用于制动内燃机的方法与流程

本发明涉及一种用于制动内燃机的方法和一种带有用于实施该方法的可变气门传动机构的汽车。

背景技术：

de3922884a1记载了这种方法，其中，在发动机制动操作中，除了关闭排气管线中的防尘罩外，还以如下方式实现明显提高发动机制动效果的减压效果：排气门通过对内燃机的气门控制予以干预而分别在压缩冲程中部分地打开(进气门不变)，进而使得在进气冲程中吸入到气缸中的空气减压地排放到排气管线中。此外，各排气门在常规的操纵中分别在排气冲程中完全打开，这里因而几乎无减压效果。

在de102015016526a1、de102005033163a1、de19649174a1和us4,592,319a中公开了用于制动内燃机的示范性的其它方法。

本发明尤其是对在de102013019183a1中公开的用于控制发动机制动效果的方法予以改进。具体地，de102013019183a1公开了一种用于控制汽车的气门受控的内燃机、特别是四冲程内燃机的发动机制动效果的方法，其中，除了因防尘罩关闭致使废气管路中废气积聚外，针对内燃机的每个气缸，通过部分地、特别是非规律性地打开至少一个排气门，产生了减压效果。至少一个排气门，必要时交叠地，在压缩冲程和排气冲程中打开。为了提高发动机制动效果，至少一个排气门或者排气门中的至少一个(其具有按规定设定好的和/或相比于常规的气门行程较小的气门行程)分别在活塞的ot(上止点)区域中，在压缩冲程和膨胀冲程之间且在排气冲程和进气冲程之间打开。

由de102013019183a1已知的方法的缺点是，在发动机转速低的情况下，由于在排气冲程中气体压缩，会出现并非所愿的发动机激励，如果在发动机制动操作中例如并非全部的气缸都在工作。这种发动机激励会导致驱动系中的并非所愿的振动。

技术实现要素：

本发明的目的因而在于，提出一种用于制动内燃机的改善的方法。

该目的通过根据独立权利要求的方法和汽车得以实现。有利的改进在从属权利要求和说明书中给出。

该方法适合于制动内燃机、特别是四冲程内燃机。该方法包括，在内燃机的压缩冲程期间部分地打开内燃机的至少一个气缸的至少一个排气门。该方法包括，在内燃机的紧接于压缩冲程之后的膨胀冲程期间，以及在内燃机的紧接于膨胀冲程之后的排气冲程期间，至少一个排气门保持部分地打开。该方法包括，在排气冲程结束时(在上止点区域内)，或者在内燃机的紧接于排气冲程之后的进气冲程期间，把部分地打开的至少一个排气门关闭。

该方法以特别有利的方式利用了从内燃机的燃烧室中经由一个或多个排气门流出的气体的气体动力学。根据内燃机的发动机转速，在膨胀冲程和排气冲程期间对排气门的部分打开导致了极为不同的气缸压力曲线。这能实现可针对不同的发动机转速调节出各种不同的、所希望的气缸压力曲线，进而实现不同的、所希望的发动机制动效果。特别地，可以在低转速情况下仅仅在压缩冲程的区域中出现压缩和减压。而在高转速情况下，在压缩冲程中出现第一次压缩和第一次减压，在排气冲程中出现第二次压缩和第二次减压。由此可以特别是防止在发动机转速低的情况下由于压缩及随后的在排气冲程中的减压所致的开篇提到的并非所愿的发动机激励的缺点。这种效果的实现方式为，通过部分打开的排气门，始终都提供相同的通流横截面，但相比于发动机转速高的情况，在发动机转速低的情况下，为气体提供的用于流出的时间较长。

尤其可以把至少一个排气门设置在内燃机排气管线的上游。

在一种特别有利的改进中，至少一个排气门在部分地打开时打开到下述程度：在内燃机转速低于内燃机的极限转速时，在排气冲程期间在相应气缸内基本上不出现压缩。具体地，由至少一个部分地打开的排气门的气门间隙限定的通流横截面可以如此地调节，使得在低于极限转速的情况下，在排气冲程期间在相应气缸内并不出现压缩，进而不出现因压缩所致的发动机制动效果。换句话说，在活塞速度较小时，在发动机转速低的情况下，该通流横截面足以使得气体基本上不经在气缸中压缩便经由部分地打开的排气门排出。

在一种优选的改进中，至少一个排气门在部分地打开时打开到下述程度：在内燃机转速高于极限转速时，在排气冲程期间在相应气缸内出现压缩。具体地，由至少一个部分地打开的排气门的气门间隙限定的通流横截面可以如此地调节，从而在高于极限转速的情况下，在排气冲程期间在相应气缸内出现压缩，进而实现发动机制动效果。由此可以在极限转速以上实现在高转速情况下所希望的大的发动机制动效果。换句话说，该通流横截面的尺寸如此地设计，从而在活塞速度较高时，在发动机转速高的情况下，使得气体若不在气缸中经历压力升高就不能经由部分地打开的排气门而排出。

在一种设计变型中，在排气冲程中，随着内燃机的在极限转速以上的转速的增高，在相应气缸内的压缩增强。

在一种设计变型中，极限转速处于介于1000转/min-1700转/min之间的范围内，特别是处于介于1200转/min-1500转/min之间的范围内。

特别地，极限转速可以如此地选择，从而极限转速以下的转速范围就是如下范围：在该范围内，会因排气冲程中的压缩导致上述不利的发动机激励。

在一种设计变型中，至少一个排气门在部分地打开时，在至少一个排气门的最大气门行程的5％-30％之间的范围内打开。替代地或附加地，至少一个排气门在部分地打开时，在0.5mm-3mm之间的范围内打开。

在另一设计变型中，最大气门行程处于10mm-16mm之间的范围内。

在一个实施方式中，至少一个排气门在压缩冲程期间的部分打开在上止点(相应气缸的活塞的活塞运动的上止点)之前的100°kw-60°kw之间的范围内开始。位于燃烧室中的气体由此首先压缩，并在压缩冲程结束时才经由部分打开的至少一个排气门排放到排气管线中，实现了减压效果。

在另一实施方式中，至少一个排气门在排气冲程结束时的关闭、或者在进气冲程期间的关闭在上止点(相应气缸的活塞的活塞运动的上止点)-上止点之后30°kw之间的范围内开始。根据发动机转速，在膨胀冲程期间从排气管线回流到燃烧室中的气体由此可以在排气冲程中要么经由至少部分地打开的排气门直接地又排放到排气管线中，要么在发动机转速高的情况下至少部分地压缩，然后才经由至少一个部分地打开的排气门排出。因而在转速高的情况下，在排气冲程中，燃烧室内的气体出现进一步压缩，被压缩的气体随后减压而进入到排气管线中，由此提高了该方法的发动机制动效果。

特别地，至少一个排气门的关闭可以与至少一个排气门的打开交叠。

在一个实施例中，在膨胀冲程和排气冲程期间排气门保持打开的情况下，保持至少一个排气门的恒定的气门行程。这在控制技术上可特别简单地例如通过保持凸轮轴的凸轮的高度恒定来实现。

在一个优选的实施例中，为每个气缸都设置两个排气门，两个排气门中只有一个排气门在压缩冲程期间部分地打开、在膨胀冲程和排气冲程期间在部分地打开的情况下保持打开、并在排气冲程结束时或者在进气冲程期间关闭。附加地，两个排气门中的另一个排气门可以在压缩冲程、膨胀冲程、排气冲程和进气冲程期间关闭。由此可以减小作用在与排气门连接的可变气门传动机构上的负荷，因为对于每个气缸来说，那些排气门中特别是只有一个排气门需要在压缩冲程期间克服燃烧室内的压力打开。

在另一设计变型中，该方法附加地包括，在进气冲程期间至少一个气缸的至少一个进气门打开，并且在压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程期间至少一个进气门保持关闭。这些进气门由此可以在内燃机的发动机制动操作期间就像在内燃机的正常工作中那样予以致动。由此不必为了发动机制动操作而改变对这些进气门的致动。就像在正常工作中一样，这些进气门在发动机制动操作中用于在进气冲程期间将空气从内燃机的空气供应系统导入到燃烧室中。

该方法特别地还可以包括，在压缩冲程期间和/或排气冲程期间，关闭设置在至少一个排气门下游的防尘罩。该防尘罩可以优选地设置在排气管线中。

本发明也涉及用于内燃机的可变气门传动机构。该可变气门传动机构可以特别是构造成滑动凸轮系统。该可变气门传动机构被构造用于实施如这里公开的方法。

本发明附加地也涉及一种带有内燃机的汽车、特别是商用车(例如公交车或载重车)，该内燃机具有如这里公开的可变气门传动机构。

也可行的是，如这里公开的方法应用于轿车、大功率发动机、越野车辆、固定式发动机、舰船发动机等。

附图说明

本发明的前述优选实施方式和特征可任意地相互组合。下面参照附图介绍本发明的其它细节和优点。其中：

图1为内燃机气缸的示意图；

图2为四冲程内燃机的气门控制机构的控制曲线图。

具体实施方式

图1示出内燃机10的气缸12。该内燃机10是一种四冲程内燃机，特别是四冲程柴油内燃机或四冲程汽油内燃机。内燃机10优选包含在商用车例如载重车或公交车中，用于驱动商用车。

气缸12具有至少一个进气门14、至少一个排气门16、燃烧室18和活塞20。

至少一个进气门14把燃烧室18与内燃机10的空气供应系统连接起来，该空气供应系统用于将燃烧空气供应到燃烧室18中。至少一个排气门16把燃烧室18与内燃机10的排气管线连接起来，该排气管线用于排出废气。例如，可以给每个气缸12都设置两个进气门14和两个排气门16，并设置多个气缸12。

至少一个排气门16可以通过可变气门传动机构22予以致动。该可变气门传动机构22可以例如构造成滑动凸轮系统。该滑动凸轮系统可以具有至少一个凸轮支座，该凸轮支座带有至少两个凸轮。凸轮支座可以抗扭地且能轴向移动地设置在凸轮轴上。至少一个换气气门根据凸轮支座的轴向位置，由凸轮支座的不同凸轮予以致动。也可行的是，在每个气缸12具有多个排气门16的情况下，可不同地致动相应气缸12的排气门16。

活塞20以公知的方式能来回移动地设置在气缸12中，并与曲轴24连接。

在图2中示出了示范性的控制曲线，用于在内燃机10的发动机制动操作期间致动图1的进气门14和排气门16。

点划线所示为进气门14的气门行程关于曲轴24的曲轴角度的曲线a。短横线所示为排气门16的气门行程关于曲轴24的曲轴角度的曲线b。实线所示为在发动机低转速情况下燃烧室18中的气缸压力关于曲轴24的曲轴角度的曲线c。虚线所示为在发动机转速高的情况下燃烧室18中的气缸压力关于曲轴24的曲轴角度的曲线d。

曲线a～d是关于在四冲程运行中常见的720°的曲轴角度(kw)绘出的，其中，曲线左轴表示单位为“巴”的气缸压力，右轴表示单位为“mm”的气门行程。

根据曲线a，进气门14在发动机制动操作期间在进气冲程期间打开，就像在常规操作中一样。在其它控制循环期间，进气门14关闭。

在发动机制动操作期间，与在常规工作中(正常工作中)有所不同地控制排气门16，在所述常规工作中，排气门16只在排气冲程期间打开。例如，内燃机每个气缸12可以具有两个排气门16，其中的一个排气门在发动机制动操作期间保持完全关闭，而另一个排气门在发动机制动操作期间根据曲线b予以控制。

按照曲线b，排气门16在点火上止点之前，即在压缩冲程结束之前部分地打开大约60°kw～100°kw。然后，排气门16在膨胀冲程和排气冲程期间保持部分地打开大约360°kw。部分地打开的排气门16在排气冲程之后又关闭，并保持关闭，直至在压缩冲程中重新打开。

按照曲线b，排气门16仅部分地打开。部分的打开可以对应于0.5mm～3mm的气门行程。与此相反，在商用车构造中，排气门16的最大行程(常规行程)例如可以介于大约10mm(小内燃机10)和大约16mm(很大的内燃机10)之间。

通过按照曲线b的仅部分地打开的排气门16，可以在内燃机10的不同转速情况下在燃烧室18中实现不同的气缸压力曲线。

按照曲线c，在内燃机10的直至例如大约1200转/min的低转速情况下，在排气冲程期间在燃烧室18中不出现压缩。其原因在于因部分地打开的排气门16引起的气门间隙。该气门间隙在活塞20的低速情况下足以让位于燃烧室18中的气体不经过压力上升便通过部分地打开的排气门16从燃烧室18中流出。曲线c例如涉及在内燃机的发动机转速约为600转/min时的气缸压力曲线。

而按照曲线d，在内燃机10的高转速情况下，从例如1200转/min起直至1500转/min，在排气冲程期间在燃烧室18中出现压缩。由于提高的发动机转速，活塞20的活塞速度也上升，流经部分地打开的排气门16的体积流同样上升。通过部分地打开的排气门16提供的气门间隙不再足以让气体在不压缩的情况下排出。替代地，在排气冲程结束时在上止点之前出现第二次压缩。在第二次压缩时，压缩能量通过仍然打开的排气门16而耗散并产生制动功。具体地，压缩功使得活塞20制动，由此在发动机制动操作中制动内燃机10。曲线d例如涉及在内燃机的发动机转速约为2600转/min时的气缸压力曲线。

对于两个曲线c和d，在压缩冲程期间在燃烧室18中出现第一次压缩，因为排气门16在压缩冲程结束时才打开。通过排气门16的打开，被压缩的气体出现减压而进入排气管线，在排气管线中例如设置了在当前时刻关闭的防尘罩。由活塞20施加的压缩功又使得内燃机10制动。由于活塞20的较高的活塞速度，相比于按照曲线c的低的发动机转速，按照曲线d在发动机转速高的情况下，在燃烧室18中出现较大程度的压缩，进而实现较大的制动效果。

在膨胀冲程期间，在曲线c和d的情况下，气缸压力较低，由于排气管线中的排气积聚，空气可以经由部分地打开的排气门16从排气管线中回流到燃烧室18中。

总之，在低于例如介于1200转/min和1500转/min之间的极限转速的低发动机转速情况下，按照曲线c，燃烧室18中的气体只出现一次压缩，并且，被压缩的气体出现减压而进入到排气管线中。这种一次性的压缩-减压在压缩冲程中发生。在高于极限转速的高发动机转速情况下，利用用于相同的排气门16的相同的控制曲线(曲线b)，按照曲线d，燃烧室18中的气体出现两次压缩和减压，被压缩的气体减压后经由部分地打开的排气门16而进入到排气管线中。一方面，在压缩冲程中出现第一次压缩，随后是减压。附加地，在排气冲程中出现第二次压缩，随后是减压。

随着内燃机10的发动机转速增加，在曲线c和d之间实现连续的过渡。

本发明因而能以特别有利的方式实现：通过用于排气门16的同一个控制曲线，在内燃机10的高转速情况下，通过双重的压缩-减压来实现高的制动效果(曲线d)。在低转速情况下，通过一次性的压缩-减压同样实现了(小的)制动效果(曲线c)，其中，由于没有第二次压缩-减压，防止或者至少减小了发动机激励。该方法因而自己适应于外界条件(发动机转速)，从而无需从外部额外地进行控制干预。

本发明并不局限于上述优选的实施例。确切地说，可以有多种同样采用本发明的构思、因而落入保护范围内的改型和变型。本发明特别是也要求保护从属权利要求的主题和特征，而独立于所引用的权利要求。特别地，从属权利要求的特征也与独立权利要求1的全部特征相独立地被公开，例如独立于独立权利要求1的关于至少一个排气门在压缩冲程期间部分地打开、至少一个排气门在膨胀冲程和/或排气冲程期间保持部分地打开、和/或部分地打开的至少一个排气门在排气冲程结束时或者在进气冲程期间关闭的特征。

附图标记列表

10内燃机

12气缸

14进气门

16排气门

18燃烧室

20活塞

22可变气门传动机构

24曲轴

a用于进气门的控制曲线

b用于排气门的控制曲线

c在发动机转速低时的气缸压力曲线

d在发动机转速高时的气缸压力曲线