用于以降低的充气量运行燃烧发动机的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行具有多个气缸（2）的燃烧发动机（1）的方法，其中所述汽缸（2）中的一个汽缸处于燃烧冲程中，在所述燃烧冲程中点燃所述第一气缸（2）的燃烧室中的燃料/空气混合物，期间所述气缸（2）中的另一个气缸处于压缩冲程中，在所述压缩冲程中对处于所述另一个气缸（2）中的空气进行压缩，其中如此操控所述处于压缩冲程中的气缸（2）的进气门（3）和/或排气门（4），使得其在所述压缩冲程开始时的持续时间内是打开的。
【专利说明】用于以降低的充气量运行燃烧发动机的方法和装置【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧发动机、尤其涉及用于减小未处于燃烧冲程中的气缸的拖曳力矩的措施。
【背景技术】
[0002]通常如此运行多缸燃烧发动机，即相互错开地设置了各个气缸的工作冲程。也就是说，在所述汽缸中的一个汽缸处于燃烧冲程中并且提供部分力矩期间，所述气缸中的相应另一个气缸处于压缩冲程中，在所述压缩冲程中对被吸入到相应的气缸的燃烧室中的空气进行压缩。在所述压缩冲程中，相关的气缸为了对处于燃烧室中的空气进行压缩而做功并且由此引起与所述燃烧发动机的处于燃烧冲程中的气缸的部分力矩相反的力矩。 [0003]为了起动目前常用的燃烧发动机，典型地通过外部的力矩源、例如借助于起动电动机引导曲轴的旋转运动。冋时随着所述曲轴的起动开始将燃料嗔射到所述气缸中。相应地有待喷射到作为下一个处于燃烧冲程(工作冲程)中的气缸中的燃料量根据相关的气缸中的存在的充气量由用于所述气缸的燃烧室中的燃料/空气比的所期望的Y值得到。
[0004]所述充气量由所述进气门和排气门的升程曲线(Erhebungskurve)得到并且更确切地说根据所述燃烧发动机的曲轴的位置、也就是根据曲轴角得到。就在通过借助于外部的力矩源进行拖曳的方式来起动所述燃烧发动机之前，所述进气门和排气门处于相应的位置中，在所述相应的位置中处于压缩冲程中的气缸中的一个气缸或者多个气缸已经在所述拖曳过程开始之前具有所围住的充气量。由此，所述相关的气缸中的一个或者多个气缸引起压缩力矩，所述压缩力矩要求更高的起动机力矩。
【发明内容】
[0005]按照本发明，设置了一种按权利要求1所述的、用于以降低的充气量运行燃烧发动机的方法以及按并列的独立权利要求所述的装置、发动机系统以及计算机程序。
[0006]本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中得到了说明。
[0007]按照第一方面，设置了一种用于运行具有多个气缸的燃烧发动机的方法，其中所述汽缸中的一个汽缸处于燃烧冲程中，在所述燃烧冲程中点燃所述第一气缸的燃烧室中的燃料/空气混合物，期间所述气缸中的另一个气缸处于压缩冲程中，在所述压缩冲程中对处于所述另一个气缸中的空气进行压缩，其中如此操控所述处于压缩冲程中的气缸的进气门和/或排气门，使得其在所述压缩冲程开始时的一段持续时间内打开。
[0008]上述方法的构思原则上在于，尤其通过在吸气冲程之后延迟关闭所述进气门来降低气缸中的充气量，以尤其在压缩冲程中得到降低的压缩力矩。这在燃烧发动机的确定的运行阶段中、例如在起动时有利于降低反作用于驱动力矩的力矩。尤其由于在发动机起动期间通常缺少影响所述进气门和排气门的气门打开时刻和气门关闭时刻的可行方案而不能按需求来选择、尤其不能降低用于有待点火的第一气缸的充气量。
[0009]按所围住的空气量，通过作用于气缸中的活塞的压缩压力得到压缩力矩，所述压缩力矩作为最小的力矩必须由外部的力矩源来提供。这防止了，一般来说力求降低对于所述燃烧发动机的起动而言必需的外部力矩。所提出的降低压缩力矩的方案例如对于混合驱动系统来说具有这样的优点，即在用电行驶时能够将可供使用的能够由电动机提供的力矩的明显更高的份额用于所述电动的行驶过程，因为由于较低的有待克服的压缩力矩而能够降低为所述燃烧发动机的可能的起动而暂时提供的储备力矩。
[0010]此外，当为了起动所述燃烧发动机仅需要降低了的起动机力矩时，能够设计具有较小功率的起动电动机。
[0011]此外，通过降低所述压缩力矩也能够实现所述燃烧发动机的无起动机的起动，因为所述汽缸中的一个汽缸中的首次点火就已经能够提供足够的部分力矩，以克服另一个气缸的压缩力矩，在所述另一个气缸中对此前降低了的空气量进行压缩。
[0012]尤其能够规定，所述处于压缩冲程中的气缸的进气门和/或排气门处于打开状态的持续时间根据所述处于燃烧冲程中的气缸的停止位置来确定。所述处于燃烧冲程中的气缸的停止位置确定了存在于其中的空气量，从而能够确定在相关的气缸中燃烧时能够实现的部分力矩。为了在燃烧期间压缩处于燃烧冲程中的气缸并且驱动处于压缩冲程中的气缸并且使其活塞相应地一直运动到上死点，打开所述相关的气缸的气门的持续时间必须相应地能够调节。通过这种方式，能够调节所述持续时间适应于所述处于燃烧冲程中的气缸的空气量。
[0013]存在有最佳的停止位置，所述处于燃烧冲程中的气缸中的活塞在此前的关闭过程中应该已经达到所述最佳的停止位置。由于所使用的停止方法，可能会出现，没有精确地达到所述停止位置或者超过所述停止位置。在所述气缸中燃烧时产生的部分力矩在这两种情况中都小于在最佳的停止位置中能够实现的部分力矩。出于这个原因而必须规定，在此延长所述处于压缩冲程中的气缸的相关的进气门或排气门保持打开的持续时间，以降低为了对处于相关的气缸中的空气进行压缩而需要的机械能。通过这种方式也能够在此前的停止过程中没有精确地到达所述停止位置的情况中实现所述燃烧发动机的无起动机的起动。
[0014]在以燃烧发动机运行的机动车的滑行运行中，能够在惯性运行中断开离合器的情况下切断燃烧发动机。如果离开所述滑行运行并且要求驱动力矩，那就能够通过闭合离合器来将机动车的动能用于起动所述燃烧发动机。降低必要的起动机力矩甚至在速度较低时也能够以舒适的方式实现这样的离合器起动，其中在通过驾驶员接合时能够降低急冲(Ruckeln)的程度。
[0015]此外，能够如此设置所述持续时间，使得通过处于燃烧冲程中的气缸提供的部分力矩足以用于对在关闭所述进气门或者说排气门之后留在所述处于压缩冲程中的气缸中的空气量进行压缩。
[0016]在一种实施方式中，所述进气门或者说排气门能够根据所述燃烧发动机的曲轴的曲轴角按照升程曲线来操控，其中所述升程曲线能够关于所述曲轴角移动，其中在所述压缩冲程开始时的持续时间内通过移动所述进气门的升程曲线如此进行打开进气门的操控，使得所述进气门的关闭时刻相当于所述持续时间的结束。
[0017]能够规定，为了起动所述燃烧发动机而如此操控相应地处于压缩冲程中的气缸的进气门和/或排气门，使得其在所述压缩冲程开始时的持续时间内是打开的，其中所述持续时间相应地取决于通过与此同时处于燃烧冲程中的气缸引起的部分力矩。[0018]所述持续时间能够确定处于压缩冲程中的气缸中的空气量，其中所述空气量引起压缩力矩，所述压缩力矩小于通过处于燃烧冲程中的气缸引起的部分力矩。
[0019]能够规定，所述持续时间根据在起动所述燃烧发动机之前处于燃烧冲程中的气缸中的活塞的实际停止位置进行调节。
[0020]按照另一方面，设置了用于运行具有多个气缸的燃烧发动机的装置、尤其控制单元，其中所述汽缸中的一个汽缸处于燃烧冲程中，在所述燃烧冲程中点燃相关的气缸的燃烧室中的燃料/空气混合物，期间所述气缸中的另一个气缸处于压缩冲程中，在所述压缩冲程中对处于相关的气缸中的空气进行压缩，其中所述装置构造用于如此操控所述处于压缩冲程中的气缸的进气门和/或排气门，使得其在所述压缩冲程开始时的一段持续时间内是打开的。
[0021]按照另一方面，设置了发动机系统，所述发动机系统包括:
-燃烧发动机，具有气缸，所述气缸分别具有至少一个进气门(3)和至少一个排气门；
-进气门凸轮轴，用于操控所述进气门；
-进气门相位调节器，用于关于曲轴角调节所述进气门的升程曲线的相位；
-排气门凸轮轴，用于操纵所述排气门；
-排气门相位调节器，用于关于曲轴角调节所述排气门的升程曲线的相位；以及 -上述装置。
[0022]此外，所述发动机系统能够包括用于自主地对所述进气门相位调节器和所述排气门相位调节器进行调节的操控装置。
[0023]所述操控装置能够包括液压泵，以提供用于调节以液压的方式运行的进气门相位调节器和/或以液压的方式运行的排气门相位调节器的液压压力。
[0024]按照另一方面，设置了具有程序代码段的计算机程序，用于在计算机或者上述装置上执行所述计算机程序时实施上述方法的所有步骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]下面借助于附图对本发明的优选的实施方式进行详细解释。附图示出如下:
图1是具有多个气缸的燃烧发动机的示意图；并且
图2是用于说明用来起动图1的燃烧发动机的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]图1示出了具有多个(在所示出的实施例中为四个)气缸2的燃烧发动机I的示意图。接下来所描述的燃烧发动机I是将燃料直接喷射到所述气缸2的燃烧室中的、四冲程运行的汽油发动机。
[0027]所述气缸2分别设有一个进气门3和一个排气门4，所述进气门和排气门分别通过相应的合适的进气门凸轮轴5和排气门凸轮轴6来操控。但是，所述气缸2也能够设有多于一个的进气门3和多于一个的排气门4。所述进气门凸轮轴5和所述排气门凸轮轴6与曲轴7相耦合。
[0028]不仅能够为所述进气门凸轮轴5设置进气门相位调节器8，而且能够为所述排气门凸轮轴6设置排气门相位调节器9，用于关于所述曲轴7的曲轴角对各个进气门和排气门3、4的升程曲线在其相位方面进行调节。所述进气门相位调节器8和所述排气门相位调节器9通常以液压的方式进行调节，但是也能够借助于其它机制进行调节。
[0029]所述进气门3与空气供给系统11的进气管区段10相连接，并且所述排气门4与排气系统13的排气区段12相连接。
[0030]所述燃烧发动机I的气缸2具有燃烧室以及在其中活动地布置的活塞。所述气缸2 一般以相位错开的方式来运行，从而通常相应地使得所述汽缸2中的一个汽缸处于燃烧冲程中并且所述气缸2中的另一个气缸处于压缩冲程中。
[0031]所述进气门相位调节器及排气门相位调节器8、9通常在所述燃烧发动机I的停止状态中不能调节，因为例如不存在为此所需的、用于液压调节的油压。所述进气门和排气门
3、4的升程曲线初始时如此定位，即在所述气缸中的活塞运动的下死点或者说上死点处进行打开和关闭。
[0032]因此，尤其在起动时出现提高的起动机力矩，因为必须在环境压力下施加用于处于所述气缸2中的空气的压缩力矩。此外因为在所述空气供给系统11的吸气冲程中同样存在着环境压力，所以在先行于压缩冲程的吸气冲程中被吸入到相关的气缸2的燃烧室中的空气量较高。对于这种空气量的压缩要求相应高的压缩力矩，在起动所述燃烧发动机I期间必须克服所述相应高的压缩力矩。
[0033]为了降低所述压缩力矩，现在规定，在压缩冲程开始时将所述相关的气缸2的进气门3和/或排气门4保持打开,从而使得处于压缩冲程中的气缸2的进气门3和/或排气门4在自所述压缩冲程开始起的确定的持续时间内保持打开。所述确定的持续时间相应于曲轴角从所述活塞的下死点起的变化，所述活塞的下死点表明所述压缩冲程的开始。所述曲轴角的相应的变化对于确定的转速来说在自压缩冲程开始起的确定的持续时间内进行。由于所述进气门3和/或排气门4保持打开，通过所述气缸2中的活塞的运动又将此前的吸气冲程中吸入的空气量的一部分通过所述进气门3或者说所述排气门4从所述相关的气缸2的燃烧室中排出。
[0034]所述相关的进气门3或者说排气门4的关闭的时刻(在下死点之后达到相关的曲轴角)确定了在这个时刻处于所述气缸2中的空气量，在所述压缩冲程的压缩过程的下个进程中对所述空气量进行压缩。在所述压缩冲程的进程中所述进气门3关闭得越迟，在所述相关的气缸2中有待压缩的空气量就越少并且为进行压缩所需要的压缩力矩就越小。通过这种方式，能够通过在压缩冲程期间确定所述进气门3或者说排气门4的关闭时刻来精确地调节相关的气缸2的充气量并且由此精确地调节有待施加的压缩力矩。
[0035]尤其有利的是，使所述进气门3超出所述吸气冲程的结束、也就是超出相关的气缸2中的活塞运动的下死点保持打开并且还延迟地关闭。这能够通过所述进气门3的升程曲线的延后移动(Spjitverschiebung)实现。因为反正都要降低相关的气缸2中的空气量，所以由此在吸气冲程期间推迟打开所述进气门3基本上没有影响。
[0036]在无起动机的情况下起动时，所述进气门的升程曲线的延后移动保持没有作用，因为通常在最初处于压缩冲程中的气缸到达吸气冲程的时刻，基本上以燃烧冲程终止发动机起动过程并且能够朝更早的关闭时刻的方向对进气门关闭的时刻进行相应的相位调节，其中在所述燃烧冲程中在处于压缩冲程中的气缸中设置了降低了的、有待压缩的空气量。尤其所述燃烧发动机在两到三个燃烧冲程之后具有足够的动能，以能够在所述压缩冲程期间对在所述活塞的下死点的时刻处于气缸中的空气量进行完全的压缩。所述进气门的关闭时刻的延后移动则不再有必要并且能够使对所述进气门相位调节器相应的相位调节能够复位直到相关的气缸的下一个吸气冲程。
[0037]对于传统的燃烧发动机I来说，以液压的方式来操控所述进气门相位调节器8，其中在所述燃烧发动机I的起动过程中没有提供用于准备液压操控的油压。因此能够规定，为了实现压缩力矩的降低而设置了额外的油泵15，该油泵提供为了操控所述进气门相位调节器8所需要的油压。如果准备好必需的油压，那就能够如此调节所述进气门相位调节器8，从而推迟所述进气门3的升程曲线，以便所述进气门3的关闭时刻明显处于相关的气缸2中的活塞运动的下死点之后。尤其所述进气门3的关闭时刻能够在压缩冲程中处于活塞运动的下死点之后20°到150°处。
[0038]所述气缸2中的压缩力矩的降低能够用于在无起动机的情况下起动所述燃烧发动机I。下面结合图2的流程图对无起动机情况下的起动的过程进行详细解释。
[0039]在曲轴7静止时，在步骤SI中将燃料喷射到第一气缸2中，该第一气缸处于其燃烧冲程中。为此必需的燃料量能够根据所述曲轴7的曲轴角来确定，由所述曲轴角产生相关的气缸2中的精确的空气量。如果要无起动机地起动所述燃烧发动机，那就借助于合适的方法来预先得到停止位置，在所述停止位置中通过处于燃烧冲程中的气缸中的燃烧能够实现最大的部分力矩。这种最佳的停止位置对于四缸发动机来说处于所述气缸中的活塞运动的上死点之后大约90°处。如果没有达到最佳的停止位置，那么就会导致，通过处于燃烧冲程中的气缸中的燃烧提供的部分力矩降低并且由此必须降低处于压缩冲程中的气缸中的空气量，这能够通过所述进气门的关闭时刻的延后移动来实现。
[0040]在借助于所述气缸2的点火装置点燃由处于燃烧冲程中的气缸的空气量提供的燃料/空气混合物之后，提供部分力矩，所述部分力矩使所述曲轴置于旋转运动之中。
[0041]第二气缸2的压缩力矩反作用于所述部分力矩，其中所述第二气缸2与此同时处于压缩冲程中并且在该第二气缸中通过旋转运动对处于其中的充气量进行压缩。由所述第一气缸2中的燃烧产生的动能能够提供受到限制的最大的压缩力矩。所述最大的压缩力矩相应于所述第二气缸2中的最大的充气量。因此必须保证，处于所述第二气缸2中的空气量小于所述仍能够通过由所述第一气缸2中的燃烧引起的动能来压缩的最大的空气量。所述第二气缸2中的空气量能够通过对于所述第二气缸2的进气门3的关闭角的调节来相应地降低。
[0042]如果所述第二气缸2中的活塞到达上死点，那么处于其中的空气就被最大程度地压缩。同时结束了所述第一气缸2中的燃烧冲程并且不再通过所述第一气缸来提供部分力矩。
[0043]在步骤S2中，根据在所述第二气缸2中被压缩的空气量来进行燃料喷射。将处于所述第二气缸2中的燃料/空气混合物点燃并且产生部分力矩，所述部分力矩在所述第二气缸2的活塞的下死点处引起发动机运动的确定的动能。
[0044]由所述第二气缸2中的燃烧产生的动能能够提供受到限制的最大的压缩力矩。所述最大的压缩力矩相应于所述第三气缸2中的最大的充气量。因此如此前一样必须保证，处于所述第三气缸2中的空气量小于所述仍能够通过由所述第二气缸2中的燃烧引起的动能来压缩的最大的空气量。所述第三气缸2中的空气量能够通过对所述第三气缸2的进气门3的关闭角的调节来相应地降低。
[0045]所述最大能够压缩的空气量通过由前面的燃烧产生的动能的大小得到，由此确定了在所述第三气缸2的压缩冲程中有待压缩的空气量。因此，所述进气门3的关闭时刻由所述第三气缸2的压缩冲程中的最大能够压缩的空气量得到。
[0046]在步骤S3中检验，通过处于燃烧冲程中的气缸2获取的动能是否足以用于能够对与此同时处于压缩冲程中的气缸2的最大充气量进行压缩。如果是这种情况(二选一:是)，那就以步骤S4继续执行所述方法。否则(二选一:否)，那就利用现在处于燃烧冲程中的气缸2重复步骤S2。
[0047]如果在步骤S4中确定，在压缩冲程开始时不再需要推迟关闭所述进气门3以便降低空气量，那就能够规定，如在所述燃烧发动机I的传统的运行中那样调节所述进气门3的升程曲线的相位，也就是说使得所述进气门3在吸气冲程结束时关闭。这例如能够通过对所述进气门凸轮轴5的提早调节来实现。由此终止所述燃烧发动机I的起动。
[0048]能够规定，在发动机起动时对有待压缩的第一气缸以下死点之后例如120°到150°的关闭时刻面向需求地(bedarfsorientiert)降低充气量，对有待压缩的第二气缸以更早的、在下死点之后例如90°到120°的关闭时刻面向需求地降低充气量，对有待压缩的第三气缸以下死点之后例如60°到90°的关闭时刻面向需求地降低充气量，并且对有待压缩的第四气缸以下死点之后例如30°到60°的关闭时刻面向需求地降低充气量。
[0049]作为替代方案，在压缩冲程中也能够通过所述排气门4来实现空气量的降低。在此能够额外地在所述气缸2的压缩冲程中打开和关闭在吸气冲程中关闭的排气门4，以能够调节所需要的充气量。
[0050]为了对于无起动机的起动来说也保证用于处于压缩冲程中的气缸的进气门或者说排气门的推迟的关闭时刻，相应地设置了所述进气及排气门相位调节器8、9，以例如通过借助于电泵或者类似装置提供充气压力的方式在处于燃烧冲程中的气缸中进行首次燃烧期间就已经能够实现相关的气门3、4的推迟的关闭时刻。
[0051]对于所述进气门和排气门3、4的打开和关闭时刻的调节例如也能够通过所述进气门和排气门3、4上的额外的装置来进行。所述调节能够以电动的、电液的方式或者通过以机械的方式预先得到的凸轮轮廓来实现。
【权利要求】
1.用于运行具有多个气缸(2)的燃烧发动机(I)的方法，其中所述汽缸(2)中的一个汽缸处于燃烧冲程中，在所述燃烧冲程中点燃所述第一气缸(2)的燃烧室中的燃料/空气混合物，期间所述气缸(2)中的另一个气缸处于压缩冲程中，在所述压缩冲程中对处于所述另一个气缸(2)中的空气进行压缩，其中如此操控所述处于压缩冲程中的气缸(2)的进气门(3)和/或排气门(4)，使得其在自所述压缩冲程开始起的持续时间内是打开的。
2.按权利要求1所述的方法，其中如此设置所述持续时间，使得通过所述处于燃烧冲程中的气缸(2)提供的部分力矩足以用于对在关闭所述进气门(3)或者排气门(4)之后留在所述处于压缩冲程中的气缸(2)中的空气量进行压缩。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中所述进气门(3)或者所述排气门(4)能够根据所述燃烧发动机(I)的曲轴(7)的曲轴角按照升程曲线进行操控，其中所述升程曲线关于所述曲轴角能够移动，其中在所述压缩冲程开始时的持续时间内通过移动所述进气门(3)的升程曲线如此实施用于打开所述进气门(3)的操控，使得所述进气门(3)的关闭时刻相当于所述持续时间的结束。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其中为了起动所述燃烧发动机(I)如此操控相应地处于压缩冲程中的气缸(2)的进气门(3)和/或排气门(4)，使得其在所述压缩冲程开始时的持续时间内是打开的，其中所述持续时间相应地取决于通过所述与此同时处于燃烧冲程中的气缸(2)引起的部分力矩。
5.按权利要求4所述的方法，其中所述持续时间确定所述处于压缩冲程中的气缸(2)中的空气量，其中所述空气量引起压缩力矩，所述压缩力矩小于通过所述处于燃烧冲程中的气缸(2)引起的部分力矩。
6.按权利要求4到5中任一项所述的方法，其中所述持续时间根据在起动所述燃烧发动机(I)之前处于燃烧冲程中的气缸(2)的活塞的实际停止位置进行调节。`
7.用于运行具有多个气缸(2)的燃烧发动机(I)的装置、尤其控制单元，其中所述汽缸(2 )中的一个汽缸处于燃烧冲程中，在所述燃烧冲程中点燃相关气缸(2 )的燃烧室中的燃料/空气混合物，期间所述气缸(2)中的另一个气缸处于压缩冲程中，在所述压缩冲程中对处于所述相关气缸(2)中的空气进行压缩， 其中所述装置构造用于如此操控所述处于压缩冲程中的气缸(2)的进气门(3)和/或排气门(4)，使得其在所述压缩冲程开始时的持续时间内是打开的。
8.发动机系统，包括: -燃烧发动机(I )，具有气缸(2)，所述气缸分别具有至少一个进气门(3)和至少一个排气门(4)； -进气门凸轮轴(5 )，用于操控所述进气门(3 ); -进气门相位调节器(8)，用于关于曲轴角调节所述进气门(3)的升程曲线的相位； -排气门凸轮轴(6 )，用于操纵所述排气门(4 ); -排气门相位调节器(9)，用于关于曲轴角调节所述排气门(4)的升程曲线的相位；以及 -按权利要求6所述的装置。
9.按权利要求8所述的发动机系统，具有操控装置(15)，所述操控装置用于自主地调节所述进气门相位调节器(8 )和所述排气门相位调节器(9 )。
10.按权利要求9所述的发动机系统，其中所述操控装置(15)包括液压泵，以提供用于调节以液压的方式运行的进气门相位调节器(8)和/或以液压的方式运行的排气门相位调节器(9)的液压压力。
11.计算机程序，所述计算机程序设置用于实施按权利要求1到7中任一项所述的方法的所有步骤。
12.电子存储介质，在所述电子存储介质上保存了按权利要求11所述的计算机程序。
13.电子控制器，所述`电子控制器具有按权利要求12所述的电子存储介质。
【文档编号】F02D13/02GK103867309SQ201310668434
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】N.米勒, S.乌尔, J.托普霍芬 申请人:罗伯特·博世有限公司