中开启的、排气门的增压打开序列(charging opening sequence)，所述排气门致动组件是可控的，以选择性地提供所述增压打开序列。为此，所述排气门致动组件可包括凸轮轴，所述凸轮轴具有至少一个凸轮叶瓣，所述凸轮叶瓣具有用于所述增压打开序列的增压鼻部，所述排气门致动组件是可控的，以通过该增压鼻部选择性地致动排气门。因此，当活塞处于其下止点且压缩冲程将要开始时，排气门打开一小段时间，且排气引导部中的相对较高的压力使气缸“增压(charges)”。因此，与没有增压打开序列时相比，在压缩冲程期间活塞上的制动效果将明显更高。另外，所述增压打开序列的开启时的曲轴角度的连续调节的可能性允许响应于制动操作期间的情形变化而精确且迅速地调节质量流量和气缸压力，这有效地用于在宽的发动机速度范围内提供高的制动压力，且用于降低或避免超过发动机设计极限的风险。
优选地，所述流动限制元件被布置成根据对流动限制元件的调节而提供多个水平的流动限制。优选地，所述流动限制元件适于在非零限制区间内在任何水平下提供所述流动限制元件的限制。由此，可提供对流动限制的连续调节，该连续调节与排气门致动的连续调节的组合允许在发动机制动过程中的特别高水平的控制。
所述流动限制元件可包括在排气引导部中的节流阀。所述发动机可包括具有涡轮机的涡轮增压器。在一些实施例中，设置有流动限制致动组件以调节所述流动限制元件，所述流动限制元件被布置成在流动限制致动组件中的默认情况下处于如下位置：在该位置，所述流动限制元件不限制或阻挡从气缸到涡轮机的流动。为此，所述流动限制元件可以是节流阀，该节流阀为具有非对称阀片的蝶阀的形式。因此，在流动限制致动组件中的默认情况下，排气引导部将不被限制且将不阻碍其中发动机推进车辆的后续操作。因此，可避免在节流阀故障的情况下排气引导部的阻塞，这种阻塞可能使得不能继续驱动车辆，甚至导致发动机崩溃。
所述发动机可包括涡轮增压器。该涡轮增压器可包括用于从来自气缸的排气中获取动力的涡轮机，以驱动用于将空气增压以引导到气缸内的压缩机。该排气引导部因此被布置成将气流从气缸引导到涡轮机，并且所述可调节的流动限制元件优选布置在气缸和涡轮机之间。因此，所述流动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。与流动限制元件位于涡轮机的下游相比，该上游位置将增加涡轮机速度和通过发动机的空气质量流量，由此，发动机制动动力可增加50％。该上游的流动限制元件在排气歧管中产生了高的背压，而不降低涡轮机性能。流动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是有效的，这又增加了可通过排气门致动组件和流动限制元件控制的可用发动机速度范围。由此，进一步增强了通过排气门致动组件和流动限制元件的组合而提供的控制。因此，通过排气门致动组件以及将流动限制元件定位在气缸和涡轮机之间而提供的连续调节，提供了在大的发动机速度范围内的、特别高的发动机制动动力。由于提供了增加的涡轮机速度和空气质量流量，所述流动限制元件的上游位置也将降低涡轮机处的排气温度。
所述气缸、排气引导部和流动限制元件可以是第一气缸、第一排气引导部和第一流动限制元件，且所述发动机还可包括第二气缸、第二排气引导部和第二可调节流动限制元件，所述第二排气引导部被布置成将气流从第二气缸引导到涡轮机，所述第二可调节流动限制元件被布置在涡轮机的上游，以限制从第二气缸到涡轮机的气流，其中，从第二气缸到涡轮机的气流与从第一气缸到涡轮机的气流保持分离。由此，该发动机设置有两个排气引导部，每个排气引导部引导从相应的气缸或相应的气缸子组引导气体，且每个排气引导部设置有相应的流动限制元件。这使得能够以有利的方式将排气脉冲从气缸一直到涡轮机都始终分开。更具体地，能够将排气引导部匹配于气缸，使得排气脉冲在到达涡轮机之前不相互抑制。这又允许增加涡轮机的动力，进而增加涡轮机进气压力和空气质量流量，这增加了发动机制动动力。因此，在发动机的发动机制动期间的性能将提高。
然而，应当理解，在多气缸发动机的一些实施例中，可以布置有单个排气引导部，以将来自发动机的所有气缸的气流都引导到涡轮增压器的涡轮机，其中，提供了单个流动限制元件，以可调节地提供对所述气流的限制。
所述涡轮增压器可以是带有一个、两个或多个级中的涡轮机的、几何形状固定的涡轮增压器。在一些实施例中，所述发动机包括可变几何涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮机，所述排气引导部被布置成将气流从气缸引导到该涡轮机，其中，该涡轮增压器被布置成：除了所述可调节流动限制元件所提供的限制之外，该涡轮增压器还在涡轮机处提供对气流的可调节的限制。由此，如下文所例示的，通过利用排气门致动组件、流动限制元件以及可变几何涡轮增压器对空气质量流量和气缸压力的控制，可提供对发动机制动操作的控制的进一步改进。
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的情况下，排气引导部被布置成将气流从气缸引导到涡轮机，可调节流动限制元件可由涡轮机处的流动调节功能提供。由此，该流动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性。
上述目的也通过具有根据任一实施例的发动机的车辆来实现。
上述目的也通过控制车辆中的内燃发动机的方法来实现，所述内燃发动机包括气缸、用于将燃料供给到气缸的燃料***、被布置成从气缸引导气流的排气引导部、被布置成控制气缸和排气引导部之间的连通的排气门，所述方法包括：
-控制发动机以提供制动扭矩，所述控制包括：
-终止向气缸的燃料供给，
-限制通过排气引导部的气流，
-在气缸的多个循环中的每一个中执行排气门致动序列，
-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，和
-根据所确定的发动机参数值来调节所述排气门致动序列的开启正时。
该方法可有利地在四冲程内燃发动机中执行。应理解的是，该方法可包括控制到车辆的传动系的发动机制动扭矩。该发动机可包括涡轮增压器，所述涡轮增压器包括涡轮机，排气引导部被布置成将气流从气缸引导到涡轮机。
类似于上述发动机，通过将限制通过排气引导部的气流与根据所确定的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运行参数的值来调节排气门致动序列的开启正时相组合，允许在宽的发动机速度范围内保留高的制动动力。而且，所述组合也允许降低或避免超过发动机设计极限的风险。
优选地，调节排气门致动序列的开启正时包括调节排气门致动序列开启时的曲轴角度。优选地，除了排气门致动序列开启时的曲轴角度不同之外，一个循环期间的排气门致动序列与另一个循环期间的排气门致动序列是相同的。这种调节可有利地通过上述凸轮轴相位调节方案来提供。
优选地，所述发动机参数是发动机转速、发动机扭矩、被布置成将空气流从发动机的涡轮增压器的压缩机引导到气缸的空气引导部中的压力、涡轮增压器的转速、或排气引导部中的压力。通过使用这些参数中的任一参数来调节排气门致动序列的开启正时，可提供对于空气质量流量和气缸压力的有效控制。例如，排气门致动序列可在气缸的第一循环期间在发动机的第一转速下执行，且排气门致动序列也可在气缸的第二循环期间在发动机的第二转速下执行，所述第二转速高于第一转速，排气门致动序列在第二循环中比在第一循环中在更低的曲轴角度处执行。因此，尽管发动机速度改变，也可有效地控制质量流量和气缸压力。
优选地，所述方法包括：确定影响气缸内的压力和/或通过气缸的空气质量流量的、另外的发动机参数的值；以及，根据所确定的另外的发动机参数值来调节对于通过排气引导部的气流的限制。所述另外的发动机参数可以是发动机转速、发动机扭矩、被布置成将空气流从发动机的涡轮增压器的压缩机引导到气缸的空气引导部中的压力、涡轮增压器的转速、或排气引导部中的压力。因此，可基于影响气缸内的压力和/或通过气缸的空气质量流量的参数来有效地控制上述流动限制以及排气门致动序列的开启正时。这将提供对于发动机制动操作的特别高水平的控制。如下文将说明的，上述流动限制和排气门致动序列的开启正时中的一个可受到开环控制，而上述流动限制和排气门致动序列的开启正时中的另一个可有利地受到闭环控制。
如从上文对发动机的描述所理解的，限制通过排气引导部的气流可包括调节排气引导部中的节流阀，和/或调节发动机的可变几何涡轮增压器的涡轮机处的流动调节功能，其中，该排气引导部被布置成将气流从气缸引导到涡轮机。
所述排气门致动序列可包括在气缸的压缩冲程中开启的减压缩打开序列。所述排气门致动序列还可包括在进气冲程的后半部分中或者在气缸的压缩冲程的前半部分中开启的、排气门的增压打开序列。优选地，该方法包括在增压打开序列和减压缩打开序列之间减小排气门的开度。优选地，该方法包括在增压打开序列和减压缩打开序列之间完全关闭排气门。由此，制动动力可在压缩冲程处被增加或最大化，因为在气缸和排气引导部之间提供了减少的连通或不连通，从而允许在气缸内建立非常高的压力。
应理解的是，排气门致动序列可包括主打开序列，所述主打开序列在气缸的排气冲程中具有所述排气门的最大开度。
上述目的还通过根据本发明的计算机程序、计算机可读介质或控制单元来实现。
在以下的描述中公开了本发明的另外的优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是作为示例给出的对本发明的实施例的更详细描述。
在这些图中：
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示意性图示。
图3是图2中的发动机的气缸处的垂直剖面的视图。
图4是图3所示的排气门的、作为曲轴角度的函数的致动序列的曲线图。
图5是描绘了控制图2中的发动机的方法中的步骤的框图。
图6是描绘了根据本发明的替代实施例的、控制发动机的方法中的步骤的框图。
图7示出了根据本发明的另外的实施例的、用于发动机的流动限制元件。
具体实施方式
图1示出了卡车或用于半挂车的牵引车形式的车辆。应当注意，该车辆可以是各种替代类型的，例如，它可以是轿车、大客车或诸如轮式装载机的工程机械。该车辆包括四冲程内燃发动机1。
如图2中可见，本示例中的发动机包括布置成一排的六个气缸301、302。发动机1在车辆中被定向成使得这一排气缸与车辆的直线行驶方向平行。然而，应当注意，在替代实施例中，该发动机的定向可具有在车辆中的另一个定向。例如，它可以是横置发动机，即发动机被安装成使得发动机的曲轴垂直于车辆的直线行驶方向。这例如可以是大客车中的情况，其中发动机可以是安装在大客车后部中的横置发动机。所述气缸包括第一气缸301和第二气缸302，第一气缸301是在车辆直线行驶方向上位于前方的三个气缸，第二气缸302是在车辆直线行驶方向上位于后方的三个气缸。
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管道装置501、502中的涡轮机401。涡轮增压器4还包括在空气引导部901中的压缩机402，该空气引导部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。如本身已知的，涡轮机401和压缩机402被固定地连接且是可旋转的，由此，涡轮机401被布置成由排气管道装置501、502中的气体驱动以驱动压缩机402，该压缩机402被布置成压缩空气引导部901中的空气。
该排气管道装置包括第一排气引导部501和第二排气引导部502，该第一排气引导部501被布置成将气流从第一气缸301引导到涡轮机401，该第二排气引导部502被布置成将气流从第二气缸302引导到涡轮机401。因此，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函数提供的所要求的车辆速度、实际车辆速度以及车辆中的变速器的选定的传动比而确定的所要求的发动机扭矩。所述参数还包括发动机转速，通过下文所述的发动机速度传感器来确定该发动机转速。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空气引导部901内的压力，通过来自空气引导部压力传感器211的信号来确定该压力。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值及发动机转速值与所期望的空气引导部压力值相关联的数据。
第一排气节流阀形式的第一可调节流动限制元件601在第一气缸301和涡轮机401之间布置在第一排气引导部501中。第二排气节流阀形式的第二可调节流动限制元件602在第二气缸302和涡轮机401之间布置在第二排气引导部502中。该第一流动限制元件和第二流动限制元件被设置为“拉桥”阀，它们可布置成在完全打开时不提供对气流的任何阻碍。每个阀601、602可设置在一个单元中，所述单元被螺栓连接到相应的排气引导部501、502上。然而，应当注意，在替代实施例中，每个阀可集成到相应的排气引导部中。在另外的替代方案中，阀可集成在涡轮机的壳体中。如还在本文中的其地方提到的，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。第一流动限制元件601和第二流动限制元件602中的每一个均可由控制单元21通过相应的流动限制致动组件(未示出)来控制，该流动限制致动组件例如包括步进马达。另外，每个流动限制元件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的流动限制元件601、602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。应当注意，可以提供任何替代类型的流动限制致动组件；例如，该组件可包括无刷马达或气动马达。
第一流动限制元件601和第二流动限制元件602中的每一个均布置成根据由控制单元21对相应的流动限制元件601、602的调节而提供多个流动限制水平。更具体地，每个流动限制元件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处的流动限制。数据存储单元213设置有将发动机扭矩值及发动机转速值与第一流动限制元件601和第二流动限制元件602的设定相关联的数据。
应当注意，在替代实施例中，可布置单个排气引导部以从发动机的所有气缸引导排气。在一些实施例中，单个流动限制元件601可设置在涡轮增压器的涡轮机的下游。在另外的实施例中，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处的流动调节功能来提供本文所述的流动限制元件601的功能。
在每个气缸301、302处，设置有两个进气门(未示出)，以控制从空气引导部901到各个气缸301、302的空气引入。而且，在每个气缸处还设置有两个排气门，如稍后描述的，所述排气门被布置成控制各个气缸301、302与相应的排气引导部501、502之间的连通。应当注意，在其他实施例中，可以在每个气缸处仅设置有一个排气门或设置有不止两个排气门。
而且，还设置有燃料***(未示出)，以在气缸的多个循环期间将燃料喷射到气缸内，并且该燃料喷射可由控制单元21控制。
发动机1包括排气门致动组件8，该排气门致动组件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固定到凸轮轴，用于致动稍后描述的排气门。如稍后描述的，排气门致动组件8还包括变化器802，该变化器802用于可变气门正时，更具体地，用于调节凸轮轴旋转的相位。
还参考图3，图3示出了其中第一气缸301之一的截面。每个气缸301、302包括活塞303，该活塞303连接到可旋转的曲轴101。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的信号来确定发动机速度。在替代实施例中，传感器可布置成检测凸轮轴801的速度，由此，可通过将感测到的凸轮轴速度加倍来获得曲轴速度。图3还示出了排气门7，所述排气门7被布置成控制第一气缸301和第一排气引导部501之间的连通。
对于每个气缸301、302，排气门致动组件8包括摇臂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，从而致动排气门7。凸轮叶瓣803具有相对大的主鼻部804和两个相对小的鼻部，即，减压缩鼻部805和增压鼻部806。
当发动机推进车辆时，在摇臂807与减压缩鼻部805之间以及摇臂807与增压鼻部806之间有一定距离。因此，当发动机推进车辆时，减压缩鼻部805和增压鼻部806不提供任何排气门致动。然而，在发动机制动期间，摇臂807与减压缩鼻部805及增压鼻部806接触，如下文所述，这提供了排气门致动序列。
减压缩鼻部805及增压鼻部806的选择性接合由位于摇臂807的、与摇臂807和凸轮叶瓣803的接触端相反的端部处的液压活塞808提供。液压活塞808由每个摇臂807中的液压管道***和控制阀809控制，每个控制阀809可由控制单元21控制。
还参考图4，图4示出了图3所示的排气门的、作为曲轴角度的函数的致动序列的曲线图。在每个气缸301、302处，凸轮叶瓣803的主鼻部804被布置成致动排气门7，以在相应气缸301、302的多个循环中的每一循环中执行排气门致动序列，该排气门致动序列为主打开序列MOSL的形式。用于在发动机推进车辆的运行期间将排气从气缸排出的主打开序列MOSL在膨胀冲程中开启，并且在气缸301、302的排气冲程中具有排气门7的最大开度。如上所述，当发动机推进车辆时，所述摇臂避免与凸轮叶瓣的减压缩鼻部805和增压鼻部806接触。
图4还示出了由气缸处的进气门执行的进气门打开序列IOS。
在发动机制动被开启时，通过如上所述的摇臂807的液压活塞808的控制，所述摇臂与减压缩鼻部805及增压鼻部806接触。结果，通过该主鼻部实现的升程也略微增加，使得所述主打开序列表现为如图4中的曲线MOS1所指示的。
另外，减压缩鼻部805提供了在气缸301的压缩冲程中开启的减压缩打开序列DOS1。该减压缩打开序列DOS1用于将在压缩冲程期间压缩的空气释放。因此，减压缩打开序列DOS1用于避免后推效应，否则，压缩的空气可能在压缩冲程结束时产生所述后推效应。
此外，在发动机制动期间，增压鼻部806提供在气缸301的进气冲程的后半部分中开启的增压打开序列COS1。由此，当活塞303处于其下止点且压缩冲程将要开始时，排气门7打开一小段时间，且排气引导部501中的相对较高的压力使气缸“增压”。结果，与没有增压打开序列COS1时相比，在压缩冲程期间活塞303上的制动效果将明显更高。应当注意，排气门7在增压打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1之间被完全关闭。在替代实施例中，可以仅减小排气门7的开度，而不涉及在增压打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1之间完全关闭排气门。
应当注意，在替代实施例中，增压鼻部806和减压缩鼻部805可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。因此，所述摇臂可设置成两部分，每个部分跟随相应的凸轮叶瓣，但仅将跟随带有主鼻部的凸轮叶瓣的部分布置成默认地致动排气门。这些摇臂部分可设置有接合机构，用于在增压鼻部806和减压缩鼻部805要提供排气门7的对应的致动序列时选择性地将所述摇臂部分彼此固定。在这种实施例中，通过主鼻部804实现的升程可保持不变，而与增压鼻部806及减压缩鼻部805的接合无关。
借助于所述变化器802(图2)以及调节凸轮旋转相位的可能性，可以控制排气门致动序列MOS1、DOS1、COS1的开启，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生该开启。实际上，全部的排气门致动序列MOS1、DOS1、COS1可在非零曲轴角度区间内移动。所述区间可延伸跨越40度曲轴角度。在权利要求的范围内，其他区间尺寸当然也是可能的。
图4示出了通过凸轮轴相位调节获得的调节后的曲轴值的示例。通过在凸轮轴801的旋转方向上移动凸轮轴相位，排气门致动序列在所述循环中被向前移动，如图4中的曲线MOS2、DOS2、COS2所指示的。通过与凸轮轴801的旋转方向相反地移动凸轮轴相位，排气门致动序列在所述循环中被向后移动，如图4中的曲线MOS3、DOS3、COS3所指示的。应当注意，除了各个排气门致动序列开启时的曲轴角度不同之外，排气门致动序列在所有循环中都是相同的。为了改进对发动机制动性能的控制，如下文所述地根据发动机参数进行凸轮轴相位调节。
参考图5，将描述控制发动机1以提供制动扭矩的方法。
在发动机制动开启时，终止S1向气缸301、302的燃料供给。
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，从而使摇臂807与减压缩鼻部805及增压鼻部806接合。由此，如上所述地为气缸内的所述循环添加S2所述增压打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1。
所述方法还包括确定S3发动机转速和所要求的发动机扭矩。控制单元21基于所确定的发动机扭矩值和发动机转速值、通过数据存储单元213中的数据来确定用于第一流动限制元件601和第二流动限制元件602的设定。将流动限制元件601、602调节S4到所确定的设定，以便与所确定的发动机转速及所要求的发动机扭矩相关地提供对排气引导部501、502中的空气流的限制。该调节是开环调节，即，虽然所述调节被基于发动机转速和所要求的发动机扭矩的改变而更新，但它没有利用来自可用于确定通过气缸的空气流量或气缸压力的任何参数的反馈而被更新。
基于所确定的发动机转速和所要求的发动机扭矩，控制单元21基于存储单元213中的数据来确定S5所期望的空气引导部压力值。在闭环控制中，控制单元21向变化器802发送信号，以基于所期望的空气引导部值和来自空气引导部压力传感器211的反馈信号来调节S6凸轮轴旋转相位，从而调节排气门致动序列MOS1、DOS1、COS1的曲轴角度。使排气门致动序列MOS1、DOS1、COS1的开启延迟将降低空气引导部901中的压力，反之亦然。应当注意，作为使用压力传感器的替代，空气引导部压力可由控制单元21基于一些其他合适的参数来确定，例如空气引导部901中的测量到的空气质量流量。
应当注意，作为空气引导部压力的替代，凸轮轴相位调节可基于一些其他合适的参数来进行，例如排气引导部501、502中的压力或涡轮增压器4的转速。在排气引导部压力的情况下，可从排气引导部501、502处的排气引导部压力传感器获得反馈信号。在涡轮增压器转速的情况下，可从涡轮增压器4处的速度传感器获得反馈信号。在一些实施例中，排气引导部501、502中的压力或涡轮增压器4的转速可由控制单元21基于其他合适的参数来确定。例如，控制单元21可布置成使用针对排气引导部501、502中的压力和涡轮增压器4的转速的数学模型。例如，控制单元21可布置成基于发动机速度和发动机制动扭矩以及测量到的空气引导部压力值和空气质量流量值来确定这些参数。
在本方法的替代实施例中，控制单元21基于所确定的发动机扭矩值和发动机转速值且通过数据存储单元213中的数据来确定带有排气门致动序列MOS1、DOS1、COS1的对应的曲轴角度的凸轮轴旋转相位值。控制单元21向变化器802发送信号，以根据所确定的相位值来调节凸轮轴相位。利用开环调节、基于发动机转速和所要求的发动机扭矩的改变来调节凸轮轴相位。
此外，在这种替代实施例中，基于所确定的、发动机转速和所要求的发动机扭矩，控制单元21基于存储单元213中的数据来确定所期望的空气引导部压力值。在闭环控制中，控制单元21基于所期望的空气引导部值和来自空气引导部压力传感器211的反馈信号来发送信号，以调节第一流动限制元件601和第二流动限制元件602。
应当注意，在这种替代实施例中，作为空气引导部压力的替代，上述流动限制元件调节可基于一些其他合适的参数来进行，例如排气引导部501、502中的压力或涡轮增压器4的转速。
在其他的替代实施例中，所述流动限制元件调节以及凸轮轴相位调节可在闭环控制中进行，使得实际空气引导部压力和实际排气引导部压力等于这些参数的期望值。可从所确定的发动机速度值和所要求的发动机扭矩值以及存储在数据存储单元中的关联数据来获得所期望的空气引导部压力和所期望的排气引导部压力。在进一步的替代实施例中，流动限制元件调节以及凸轮轴相位调节可在闭环控制中进行，使得实际排气引导部压力和涡轮增压器速度等于这些参数的期望值。可从所确定的发动机速度值和所要求的发动机扭矩值以及存储在数据存储单元中的关联数据来获得所期望的排气引导部压力和所期望的涡轮增压器速度。
参考图6。在该发动机的替代实施例中，涡轮增压器4是可变几何涡轮增压器，由此，除了流动限制元件601、602的流动限制功能外，涡轮增压器4在涡轮机401处提供可调节的流动限制功能。图6描绘了该发动机的此替代实施例中的方法的步骤。
类似于参考图5描述的方法，当发动机制动开始时，终止S1向气缸301、302的燃料供给，且气缸301、302处的摇臂807中的控制阀809被控制以致动液压活塞808，从而使摇臂807与减压缩鼻部805及增压鼻部806接合，由此，为气缸内的所述循环添加S2所述增压打开序列COS1和减压缩打开序列DOS1。
确定S3发动机转速和所要求的发动机扭矩。控制单元21基于所确定的发动机扭矩值和发动机转速值、通过数据存储单元213中的数据来确定用于可变几何涡轮增压器4的设定以及用于第一流动限制元件601和第二流动限制元件602的设定。将可变几何涡轮增压器4和流动限制元件601、602调节S4到所确定的设定，以便与所确定的发动机转速及所要求的发动机扭矩相关地提供对排气引导部501、502中的空气流的限制。该调节是开环调节。
类似于参考图5描述的方法，基于所确定的发动机转速和所要求的发动机扭矩，控制单元21基于存储单元213中的数据来确定S5所期望的空气引导部压力值。在闭环控制中，控制单元21向变化器802发送信号，以基于所期望的空气引导部值和来自空气引导部压力传感器211的反馈信号来调节S6凸轮轴旋转相位，以调节排气门致动序列MOS1、DOS1、COS1的曲轴角度。作为空气引导部压力的替代，凸轮轴相位调节可基于一些其他合适的参数来进行，例如排气引导部501、502中的压力或涡轮增压器4的转速。
在带有可变几何涡轮增压器的发动机中，本方法的替代实施例可包括：基于所确定的发动机扭矩值和发动机转速值且通过数据存储单元213中的数据来确定第一流动限制元件601和第二流动限制元件602的设定以及凸轮轴旋转相位值。控制单元21向流动限制致动组件发送信号以根据所确定的设定来调节流动限制元件601、602，并向变化器802发送信号以根据所确定的相位值来调节凸轮轴相位。利用开环调节、基于发动机转速和所要求的发动机扭矩的改变来调节所述流动限制元件和凸轮轴相位。
此外，在这种替代实施例中，基于所确定的、发动机转速和所要求的发动机扭矩，控制单元21基于存储单元213中的数据来确定所期望的空气引导部压力值。在闭环控制中，控制单元21基于所期望的空气引导部值和来自空气引导部压力传感器211的反馈信号来发送信号，以调节可变几何涡轮增压器4。作为空气引导部压力的替代，上述可变几何涡轮增压器调节可基于一些其他合适的参数来进行，例如排气引导部501、502中的压力或涡轮增压器4的转速。
在带有可变几何涡轮增压器的发动机中，本方法的又一些替代实施例可包括：基于所确定的发动机扭矩值和发动机转速值且通过数据存储单元213中的数据来确定可变几何涡轮增压器4的设定和凸轮轴旋转相位值；以及，根据所确定的设定来调节可变几何涡轮增压器4，并向变化器802发信号以根据所确定的相位值来调节凸轮轴相位。利用开环调节、基于发动机转速和所要求的发动机扭矩的改变来调节可变几何涡轮增压器和凸轮轴相位。
此外，在又一些这种替代实施例中，基于所确定的、发动机转速和所要求的发动机扭矩，控制单元21基于存储单元213中的数据来确定所期望的空气引导部压力值。在闭环控制中，控制单元21基于所期望的空气引导部值和来自空气引导部压力传感器211的反馈信号来发送信号，以调节流动限制元件601、602。作为空气引导部压力的替代，流动限制元件调节可基于一些其他合适的参数来进行，例如排气引导部501、502中的压力或涡轮增压器4的转速。
图7示出了根据本发明的另外实施例的、用于发动机的流动限制元件601。流动限制元件601是带有阀片604的蝶阀。提供了包括步进马达、无刷马达或气动马达的流动限制致动组件603，以调节流动限制元件601，即，调节该阀片604围绕轴605的角位置。阀片604是非对称的，即，该阀片的延伸在轴605的一侧上比另一侧上大。结果，该流动限制元件被布置成在流动限制致动组件603中的默认情况下处于如下位置：在此位置，该流动限制元件不限制或阻挡通过排气引导部的流动。
应当理解，本发明不限于上文所述且在附图中示出的实施例；而是，本领域普通技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内，可进行许多修改和变型。

Claims (29)

1.一种内燃发动机，包括：
-气缸(301、302)，所述气缸(301、302)包括活塞，所述活塞连接到可旋转的曲轴，
-排气引导部(501、502)，所述排气引导部(501、502)被布置成从所述气缸(301、302)引导气流，
-可调节的流动限制元件(601、602)，所述流动限制元件(601、602)被布置成限制通过所述排气引导部(501、502)的气流，
-排气门(7)，所述排气门(7)被布置成控制所述气缸(301、302)和所述排气引导部(501、502)之间的连通，以及
-排气门致动组件(8)，所述排气门致动组件(8)用于致动所述排气门(7)，以在所述气缸(301、302)的多个循环中的每一个中执行排气门致动序列，
-其特征在于，所述排气门致动组件(8)适于在发动机制动期间控制所述排气门致动序列的开启，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。
2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动组件(8)包括可旋转的凸轮轴装置，所述凸轮轴装置适于提供对所述排气门致动序列的开启的控制，以在所述非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。
3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动组件(8)包括可旋转的凸轮轴，其中，所述排气门致动组件(8)是可控的，以与曲轴旋转相关地调节凸轮轴旋转相位。
4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动组件(8)包括用于可变气门正时的变化器(802)。
5.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动序列是在所述气缸(301、302)各自的循环中的压缩冲程中开启的所述排气门(7)的减压缩打开序列(DOS1、DOS2、DOS3)，所述排气门致动组件(8)是可控的，以选择性地提供所述减压缩打开序列(DOS1、DOS2、DOS3)。
6.根据权利要求5所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动组件(8)包括凸轮轴(801)，所述凸轮轴(801)具有至少一个凸轮叶瓣(803)，所述凸轮叶瓣(803)具有用于所述减压缩打开序列(DOS1、DOS2、DOS3)的减压缩鼻部(805)，所述排气门致动组件(8)是可控的，以通过所述减压缩鼻部(805)选择性地致动所述排气门(7)。
7.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动序列是在所述气缸(301、302)的进气冲程的后半部分中或者在压缩冲程的前半部分中开启的所述排气门(7)的增压打开序列(COS1、COS2、COS3)，所述排气门致动组件(8)是可控的，以选择性地提供所述增压打开序列(COS1、COS2、COS3)。
8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述排气门致动组件(8)包括凸轮轴(801)，所述凸轮轴(801)具有至少一个凸轮叶瓣(803)，所述凸轮叶瓣(803)具有用于所述增压打开序列(COS1、COS2、COS3)的增压鼻部(806)，所述排气门致动组件(8)是可控的，以通过所述增压鼻部(806)选择性地致动所述排气门(7)。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的发动机，其特征在于，所述流动限制元件(601、602)被布置成根据对所述流动限制元件(601、602)的调节而提供多个水平的流动限制。
10.根据权利要求1-8中的任一项所述的发动机，其特征在于，所述流动限制元件(601、602)适于在非零限制区间内在任何水平下提供所述流动限制元件(601、602)的限制。
11.根据权利要求1-8中的任一项所述的发动机，其特征在于，所述流动限制元件包括在所述排气引导部中的节流阀(601、602)。
12.根据权利要求1-8中的任一项所述的发动机，其特征在于，所述发动机包括具有涡轮机(401)的涡轮增压器(4)，并且设置有流动限制致动组件(603)以调节所述流动限制元件(601、602)，所述流动限制元件被布置成在所述流动限制致动组件(603)中的默认情况下处于以下位置：在该位置，所述流动限制元件不限制或阻挡从所述气缸(301、302)到所述涡轮机(401)的流动。
13.根据权利要求12所述的发动机，其特征在于，所述流动限制元件是节流阀，该节流阀为具有非对称阀片的蝶阀的形式。
14.根据权利要求1-8中的任一项所述的发动机，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)，所述排气引导部(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，所述可调节的流动限制元件(601、602)被布置在所述气缸(301、302)和所述涡轮机(401)之间。
15.根据权利要求14所述的发动机，其特征在于，所述气缸、所述排气引导部和所述流动限制元件是第一气缸(301)、第一排气引导部(501)和第一流动限制元件(601)，所述发动机还包括第二气缸(302)、第二排气引导部(502)和第二可调节流动限制元件(602)，所述第二排气引导部(502)被布置成将气流从所述第二气缸(302)引导到所述涡轮机(401)，所述第二可调节流动限制元件(602)被布置在所述涡轮机(401)的上游，以限制从所述第二气缸(302)到所述涡轮机(401)的气流，其中，从所述第二气缸(302)到所述涡轮机(401)的气流与从所述第一气缸(301)到所述涡轮机的气流保持分离。
16.根据权利要求1-8中的任一项所述的发动机，其特征在于，所述发动机包括可变几何涡轮增压器(4)，所述涡轮增压器(4)包括涡轮机(401)，所述排气引导部(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，所述涡轮增压器(4)被布置成：除了所述可调节的流动限制元件(601、602)所提供的限制之外，所述涡轮增压器(4)在所述涡轮机(401)处提供对所述气流的可调节的限制。
17.根据权利要求1至8中的任一项所述的发动机，其特征在于，所述发动机包括具有涡轮机(401)的可变几何涡轮增压器(4)，所述排气引导部(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，所述可调节的流动限制元件(601、602)由所述涡轮机(401)处的流动调节功能提供。
18.一种车辆，其具有根据前述权利要求中的任一项所述的发动机。
19.一种控制车辆中的内燃发动机(1)的方法，所述内燃发动机包括气缸(301、302)、用于将燃料供给到所述气缸的燃料***、被布置成从所述气缸(301、302)引导气流的排气引导部(501、502)、被布置成控制所述气缸(301、302)和所述排气引导部(501、502)之间的连通的排气门(7)，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：
-终止向所述气缸(301、302)的燃料供给，
-限制通过所述排气引导部(501、502)的气流，
-在所述气缸(301、302)的多个循环中的每一个中执行排气门致动序列(MOS1、DOS1、COS1)，其中，所述排气门致动序列包括所述排气门的主打开序列(MOS1、MOS2、MOS3)，所述主打开序列(MOS1、MOS2、MOS3)在所述气缸(301、302)的排气冲程中具有所述排气门的最大开度，
-其特征在于，控制所述发动机以提供制动扭矩还包括：
-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，以及
-根据所确定的发动机参数值来调节所述排气门致动序列的开启正时，以在非零曲轴角度区间内的任何曲轴角度处选择性地发生所述开启。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，调节所述排气门致动序列的开启正时包括调节所述排气门致动序列开启时的曲轴角度。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述气缸(301、302)包括活塞，所述活塞连接到可旋转的曲轴，并且所述排气门致动组件(8)包括可旋转的凸轮轴，其中，通过与曲轴旋转相关地调节凸轮轴旋转相位来调节所述排气门致动序列的开启正时。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，所述发动机参数是发动机转速、发动机扭矩、被布置成将空气流从所述发动机的涡轮增压器(4)的压缩机(402)引导到所述气缸(301、302)的空气引导部(901)中的压力、所述涡轮增压器(4)的转速、或所述排气引导部(501、502)中的压力。
23.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，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另外的发动机参数的值，并根据所确定的另外的发动机参数值来调节对于通过所述排气引导部(501、502)的气流的限制。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述另外的发动机参数是发动机转速、发动机扭矩、被布置成将空气流从所述发动机的涡轮增压器(4)的压缩机(402)引导到所述气缸(301、302)的空气引导部(901)中的压力、所述涡轮增压器(4)的转速、或所述排气引导部(501、502)中的压力。
25.根据权利要求19至21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部(501、502)的气流包括：调节所述排气引导部(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，所述排气引导部(501、502)被布置成将气流从所述气缸引导到所述涡轮机(401)。
26.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，所述排气门致动序列包括在所述气缸(301、302)的压缩冲程中开启的减压缩打开序列(DOS1、DOS2、DOS3)。
27.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其特征在于，所述排气门致动序列包括在所述气缸(301、302)的进气冲程的后半部分中或者在压缩冲程的前半部分中开启的所述排气门的增压打开序列(COS1、COS2、COS3)。
28.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载有包括程序代码组件的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码组件执行根据权利要求19至27中的任一项所述的方法的步骤。
29.一种控制单元(21)，所述控制单元(21)被配置成执行根据权利要求19至27中的任一项所述的方法的步骤。
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