具有排气涡轮增压的机械增压的应用点火式内燃发动机及运转所述类型的内燃发动机的方法
【专利说明】具有排气涡轮増压的机械増压的应用点火式内燃发动机及运转所述类型的内燃发动机的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年5月28日提交的德国专利申请号102014210220.0和2014年6月20日提交的德国专利申请号102014211835.2的优先权，为了所有目的，上述申请中的每一个的整个内容被并入本文以供参考。
技术领域
[0003]本公开涉及用于控制被布置在具有排气涡轮增压和爆震调节器的内燃发动机中的进气系统的进气门正时的方法和系统。
【背景技术】
[0004]发动机可以使用升压装置(诸如涡轮增压器)来增加发动机功率密度。然而，发动机爆震会在升压的状况期间由于增加的燃烧温度而发生。在更高的负荷下，发动机爆震可以更受限制，这可以导致不期望的迟燃烧相位。
[0005]发动机爆震可以通过诸如在US20030131805A1中描述的延迟火花正时来解决。在另一示例中，诸如在阿特金森(Atkinson)发动机中以及如在US20030131805A1中示出的具有固定长度的进气凸轮的系统可以用于爆震控制。
[0006]发明人在此已经识别潜在的问题，包括解决爆震极限的上述方法的问题。例如，显著的火花延迟能够降低燃料经济性并且限制最大扭矩。进一步，固定长度的进气凸轮可以被优化为部分与全负荷状况之间的折中。
【发明内容】
[0007]发明人在此已经意识到上述问题，并且已经识别至少部分地解决所述问题的方法。在一种示例方法中，一种机械增压式(supercharged)发动机包含:至少一个汽缸盖以及至少一个汽缸，每个汽缸具有至少两个进气口和至少一个出气口，进气口用于经由进气系统供应增压空气，出气口用于经由排气排出系统排出排气；至少一个节流挡板，节流挡板被布置在进气系统中，并且节流挡板用于负荷控制；以及至少一个排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统中的压缩机。进一步，可以提供至少两个至少部分可变的气门致动装置，气门致动装置具有至少两个气门，所述至少两个气门可以在气门关闭位置与气门打开位置之间可移动，以打开及阻止至少一个汽缸的至少两个进气口，其中气门弹簧装置可以沿气门关闭位置的方向预加载气门。至少部分可变的气门致动装置可以具有至少两个致动装置，致动装置用于与气门弹簧装置的预加载力相反地打开气门，每个致动装置均包含凸轮，凸轮布置在凸轮轴上，并且当凸轮轴旋转时，凸轮可以与至少一个凸轮从动元件接合，由此致动相关的气门，至少两个至少部分可变的气门致动装置的至少两个致动装置的凸轮可以相对于彼此可旋转。进一步，至少两个气门可以基于期望的歧管压力和基于升压压力的修正系数来进行致动。
[0008]在一个示例中，进气门的打开及关闭可以依据负荷与发动机工况来调整。例如，第二进气门的关闭时间可以通过利用当前发动机转速和进气系统中当前期望的压力值确定基本关闭时间而进行确定，并且通过基于升压压力确定添加的关闭时间而针对涡轮增压进行修正。以此方式，凸轮事件可以被延长为使得一部分空气充气可以被推回到进气系统中，以便降低实际的压缩比，这可以导致增加的效率、燃料经济性、更高的扭矩和更不限制爆震的燃烧过程。进一步，引起爆震调节器输出的进气门的关闭时间的修正可以被用来进一步延迟第二进气门的关闭。以此方式，该方法可以减少或基本上消除对延迟点火火花的需要，因此进一步增加效率。总的来说，涡轮增压式发动机能够以自最大扭矩的更少火花延迟来运转。
[0009]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被随附于【具体实施方式】的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0010]图1示意地描述包括凸轮致动系统的示例车辆系统。
[0011]图2示出具有多个汽缸和示例凸轮致动系统的简化内燃发动机。
[0012]图3以示意图示意地示出内燃发动机在负荷阶跃变化的情况下的运转参数。
[0013]图4以示意图示意地示出第二进气门的关闭时间的确定。
[0014]图5以示意图示意地示出包括对爆震的修正的第二进气门的关闭时间的确定。
[0015]图6是用于确定进气门正时的示例方法流程图。
【具体实施方式】
[0016]本申请涉及一种机械增压的应用点火式内燃发动机，其包含:至少一个汽缸盖以及至少一个汽缸，每个汽缸具有至少两个进气口和至少一个出气口，进气口用于经由进气系统供应增压空气，出气口用于经由排气排出系统排出排气；至少一个节流挡板，其被布置在进气系统中并且用于负荷控制；并且提供至少一个排气涡轮增压器，每个排气涡轮增压器包含被布置在排气排出系统中的涡轮和被布置在进气系统中的压缩机；以及爆震调节器，当输出信号时，爆震调节器提供防止爆震所需的点火延迟A 。
[0017]本申请还涉及一种用于使所述类型的内燃发动机运转的方法，其中每个汽缸包含用于经由进气系统供应增压空气的两个进气口。
[0018]上述类型的内燃发动机被用作机动车辆的驱动装置。在本申请的背景下，表述“内燃发动机”包含奥托循环发动机、以及利用混合燃烧过程的混合动力内燃发动机、和混合动力驱动装置，该混合动力驱动装置不仅包含内燃发动机而且还包含电机，该电机可以以驱动内燃发动机的方式连接并从内燃发动机吸收动力或作为可切换辅助驱动装置输出额外动力。
[0019]内燃发动机具有相互连接以形成至少一个汽缸或燃烧室的汽缸体和至少一个汽缸盖。为了容纳活塞或汽缸套，汽缸体具有对应数量的汽缸孔。汽缸盖通常用于容纳气门驱动装置。为了控制充气交换，内燃发动机需要控制元件和用于致动控制元件的致动装置。在充气交换期间，燃烧气体经由出气口排出，并且燃烧室利用增压空气的增压经由进气口来发生。为了控制充气交换，在四行程发动机中，提升气门几乎专门用作控制元件，该提升气门在内燃发动机的运转期间执行振荡式提升运动，并且该提升气门以此方式打开以及关闭进气和出气口。气门运动所需的致动装置(包括气门本身)被称为气门驱动装置。
[0020]致动装置包含至少一个凸轮布置在其上的凸轮轴。在底置凸轮轴与顶置凸轮轴之间作出基本区别。这涉及汽缸盖与汽缸体之间的分离面。如果凸轮轴被布置在所述分离面之上，其为顶置凸轮轴，否则其为底置凸轮轴。
[0021]顶置凸轮轴同样安装在汽缸盖中，其中具有顶置凸轮轴的气门驱动装置可以作为进一步的气门驱动装置部件具有摇臂、指形摇杆、倾斜度调节杆和/或挺柱。所述凸轮从动元件位于凸轮与气门之间的力流中。
[0022]气门驱动装置的目的是在正确的时刻打开以及关闭汽缸的进气口和出气口，其中追求最大可能的流截面的快速打开，以便使流入和流出气流的节流损失保持低，并且以便确保汽缸的最佳可能的充气和排气的完全排出。根据一些方法，因此，汽缸也经常并且渐增地提供有两个或更多个进气口和出气口。
[0023]在内燃发动机的开发中，基本目的是最小化燃料消耗，其中作出的努力中的重点是继续获得改善的总体效率。
[0024]例如在奥托循环发动机的情况下(即在应用点火式内燃发动机的情况下)，燃料消耗并且因此的效率造成问题。这种情况的原因在于奥托循环发动机的运转过程的原理。负荷控制一般借助于提供在进气系统中的节流挡板来执行。通过调整节流挡板，节流挡板下游的吸入空气的压力可以在更大或更小程度上减小。节流挡板关闭越多，即所述节流挡板阻止进气系统越多，吸入空气跨过节流挡板的压力损失越高，并且在节流挡板的下游且在至少一个汽缸(即燃烧室)中的入口的上游的吸入空气的压力越低。对于恒定的燃烧室体积，以此方式能够借助于吸入空气的压力设定空气质量(即量)。这还解释了为什么量调节已经证明具体在部分负荷运转中是不利的，因为低负荷需要进气系统中高程度的节流和压力降低，因此充气交换损失随着负荷减小和节流增加而增加。
[0025]为了减少所描述的损失，已经开发用于使奥托循环发动机去节流(dethrottle)的各种策略。
[0026]针对用于使奥托循环发动机去节流的方案的方法是例如利用直接喷射的奥托循环发动机运转过程。燃料的直接喷射是用于实现分层的燃烧室增压的合适手段。燃料到燃烧室中的直接喷射因此允许在某些界限内的奥托循环发动机中的量调节。混合物形成通过燃料到汽缸中或到位于位于汽缸中的空气中的直接喷射并非通过燃料被引入进气系统中的吸入空气中的外部混合物形成而发生。
[0027]针对用于优化奥托循环发动机的燃烧过程的方案的进一步方法在于至少部分可变的气门驱动装置的使用。相比于气门的升程以及正时二者不可变的常规气门驱动装置，这些对燃烧过程并且因此对燃料消耗有影响的参数可以借助于可变气门驱动装置在更大或更小程度上改变。如果气门驱动装置是部分可变的或者可切换的并且例如进气门和进气门升程的关闭时间可以被改变，那么这单独使无节流并且因此无损失的负荷控制成为可能。在进气过程期间流入燃烧室的混合物质量或增压空气质量然后不是通过节气门挡板而是通过进气门升程和进气门的打开持续时间来控制。完全可变的气门驱动装置是非常昂贵的，由于此原因，经常利用部分可变或可切换的气门驱动装置。在本申请的背景下，可切换的气门驱动装置被认作为部分可变的气门驱动装置。
[0028]在这方面，还必须考虑奥托循环发动机的效率η与压缩比ε至少大致相关联。gp，效率η随着压缩比ε增加，在存在相对高的压缩比的情况下一般更高，并且在存在相对低的压缩比的情况下一般更低。
[0029]关于效率，汽缸因此可以提供有最高可能的压缩比。然而，压缩比不能增加到任意程度，由于随压缩比增加，爆震倾向(即混合物成分的自动点火的倾向)增加。现代的奥托循环发动机一般具有大约8至10的压缩比，其中大约15的压缩比预示最佳的效率。以此方式，尽管效率受到限制，但是确保例如在高负荷下对爆震的所需的抵抗。根据一些方法，爆震倾向还根据需要借助于点火被延迟来进行削弱，由此燃烧重心被延迟，并且燃烧压力和燃烧温度降低。为此目的，现代的奥托循环发动机配备有爆震调节器，当输出信号时，爆震调节器提供防止爆震所需的点火延迟。然而，点火延迟对效率有不利影响。
[0030]本申请涉及的内燃发动机具有所述类型的爆震调节器以及至少一个排气涡轮增压器。相比于机械增压器，排气涡轮增压器的优点在于用于传递动