用于控制四行程内燃发动机的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于四行程内燃发动机的系统，其包含：至少两个汽缸；燃料直接喷射装置；可变气门正时系统；根据负荷控制气门正时的发动机控制器；其中，低于下限负荷阈值时，停用第一汽缸，发生到第一汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且第一汽缸的进气门在压缩行程期间是打开的。当第一汽缸停用时在第一汽缸的压缩行程期间进气门的打开允许其中的基本均匀的空气燃料混合物逸出到进气歧管内，并且可用于启用的第二汽缸。
【专利说明】用于控制四行程内燃发动机的方法和装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年7月16日提交的德国专利申请N0.102012212405.5的优先权，为了所有目的，德国专利申请N0.102012212405.5的整个内容被并入本文中以供参考。
【技术领域】
[0003]本申请涉及用于控制四行程内燃发动机的方法和装置。
【背景技术】
[0004]内燃发动机特别是用于机动车辆的内燃发动机可以装备燃料喷射系统。特别是在用于使用点火的发动机的汽油喷射的情况下，对进气管喷射(也被称为进气道喷射)和直接喷射加以区别，在进气管喷射的情况下喷射阀位于各个汽缸的进气门上游的进气管中，在直接喷射的情况下燃料被直接喷射到汽缸内。进气管喷射允许简单地产生均匀的燃料空气混合物，该燃料空气混合物被弓I入到汽缸的燃烧室内。
[0005]直接喷射可以允许不同形式的燃烧。首先，有可能在汽缸的燃烧室中产生分层充气，由此在部分负荷范围内发动机可以通过“稀”混合物以高效率运行。其次，也有可能在燃烧室中产生均匀的燃料空气混合物，这在全负荷的范围内可能是最佳的。为了允许使用分层“稀”混合物燃烧和也使用均匀混合物燃烧，在喷射喷嘴、燃烧室的几何形状、点火火花的位置和被引入燃烧室的气体的流动之间要求复杂的相互配合。由于实现不同形式的燃烧，具有直接喷射的内燃发动机可以更有效地利用燃料。使用具有直接喷射的内燃发动机运行的机动车辆因此可以表现出比带有对应的具有进气管喷射的内燃发动机的机动车辆更低的燃料消耗。
[0006]在可以由直接喷射装置实现的不同形式的燃烧之间转换时，可以采取预防措施以确保燃烧的稳定性。此外，不同形式的燃烧可以保持排气中的颗粒形成在碳烟质量和碳烟微粒数量方面均足够低，使得可以不使用微粒过滤器以遵循适用的排气规定。为了这个目的，众所周知的是，不仅提供用于到燃烧室内的直接喷射的喷射系统，而且也提供用于进气管喷射的另外的喷射系统。进气管喷射与直接喷射的结合可以使其可能确保燃烧的稳定性和排气中碳烟形成的充分抑制。然而，由于多个喷射系统，进气管喷射和直接喷射的这种结合可能涉及相当多的费用。
[0007]同样众所周知的是，为了在部分负荷范围内降低燃料消耗，个别汽缸不用于动力产生(选择性的汽缸停用)。US2005/0011485A1描述了重型发动机，其中在低负荷下，汽缸可以选择性地停用。为了避免泵送损失，停用汽缸的进气门和排气门保持关闭。这不允许充分减少碳烟形成的同时在不同的负荷范围内有效利用燃料。
【发明内容】
[0008]发明人在此认识到上述缺点，并公开了通过选择性汽缸停用而降低泵送损失和碳烟形成的系统和方法。根据本公开运行或控制的四行程内燃发动机具有多个汽缸、燃料直接喷射装置和选择性汽缸停用装置。该内燃发动机特别是使用点火的发动机。内燃发动机具有喷射系统，对于每个汽缸来说，该喷射系统包含至少一个喷射喷嘴，其用于将燃料直接喷射到各个汽缸的燃烧室内。喷射系统可以进一步包含一个或更多个喷射泵和对应的管路以及用于控制喷射阀与一个泵或多个泵的控制器。内燃发动机进一步具有选择性汽缸停用装置，并且因此有可能在部分负荷范围内一个或更多个汽缸不用于动力产生，并且因此可以减少内燃发动机在部分负荷范围内的燃料消耗。特殊的情况是，喷射系统被相应地设计用于实现选择性汽缸停用。
[0009]根据本公开，在内燃发动机的负荷转换范围内，在第一汽缸的压缩行程期间，燃料被喷射到第一汽缸的燃烧室内，其中该第一汽缸不用于动力产生，也就是说该第一汽缸被“停用”。特别地，负荷转换范围是中等负荷范围，其中一旦从内燃发动机的部分负荷范围转换到内燃发动机的全负荷范围，或相反，从内燃发动机的全负荷范围转换到内燃发动机的部分负荷范围，就会经过该中等负荷范围。特别地，在相对于压缩行程的持续时间而言较短的时期中，也就是说相对于活塞的向上移动的持续时间而言较短的时期中，发生燃料喷射，并且所述燃料喷射可以例如采取主喷射的形式，或类似于分解为多个部分喷射的喷射过程的主喷射。
[0010]此外，根据本公开，第一汽缸的进气门在压缩行程期间打开，以便使通过燃料喷射产生的燃料空气混合物可用于第二汽缸，用于第二汽缸的燃烧室的进气或充气，其中第二汽缸用于动力产生，并且因此不被停用。为了这个目的，进气门在至少部分继燃料喷射之后的一段时间内是打开的。通过燃料喷射产生的混合物，特别是由供应到燃烧室内的空气和喷射到所述燃烧室内的燃料组成的燃料空气混合物，可以因此进入内燃发动机的进气管道，并且离开所述进气管道进入到用于动力产生的第二汽缸。在本公开的背景下，“进气管道”指的是这样的内燃发动机的区域，第二汽缸填充来自该区域的气体，特别是第二汽缸的进气歧管或进气管。在机械增压的发动机的情况下，进气管道可以处于升高的压力，并且如果提供排气再循环系统，也可能使空气与再循环排气的混合物在进气管道内可用于汽缸的充气。第一汽缸也可以从进气管道充气。由于第一汽缸的活塞的压缩移动，混合物被迫离开第一汽缸的燃烧室，进入进气管道并向前进入第二汽缸的燃烧室。此处，第二汽缸可以以正常模式运行，并且由此有助于内燃发动机的机械动力的产生，以及有助于不用于动力产生的第一汽缸的驱动。由于第一汽缸被停用，在第一汽缸中产生的混合物不被点火，并且优选的情况是在进气门关闭之后在压缩行程期间不发生进一步的喷射。内燃发动机可以包含另外的汽缸，其可以被停用或用于动力产生。
[0011]由于这样的事实:在不用于动力产生的汽缸的压缩行程期间，发生到汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且汽缸的进气门打开，为了使在其中产生的混合物可用于被用于动力产生并特别以正常模式运行的另一汽缸(特别是紧随所述各个汽缸之后的汽缸)，有可能使已经基本均匀的混合物被引入第二汽缸内，其中如果适当，则可以发生到该第二汽缸内的进一步的燃料喷射。以此方式，在进气管喷射装置没有专用喷射阀或喷射系统的情况下，有可能增加燃烧的稳定性并且也有可能减少碳烟产生。以此方式，有可能以简单的方式提高燃烧质量并且特别是提高排气质量，同时实现高效的燃料利用。因此，根据本公开，选择性汽缸停用与可变进气门驱动相互结合，从而获得选择性汽缸停用在燃料消耗方面的优点，而且也允许非停用汽缸在减少碳烟形成的情况下运行。[0012]公开了一种用于四行程内燃发动机的系统，其包含:至少两个汽缸；燃料直接喷射装置；可变气门正时系统；根据负荷控制气门正时的发动机控制器；其中，低于下限负荷阈值时，停用第一汽缸，发生到第一汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且第一汽缸的进气门在压缩行程期间打开。当第一汽缸停用时在第一汽缸的压缩行程期间进气门的打开允许其中的基本均匀的空气燃料混合物逸入进气歧管内，并且可用于启用的第二汽缸。
[0013]当单独或结合附图参照以下【具体实施方式】时，本发明的以上优点和其它优点以及特征将是显而易见的。
[0014]应当理解，提供以上概述以便以简化的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的一系列概念。这并不意味着辨别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由所附权利要求唯一地确定。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提及的任何缺点的实施方式。另外，发明人在此已经认识到本文中提及的缺点，并且不认为其是众所周知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1示出了根据本公开的内燃发动机的示例汽缸。
[0016]图2示出了在正常模式的四行程四缸发动机的气门功能和喷射。
[0017]图3示出了在选择性汽缸停用模式的四行程四缸发动机的气门功能和喷射。
[0018]图4以表格形式示出了在选择性汽缸停用模式的四行程四缸发动机的气门功能和喷射。
[0019]图5示出了根据本公开的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]根据本公开的内燃发动机可以包含偶数个汽缸，例如四个汽缸。在负荷转换范围内，每一个第二汽缸不用于动力产生，每一个第二汽缸例如为根据布置或点火顺序的每个奇数汽缸。在各个奇数汽缸的压缩行程期间，发生到汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且汽缸的进气门打开，为了使混合物可用于被用于动力产生的另一汽缸，特别是紧随所述各个汽缸之后的汽缸。在四缸发动机的示例中，第二汽缸的进气行程与第一汽缸的压缩行程同时发生，并且在压缩行程期间在停用的第一汽缸中产生的混合物可以在第二汽缸的进气行程期间基本完全用于第二汽缸的燃烧室的充气。第二汽缸可以以正常模式运行，并且因此用于动力产生。
[0021]参照附图，将在下面更详细地描述本公开的方法和系统。图1示出了发动机的示意图。图2示出了当四个汽缸启用时根据本公开的在正常模式的发动机的气门正时和燃料喷射示意图。图3示出了根据本公开的在选择性汽缸停用模式的发动机的气门正时和燃料喷射示意图，其中汽缸I和3不用于动力供应。图4将在选择性汽缸停用模式中的气门和喷射正时列成了表格。图5是本公开的方法的流程图图表。
[0022]图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和经由输入装置132来自车辆操作者130的输入。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(在本文中也被称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在其中。活塞138可以被耦连至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统耦连至客车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦连至曲轴140，以实现发动机10的启动运行。
[0023]汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气。除了汽缸14夕卜，进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气道可以包括增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被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与144之间的压缩机174和沿排气道148布置的排气涡轮176。压缩机174可以至少部分地通过轴180由排气涡轮176提供动力，其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在其他示例中，例如在发动机10装备有机械增压器的示例中，排气涡轮176可以被选择性地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气道设置，以便改变提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门20可以被设置在压缩机174的下游，如图1中所示，或者可替换地，可以被设置在压缩机174的上游。
[0024]除了汽缸14外，排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示为耦连至排放控制装置178上游的排气道148。传感器128可以在用于提供排气空燃比指示的各种合适的传感器中选择，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 (如所描述的)、HEG0 (加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
[0025]可以有利地提供的是，在第一汽缸的压缩行程之后，在膨胀行程期间发生到该第一汽缸的燃烧室内的燃料后喷射。例如，所述后喷射可以与燃料一起用于排气富化，以便改善排气后处理系统的运行。
[0026]排气温度可以由位于排气道148中的一个或更多个温度传感器(未示出)测量。可替换地，排气温度可以基于发动机工况推断，发动机工况例如为转速、负荷、空燃比(AFR)、点火延迟等。另外，排气温度可以通过一个或更多个排气氧传感器128计算。可以认识到，排气温度可以可替换地通过在本文中所列出的温度估算方法的任意组合估算。
[0027]发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
[0028]进气门150可以由控制器12通过经由凸轮驱动系统151的凸轮驱动控制。类似地，排气门156可以由控制器12通过凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和153均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12运行的凸轮廓线变换(CPS)系统、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个，以改变气门运行。进气门150和排气门156的运行可以分别由气门位置传感器(未不出)和/或凸轮轴位置传感器155和157确定。在可替换的实施例中，进气门和/或排气门可以由电动气门驱动控制。例如，汽缸14可以可替换地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。在另一实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门驱动器或驱动系统或者可变气门正时驱动器或者驱动系统控制。可以(通过提前或延迟VCT系统)调整凸轮正时，以便配合EGR流调整发动机稀释，由此减少EGR瞬变并提高发动机性能。
[0029]汽缸14可以具有压缩比，压缩比为活塞138在下止点时与在上止点时的体积之t匕。通常，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增加压缩比。例如，当使用更高辛烷值的燃料或具有更高汽化潜焓的燃料时，这种情况可能发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增大压缩比。
[0030]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于启动燃烧的火花塞192。在选择的运行模式下，响应于来自控制器12的点火提前信号SA,点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，例如在所述示例中，发动机10可以通过自动点火或例如可能在某些柴油发动机的情况下通过燃料喷射开始燃烧。
[0031]作为非限制性不例，汽缸14被不出为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出为直接耦连至汽缸14，以便经由电子驱动器168与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸14中。以此方式，燃料喷射器166提供到汽缸14的燃烧室内的所谓的燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)。尽管图1将喷射器166示为侧喷射器，但其也可以位于活塞的上面，例如靠近火花塞192的位置。燃料可以从高压燃料系统8被输送至燃料喷射器166，该高压燃料系统8包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨。可替换地，燃料可以通过单级燃料泵在较低压力下输送，在这种情况下，燃料直接喷射的正时在压缩行程期间可以比使用高压燃料系统的情况更受限制。另外，尽管未示出，但燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。应认识到，在可替换的实施例中，喷射器166可以是提供燃料到汽缸14上游的进气道内的进气道喷射器。
[0032]如上面所描述的，图1示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、(多个)燃料喷射器、火花塞等。
[0033]尽管未示出，但应认识到，发动机可以进一步包含一个或更多个排气再循环通道，以便使至少一部分排气从发动机排气口转向到发动机进气口。因此，通过再循环一些排气，可以影响发动机稀释，其可以减少发动机爆震、汽缸峰值燃烧温度和压力、节流损失和NOx排放物。一个或更多个EGR通道可以包括LP-EGR通道，其被耦连在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气口与涡轮下游的发动机排气口之间，并被配置为提供低压(LP) EGR0 一个或更多个EGR通道可以进一步包括HP-EGR通道，其被耦连在压缩机下游的发动机进气口与涡轮上游的发动机排气口之间，并被配置为提供高压(HP)EGR。在一个示例中，可以在例如不存在由涡轮增压器提供的增压的情况下提供HP-EGR流，而在例如存在涡轮增压器增压的情况下和/或当排气温度超过阈值时提供LP-EGR流。可以通过LP-EGR阀调整通过LP-EGR通道的LP-EGR流，同时可以通过HP-EGR阀(未示出)调整通过HP-EGR通道的HP-EGR流。
[0034]控制器12在图1被示为微型计算机，其包括微处理单元(CPU) 106、输入/输出端口(I/O) 108、在这个具体示例中示为只读存储器芯片(ROM) 110的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 112、保活存储器(KAM) 114和数据总线。控制器12可以接收来自耦连至发动机10的传感器的各种信号，除了之前讨论的那些信号外，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)的测量值；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);来自耦连至曲轴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)。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管内的真空或压力的指示。其他传感器可以包括耦连至燃料系统的(多个)燃料箱的燃料水平传感器和燃料成分传感器。
[0035]存储介质只读存储器110可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据代表可由处理器106执行的指令，用于实现下述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。
[0036]发动机10的示例汽缸可以是四缸发动机的一个汽缸。例如，四行程内燃发动机，特别是在使用点火的发动机中，其中在第一行程期间，空气或燃料和空气的可燃混合物被吸入第一汽缸(汽缸I)的燃烧室内。特别是在发动机装备有涡轮增压器或机械增压器的情况下，燃烧室在压力下充满空气或充满燃料空气混合物；这也被称为“吸气”。在具有排气再循环的内燃发动机的情况下，供应的空气也可以含有排气部分。如图2所示，对于往复式活塞发动机来说，基于示例性汽缸布置中的活塞的移动方向，在活塞的向下移动过程中发生第一汽缸的第一行程中的吸气。
[0037]在紧随进气行程之后的压缩行程中，吸进的混合物或吸进的空气被活塞的向上移动压缩。在使用点火的发动机的情况下，当活塞在上止点附近时，由点火火花进行点火。点燃的混合物在膨胀行程期间迫使活塞向下。在膨胀行程中做功，用于发动机的动力产生。在紧随膨胀行程之后的排气行程期间，燃烧的混合物通过活塞的向上移动被排入排气系统内。
[0038]在四缸发动机的情况下，各行程和活塞移动在每种情况下从一个汽缸偏移至下一个汽缸。在图2中详述了四缸四行程发动机的四个汽缸的四个行程的时间先后顺序，其中第二汽缸(汽缸2)的各行程的时间先后顺序相对于第一汽缸(汽缸I)的各行程的时间先后顺序偏移，使得第二汽缸的进气行程与第一汽缸的压缩行程同时发生。类似地，汽缸3的进气行程与汽缸2的压缩行程同时发生，汽缸4的进气行程与汽缸3的压缩行程同时发生，而汽缸I的进气行程与汽缸4的压缩行程同时发生。其他行程相对于彼此相应地偏移，使得例如一个汽缸总是处于膨胀行程，在该膨胀行程中，所述汽缸输出功并驱动其他汽缸和动力传动系统。在图2和3中，汽缸I至4按照点火顺序展示；汽缸在发动机内的几何布置可以不同。
[0039]转向图2，其示出了用于四缸发动机的气门正时和燃料喷射的示例映射图。在此，对于每个汽缸，展示了正常模式，在正常模式中，汽缸用于动力产生，并且因此不被停用。在所示出的示例中，每个汽缸具有进气门和排气门，其中为每个汽缸提供单个进气门和单个排气门通常是足够的。燃料喷射被分解为预喷射(引燃喷射(pilot injection))、主喷射和后喷射；特别地，主喷射可以被分成多个另外的部分喷射。在进气行程期间，每个汽缸的进气门打开，而排气门关闭；不发生燃料喷射。在压缩行程期间，两个气门都关闭，其中发生引燃喷射和主喷射。在膨胀行程期间，两个气门都保持关闭；在此可以发生后喷射。最后，在排气行程中，进气门保持关闭，而排气门打开，以便将排气排入内燃发动机的排气管道内；在排气行程中不发生燃料喷射。
[0040]图2示出了在具有点火顺序为1-2-3-4 (例如，分别是204、208、210、206)的四缸发动机202的发动机循环的四个行程(进气、压缩、做功和排气)内相对于发动机位置(曲柄角度)的示例气门正时和活塞位置的图表200。在运行期间，活塞138从上止点(TDC)逐渐向下移动，在进气行程结束的时候在下止点(BDC)处降至最低点。然后活塞返回顶部，在压缩行程结束的时候位于TDC处，然后在动力行程(在本文中也被称为膨胀行程)期间再次朝向BDC向下返回移动，在排气行程结束的时候在TDC处返回到其原始的顶部位置。曲线220和222分别描述了排气门和进气门在正常的发动机运行期间的气门升程轮廓线。排气门可以仅当活塞在动力行程结束的时候降至最低点时打开。然后排气门可以在活塞完成排气行程时关闭，并且保持打开，至少直至随后的下一个循环的进气行程已经开始。以同样的方式，进气门可以在进气行程开始时或之前打开，并且可以维持打开，至少直至随后的压缩行程已经开始。
[0041]在图2中示出的正常的运行模式期间，每个汽缸被用于动力产生，并且因此不以在下面更详细地描述的方式停用。在这种模式下，燃料喷射被分解为预喷射(或引燃喷射)、主喷射和后喷射；并且在一些实施例中，主喷射可以被分成多个另外的部分喷射。在进气行程期间，每个汽缸的进气门打开，而排气门关闭；不发生燃料喷射。在压缩行程期间，两个气门都关闭，其中发生预喷射和主喷射。在膨胀行程期间，两个气门都保持关闭；在此可以发生后喷射。最后，在排气行程中，进气门保持关闭，而排气门打开，以便将排气排入内燃发动机的排气管道内；在正常的发动机运行期间，在排气行程期间不发生燃料喷射。
[0042]如图2所示，正常的发动机运行包括在压缩行程期间通过主喷射232使汽缸运行。此外，除了主喷射之外，喷射过程可以包含部分喷射，其中在一个或更多个部分喷射期间供应的燃料量比在主喷射期间供应的燃料量明显更少。因此，在发动机的每一个行程期间，在汽缸内发生预喷射230、主喷射232和后喷射234。这样，到不同汽缸的各个喷射不重叠，并且保留了足够的时间可用于打开与关闭喷射阀以及向喷射阀供应高加压的燃料。在紧随进气行程之后的压缩行程期间，通过活塞的向上移动压缩吸进的燃料空气混合物或吸进的空气。在使用点火的发动机的情况下，当活塞在上止点附近时，借助于点火火花执行点火事件240。在膨胀行程期间，点燃的混合物迫使活塞向下，该膨胀行程在本文中也被称为动力行程。在动力行程期间做功，其在发动机内产生动力。随后，排气行程紧随膨胀行程或做功行程之后，并用于通过活塞的向上移动将燃烧的混合物排入排气系统内。由此，在正常的发动机运行期间，每个汽缸在汽缸的做功行程期间产生动力，该做功行程是膨胀或动力行程。在一些情况下，正常的运行模式被被称为发动机动力模式，因为发动机的每个汽缸进行做功，其在发动机驱动循环期间产生动力。
[0043]在四缸发动机的情况下，各行程和活塞移动在每种情况下从一个汽缸偏移至下一个汽缸。在图2中图示说明了四缸四行程发动机的四个汽缸的四个行程的时间先后顺序。在此，第二汽缸(汽缸2)的各行程的时间先后顺序相对于第一汽缸(汽缸I)的各行程的时间先后顺序偏移，使得第二汽缸的进气行程在第一汽缸的压缩行程期间发生。类似地，汽缸3的进气行程在汽缸2的压缩行程期间发生，汽缸4的进气行程在汽缸3的压缩行程期间发生，而汽缸I的进气行程在汽缸4的压缩行程期间发生。以此方式，其他行程相对于彼此相应地偏移，使得一个汽缸处于膨胀行程，在该膨胀行程中，所述汽缸输出功并驱动其他汽缸和动力传动系统。在图2中，汽缸I至4按照1-2-3-4的点火顺序展示。然而，汽缸在发动机内的几何布置可以不同。
[0044]现在转向图3，其示出了选择性汽缸停用模式的气门正时和喷射正时的示例映射图。汽缸2 (208)和4 (206)仍是启用的，因为它们产生动力以使曲轴140转动。在选择性汽缸停用模式中，例如在低负荷的状况下，汽缸I (204)和3 (210)即奇数汽缸可以被停用。停用可以包含中断火花点火。例如在240处指示的用于汽缸2和4的火花点火已经在奇数汽缸中失效。在停用汽缸中，进气门至少在压缩行程的持续时间内打开。这允许其中的空气充气被输送到进气歧管内，并且随后被带进相邻的启用的汽缸中。维持启用的汽缸的进气门的关闭。
[0045]汽缸也可以被称为第一和第二汽缸。第一和第二汽缸指的是按照点火顺序的相邻对。根据本公开的发动机可以包含任何偶数个汽缸，例如6、8、10或12，并且第一和第二汽缸可以相应地重复。例如，在四缸发动机中，第一汽缸包含按照点火顺序的第一个汽缸和第三个汽缸，第二汽缸包含第二个汽缸和第四个汽缸，使得第一和第二汽缸在四缸发动机中重复两次。
[0046]燃料喷射可以与在图2中显示的相同的正时发生，其中引燃喷射230和主喷射232在压缩行程期间发生。然而，在禁用(disabled)的汽缸中，可以改变燃料喷射体积。此外，禁用的汽缸的进气门压缩行程期间打开，如322处所示。以此方式，已经被直接喷射到停用的汽缸内的燃料可以与其中的空气混合，并且在压缩行程期间可以离开燃烧室并进入进气歧管。已经被迫进入进气歧管内的空气燃料混合物几乎是均匀的，因为空气燃料混合物已经在燃烧室内混合并被转移到进气歧管内。这种均匀的空气充气然后可以在随后的进气行程期间被带入按照点火顺序的相邻汽缸的燃烧室内。在不存在进气道燃料喷射器(在本文中也被称为进气管喷射器)的情况下，这可以允许基本均匀的空气充气的吸入。
[0047]因为喷射到停用汽缸内的燃料被仍启用的汽缸占用，所以可以调整燃料喷射量。例如，喷射到停用汽缸内的燃料总量可以比在汽缸处于启用状态的情况下更少。同时，喷射到启用的汽缸内的燃料量可以减少，因为启用的汽缸从进气歧管接收含有燃料的均匀空气充气。以此方式，伴随从进气歧管接纳的燃料量，降低喷射到偶数汽缸内的燃料量，可以控制启用的汽缸内的总燃料量。在一些实施例中，可以改变对个别燃料喷射的进一步更改。例如，可以伴随从进气歧管接纳的燃料量减少引燃喷射，而主喷射可以保持基本相同。在另一实施例中，燃料可以这样的量供应给禁用的汽缸，使得燃料不会被喷射到启用的偶数汽缸内，并且汽缸基本仅由停用的第一汽缸供应燃料。
[0048]现在转向图4，其以表格形式示出了在选择性停用模式期间汽缸的气门正时。正如图4的上表格中展示的，在根据本公开的气门的控制下。与正常模式相比，在选择性停用模式期间，第一汽缸的进气门在压缩行程期间至少暂时打开(在图4的上表格中用粗体打印)。如在图4的下表格中详述的，当在正常模式时，到汽缸的燃烧室内的燃料的预喷射和燃料的主喷射在第一汽缸的压缩行程期间发生；然而，例如，有可能根据对第二 (启用的)汽缸经由进气管道的充气的要求适应喷射时刻、持续时间和量。在其他行程中，气门位置与正常运行时是相同的。如果适当，燃料的后喷射可以在膨胀行程期间发生。在此，汽缸I因此可以不用于动力产生，并且从这个意义上讲，汽缸I被停用。此外，第三个汽缸在示例四缸发动机的选择性汽缸停用模式中也是禁用的。第三个汽缸还可以使进气门在压缩行程期间至少暂时地打开，从而允许其中的燃料空气混合物再次进入进气歧管，并且因此被带入为了给车辆提供动力而启用的第四个汽缸内。
[0049]如通过图4中的示例而展示的，特别是对于四缸发动机的两个汽缸(示例中的汽缸I和3)来说，以规定的方式运行是可能的。所述汽缸不对发动机的动力产生起作用。其他汽缸(示例中的汽缸2和4)以正常模式运行，并且因此产生动力，该动力可以从发动机中提取，并且也需要该动力驱动两个停用汽缸。如在图4中可以看见的，在停用汽缸和非停用汽缸的所述布置中，汽缸2的进气行程与第一汽缸的压缩行程同时发生，而汽缸4的进气行程与汽缸3的压缩行程同时发生。在进气行程期间，汽缸2或4的各自的进气门打开，使得发生汽缸2或4用燃料空气混合物直接充气，该燃料空气混合物在汽缸I或3的压缩行程期间通过打开的进气门被排入内燃发动机的进气管道内。如在正常模式一样，原则上发生到非停用汽缸2和4内的喷射；然而，例如，有可能相对于正常模式改变喷射时间、持续时间和量，因为燃烧室现在已经被燃料空气混合物充满。
[0050]在本公开的实施例中，在第二汽缸的进气行程期间，第一汽缸的进气门可以在第二汽缸的进气门的打开时间期间打开。特别地，有可能使混合物通过第二汽缸的活塞的向下移动被吸入燃烧室内。以此方式，在第一汽缸的燃烧室中产生的混合物可以快速地且基本没有损失地进入第二汽缸的燃烧室。例如，有可能基本防止燃料在进气管道内的沉积。
[0051]第一汽缸的进气门可以至少在继喷射之后的压缩行程的整个持续时间内是打开的。在另一实施例中，进气门可以在压缩行程的总持续时间的至少一半内是打开的。例如，进气门可以从进气行程保持打开。在另一示例中，在进气门在进气行程结束时关闭之后，进气门可以在喷射之前或与喷射同时再次打开，特别是被分解为多个部分喷射的喷射过程的主喷射。以此方式，在第一汽缸的燃烧室中产生的混合物可用于第二汽缸。
[0052]现在转向图5，其示出了图示根据本公开的方法的流程图。根据本公开的方法当存储在只读存储器Iio中时可以由发动机控制器12实施。发动机控制器12还可以适用于根据本公开的方法控制经由点火系统190的火花点火和经由凸轮驱动系统151 (在图1示出)的气门正时。方法600开始，并进行到步骤602，在步骤602中，确定负荷是否大于上限阈值。如果负荷超过上限负荷阈值(是)，则该方法进行到步骤604，在步骤604中，发动机以正常模式运行，直至负荷小于上限阈值。如果在步骤602处，负荷不大于上限阈值(否)，则该方法进行到步骤606，在步骤606中，确定负荷是否大于下限阈值。
[0053]如果在步骤606处，负荷大于下限阈值(是)，则该方法进行到步骤608，在步骤608中，维持正常模式，直至负荷下降至下限阈值以下。如果在步骤606处，负荷低于下限阈值(否)，则该方法进行到步骤610。
[0054]在步骤610处，选择性停用模式被启动。在四缸发动机中，按照点火顺序的第一个汽缸和第三个汽缸可以被停用。在使用点火的发动机的示例中，汽缸的停用会可能需要中断火花点火。应当认识到，上限阈值和下限阈值可以是相同的阈值，或数值可以基于汽缸的排量、压缩比、功率输出或其他参数而不同。
[0055]在步骤612处，尽管发动机处于选择性停用模式，但第一个汽缸和第三个汽缸的进气门在压缩行程的至少部分持续时间内是打开的。随着活塞在汽缸内向上移动，进气门在压缩行程期间的这种打开允许停用的第一个汽缸和第三个汽缸内的空气燃料混合物被推入进气歧管内。在步骤614处，在按照点火顺序的第二个汽缸和第四个汽缸的进气行程期间，从第一个汽缸和第三个汽缸驱散到进气歧管内的空气充气被带入启用的汽缸，该启用的汽缸以与正常模式相同的气门正时运行并经历燃烧，从而为车辆提供动力。然后该方法返回。[0056]因此可以提供,在低负荷范围内，第一汽缸(或四缸发动机中的第一个汽缸和第三个汽缸)被停用，第二汽缸(或四缸发动机中的第二个汽缸和第四个汽缸)以正常模式运行，而在全负荷范围内，第一和第二汽缸以正常模式运行。特别是在所有负荷范围内，由此可以实现燃料消耗和排气排放物的减少。
[0057]根据本公开的用于控制四行程内燃发动机的装置包含用于驱动四行程内燃发动机的第一汽缸的至少一个进气门的驱动器，并且包含被设计为控制第一汽缸的进气门和燃料喷射装置的驱动的电子控制单元。电子控制单元可以被配置为发动机控制器12，并且驱动器被配置为参照图1如上所述的凸轮驱动系统151。驱动器被配置为使得在内燃发动机的负荷转换范围内，在第一汽缸的压缩行程期间，发生到第一汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且第一汽缸的进气门在压缩行程期间是打开的。在此，第一汽缸不用于动力产生。在进气门关闭之后，在压缩行程可以不发生另外的燃料喷射以及点火。在使用点火的发动机的情况下，根据本公开的装置还优选被设计用于内燃发动机的点火系统的相应控制。
[0058]内燃发动机包含第二汽缸，其中在第一汽缸的压缩行程期间，通过喷射产生的燃料空气混合物进入所述第二汽缸的进气系统，第一汽缸也可以已经从这个进气系统使用气体特别是使用空气充气，并且第二汽缸在其进气行程期间从这个进气系统充气。第二汽缸用于动力产生，并且为了这个目的，第二汽缸可以特别以正常模式并以相应合适的喷射以及点火参数运行。进气门的驱动器可以例如是机械的、液压的或电磁的形式，并且可以通过相应的管路由电子控制单元控制。电子控制单元可以是电子发动机控制器的一部分。
[0059]根据本公开的装置特别被设计用于实施用于控制四行程内燃发动机的上述方法，并且因此用于根据相应的方法运行四行程内燃发动机。
[0060]公开了一种用于四行程内燃发动机的系统，其包含:至少两个汽缸；燃料直接喷射装置；可变气门正时系统；根据负荷控制气门正时的发动机控制器；其中，低于下限负荷阈值时，停用第一汽缸，发生到第一汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且第一汽缸的进气门在压缩行程期间是打开的。当第一汽缸停用时在第一汽缸的压缩行程期间进气门的打开允许其中的基本均匀的空气燃料混合物逸出到进气歧管内，并且可用于启用的第二汽缸。
[0061]注意，本文中包括的示例控制和估算程序能够用于各种发动机和/或车辆系统构造。本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。因此，图示说明的各种动作、操作和/或功能可以以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样地，不必要求处理顺序以实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点，但是为了便于图示说明和描述而提供了处理顺序。图示说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行，取决于所使用的具体策略。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编入车辆控制系统中的计算机可读存储介质的非临时存储器中的代码。
[0062]应理解，本文中所公开的构造和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文中所公开的各种系统和构造以及其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0063]所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或更多个这样的元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而被要求保护。这些权利要求，无论是比原权利要求在范围上更宽、更窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种用于四行程内燃发动机的系统，其包含: 至少两个汽缸； 燃料直接喷射装置； 可变气门正时系统； 根据负荷控制气门正时的发动机控制器； 其中， 低于下限负荷阈值时，停用第一汽缸，发生到所述第一汽缸的燃烧室内的燃料喷射，并且所述第一汽缸的进气门在压缩行程期间是打开的。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一汽缸的所述进气门在第二汽缸的进气行程期间至少暂时地与所述第二汽缸的进气门同时打开。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一汽缸的所述进气门在所述第一汽缸的所述压缩行程的基本整个持续时间内是打开的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中在所述第一汽缸的膨胀行程期间发生燃料喷射。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一汽缸通过中断火花点火而被停用。
6.根据权利要求1 所述的系统，其进一步包含第二汽缸，即使低于下限负荷阈值，所述第二汽缸也是启用的，其中所述第二汽缸的所述进气门在压缩行程期间是关闭的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个汽缸包含四个汽缸。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一汽缸包含按照点火顺序的第一个汽缸和第三个汽缸，并且第二汽缸包含第二个汽缸和第四个汽缸，使得所述第一汽缸和所述第二汽缸在四缸发动机中重复两次。
9.一种用于发动机的方法，其包含: 超过上限负荷阈值时，在压缩行程期间关闭第一汽缸的进气门； 低于下限负荷阈值时，停用所述第一汽缸，并在压缩行程期间打开所述第一汽缸的进气门；以及 不论负荷如何，在压缩行程期间关闭第二汽缸的进气门。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述下限负荷阈值与所述上限负荷阈值相同。
11.根据权利要求9所述的方法，其中停用所述第一汽缸包含中断所述第一汽缸内的火花点火。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一汽缸和所述第二汽缸重复，使得四缸发动机具有作为所述第一汽缸的按照点火顺序的第一个汽缸和第三个汽缸，以及作为所述第二汽缸的按照点火顺序的第二个汽缸和第四个汽缸。
13.根据权利要求9所述的方法，其中在压缩行程期间打开所述第一汽缸的所述进气门包含所述进气门在进气行程之后保持打开。
14.根据权利要求9所述的方法，其中在压缩行程期间打开所述第一汽缸的所述进气门包含在整个压缩行程打开所述第一汽缸的所述进气门。
15.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含在所述压缩行程期间将燃料喷射到所述第一汽缸内。
16.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含在膨胀行程期间将燃料喷射到所述第一汽缸内。
17.—种用于发动机的系统,其包含: 低于下限负荷阈值时，停用四缸发动机的按照点火顺序的每一个奇数汽缸； 在压缩行程期间，将燃料喷射到所述奇数汽缸的燃烧室内；以及当停用时，在所述压缩行程期间打开所述奇数汽缸的进气门，以将空气燃料混合物输送至进气歧管。
18.根据权利要求17所述的系统，其进一步包含在所述压缩行程期间维持每个偶数汽缸的进气门关闭。
19.根据权利要求17所述的系统，其中喷射燃料是通过直接喷射进行的。
20.根据权利要求17所述的系统，其进一步包含伴随从所述进气歧管接纳的燃料量降低喷射到偶数汽缸内的 燃料量。
【文档编号】F02D13/06GK103541818SQ201310297934
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】Y·M·S·雅库巴 申请人:福特环球技术公司