内燃机和用于控制内燃机的方法
【专利摘要】一种具有多个气缸(3)的内燃机(2)。该内燃机设有用于排气再循环的设备(11)。所述多个气缸被分为第一组(4)气缸和第二组(5)气缸。该内燃机还具有控制装置(6)，该控制装置(6)被布置成提供内燃机的加热模式，在该加热模式中，第一组(4)气缸被停用而第二组(5)气缸被启用。该控制装置(6)被布置成在加热模式中向第一组(4)气缸提供比进气多的再循环排气。
【专利说明】
内燃机和用于控制内燃机的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种具有控制装置的内燃机和用于控制内燃机的方法，该控制装置被布置成提供内燃机的加热模式。
[0002]本发明适用于不同类型的车辆和发动机，尤其是工业建筑机械和建筑设备领域中的工程机械，例如轮式装载机和铰接式翻斗车。尽管将针对轮式装载机来描述本发明，但本发明的应用不限于这种特定机械，而是也可用在其他车辆中，例如卡车或大客车。
【背景技术】
[0003]对于在低负荷操作中运行的柴油发动机进行暖机是困难的，尤其是在低温环境下。使用具有低温的发动机将增大燃料消耗和发动机的磨损。此外，排气温度也将较低，这使排气后处理系统在低负荷下无效或不可使用。
[0004]为了解决与低排气温度相关的问题，有些发动机具有用于快速升高发动机的排气温度并因此允许使用排气后处理系统的特定运行模式，例如选择性催化还原(SCR)。
[0005]文献US8,091,340公开了一种控制内燃机进气的方法，其中，总供给中的较大部分被送入一组气缸而不是另一组气缸，从而实现升高的排气温度。然而，在某些运行条件下，该方法的效率不足，和/或该方法具有增加的燃料消耗。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种内燃机和一种方法，其中，在加热模式期间，能够以有效的方式升高发动机温度以及排气温度。
[0007]通过根据权利要求1所述的内燃机来实现该目的。
[0008]通过提供如下一种具有多个气缸的内燃机，该发动机能够以减少量的过量空气运行:其中，该内燃机设有用于排气再循环的设备，并且所述多个气缸被分为第一组气缸和第二组气缸，并且该内燃机具有控制装置，该控制装置被布置成提供内燃机的加热模式，在该加热模式中，第一组气缸被停用而第二组气缸被启用，并且在加热模式中，该控制装置还布置成向第一组气缸提供比进气多的再循环排气。
[0009]上述限定“第一组气缸将被停用”意味着这些气缸在加热模式中是非燃烧气缸。因此，没有任何燃料被引入第一组气缸中(或者，只有不足以在气缸内实现气体燃烧的可忽略量的燃料被引入)。因此，在不增加总燃料消耗的同时，更多量的燃料能能够被引入到已启动的第二组气缸(即工作气缸或燃烧气缸)，从而快速地升高温度并维持发动机负荷。
[0010]本发明是基于如下认知:S卩，在低发动机负荷下，过量的空气流(非常高的空燃比)将用作发动机上的冷却器，尤其是非燃烧气缸上的冷却器，并且将抵消所升高的排气温度。
[0011]通过使在加热模式中向第一组气缸提供比进气多的再循环排气，能够明显减少流过发动机的冷的空气质量流。这将提高排气温度以及对发动机冷却系统的热输入，并将缩短实现期望的发动机温度和排气温度所需的时间。虽然这些气缸能被独立地控制，但在加热模式中，所述控制装置被优选布置成向第一组气缸中的每个气缸提供比进气多的再循环排气。换句话说，对于第一组气缸中的每个气缸而言，再循环排气的量大于被引入到该气缸中的总气体体积的50%，而进气的量小于被引入到该气缸中的总气体体积的50%。
[0012]由于缩短了怠速时间以及发动机部件之间的更低的摩擦，这又将减少燃料消耗。能够在更冷的气候中维持正常的发动机温度。能避免其他较不具有燃料有效性的暖机方法(加热模式)。这些其他方法通常依赖于在进气侧或排气侧的对气流的节流，或依赖于通过推迟放热相位或提早打开排气阀来减少膨胀功。
[0013]此外，作为尿素溶液的NOx剂的使用在低负荷或具有降低的结晶风险的怠速运行下也是可能的。通过更高的怠速温度，能更快地实现柴油氧化催化剂(DOC)的启动温度。如果该温度升高，碳烟过滤器的再生在怠速运行下也是可能的。
[0014]根据本发明的优选实施例，在加热模式中，所述控制装置被布置成向第一组气缸提供多于60%的再循环排气和少于40%的进气，合适地是多于70%的再循环排气和少于30%的进气，优选是多于80%的再循环排气和少于20%的进气，更优选是多于90%的再循环排气和少于10%的进气，最优选是多于95%的再循环排气和少于5%的进气。由此，能够以非常高的效率执行对发动机的加热。
[0015]理想地，所述控制装置被布置成:在加热模式中，停止到第一组气缸中的进气流，并基本上只向第一组气缸提供再循环排气，g卩，被引入到第一组气缸中的各个气缸中的再循环排气的量优选基本是被引入到该气缸中的总气体体积的100%。
[0016]根据本发明的另一个优选实施例，其中所述控制装置包括阀，该阀用于在加热模式中限制或阻止到第一组气缸中的进气流但同时允许到第二组气缸中的进气流，优选地，该内燃机具有用于向所述多个气缸提供空气的进气歧管，并且，用于限制或阻止到第一组气缸中的进气流的所述阀布置在所述进气歧管内，用于将所述多个气缸划分为第一组气缸和第二组气缸，从而能够获得一种简单、紧凑且成本有效的发动机设计。
[0017]根据本发明的再一个实施例，其中所述内燃机具有冷却器，该冷却器用于在加热模式中、在再循环排气被引入到第一组气缸中之前冷却该再循环排气，能够控制排气的温度，以在不引入具有可能损坏气缸的高温的气体的情况下优化对发动机的加热。
[0018]本发明优选应用于通常具有大量过量空气(高空燃比)的内燃机，尤其在低发动机负荷下，因为本发明的效果在应用于这些发动机时非常明显。因此，所述发动机优选是压燃式发动机，例如柴油发动机，但本发明也适用于其他类型的发动机，例如奥托循环稀燃发动机。
[0019]根据另一个方面，本发明还涉及根据权利要求14所述的用于控制内燃机的方法。通过根据本发明的方法，能够实现上文关于所述内燃机讨论的同样优点。
[0020]本发明的其他优点和有利特征将在以下描述和从属权利要求中被公开。
【附图说明】
[0021]参考附图，下面是作为示例引用的对本发明实施例的更详细描述。在这些图中:
[0022]图1是设有根据本发明的内燃机的轮式装载机的侧视图，
[0023]图2a是根据本发明的内燃机的示意图，
[0024]图2b是根据本发明的内燃机的替代实施例的示意图，并且
[0025]图3是示出了根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]图1是示出了轮式装载机I的形式的工程机械。该轮式装载机被认为是适用于本发明的车辆的一个例子。该轮式装载机设有根据本发明的内燃机(ICE)2。下面参考图2来展示和描述该内燃机。
[0027]图2a以示意图示出了根据本发明的内燃机2的一个实施例。该ICE优选是压燃式发动机，例如柴油发动机，但本发明也可用于奥托发动机。本发明对于在低负荷下具有高空/燃比(高空燃比)的发动机尤其有用，例如柴油发动机、火花点火式稀燃奥托循环燃气发动机、采用柴油点火的双燃料燃气发动机等。压燃式发动机通常以高空/燃比运行(至少在低负荷下)，因为这种发动机通过减少所喷射的燃料量来降低发动机负荷，同时不按比例减少进气流。
[0028]该ICE具有多个气缸3。气缸的数量可以变化，但在本具体实施例中，该ICE具有六个气缸3，并且这些气缸被分为两组，第一组4和第二组5 ο属于第一组和第二组的气缸的数量可以改变并适用于特定的发动机/发动机模式。如果发动机的气缸总数是n，则第一组中的气缸数量在I到n-Ι的范围内，其中η多2。在所图示的示出该6缸发动机的实施例中，第一组4具有三个气缸4a，第二组5具有三个气缸5b。
[0029]内燃机2还具有控制装置6，该控制装置6被布置成提供内燃机2的加热模式，在该加热模式中，第一组4气缸被停用而第二组5气缸被启用。通过该控制装置6，能够在加热模式期间停止向第一组4气缸中的燃料喷射。控制装置6可以包括控制单元7以及由控制单元7控制的燃料喷射装置8。控制单元7可以是独立单元或是用于控制内燃机2的其他功能的另一控制单元的一部分。以如下方式设计该燃料喷射装置8:即，允许切断到第一组4气缸的燃料分配，同时能够将燃料分配到第二组5气缸，优选地，燃料喷射装置8被设计成独立地控制每个气缸的燃料喷射。该燃料喷射装置可以是任何适当的、已有的燃料喷射装置并且仅在图2a中被示意地示出。
[0030]在此示例性实施例中，该发动机能够在加热模式中作为具有240°点火间隔的3缸发动机工作。
[0031]控制装置6优选被布置成:与所有气缸都是工作气缸的模式相比，在加热模式中增加到第二组5气缸中的喷射。有利地，在加热模式中，到第二组5气缸中的燃料喷射的增加量基本等于到第一组4气缸中的燃料喷射的减少量。例如，当一半的气缸被停止燃料喷射时，提供给燃烧气缸的燃料可以加倍。换句话说，通过增加到工作气缸中的燃料喷射，处于加热模式中的发动机上的负荷可以等于相应条件下的未处于加热模式中的发动机上的负荷。
[0032]在该加热模式中，控制装置6还布置成向第一组4气缸提供比进气多的再循环排Ho
[0033]为此，该控制装置优选布置成:与所有气缸都是工作气缸的模式相比，大幅地减少到第一组气缸中的进气流，或者在极端情况下停止到第一组气缸中的进气流。
[0034]根据图2a所示的实施例，控制装置6包括阀18(下文也称为空气阀18)，该阀18用于在加热模式中限制或阻止到第一组4气缸中的进气流但同时允许到第二组5气缸中的进气流。该内燃机具有用于向所述多个气缸提供空气的进气歧管9，并且所述阀18布置在进气歧管9内。因此，通过空气阀18，这些气缸被物理地划分为第一组气缸和第二组气缸(相对于进气而言)。进气歧管9的进气吸入口 10布置在空气阀18的一侧(图2a中的左侧)，第二组5气缸中的气缸5b布置在该侧。因此，进气在空气阀18的该侧被引入到进气歧管9中，并且，通过控制(关闭)该空气阀18，能够限制或切断到第一组4气缸中的气缸4a的空气流，但能够维持到第二组5气缸中的气缸5b的空气流。另外，也可以通过任何其他手段来控制到第二组气缸中的空气流。因此，能够以常规的方式调节到第二组气缸中的空气流。
[0035]该ICE还设有用于排气再循环(EGR)的设备11。在图2a所示的实施例中，该发动机的排气出口歧管12通过管19连接到进气歧管9 ο排气出口歧管12能够经由EGR冷却器15和阀13 (下文称为EGR阀13)连接到进气歧管9。根据图2a所示的实施例，控制装置6包括EGR阀13。进气歧管9的EGR进气口 14布置在空气阀18的另一侧(图2a的右侧，与所述进气吸入口相反的一侧)，所述第一组4气缸中的气缸4a布置在该另一侧。EGR冷却器15能够用于在加热模式中、在再循环排气被引入所述第一组4气缸中的气缸之前冷却该再循环排气。这将确保被引入这些气缸中的排气的温度不会太高。在该EGR冷却器内从所述再循环排气中去除的热量能够传递给发动机冷却剂。
[0036]如上所述，控制装置6被布置成在所述加热模式中向第一组4气缸提供比进气多的再循环排气。通过EGR阀13和控制单元7，能够将再循环排气流分为到第一组4气缸中的第一EGR流和到第二组5气缸中的第二 EGR流。例如，能够切断到第二组气缸中的排气流，且仅向第一组气缸提供EGR。在替代实施例中，只要能够维持燃烧的稳定性，就可以向工作气缸(即，第二组气缸)提供更少量的EGR，以进一步减少进气的量。
[0037]以常规的方式，发动机2(或控制装置6)可以包括另一个EGR阀20，该EGR阀20优选布置在出口歧管12和EGR冷却器15之间，用于调节再循环的EGR的总量。
[0038]因为与所有气缸都是工作气缸的模式相比、在加热模式中减少了到第一组气缸中的进气流，该控制装置6优选布置成:通过向第一组4气缸提供相应的再循环排气流，对受到限制或停止的进气流进行补偿，从而避免对气流的节流。
[0039]可以通过常规部件来设计该发动机的其余部分。例如，由排气流22驱动的涡轮单元21(例如可变几何涡轮(VGT))能用于进气23的压缩。然而，该进气23能够在进入进气歧管9的进气吸入口 10之前在增压空气冷却器(CAC)24中被冷却。
[0040]在图2b中，示出了根据本发明的发动机的另一个示范性实施例。对于参考图2b描述的根据本发明的发动机的实施例，将仅详细描述该实施例独有的特征和功能。图2b中使用的与图2a中相同的附图标记将表示已经参考图2a描述过的相同或相似的部件，并且在下文中将仅简要地描述这些部件或根本不描述。
[0041]在图2b所示的实施例中，进气歧管9被划分为两个进气歧管部分9a、9b，这意味着，气缸3被物理地划分为第一组4气缸和第二组5气缸。用于在加热模式中限制或阻止到第一组4气缸中的进气但同时允许到第二组5气缸中的进气流的阀18布置在歧管9的外部。进气歧管部分9a的进气吸入口 10被布置成向第二组5中的气缸5b提供进气，且进气歧管部分9b的进气吸入口 14被布置成向第一组4中的气缸4a提供进气。通过空气阀18，能够限制或切断到第一组4中的气缸4a的空气流，但能够维持到第二组5中的气缸的空气流。另外，也能够通过任何其他手段来控制到第二组气缸中的空气流。因此，能够以常规的方式调节到第二组气缸中的空气流。
[0042]如图2b可见，用于供应EGR的管19连接到歧管部分9a的进气吸入口 10和歧管部分9b的进气吸入口 14。因此，在本实施例中，进气吸入口 14也是EGR进气口。在图2b所示的实施例中，用于将EGR流划分成分别到第一组气缸中的第一流和到第二组气缸中的第二流的EGR阀(图2a中用13表示)可以省略。如参考图2a已描述的，课选地，发动机2(或控制装置6)能够包括EGR阀20，该EGR阀20优选布置在发动机的出口歧管12和EGR冷却器15之间，用于调节被再循环的EGR的总量。
[0043]如果没有使用任何用于控制分别提供给第一组气缸和第二组气缸的EGR量的阀，则通过空气阀18调节EGR的比例。通过用空气阀18限制或阻止到第一组气缸中的进气流，更大比例的EGR将到达这些第一组气缸4a。因此，控制装置6被布置成适应空气阀18的调节，以在加热模式中向第一组气缸4a提供比进气更多的再循环排气。
[0044]在图3中，通过流程图示意地示出了根据本发明的方法。该方法包括以下步骤:提供内燃机的加热模式30，该内燃机具有第一组气缸和第二组气缸;如果通过操作者或自动地选择40该加热模式，则停用50第一组气缸(同时，启用第二组气缸或维持第二组气缸的启用)；以及，在加热模式中向第一组气缸提供比进气多的再循环排气的步骤60。
[0045]如上文已描述的，可以通过停止到第一组气缸中的燃料喷射来执行第一组气缸的停用。在加热模式中，到第一组气缸中的进气流被限制或阻止，但同时允许到第二组气缸中的进气流。换句话说，与所有气缸都是工作气缸的模式相比，在加热模式中，到第一组气缸中的进气流优选被大幅地减少或停止。
[0046]在加热模式中，到第二组气缸中的燃料喷射的增加量优选基本等于到第一组气缸中的燃料喷射的减少量。例如，当一半的气缸被停止燃料喷射时，提供给燃烧气缸的燃料可以加倍。换句话说，通过增加到工作气缸中的燃料喷射，处于加热模式中的发动机上的负荷可以等于相应条件下的未处于加热模式中的发动机上的负荷。
[0047]当已达到特定的发动机温度/排气温度时，通过自动执行或由操作者手动执行的模式改变，能够结束70该加热模式，然后，可以进行发动机的正常运行80。
[0048]还应当理解，本文中参考图3描述的方法还可以实现上文描述的任何其他特征，尤其是参考图1、2a和2b描述的特征。
[0049]进一步参考图2a和2b，根据第三方面，本发明还涉及一种用于控制内燃机的控制单元7。控制单元7被配置成提供内燃机的加热模式，在该加热模式中，第一组4气缸被停用而第二组5气缸被启用。在该加热模式中，控制单元7被配置成向第一组4气缸提供比进气多的再循环排气。这种控制单元能够使用包括程序代码的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行根据本发明的方法的各个步骤。该计算机程序能够存储在所述控制单元上，或存储在可连接到所述控制单元的计算机可读介质上。
[0050]一旦本发明被公开，本领域技术人员能够使用标准部件(例如用于燃料喷射的部件等)来设计该内燃机和/或所述控制单元的其他部分。
[0051]本发明还能与其他的升高温度的方法相结合，例如在气缸的进气侧或排气侧对气流进行节流。虽然节流会因为发动机上的压力差而导致增大的燃料消耗，但在某些情况下，为了达到所需得温度，有动机这样做。
[0052]应当理解，本发明不限于上文中描述并在附图中示出的实施例，而是，本领域技术人员将会明白，在所附权利要求的范围内，可以进行很多修改和变型。
【主权项】
1.一种具有多个气缸(3)的内燃机(2)，所述内燃机设有用于排气再循环的设备(11)，所述多个气缸被分为第一组(4)气缸和第二组(5)气缸，所述内燃机具有控制装置(6)，所述控制装置(6)被布置提供所述内燃机的加热模式，在所述加热模式中，所述第一组(4)气缸被停用而所述第二组(5)气缸被启用，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制装置(6)被布置成向所述第一组(4)气缸提供比进气多的再循环排气。2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制装置(6)被布置成向所述第一组(4)气缸提供多于60%的再循环排气和少于40%的进气。3.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制装置(6)被布置成向所述第一组(4)气缸提供多于70%的再循环排气和少于30%的进Ho4.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制装置(6)被布置成向所述第一组(4)气缸提供多于80%的再循环排气和少于20%的进Ho5.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制装置(6)被布置成向所述第一组(4)气缸提供多于90%的再循环排气和少于10%的进Ho6.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制装置(6)被布置成向所述第一组(4)气缸提供多于95%的再循环排气和少于5%的进Ho7.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(2)是压燃式发动机。8.根据权利要求7所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(2)是柴油发动机。9.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(2)是稀燃发动机。10.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置(6)包括阀(18)，所述阀(18)用于在所述加热模式中限制或阻止到所述第一组(4)气缸中的进气流但同时允许到所述第二组(5)气缸中的进气流。11.根据权利要求10所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(2)具有用于向所述多个气缸(3)提供空气的进气歧管(9)，并且，用于限制或阻止到所述第一组(4)气缸中的进气流的所述阀(18)布置在所述进气歧管(9)内，用于将所述多个气缸划分为所述第一组(4)气缸和所述第二组(5)气缸。12.根据前述权利要求中的任一项所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机(2)具有冷却器，所述冷却器用于在所述加热模式中、在所述再循环排气被引入所述第一组(4)气缸中的气缸之前冷却所述再循环排气。13.—种车辆，其设有根据权利要求1-12中的任一项所述的内燃机(2)。14.一种用于控制内燃机(2)的方法，所述内燃机具有多个气缸(3)并设有用于排气再循环的设备(11)，所述多个气缸被分为第一组(4)气缸和第二组(5)气缸，所述方法包括提供所述内燃机的加热模式的步骤，在所述加热模式中，所述第一组(4)气缸被停用而所述第二组(5)气缸被启用，其特征在于，在所述加热模式中，向所述第一组(4)气缸提供比进气多的再循环排气。15.—种包括程序代码的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行根据权利要求14所述的步骤。16.—种计算机可读介质，其包括根据权利要求15所述的计算机程序。17.—种用于控制内燃机(2)的控制单元(7)，所述内燃机具有多个气缸(3)并设有用于排气再循环的设备(11)，所述多个气缸被分为第一组(4)气缸和第二组(5)气缸，所述控制单元(7)被配置成提供所述内燃机的加热模式，在所述加热模式中，所述第一组(4)气缸被停用而所述第二组(5)气缸被启用，其特征在于，在所述加热模式中，所述控制单元(7)被配置成向所述第一组(4)气缸提供比进气多的再循环排气。
【文档编号】F02D21/08GK105934571SQ201380081316
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2013年11月29日
【发明人】芒努斯·比尤曼
【申请人】沃尔沃建筑设备公司