部分停用的内燃发动机和该类型的内燃发动机的操作方法与流程

本申请要求在2012年4月24日提交的欧洲专利申请No.12165336.4的优先权，该申请全部内容作为参考并入本文以用于全部目的。技术领域本申请涉及可变排量的内燃发动机。

背景技术：
在内燃发动机的发展中，基本目标是要将燃料消耗最小化，其中所做努力的重点在于获得提高的整体效率。尤其是在奥托循环（otto-cycle）发动机的情况下，即火花点火内燃发动机情况下，燃料消耗以及因此的效率造成问题。此问题的原因在于奥托循环发动机的操作过程的原理。如果未提供直接喷射，则等容循环发动机以均质的燃料/空气混合物操作，所述混合物通过被引入进气区域内的进入空气的燃料而构成的外部混合物制备。一般通过在进气区域中提供的节流阀瓣的方式实施负荷控制。通过调节节流阀瓣，能够较大或较小程度地降低节流阀瓣下游的进入空气的压力。节流阀瓣关闭程度越大，也就是说所述节流阀瓣对进气区域的阻挡越多、进入空气横跨节流阀瓣的压力损失越高，并且节流阀瓣下游和进入至少两个汽缸也就是说燃烧室的入口的上游的进入空气的压力越低。对于恒定的燃烧室容积，能够以这种方式，通过进入空气的压力设定空气质量，也就是数量。这同样解释了为何所述类型的数量调节被证实特别是在部分负荷范围内是不利的，因为低负荷在进气区域中使用高程度的节流和显著的压力降低，结果，随着负荷降低和节流增大，增压交换损失增加。为了降低所述损失，已研制出用于对内燃发动机去节流效应（dethrottle）的各种策略。由于奥托循环发动机因节流导致在部分负荷操作中显示出低效率，但是相比之下，柴油发动机由于质量调节显示出较好的效率，也就是说较低燃料消耗，已实施了关于将两种工作过程彼此组合以能够将柴油发动机处理的优势应用至等容循环发动机处理的测试。常规的奥托循环发动机处理的特征在于混合物压缩、均质混合物、火花点火和数量调节，而传统的柴油发动机处理的特征在于空气压缩、非均质混合物、自动点火和质量调节。例如，用于对奥托循环发动机去节流效应的方案的一个途径为使用直接喷射的奥托循环发动机工作处理。燃料的直接喷射是用于实现分层的燃烧室增压空气的合适的手段。通过直接喷射燃料至汽缸中或至位于汽缸内的空气中实现混合物构成，而不是通过外部混合物构成，其中燃料被引导至进气区域中的进气中。优化奥托循环发动机的燃烧处理的另一种选项可以是使用至少部分可变的气门驱动装置。与气门升程以及正时均不可变的常规的气门驱动装置不同的是，这些参数能够通过可变气门驱动装置在较大或较小范围内改变，这些参数对燃烧处理并且因此对燃料消耗有影响。理想的解决方案将是完全可变的气门控制，其特别允许用于奥托循环发动机的任何期望的工作点的升程和正时的适应值。然而，能够使用部分可变的气门驱动装置获得显而易见的燃料节约。如果能够改变进气门的关闭时间和进气门升程，则已经能够实现无节流和由此的无损耗负荷控制。在进气处理期间流入燃烧室中的混合物质量之后不是通过节流阀瓣而是通过进气门升程以及进气门的打开持续时间控制。关于对奥托循环发动机去节流效应的解决方案的进一步的途径是通过汽缸停用提供的，也就是说，在特定负荷范围内的各汽缸的停用。以部分负荷操作的奥托循环发动机的效率能够被提高，也就是说，借助部分停用增大效率，因为多汽缸内燃发动机中的一个汽缸的停用增加了保持操作的其他汽缸上的负荷，如果发动机功率保持恒定，使得节流阀瓣能够或可以进一步打开，以便将更多空气质量引入所述汽缸中，由此整体实现对内燃发动机的去节流效应。此外，在部分停用期间，也就是说处于部分负荷时，持久处于操作中的汽缸通常在较高负荷区域内操作，此时特定燃料消耗较低。负荷聚集朝向较高负荷移动。由于供应较大的空气质量，在部分停用期间仍保持操作的汽缸还显示了改进的混合物构造，并且容许较高的排气再循环率。获得了关于效率的进一步的优势，因为不存在燃烧，停用的汽缸不会产生因从燃烧气体至燃烧室壁的热传递引起的任何壁热损失。

技术实现要素：
本文公开了用于可变排量发动机的系统和方法，其解决了上述问题并且改善了具有可停用的汽缸的常规发动机。本公开的目的是具有至少两个汽缸的内燃发动机，其中至少两个汽缸配置为形成至少两组，每组具有至少一个汽缸。至少一组的至少一个汽缸形成这样的汽缸，其能够以依赖于负荷的方式被激活，并且在未及预定义的负荷的情况下被停用。所述至少两组的特征在于不同的汽缸容积Vi，具有较小汽缸容积V1的第一组的至少一个汽缸，以及具有较大汽缸容积V2的第二组的至少一个汽缸，其中V2>V1，第二组的至少一个汽缸包含可激活和可停用的汽缸。在内燃发动机的部分负荷操作中，如果未及预定义的负荷，则停用第二组的至少一个汽缸，由此对至少一个剩余汽缸的负荷需求增加，并且节流阀瓣的开口可将更多空气质量引入所述汽缸内。除了有利于内燃发动机的去节流效应的所述作用之外，通过根据本公开的内燃发动机的结构特征进一步优化了部分负荷操作中的部分停用，尤其是鉴于这样的事实，即在根据本公开的内燃发动机中，永久性操作的汽缸组以及可激活和可停用的汽缸组均具有不同的汽缸容积Vi。在目前的情况中，第一组中的持久性操作的汽缸具有相对小的汽缸容积V1，以便在具有被停用的第二组汽缸的内燃发动机的部分负荷操作中，第一组的所述汽缸具有显著更高的效率η，尤其是比如果所述汽缸具有可激活汽缸的较大汽缸容积V2时更高的效率。在此，可以考虑到，由于相对小的汽缸容积V1，在内燃发动机的部分负荷操作中，节流阀瓣进一步打开，以便将空气质量引入第一组汽缸。整体地，内燃发动机因此去节流。此外，在部分停用期间，即使处于部分负荷下，持久性操作的汽缸通常在较高负荷的区域内操作，此时特定燃料消耗较低。负荷聚集朝向较高负荷移动。为内燃发动机提供的系统包含：至少两个汽缸，其中至少两个汽缸构成至少两个组，其中每组包含至少一个汽缸，至少一组的至少一个汽缸形成为这样的汽缸，即该汽缸能够以依赖于负荷的方式激活，并且在未及预定义的负荷的情况下被停用。所述至少两组的特征在于不同的汽缸容积，具有较小的汽缸容积的第一组的至少一个汽缸，以及具有较大汽缸容积的第二组的至少一个汽缸；以及第二组的至少一个汽缸包含可激活的汽缸。在部分负荷期间使用第一组汽缸和停用第二组汽缸增加了发动机效率和燃料经济性。当单独或结合附图时，根据下列具体实施方式将易于明白本说明书的上述优势和其他优势以及特征。应当理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍所选的概念，其将在具体实施方式中进一步说明。这并不意味着确立要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由具体实施方式后的权利要求唯一限定。另外，要求保护的主题不限于解决上述或在本发明中任何部分指出的任何缺点的实施方式。此外，本文的发明人已认识到本文所指出的缺点，并且不承认这些缺点是已知的。附图说明图1示出了根据本公开的发动机的示例性汽缸。图2示意性地示出了内燃发动机的第一实施例的汽缸。图3示出了根据本公开的发动机的操作方法。图4示出了汽缸组之间的差异。具体实施方式本公开的目的是可变排量发动机，其包含由至少两组汽缸形成的发动机，其中每组汽缸包含至少一个汽缸。两组汽缸的容积不同，以便第一组汽缸包含较小的汽缸容积，而第二组汽缸包含较大的汽缸容积。具有较小的汽缸容积的第一组汽缸适于部分发动机负荷，并且被维持激活。具有较大汽缸容积的第二组汽缸在高和最大化的发动机负荷下是可激活的。图1示出了根据本公开的发动机的示例性汽缸，所示的示例性汽缸可以来自第一组或第二组汽缸，并且仅作为说明发动机组件的参考而提供。下面本文将更加详细地讨论第一组和第二组汽缸的相对容积和其他属性。图1示出了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例性实施例。发动机10可接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数以及接收来自车辆操作员130经输入装置132的输入。在该例子中，输入装置132包括加速器踏板和踏板位置传感器134，其用于产生成比例的踏板位置信号PP。发动机10的汽缸（本文也被称为“燃烧室”）14可包括具有置于其中的活塞138的燃烧室壁136。活塞138可被耦接至曲轴140，以便活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可以通过传动系统被耦接至客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以通过飞轮耦接至曲轴140，从而实现发动机10的启动操作。汽缸14能够经一系列进气道142、144和146接收进气。进气道146可与发动机10的除了汽缸14之外的其他汽缸连通。在一些实施例中，进气道中的一个或更多可包括增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气道142和144之间的压缩机174以及沿着排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以是至少部分地经轴180由排气涡轮176提供动力，其中所述增压装置配置为涡轮增压器。然而，在其他实施例中，例如在发动机10被提供机械增压器的实施例中，可选择性地省略排气涡轮176，其中压缩机174可由来自马达或发动机的机械输入提供动力。可沿发动机的进气道提供包括节流板164的节气门20，以用于改变被提供至发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图1所示，节气门20可被设置在压缩机174的下游，或可代替地可被设置在压缩机174的上游。内燃发动机的实施例是有利的，其中可调节的节流阀瓣/节流挡板（throttleflap）被提供用于负荷控制。可调节的节流阀瓣的优势在于，在部分停用即气缸的激活或停用后，发动机扭矩不下降或上升，并且驾驶员可以不调节加速器踏板以维持负荷，如不可调节的节流阀瓣的情况。优选的是，可调节的节流阀瓣是电子可调节的节流阀瓣，以及优选地发动机控制器执行所述节流阀瓣的调节。所述实施例就成本而言也是优选的。本文中，实施例是有利的，其中在闭环处理中能够调节所述节流阀瓣。排气道148可接收来自发动机10中除汽缸14之外的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示为耦接至排气控制装置178上游的排气道148。传感器128可以选自用于提供排气/燃料比指示的各种适合的传感器，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器或EGO（如图所示）、HEGO（加热的EGO）、NOx，HC或者CO传感器。排气控制装置178可以是三元催化剂（TWC）、NOx捕集器、各种其他排气控制装置或其组合。可以通过位于排气道148内的一个或更多温度传感器（未示出）测量排气温度。可替代地，可以基于发动机工况推断排气温度，所述工况例如转速、负荷、空气燃料比（AFR）、火花延迟等。此外，可以通过一个或更多排气传感器128计算排气温度。可以理解的是，可替代地，可通过本文所列举的温度估计方法的任意组合来估计排气温度。发动机10的每个汽缸可包括一个或更多进气门和一个或更多排气门。例如，示出汽缸14包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，包括汽缸14的发动机10的每个汽缸可包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。可以由控制器12通过经凸轮驱动系统151的凸轮驱动器控制进气门150。类似地，可以由控制器12经凸轮驱动系统153控制排气门156。凸轮驱动系统151和153中的每个均可包括一个或更多凸轮，并且可使用凸轮廓线变换系统（CPS）、可变凸轮正时（VCT）系统、可变气门正时（VVT）系统和/或可变气门升程（VVL）系统中的一个或更多，所述系统可由控制器12操作，从而改变气门操作。可以分别由气门位置传感器（未示出）和/或凸轮轴位置传感器155和157确定进气门150和排气门156的操作。在可选的实施例中，可以通过电动气门驱动器控制进气门和/或排气门。例如，汽缸14可以可替换地包括经电动气门驱动器控制的进气门和经包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动器控制的排气门。在其他实施例中，可以通过共用的气门驱动器或驱动系统，或可变气门正时驱动器或驱动系统控制进气门和排气门。可以调节（通过提前或延迟VCT系统）凸轮正时，从而调节发动机稀释度以配合EGR流，因此降低EGR瞬态以及改善发动机性能。汽缸14能够具有压缩比率，其为活塞138处于下止点时与处于上止点时的容积比率。传统地，压缩比率处于9:1至10:1的范围内。然而，在一些使用不同的燃料的例子中，可以增加压缩比率。例如，这可在使用较高辛烷燃料或具有较高汽化潜焓（latententhalpy）的燃料时发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的作用，同样可增加压缩比率。此外，在本公开中，至少两个汽缸组的压缩比率可以改变，如下详细描述。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包括用于开始燃烧的火花塞192。在所选的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统190可以通过火花塞192为燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，可以省略火花塞192，例如其中发动机10可通过自动点火或通过燃料喷射开始燃烧，如一些柴油发动机的情况。内燃发动机的实施例是有利的，其中每个汽缸配备有用于开始火花点火的点火塞。点火塞为用于可靠地开始点火火花的点火装置，其还具有耐用性，并且还是便宜的。然而，还能够使用其他的点火装置来开始火花点火。作为非限制性的例子，汽缸14被显示为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被显示为直接耦接至汽缸14，以用于与通过电子驱动器168从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地直接喷射燃料于其中。以这种方式，燃料喷射器166提供燃料到燃烧汽缸14中的所谓的直接喷射（下文也被称为“DI”）。尽管图1示出了喷射器166作为侧喷射器，但其也可位于活塞的顶部，例如靠近火花塞192的位置。燃料可从包括燃料箱、燃料泵以及燃料导轨的高压燃料系统8传输至燃料喷射器166。可替代地，燃料可在较低压力下由单级燃料泵传输，在该情况中，在压缩冲程期间的直接燃料喷射的正时可以比使用高压燃料系统的正时更加精确。此外，尽管未示出，但燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。应明白的是，在可替代的实施例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其将燃料提供至汽缸14上游的进气道。内燃发动机的实施例是有利的，其中每个汽缸为了通过直接喷射提供燃料供应的目的而配备有喷射喷嘴。首先，如部分停用本身一样并且如上述进一步详细讨论的，将燃料直接喷射至汽缸是用于内燃发动机去节流效应的合适的手段，以便两种测量，也就是说首先部分停用和其次直接喷射，彼此协助和补充，以实现去节流效应。其次，直接喷射允许从一个工作周期到下一个工作周期的燃料供应的停用和激活。直接喷射确保至少一个可激活汽缸的有效和可靠停用，其中目标是从一个工作周期到下一个工作周期的燃料供应被尽可能完全地停止；这还特别是关于燃料消耗和污染物排放的情况。然而，内燃发动机的实施例可以是有利的，其中为了供应燃料的目的提供了进气管喷射装置。如上所述，图1示出了多汽缸发动机中的一个汽缸。类似地，每个汽缸可相似地包括其自身一组进气/排气门、一个或更多燃料喷射器、火花塞等等。尽管未示出，但应明白的是，发动机可还包括一个或更多排气再循环通道，其用于将至少部分排气从发动机排气转向发动机进气。类似地，通过再循环一些排气，发动机稀释可被影响，这可通过降低发动机爆震、汽缸燃烧温度峰值和压力、节流损失以及NOx排放而提高发动机性能。一个或更多EGR通道可包括LP-EGR通道，其被耦接于涡轮增压器压缩机上游的发动机进气口和涡轮下游的发动机排气口之间，并且配置为提供低压（LP）EGR。一个或更多EGR通道可还包括HP-EGR通道，其被耦接于压缩机下游的发动机进气口和涡轮上游的发动机排气口之间，并且配置为提供高压（HP）EGR。在一个示例中，在例如缺少由涡轮增压器提供的增压的情况下，可以提供HP-EGR流，而在例如存在涡轮增压器增压的情况期间和/或当排气温度高于阈值时，可提供LP-EGR流。可以经LP-EGR阀调节通过LP-EGR通道的LP-EGR流，而可以经HP-EGR阀（未示出）调节通过HP-EGR通道的HP-EGR流。图1示出作为微型计算机的控制器12，其包括：微处理器单元106、输入/输出端口108、在该特定示例中显示为只读存储器芯片110的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器112、保活存储器114以及数据总线。控制器12可接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了上述那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量（MAF）的测量；来自耦接至冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度（ECT）；来自耦接至凸轮轴140的霍尔效应传感器120（或其他类型）的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器124的歧管绝对压力信号（MAP）。可以通过控制器12由信号PIP产生发动机转速信号、RPM...