CN1740526B - 用于内燃机运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行多缸内燃机的方法，带有一个发动机制动装置，带有每个气缸至少一个最好与进气阀和排气阀附加的制动阀，该制动阀通入一个共用的压力罐(制动蓄压管)内，其中，制动阀在发动机制动状态下气缸压缩阶段开始前、开始时和(或者)期间至少打开一次。为了以尽可能简单的方式对制动功率进行调整，发动机制动装置的制动功率通过改变制动阀的控制时间进行控制。

Description

用于内燃机运行的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行内燃机，特别是多缸内燃机的方法以及用于实施该方法的内燃机，带有一个发动机制动装置，带有每个气缸至少一个最好与进气门和排气阀附加的制动阀，该制动阀通入一个共用的压力罐(制动储压管)内，其中，制动阀在发动机制动状态下气缸压缩阶段开始前、开始时和/或者期间至少打开一次。

背景技术

特别是与商用车发动机这种汽车发动机一体化的制动***的重要意义正在不断增加，因为这些***是成本低廉和节省位置的附加制动***。但提高现代商用车发动机的单位功率也以提高所要达到的制动功率为先决条件。

例如专利文献DE3428626A公开了一种发动机制动器。文中介绍了一种四冲程内燃机，包括带有各自四个气缸的两组气缸。每个气缸具有换气阀以及一个附加排气阀，其中，制动状态下附加排气阀在整个制动过程中打开。此外，在两组气缸的共用排气道内设置一个抗扭转支承在轴上的节气门，其位置可通过操作杆受操纵装置的控制。这种公知***的缺点是对转速的依赖性，特别是在低转速范围内制动功率相当低。

此外，专利文献DE2502650A介绍了一种气阀控制的往复活塞式内燃机，其中，在制动过程期间压缩的空气通过压缩空气阀输送到一个储存容器内，并在启动时通过相同的压缩空气阀回输成作功功率。

在这种关系上，专利文献EP0898059A公开了一种减压阀-发动机制动器，利用该制动器可以为内燃机的所有运行状态实现一种空气压缩机。在此方面，压缩空气***的高压贮气瓶通过旁通管加注来自气缸燃烧室的压缩气体。可以将一个或者多个气缸用于供给压缩空气***。

EP0828061A公开了一种发动机制动器，其中，各气缸之间的换气可以通过共用的排气总管进行。换气通过六缸内燃机的排气阀进行。这种发动机制动器的缺点是可取得的制动压力相当低。

专利文献AT4.963U1公开了一种多缸内燃机，与每个气缸进气阀和排气阀附加一个制动阀。内燃机的所有制动阀通入一个共用的管状压力罐内，从而在操纵制动阀时内燃机的各气缸之间可以进行换气。管状压力罐具有一个调压阀，它在取决于制动开关或者制动踏板位置的情况下可以发送控制信号。

发明内容

本发明的目的在于，按照尽可能简单的方式对制动功率进行调整。本发明的另一目的在于，改进内燃机的冷启动特性。此外，本发明的目的还在于提高废气质量。

依据本发明该目的由此得以实现，即发动机制动装置的制动功率通过改变制动阀的控制时间进行控制。因为对制动阀进行可变操纵，所以可以取消用于控制压力罐内压力固有的调压阀。

最好管状的压力罐因此没有调压阀。通入压力罐内至少一个从制动阀引出的制动管道。为控制制动功率，制动阀在取决于制动开关或者制动踏板位置的情况下发送控制信号。

发动机制动装置的主要组成部分是所谓的“制动蓄压管”，一个最好管状的压力罐，它在制动状态下可以使例如各气缸之间进行换气。发动机制动器的附加制动功率例如通过汽车驾驶室内制动开关或者制动踏板的多个分度位置与各自的运行参数相配合。

压力罐可以直接与内燃机的气缸盖一体化或者作为外置的压力管构成，类似于进气或者排气容器。

在下述情况下达到最大制动功率，即制动阀在压缩行程的上死点之前约180°时，也就是进气关闭时间点之前打开，并在压缩行程的上死点之后约0°和30°曲柄转角之间的范围内关闭，确切地说，是在气缸压力和压力罐内的压力基本相等的情况下。

为计量发动机制动功率，制动阀的关闭时间点最大可以一直延迟到压缩行程上死点之后的360°曲柄转角，由此压力罐内的气体压力下降。作为对此的替代方案或者附加，也可以延迟制动阀的打开时间点，由此减少气体由汽缸内的压力罐增压。

如果压力罐内的压力超过预先规定的允许压力，至少一个制动阀通过过高的气体压力逆阀门弹簧的关闭力打开，由此可以泄掉汽缸内不允许的高蓄压管压力。

在制动状态期间压力罐内的最大压力约为15-30bar。

在本发明的另一实施型式中，借助于制动阀和蓄压器在内燃机的至少一个运行范围内进行内部的废气再循环。为进行内部的废气再循环，制动阀在一个工作循环内两次打开。为蓄压管加载废气，制动阀在排气行程的范围内或者提前，也就是在压缩行程上死点之后的0°和360°曲柄转角之间的范围内打开。打开时间点进行得越早，压力罐内加入的废气就越多。制动阀在气缸压力低于蓄压管压力的情况下关闭，因为否则产生气体回流。

为从压力罐向气缸回送废气，制动阀在进气打开的范围内，也就是压缩行程上死点之后约360°时打开，并在压缩行程上死点之后约540°时重新关闭。为将NO_x的排放保持在尽可能低的程度上，特别有利的是，在加载和卸载之间对中间存储在压力罐内的废气进行冷却。

一种特别有利的实施型式是，在第一组气缸中，制动阀在压缩上死点之后的约540°曲柄转角至720°曲柄转角的范围内，最好在570°曲柄转角至690°曲柄转角的范围内打开，以便为压力罐加载增压空气，以及在第二组气缸中，制动阀在压缩阶段上死点之后的约480°曲柄转角至630°曲柄转角的范围内，最好在510°曲柄转角至610°曲柄转角的范围内打开，以便从压力罐输送压缩的增压空气。

优选两组气缸具有相同数量多的汽缸(例如在六、八或者十二气缸发动机情况下)，但第一组气缸的数量也可以与第二组气缸的数量有所区别，从而例如在五缸内燃机的情况下实现2∶3或者3∶2的分配比例。

依据本发明，多缸内燃机在短时间的热运转阶段期间仅由第二组气缸运行。

依据本发明的另一实施方案，也可以多缸内燃机在短时间的热运转阶段期间仅由第二组气缸运行。

此外，依据本发明一优选实施方案规定，压力罐具有一个用于冷却罐内物质的装置，它最好与内燃机的冷却液回路一体化。在此方面的优点是，冷却装置具有一个冷却液流过包括压力罐的冷却外层。在单个气缸盖的横向吹洗情况下，每个气缸的冷却外层可以各自具有一个冷却液连接管，其中，在这种情况下冷却外层作为冷却液收集器使用。

在本发明的另一实施型式规定中，冷却装置具有至少一个轴向***压力罐内冷却液流过的冷却管，其中，冷却管的外层与包括至少一个气缸气体的气体室相邻并由气体环流。通过由冷却液流过的冷却管可以提高发动机制动装置的冷却效率以及制动功率。由此可以进一步提高冷却效率，即冷却装置具有一束轴向***压力罐由冷却液流过的冷却管，其中，冷却管的外层与压力罐的气体室相邻并由气体环流。

此外，在依据本发明的一实施方案规定中，每个气缸的冷却外层具有一个与各自制动通道连接的制动通道连接管，其中，与冷却外层还可以一体化一个压力油管，每个气缸的压力油管具有一个通到各自制动阀的压力油连接管。得到冷却的制动蓄压管因此是一种紧凑式的部件，它具有以下功能：

-实现各气缸之间的换气以及通过废气回路中的调压阀进行废气再循环；

-作为废气冷却器使用；

-将冷却液从各气缸盖回送到冷却液回路内；

-输送由单独的液压泵提供的压力油并用于操纵制动阀。

为更简单地安装单个元件，依据本发明规定每个气缸的冷却液连接管、制动通道连接管和压力油连接管各自设置在一个共用的法兰平面内。

此外，冷却装置可以具有一个恒温控制的冷却液控制元件，它最好设置在内燃机的冷却液回路内。因此可以取得发动机热运转阶段的优点。

为将冷却液的冷却效率最佳传递到压力罐内输送的气体上，该压力罐可以具有一个向内的散热片。本发明不仅适用于带有单个气缸盖的发动机，而且也可以与贯通的气缸盖一体化。

制动状态下制动阀的操纵可以通过液压的、电动的或者机械的传动装置或所称传动装置的组合进行。依据本发明的制动蓄压管仅用于构成制动压力或用于气缸之间的换气，其中，制动蓄压管的体积可以保持在很小的程度上。因此这种新型发动机制动***可以在工作压力明显高于(例如最高可达约30bar)公知的排气制动***情况下工作，在这种公知的***中，制动阀或减压阀在制动状态期间恒定打开并直接在废气管路中打开。为降低制动状态中的热负荷，压力罐或制动蓄压管可以与发动机的冷却***一体化，并例如在外部由发动机的冷却水环流。

与传统***不同的是，制动蓄压管内的压力几乎不取决于发动机转速，由此在发动机低转速下可以达到明显更高的制动功率。此外，由于制动蓄压管体积小，还可以取得比传统的***更快的气门开关性能，因为在后一种***中，整个废气***直至制动盖必须加注压缩空气，直至达到完全的制动功率。

由于依据本发明***很高的制动功率，可以取消传统的排气堵塞盖。因为废气***-与公知的排气堵塞盖制动器相反-不封闭，所以一部分产生的制动热量可以随着气流通过排气***排掉，由此减少气缸内该部件的热负荷。但如果进一步提高依据本发明发动机制动器的制动功率，废气***内可以具有一个传统的废气堵塞盖。但在这种情况下必须注意气缸内然后提高的热负荷。利用具有可变涡轮几何形状(VTG)的废气涡轮增压器可以进一步提高功率。

在本发明的进一步的实施型式规定，在内燃机的启动阶段切断第一组气缸的燃油供给，从而第一组气缸作为空气压缩机运行，而压力罐则通过其制动阀加载压缩的增压空气，向供给燃油的第二组气缸由气缸通过其制动阀输送来自压力罐的压缩增压空气，从而在启动阶段期间提升第二组气缸内的压缩压力和压缩温度。

像制动蓄压管和制动阀这些已经存在的元件可以在发动机控制(制动阀的控制时间，断开向各气缸的燃油输送)的配合下使用，以便决定性改善内燃机的冷启动特性并将油耗降到最低限度。此外，启动阶段的白烟特性也得到改善，因为减少了进入废气中的未燃烧的燃油。内燃机可以具有优点的方式利用更小的压缩比运行(迄今为止为改善冷启动压缩比也很高)，由此可以降低满负荷时的峰值压力。

附图说明

下面借助附图对本发明进行详细说明。其中：

图1示出依据本发明带有发动机制动装置的内燃机示意图；

图2以纵剖面示出制动蓄压管的一种实施方式；

图3示出制动蓄压管的第二实施方式；

图4示出在曲柄转角上产生的汽缸压力；

图5示出通过换气阀在曲柄转角上产生的料流量；

图6示出换气阀在发动机制动器运行期间在曲柄转角上产生的气门升程；

图7示出换气阀在发动机利用废气再循环运行时在曲柄转角上产生的气门升程；

图8示出换气阀在启动过程期间在曲柄转角上产生的气门升程；以及

图9示出制动阀在六缸内燃机启动过程期间的气门升程。

具体实施方式

在图1中，例如借助六缸涡轮增压发动机详细介绍本发明，其中需要指出的是，依据本发明的发动机制动装置的功能无论是与汽缸数量还是与增压***均无关，例如也可以在无增压发动机上使用。

内燃机1的六个气缸C1、C2、C3、C4、C5、C6通过未进一步示出的进气道与进气收集器2连接，该收集器从空气滤清器3出发，通过涡轮增压器4的压缩机部件C并通过增压空气冷却器5供给增压空气。内燃机1的废气阀通入废气***6内，其中，废气以传统方式通过涡轮增压器4的涡轮部件T输送并通过***7排出。

发动机制动装置8具有一个管状的压力罐9(制动蓄压管)，从制动阀10引出的制动通道11通到里面，从而各气缸C1、C2、C3、C4、C5、C6之间可以相当高的压力水平换气。

为提高制动功率，也可以在排气管路中附加具有图1中虚线所示的废气堵塞盖15。

取代堵塞盖使用具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器可以进一步提高功率。

压力罐9以一种有利的方式具有与内燃机的冷却液回路16、16′一体化的冷却装置17，用于冷却各气缸C1、C2、C3、C4、C5、C6之间交换的气体流量。如箭头16所示，冷却液通过压力罐9一末端上的冷却液连接管19进入冷却装置17，并通过压力罐9另一末端冷却装置17上的另一连接管19′再返回冷却液回路内(参见箭头16′)。作为对唯一的冷却液连接管19的选择，每个气缸可以具有用于输送冷却液的冷却液连接管19a。发动机制动装置在发动机运行时也可以作为废气再循环***使用。冷却装置17在此方面作为再循环废气的冷却器使用。

图1中仅完全地示意示出的带有冷却装置17的压力罐9，在图2和图3中详细示出。冷却装置17具有一个从端面轴向***管状压力罐9内的冷却管170。冷却管170的外径d明显小于压力罐9的内径D，从而在冷却管170和压力罐9之间构成一个管状压力室90。冷却管170在冷却液连接管19、19′之间由冷却液通流，并由减速气体或废气在压力室90内环流。压力室90通过通道连接管20与从气缸C1、C2、C3、C4、C5、C6引出的通道11连接。

为提高压力室90和冷却室之间的热传导，冷却管170在其外层171上具有螺旋状缠绕的散热片172，它们增加了由热气浸湿的表面并由此还提高了涡流。作为对此的选择或者附加，在冷却管170内部的冷却液侧面上也可以设置散热片。

在两个末端173、174的区域内，冷却管170通过法兰175、176可纵向移动支承在压力罐9内，从而热膨胀可以得到补偿。冷却管170在此方面在冷却液侧通过O形密封圈177密封。气体侧活塞环178防止O形密封圈177直接接触热减速气体或废气。在冷却管170半个长度的区域内，冷却管利用通过螺丝构成的定位装置179与压力罐9连接并因此防止振动。冷却管170的热膨胀分布在两侧上。

取代唯一的冷却管170也可以将一整束冷却管170***压力罐9内。在此方面，多个冷却管170与管头法兰175、176连接并将该整个管束***压力罐9内(图3)。

此外，冷却装置17可以具有一个外冷却水套18，它在末端173、174的区域内与冷却管170连接。

为增加气体侧的热传导，冷却水套18还可以具有散热片。

冷却液-如箭头16、16′所示-通过冷却液连接管19进入冷却装置17，流过冷却管170和外冷却水套18并通过冷却液连接管19′离开冷却装置17。作为对此的选择，每个气缸在外冷却水套18内可以具有冷却液转移口19a，通过它们冷却液进入冷却水套18。***的冷却管170仅连接在冷却回路内的末端173、174上。

此外，冷却装置17可以具有一个恒温控制的冷却液控制元件26(图1)，它优先设置在内燃机的冷却液回路内。但也可以具有制动蓄压管9的单独冷却液回路(例如作为冷却液回路的旁路)并在那里设置一个冷却液控制元件。

图4示出一个工作循环气缸内的压力P_Z和制动蓄压管9内的压力P_B。

图5示出料流通过换气阀，其中，料流通过制动阀10采用m_B、料流通过排气门采用m_A和料流通过进气门采用m_E标注。料流通过制动阀10是在发动机制动阶段。料流各自与气缸相关，因此进入气缸的料流采用正号标注，从气缸出来的料流采用负号标注。

如图6所示，阀10在发动机每个工作循环的制动状态下各自操纵一次，其中，如果制动阀10在约540°曲柄转角KW时，也就是在压缩阶段上死点之前的约360°曲柄转角时打开，并在压缩阶段上死点之后0°和30°之间的范围内关闭，气缸压力和制动蓄压管9内的压力基本相等的话，可以取得最大的发动机制动效果。制动阀10的打开可以分为两个阶段B₁、B₂。在增压阶段的阶段B₁期间，压缩的空气从制动蓄压管9进入燃烧室。由此气缸压力在高压行程的压缩阶段开始时上升到制动蓄压管9的压力水平。这一点提高了所要产生的压缩功以及发动机的制动功率。在气缸减压的阶段B₂期间，高压缩的空气从气缸C1、C2、C3、C4、C5或者C6进入制动蓄压管9。由此一方面制动蓄压管9加注压缩空气(最高约30bar的制动压力)，另一方面气缸的膨胀功减小，由此产生制动功率。

发动机制动器可以得到控制，方法是推迟打开时间点O₁，晚于540°曲柄转角KW时进行，或者延迟关闭时间点O₂，由此蓄压管内的气压下降。关闭时间点O₂的延迟理论上可以在压缩上死点之后直至约360°的曲柄转角KW进行。改变制动阀10的控制时间例如可以简单的方式借助于汽车驾驶室内的制动开关14进行，由此将适当的控制脉冲发送到制动阀。

因为发动机制动功率直接通过制动阀10的控制时间控制，所以可以取消其他控制装置，例如像压力罐9上固有的调压阀。如果制动蓄压管9内的压力超过允许的压力，那么制动阀10通过过高的气压逆具有确定关闭力的弹簧打开，而不允许的高蓄压管压力则在气缸内泄掉。由此可以防止对发动机造成损坏。

排气阀的升程曲线采用h_A，进气阀的升程曲线采用h_E标注。制动阀10的升程曲线采用h_B示出。在图6中，制动阀10最大制动功率的升程曲线h_B以实线表示。降低制动功率的升程曲线h_B以虚线表示。

图7示出通过制动阀10内部废气再循环情况下的发动机正常运行期间排气阀、进气阀和制动阀10的升程曲线h_A、h_E和h_B。制动阀10在排气门的范围内打开或者提前打开。制动阀10打开进行得越早，可以再循环的废气就越多，而且NO_x-降低得也越多。制动阀10在制动蓄压管9加载废气的打开范围理论上在0°-360°曲柄转角KW之间。制动阀10的打开可以分为加载阶段B₃和卸载阶段B₄。

制动蓄压管9在阶段B₄的卸载在进气阀打开行程的范围内进行。制动阀10在此方面在进气打开的范围内，也就是压缩上死点之后约360°曲柄转角打开。制动阀10在卸载阶段B₄的关闭在进气关闭时间点的范围内，也就是约在540°曲柄转角KW时进行。

在加载和卸载之间，废气在制动蓄压管9内部以及通向制动蓄压管9的通道内冷却。

从这种废气再循环运行中可以推导出一种用于废气再处理***再利用的策略：

制动阀第一打开的极端提前位置(例如90°曲柄转角KW之前)使高压效率明显变差。必须喷入更多的燃油，由此废气温度进一步上升。此外，λ值由于废气再循环而降低，由此废气温度进一步上升。这种变化在图7中采用虚线B₅表示。

图8示出冷启动期间排气阀、进气阀和制动阀的升程曲线h_A、h_E和h_B。为改善冷启动特性，控制电子装置ECU预先规定制动阀10改变的控制时间。在此方面，预先规定两个不同的阀控制时间：

这些气缸(在所示的实施例中为气缸底座G1的气缸C1、C2、C3)用于为制动蓄压管9加载压缩空气。在启动和冷运转阶段，这些气缸C1、C2、C3内不喷入燃油，这些气缸内的压缩压力并因此还有压缩温度很低。

其余气缸(在所示的实施例中为气缸底座G2的气缸C4、C5、C6)在传统的进气阀关闭之后不久(例如在540°的曲柄转角KW时)从制动蓄压管9提取压缩空气，气缸C1因此将压缩空气通过制动蓄压管9输送到气缸C5等(参见图9)。由此这些气缸的压缩压力和压缩温度明显上升，而喷入的燃油可以可靠点火。因此发动机仅利用得到控制的气缸C4、C5、C6从启动转速向怠速转速加速度，而且还可以在短时间的热运转阶段仅利用气缸C4、C5、C6运行。此后启动辅助装置通过控制电子装置ECU上改变阀控制时间断开，而且所有气缸C1、C2、C3、C4、C5、C6均转换到燃烧运行。

Claims (21)

1.用于运行多缸内燃机的方法，带有一个发动机制动装置，带有每个气缸至少一个附加于进气阀和排气阀的制动阀，该制动阀通入一个共用的压力罐内，其中，制动阀在发动机制动状态下气缸压缩阶段开始前、开始时和(或者)气缸压缩阶段期间至少打开一次，其特征在于，发动机制动装置的制动功率通过发送到制动阀的控制脉冲而改变制动阀的控制时间进行控制。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在发动机制动运行期间制动阀在气缸的每个工作行程中打开一次。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，发动机制动阀在发动机制动状态期间，在压缩行程的上死点之前约180°曲柄转角至压缩过程的上死点之后约360°曲柄转角之间的范围内打开。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀在发动机制动状态期间，在压缩行程的上死点之前约180°时打开。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀在发动机制动状态期间，为降低发动机制动功率在压缩行程的上死点之前约180°后打开。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀在发动机制动状态期间在压缩行程的上死点之后约0°和30°曲柄转角之间的范围内关闭。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，只要气缸内的压力和压力罐内的压力基本相同，制动阀在发动机制动状态期间在压缩行程的上死点之后关闭。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀在发动机制动状态期间，为降低发动机制动功率在压缩行程的上死点之后30°曲柄转角和180°曲柄转角之间的范围内关闭。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀在发动机制动状态期间，在压缩行程的上死点之后气缸内压力小于压力罐内压力的曲柄转角范围内才关闭。

10.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀在取决于制动开关或者制动踏板位置的情况下发送控制信号。

11.按权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于制动阀和蓄压器在内燃机的至少一个工作区域内进行废气再循环。

12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，废气再循环工作期间，只要气缸内的压力等于或者小于压力罐内的压力，制动阀在压缩行程上死点之后打开和关闭。

13.按权利要求11或12所述的方法，其特征在于，制动阀为回送废气，进气行程开始时打开。

14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，制动阀在进气-关闭时间点关闭。

15.按权利要求1所述的方法，其特征在于，制动阀通过复原弹簧保持在其关闭位置上，该位置这样确定尺寸，只要压力罐和气缸之间的压差超过预定值，就通过压力罐内的压力打开制动阀。

16.按权利要求11所述的方法，其特征在于，在废气的加载和卸载过程之间对中间存储在压力罐内的废气进行冷却。

17.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在废气再处理***进行回收时，制动阀为压力罐加载废气在自上死点之前约90°曲柄转角起的一个范围内打开。

18.按权利要求1所述的方法，其特征在于，内燃机气缸包括第一组气缸和第二组气缸，在内燃机的启动阶段，切断第一组气缸的燃油供给，从而第一组气缸作为空气压缩机运行，而压力罐则通过其制动阀加载压缩的增压空气，向供给燃油的第二组气缸由气缸通过其制动阀输送来自压力罐的压缩增压空气，从而在启动阶段期间提升第二组气缸内的压缩压力和压缩温度。

19.按权利要求18所述的方法，其特征在于，在第一组气缸中，制动阀在压缩上死点之后的约540°曲柄转角至720°曲柄转角的范围内打开，以便为压力罐加载增压空气，以及在第二组气缸中，制动阀在压缩上死点之后的约480°曲柄转角至630°曲柄转角的范围内打开，以便从压力罐输送压缩的增压空气。

20.按权利要求18或19所述的方法，其特征在于，多缸内燃机从启动直至达到怠速转速仅由第二组气缸运行。

21.按权利要求18或19之一所述的方法，其特征在于，多缸内燃机在短时间的热运转阶段期间仅由第二组气缸运行。

Images