控制内燃发动机的进气阀和排气阀的方法、控制装置、内燃发动机和车辆与流程

本公开涉及一种控制内燃发动机的气缸的进气阀和排气阀以获得发动机制动效果的方法。本公开还涉及一种计算机程序、一种计算机可读介质、一种被配置成控制内燃发动机的气缸的进气阀和排气阀以获得发动机制动效果的控制装置、一种包括控制装置的内燃发动机以及一种包括内燃发动机的车辆。

背景技术：

1、诸如四冲程内燃发动机的内燃发动机包括一个或多个气缸和布置在每个气缸中的活塞。活塞连接到发动机的曲轴，并且布置成在曲轴旋转时在气缸内往复运动。发动机通常还包括一个或多个进气阀和出口阀以及一个或多个燃料供应装置。一个或多个进气阀和出口阀由相应的阀控制装置控制，该气阀控制装置通常包括经由皮带、链、齿轮或类似物可旋转地连接到发动机的曲轴的一个或多个凸轮轴。四冲程内燃发动机在转动曲轴的同时完成四个单独的冲程。冲程是指活塞沿气缸在任一方向上的全行程。活塞在气缸中的最上部位置通常称为上止点tdc，而活塞在气缸中的最下部位置通常称为下止点bdc。

2、冲程按以下顺序完成：进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在传统四冲程内燃发动机的操作期间，进气阀控制装置在气缸内的活塞的进气冲程期间将气缸的进气阀控制到打开状态，以允许空气或空气和燃料的混合物进入气缸。在压缩冲程期间，应该关闭所有阀以允许压缩气缸中的空气或空气和燃料的混合物。如果发动机处于动力产生状态，则通常在压缩冲程即将结束时，例如通过火花塞或通过气缸中的压缩热来点燃气缸中的燃料。气缸内的燃料的燃烧显著地增加气缸内的压力和温度。燃料的燃烧通常持续到随后的膨胀冲程的大部分。通过燃烧获得的气缸中的增加的压力和温度部分地转换成在膨胀冲程期间供应到曲轴的机械功。显然，在膨胀冲程期间，所有阀应保持关闭，以允许将增加的压力和温度转换成机械功。膨胀冲程通常也称为燃烧冲程，因为通常大部分燃烧发生在膨胀冲程期间。在随后的排气冲程中，排气阀控制装置将气缸的排气阀控制到打开状态，以允许废气从气缸排出到燃烧发动机的排气系统中。

3、在例如当车辆的驾驶员松开加速踏板时发生的正常发动机制动期间，发动机将继续在上述冲程中操作，除了通常在发动机制动期间不向发动机供应燃料，并且因此在压缩冲程结束期间或在膨胀冲程期间不会发生燃烧。在这种情况下，发动机将在相应的进气冲程和排气冲程中由于内部摩擦和由于空气从进气阀泵送到排气阀而提供一些制动扭矩。当活塞在其压缩冲程期间向上行进时，捕获在气缸中的气体被压缩。压缩气体抵抗活塞的向上运动。然而，存储在压缩气体中的几乎所有能量在随后的膨胀冲程中返回到曲轴。因此，在正常发动机制动期间，压缩冲程和随后的膨胀冲程一起将不会有助于发动机的显著制动扭矩。

4、一些法规要求较重的车辆除了车轮制动器之外还设置有辅助制动系统。制动车辆的有效手段是利用发动机来提供额外的制动力，因为车辆的现有系统可用来生成所需的制动力并将在制动期间生成的热量传输到周围环境。此外，使用发动机来提供额外的制动力减少车轮制动器的磨损。存在用于增加发动机的制动扭矩的一些不同类型的方法和装置。压缩释放发动机制动器(有时称为jake制动器或jacobs制动器)是在一些发动机中使用的发动机制动机构。一些压缩释放制动装置包括阀致动器组件，该阀致动器组件被构造成在压缩冲程之后打开气缸中的排气阀，以将捕获在气缸中的压缩空气释放到排气系统。因此，在压缩冲程期间存储在压缩气体中的能量将不会在随后的膨胀冲程中返回到曲轴，这增加了发动机的制动扭矩。一些压缩释放发动机制动装置包括液压装置，该液压装置通过向阀致动器组件供应液压压力来致动阀致动器组件。

5、增加发动机的制动扭矩的另一种系统/方法是利用所谓的排气制动器，在该排气制动器中布置在排气系统中的阀限制通过其中的气流，从而生成背压。当活塞在排气冲程中朝向上止点移动时，背压抵抗活塞的向上运动，从而增加发动机的制动扭矩。

6、增加发动机的制动扭矩的又一种系统/方法是在发动机的所有冲程期间维持发动机的一个或多个排气阀的小升程。以这种方式，原本将以压缩气体的形式储存在气缸中的能量不会在膨胀冲程中返回到曲轴，因为压缩气体在发动机的压缩冲程中通过一个或多个排气阀排出。因此，发动机的制动扭矩增加。

7、尽管希望能够获得发动机的高的最大制动扭矩，但是在车辆的一些驾驶情况下，希望施加较低水平的制动扭矩。作为示例，在车辆沿着斜坡行进并且需要车辆的恒定速度的情况下，可能需要较低水平的制动扭矩。然而，利用发动机提供额外制动扭矩的许多类型的系统只能被激活或停用，并且其中获得的车辆制动力主要由发动机的旋转速度确定。因此，许多驾驶员在某些情况下利用车轮制动器来避免车辆过高的减速水平。车轮制动器的使用会磨损车轮制动器，并且在沿着斜坡行进时长时间使用车轮制动器有使车轮制动器过热的风险。

8、由于环境问题，目前几乎所有出售的车辆都包括某种排气后处理系统。示例是催化转换器、微粒过滤器和选择性催化还原(scr)装置。选择性催化还原装置是借助于催化剂将氮氧化物(也称为nox)转化为双原子氮n2和水h2o的手段。将气态还原剂(通常为无水氨、氨水或尿素)添加到废气流中并吸附到催化剂上。这些废气后处理系统的功能依赖于废气的高温。由于在发动机制动期间离开发动机的气体比在动力产生模式下产生的废气更冷，这些气体会将废气后处理系统冷却到其不能正常工作的温度，因此在长时间的发动机制动操作时会出现问题。

9、此外，利用发动机来提供额外制动扭矩的一些类型的系统和方法至少在一些操作条件下对发动机的进气阀和/或出口阀的阀控制装置及其相应传动系施加压力。因此，当使用这种系统或方法时，制动的激活和停用可能是具有挑战性的，因为它必须以确保阀控制装置不会被损坏或遭受过早磨损的方式来执行。

10、此外，一般来说，在当今的消费者市场上，如果诸如车辆和相关部件、系统和装置的产品包括不同的特征和功能，同时具有适用于以成本有效的方式制造和组装的条件和/或特性，则这将是有利的。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。

2、根据本发明的第一方面，该目的通过控制内燃发动机的气缸的进气阀和排气阀以获得发动机制动效果的方法来实现。所述方法包括以下步骤：

3、-防止气缸的至少一个排气阀在气缸的多个连续的进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程中完全关闭，

4、-对气缸的至少一个排气阀的控制进行相移，使得与当气缸在发电模式下操作时相比，至少一个排气阀的打开事件和关闭事件提前，以及

5、-通过对气缸的至少一个进气阀的控制进行相移来调节被泵送通过气缸的空气量。

6、通过防止气缸的至少一个排气阀完全关闭，以有效的方式制动发动机，因为当活塞在压缩冲程中朝向上止点移动时，气缸中的压缩气体抵抗活塞的运动，同时被压缩的气体中的一些气体可通过部分打开的排气阀排出。因此，由于压缩气体通过部分打开的排气阀排出，原本将以压缩气体的形式储存在气缸中的能量不会在随后的膨胀冲程中返回到曲轴。

7、此外，由于该方法包括对至少一个排气阀的控制进行相移的步骤，使得至少一个排气阀的打开事件和关闭事件提前，因此提供一种能够显著增加发动机的最大可获得制动扭矩的方法。这是因为在发动机的排气冲程中，至少一个排气阀的控制可被相移到至少一个排气阀呈现部分打开位置而不是完全打开位置的位置。以这种方式，气缸中的压缩气体也可在发动机的排气冲程中抵抗活塞的运动，以增加发动机的制动扭矩。

8、另外，由于该方法包括通过对气缸的至少一个进气阀的控制进行相移来调节被泵送通过气缸的空气量的步骤，因此该方法提供用于所获得的制动扭矩的无级控制的条件。此外，由于该方法包括调节被泵送通过气缸的空气量的步骤，因此提供一种方法，该方法具有用于在制动过程期间调节供应到发动机的排气系统的气体温度的条件，以便控制发动机的排气后处理系统的温度。

9、此外，由于该方法包括防止气缸的至少一个排气阀完全关闭的步骤，该方法为车辆的发动机中的简单、可靠且成本有效的实施提供条件。这是因为简单可靠的部件和系统可用来防止气缸的至少一个排气阀在气缸的多个连续的进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程中完全关闭。

10、此外，由于该方法包括防止气缸的至少一个排气阀完全关闭的步骤，因此提供一种方法，该方法具有用于获得发动机的阀的阀控制装置及其相应传动系上的低负载的条件。另外，提供一种方法，在该方法中，能够以简单且有效的方式激活和停用制动，而没有损坏或过早磨损发动机的阀控制装置及其相应传动系的风险。

11、因此，总的来说，提供一种成本有效的方法，该方法能够提供高的最大可获得的制动功率和用于制动功率的大小的无级控制的条件，同时获得发动机的阀控制装置及其相应传动系上的低负载。此外，该方法为在制动过程期间以有效的方式控制排气后处理系统的温度提供条件。另外，提供一种方法，该方法允许简单且有效地激活和停用制动，而没有损坏或过早磨损发动机的阀控制装置及其相应传动系的风险。

12、因此，提供一种方法，该方法克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。因此，实现了上文提到的目标。

13、任选地，对至少一个排气阀的控制进行相移的步骤包括以下步骤：

14、-对至少一个排气阀的控制进行相移，使得在气缸的膨胀冲程中获得至少一个排气阀的打开事件，并且使得在气缸的排气冲程中获得至少一个排气阀的关闭事件。

15、因此，提供一种能够显著增加发动机的最大可获得制动扭矩的方法。这是因为在气缸的排气冲程中至少一个排气阀的关闭事件可确保在排气冲程期间气体在气缸中被压缩以抵抗活塞的运动。

16、任选地，对至少一个排气阀的控制进行相移的步骤包括以下步骤：

17、-将对至少一个排气阀的控制提前在10-110度曲柄角度范围内或在50-95度曲柄角度范围内的多个曲柄角度。

18、因此，确保该方法能够显著增加发动机的最大可获得制动扭矩。

19、任选地，调节被泵送通过气缸的空气量的步骤包括以下步骤：

20、-通过延迟对至少一个进气阀的控制来减少被泵送通过气缸的空气量，以及

21、-通过提前对至少一个进气阀的控制来增加被泵送通过气缸的空气量。

22、因此，提供一种用于以无级方式控制制动扭矩的大小的简单且有效的方法。此外，可在制动过程期间以简单且有效的方式控制排气后处理系统的温度。

23、任选地，调节被泵送通过气缸的空气量的步骤包括以下步骤：

24、-在大于40度曲柄角度的范围内或者在大于60度曲柄角度的范围内对至少一个进气阀的控制进行相移。

25、因此，提供一种方法，该方法具有用于在宽范围内以无级方式控制制动扭矩大小的条件。另外，提供一种方法，该方法具有用于在宽范围内控制排气后处理系统的温度的条件。

26、任选地，该方法包括以下步骤：

27、-与当气缸在发电模式下操作时相比，维持至少一个进气阀的阀升程高度和阀升程轮廓中的至少一个。

28、因此，该方法为车辆的发动机中的简单、可靠且成本有效的实施提供条件。这是因为该方法为使用简单且可靠的部件和系统来控制发动机的阀提供条件。此外，提供一种方法，该方法具有用于维持发动机的阀的阀控制装置及其相应传动系上的低负载的条件。另外，提供一种方法，在该方法中，能够以简单且有效的方式激活和停用制动，而没有损坏或过早磨损发动机的阀控制装置及其相应传动系的风险。

29、任选地，该方法包括以下步骤：

30、-与当气缸在发电模式下操作时相比，维持至少一个排气阀的阀升程高度和阀升程轮廓中的至少一个。

31、因此，该方法为车辆的发动机中的简单、可靠且成本有效的实施提供条件。这是因为该方法为使用简单且可靠的部件和系统来控制发动机的阀提供条件。此外，提供一种方法，该方法具有用于维持发动机的阀的阀控制装置及其相应传动系上的低负载的条件。另外，提供一种方法，在该方法中，能够以简单且有效的方式激活和停用制动，而没有损坏或过早磨损发动机的阀控制装置及其相应传动系的风险。

32、任选地，该方法包括以下步骤：

33、-通过改变至少一个排气阀的打开事件与至少一个进气阀的打开事件之间的间隔来控制气缸的排气出口中的气体温度。

34、因此，提供一种方法，该方法具有用于制动扭矩的无级控制的条件，同时能够控制发动机的排气后处理系统的温度。

35、任选地，控制气缸的排气出口中的气体温度的步骤包括以下步骤：

36、-通过增加至少一个排气阀的打开事件与至少一个进气阀的打开事件之间的间隔来增加排气出口中的气体温度，以及

37、-通过减小至少一个排气阀的打开事件与至少一个进气阀的打开事件之间的间隔来降低排气出口中的气体温度。

38、因此，提供一种方法，该方法具有用于制动扭矩的无级控制的条件，同时能够以简单且有效的方式控制发动机的排气后处理系统的温度。

39、任选地，控制气缸的排气出口中的气体温度的步骤包括以下步骤：

40、-通过同时对至少一个排气阀和至少一个进气阀的控制进行相移来改变至少一个排气阀的打开事件与至少一个进气阀的打开事件之间的间隔。

41、因此，提供一种方法，该方法具有用于同时控制制动扭矩和发动机的排气后处理系统的温度的条件。

42、根据本发明的第二方面，该目的通过包括指令的计算机程序来实现，该指令在该程序由计算机执行时使计算机执行根据本公开的一些实施例的方法。由于计算机程序包括指令，该指令在该程序由计算机执行时使计算机执行根据一些实施例的方法，因此提供一种用于克服或至少减轻至少一些上述缺点的条件的计算机程序。因此，实现了上文提到的目标。

43、根据本发明的第三方面，该目的通过包括指令的计算机可读介质来实现，该指令在由计算机执行时使计算机执行根据本公开的一些实施例的方法。由于计算机可读介质包括指令，该指令在程序由计算机执行时使计算机执行根据一些实施例的方法，因此提供一种计算机可读介质，该计算机可读介质提供用于克服或至少减轻至少一些上述缺点的条件。因此，实现了上文提到的目标。

44、根据本发明的第四方面，该目的通过控制装置来实现，该控制装置被配置成控制内燃发动机的气缸的进气阀和排气阀以获得发动机制动效果。该控制装置被配置成：

45、-防止气缸的至少一个排气阀在气缸的多个连续的进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程中完全关闭，

46、-对气缸的至少一个排气阀的控制进行相移，使得与当气缸在发电模式下操作时相比，至少一个排气阀的打开事件和关闭事件提前，以及

47、-通过对气缸的至少一个进气阀的控制进行相移来调节被泵送通过气缸的空气量。

48、由于控制装置被配置成防止气缸的至少一个排气阀完全关闭，因此以有效的方式制动发动机，因为当活塞在压缩冲程中朝向上止点移动时，气缸中的压缩气体抵抗活塞的运动，同时被压缩的气体中的一些气体可通过部分打开的排气阀排出。因此，由于压缩气体通过部分打开的排气阀排出，原本将以压缩气体的形式储存在气缸中的能量不会在随后的膨胀冲程中返回到曲轴。

49、此外，由于控制装置被配置成对至少一个排气阀的控制进行相移，使得至少一个排气阀的打开事件和关闭事件提前，因此提供一种能够显著增加发动机的最大可获得制动扭矩的控制装置。这是因为在发动机的排气冲程中，至少一个排气阀的控制可被相移到至少一个排气阀呈现部分打开位置而不是完全打开位置的位置。以这种方式，气缸中的压缩气体也可在发动机的排气冲程中抵抗活塞的运动，以增加发动机的制动扭矩。

50、另外，由于控制装置被配置成通过对气缸的至少一个进气阀的控制进行相移来调节被泵送通过气缸的空气量，因此控制装置可执行所获得的制动扭矩的无级控制。此外，由于控制装置被配置成调节被泵送通过气缸的空气量，因此提供一种控制装置，该控制装置具有用于在制动过程期间调节供应到排气系统的气体温度的条件，以便控制发动机的排气后处理系统的温度。

51、此外，由于控制装置被配置成防止气缸的至少一个排气阀完全关闭，因此控制装置允许在车辆的发动机中简单、可靠且成本有效的实施。这是因为简单可靠的部件和系统可用来防止气缸的至少一个排气阀在气缸的多个连续的进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程中完全关闭。

52、此外，由于控制装置被配置成防止气缸的至少一个排气阀完全关闭，因此控制装置提供用于获得发动机的阀的阀控制装置及其相应传动系上的低负载的条件。另外，控制装置提供用于简单且有效地激活和停用制动的条件，而没有损坏或过早磨损发动机的阀控制装置及其相应传动系的风险。

53、因此，总的来说，提供一种控制装置，该控制装置具有用于成本有效实施的条件，同时具有用于提供高的最大可获得的制动功率的条件和用于以确保发动机的阀的阀控制装置及其相应传动系上的低负载的方式无级控制制动功率的大小的条件。此外，提供一种控制装置，该控制装置具有用于在制动过程期间以有效的方式控制排气后处理系统的温度的条件。另外，提供一种控制装置，该控制装置允许简单且有效地激活和停用制动，而没有损坏或过早磨损发动机的阀控制装置及其相应传动系的风险。

54、因此，提供一种控制装置，该控制装置克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。因此，实现了上文提到的目标。

55、应当了解，针对该方法描述的各种实施例都可与如本文中描述的控制装置组合。也就是说，根据本发明的第四方面的控制装置可被配置成执行根据本发明的第一方面的方法的方法步骤中的任一方法步骤。

56、根据本发明的第五方面，该目的通过包括根据本公开的一些实施例的控制装置的内燃发动机来实现。由于内燃发动机包括根据一些实施例的控制装置，因此提供一种内燃发动机，该内燃发动机克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。因此，实现了上文提到的目标。

57、根据本发明的第六方面，该目的通过包括根据本公开的一些实施例的内燃发动机的车辆来实现。由于车辆包括根据一些实施例的内燃发动机，因此提供一种车辆，该车辆克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些问题和缺点。因此，实现了上文提到的目标。

58、当研究所附权利要求和以下详细描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。