本發(fā)明涉及一種用于在部分負載運行中對三缸或五缸內(nèi)燃機進行交替的氣缸關(guān)閉的方法，在所述部分負載運行時，禁用所關(guān)閉的氣缸的換氣閥。

背景技術(shù)：

尤其在汽油發(fā)動機中，關(guān)閉單個氣缸是適當?shù)姆桨?，在部分負載區(qū)域中，將其他氣缸的工作點朝向更高的負載點移動，所述更高的負載點移動具有更好的工作效率和相應(yīng)更有益的燃料消耗。換氣過程的減少節(jié)流損失決定性地引起工作效率的改善，使得可推斷的消耗潛力基本上隨發(fā)動機的排量而增大。具有氣缸關(guān)閉的內(nèi)燃機因此典型為大體積的八缸和十二缸發(fā)動機。盡管如此，在持續(xù)不斷的小型化趨勢中，當前也市售具有氣缸關(guān)閉的四缸發(fā)動機，例如參見MTZ 03/2012“具有氣缸關(guān)閉的1.4L-TSI-汽油發(fā)動機”。

此外，已知的是，具有單數(shù)氣缸數(shù)量的內(nèi)燃機、實踐中即三缸和直列五缸發(fā)動機配設(shè)有氣缸關(guān)閉。然而，與在具有偶數(shù)氣缸數(shù)量的發(fā)動機中不同，在該情況下，同一缸的持久關(guān)閉引起不規(guī)則的點火間隔以及相應(yīng)的行駛不平穩(wěn)性。如在DE 10 2010 037 362A1中提出的那樣，所述缺點通過所謂的交替(也稱作為滾動地)關(guān)閉氣缸來補償。在此，點火間隔的均勻性由此保持不變，使得發(fā)動機的所有氣缸可關(guān)閉，并且對于一個工作循環(huán)按照點火順序始終關(guān)閉每第二個缸。這在三缸直列式發(fā)動機中在氣缸關(guān)閉運行中引起點火順序1-3-2，點火順序1-3-2具有480°的曲軸點火間隔，所述三缸直列式發(fā)動機在沒有關(guān)閉的全發(fā)動機運行時以點火順序1-2-3運行。類似地，對于具有點火順序1-2-4-5-3的五缸發(fā)動機，得到具有288°的點火間隔的關(guān)閉點火順序1-4-3-2-5。

也已知從中得到的如下優(yōu)點：在所涉及的氣缸的關(guān)閉的工作循環(huán)期間禁止閥操縱，進而換氣閥保持關(guān)閉。因此，開始引用的DE 10 2010 037 362A1提出，在換氣閥關(guān)閉并且包含空氣時運行關(guān)閉的氣缸，所述氣缸在附加的壓縮和吸氣沖程中如低摩擦的氣動彈簧那樣工作。

根據(jù)EP 2 669 495A1，相反更有益地是，關(guān)閉的氣缸借助包含在其中的廢氣運行。在此，廢氣應(yīng)通過具有減小的打開橫截面的上一次排氣閥升程限制于一定量，使得一方面不出現(xiàn)由于過高的氣缸壓力造成的自點火/爆燃，并且另一方面避免由于過低的氣缸內(nèi)部壓力造成換氣閥不受控地打開。

從EP 0 779 427A2中已知的關(guān)閉方法同樣壓縮所包含的廢氣，其中不僅在關(guān)閉時，而且也在隨后啟動氣缸時，始終首先禁用及再激活出口，隨后入口。包含在氣缸中的熱廢氣防止氣缸被不期望地冷卻，并且在進氣閥之前再激活排氣閥防止：保留在氣缸中的廢氣與新鮮空氣混合，該混合對隨后的燃燒不利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于下述目的，提出一種用于三缸或五缸內(nèi)燃機的交替的氣缸關(guān)閉的方法，此外，通過所述方法，發(fā)動機的部分負載消耗能夠下降。

所述目的的解決方案通過下述方式得到：關(guān)閉的氣缸的閥禁用開始于：在氣缸常規(guī)吸氣沖程開始時，禁用所述氣缸的進氣閥；以及結(jié)束于:在氣缸常規(guī)吸氣沖程開始時，隨后再激活所述氣缸的進氣閥。與在已知的用于禁用換氣閥的控制時間中不同的，根據(jù)本發(fā)明的方法提出一種氣缸關(guān)閉運行，在所述氣缸關(guān)閉運行中，分別關(guān)閉的氣缸以盡可能排空的狀態(tài)運行，在已知的用于禁用換氣閥的控制時間中，關(guān)閉的氣缸由新鮮空氣或廢氣填充，并且所述填充物首先被壓縮并且隨后膨脹。那么，在忽略由壓縮體積和閥關(guān)閉時間引起的氣缸剩余填充的極大簡化的觀察中，關(guān)閉的氣缸在包含在其中的真空的情況下運行。

申請人的類似的模擬已經(jīng)示出，這種交替的氣缸關(guān)閉的方法提供迄今為止最大的改善燃料消耗的潛力。對此的重要原因是極其小的壁熱損耗和漏氣損耗，否則所述壁熱損耗和漏氣損耗會伴隨著廢氣的壓縮和膨脹出現(xiàn)，并且很大范圍抵消借助氣缸關(guān)閉實現(xiàn)的工作效率優(yōu)點。

此外，緊接在所關(guān)閉的氣缸的進氣閥被禁用之前，借助能可變調(diào)節(jié)的附加行程在下述曲軸角度范圍內(nèi)打開所述進氣閥，所述氣缸的常規(guī)排氣沖程位于所述曲軸角度范圍中。通過進氣閥在排氣沖程中的可能的、附加的打開，所述氣缸的隨后的關(guān)閉與內(nèi)部的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(AGR)重疊，其方式在于，廢氣的一部分被排出到進氣道中并且在那里位于前面，直至下一個吸氣沖程。

作為替選方案，在分別關(guān)閉的氣缸中包含的剩余氣體量也能夠通過排氣早關(guān)(FAS)來調(diào)節(jié)。因此，關(guān)閉的氣缸的控制時間調(diào)節(jié)成，使得在換氣過程上止點(ober Totpunkt)之前并且在該氣缸的進氣閥被禁用之前關(guān)閉排氣閥。

作為對在關(guān)閉氣缸中所包含的剩余氣體量進行調(diào)節(jié)的另外的替選方案，也存在如下可能性：在換氣過程上止點之后將排氣晚關(guān)(SAS)，其中將排出的廢氣的一部分再次吸回。

禁用和再激活換氣閥所需的機械裝置原則上能夠借助所有已知的配氣機構(gòu)來實現(xiàn)，所述配氣機構(gòu)允許閥的完全停止。關(guān)于相對高頻的激活和再激活，預(yù)定電液壓的配氣機構(gòu)，因為所述配氣機構(gòu)構(gòu)成為極其快地、并因此以循環(huán)可靠的方式關(guān)閉，并且除了換氣閥停止之外，也能夠?qū)崿F(xiàn)閥升程和閥控制時間的完全可變的調(diào)節(jié)。如果不僅進氣側(cè)的配氣機構(gòu)、而且排氣側(cè)的配氣機構(gòu)是完全可變的，那么一方面工作點移動的氣缸關(guān)閉能夠與無節(jié)流的負載控制組合(眾所周知地，在那里主要關(guān)于進氣閥打開橫截面進行定量調(diào)整，且較少關(guān)于節(jié)氣門位置進行定量調(diào)整)，并且另一方面在排氣側(cè)也能夠完全可變地調(diào)節(jié)FAS(排氣早關(guān))控制時間。適合于此的電液壓配氣機構(gòu)不僅從大量參考文獻中已知，而且也在汽車制造商FIAT方面以名稱“Mulitair”或“Twinair”市售。

作為進一步的專利參考文獻，在此已知EP 1 321 634A2，其公開了一種直列五缸發(fā)動機，所述直列五缸發(fā)動機具有電液壓的氣門控制系統(tǒng)、交替的氣缸關(guān)閉系統(tǒng)和內(nèi)部的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。電液壓的氣門控制系統(tǒng)操縱進氣閥，而排氣閥的停止能夠借助相對簡單的凸輪開關(guān)打開/關(guān)閉來實現(xiàn)。內(nèi)部的AGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))的在上文中提到的選項的進一步的細節(jié)可從EP 2 397 674A1中得知，其公開了一種電液壓的氣門控制系統(tǒng)，所述氣門控制系統(tǒng)在用于內(nèi)燃機的排氣沖程中具有能可變調(diào)節(jié)的進氣沖程，所述內(nèi)燃機具有氣缸關(guān)閉系統(tǒng)。

出于完整性要提及的是，能夠借助根據(jù)本發(fā)明的方法運行具有n個氣缸的任意內(nèi)燃機，當點火順序中的每第p個周期點燃并且當n和p互質(zhì)時，使得每個氣缸周期性地關(guān)閉和啟動。在此，也不強制需要的是，氣缸在每個工作循環(huán)中交替地關(guān)閉和啟動。因此，例如三缸發(fā)動機也能夠在模式1-(2-3-1)-2-(3-1-2)-3-(1-2-3)-1……并且五缸發(fā)動機在模式1-(2-4)-5-(3-1)-2-(4-5)-3-(1-2)-4-(5-3)-1……或1-(2-4-5)-3-(1-2-4)-5-(3-1-2)-4-(5-3-1)-2-(4-5-3)-1等中運行，其中括號中的氣缸被關(guān)閉。顯而易見的，本發(fā)明既不限制于應(yīng)用在直列發(fā)動機中，也不限制于應(yīng)用在多閥發(fā)動機中。

附圖說明

本發(fā)明的其他的優(yōu)點從下面的描述和附圖中得出，在所述附圖中，分別根據(jù)關(guān)閉的氣缸的控制時間示出根據(jù)本發(fā)明的方法的三個實施例。附圖示出：

圖1示出已知的方法，其中關(guān)閉的氣缸借助包含在其中的廢氣運行；

圖2示出已知的方法，其中關(guān)閉的氣缸借助包含在其中的新鮮空氣運行；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例，其中關(guān)閉的氣缸以近似排空的狀態(tài)運行；

圖4對于不同的氣缸關(guān)閉方法以類似的對照圖示出在參考點n＝2000rpm、pme＝2bar時的1L三缸發(fā)動機的模擬的燃料消耗；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例，其中關(guān)閉的氣缸的排氣閥早關(guān)(FAS)；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實施例，其中要關(guān)閉的閥借助擴展的AGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))運行。

具體實施方式

本發(fā)明基于交替的氣缸關(guān)閉的已知方法來闡述，其中氣缸在關(guān)閉狀態(tài)下或者根據(jù)圖1在包含廢氣的條件下運行，或者根據(jù)圖2在包含新鮮空氣的條件下運行。分別關(guān)于內(nèi)燃機在曲軸角度-720°和+720°之間的兩個工作循環(huán)，繪制氣缸之一的排氣閥的閥升程EX(虛線)和進氣閥的閥升程IN(實線)。水平的閥升程線表示曲軸角度，在所述曲軸角度之內(nèi)，換氣閥相對于其(激活的)常規(guī)閥升程是禁用的，進而保持關(guān)閉。分別在點火上止點示出的閃電圖形說明，氣缸中是否發(fā)生燃燒。如通過用細的且點狀的線示出的閃電圖形所表示的那樣，在0°時氣缸是關(guān)閉的。

圖1：關(guān)閉的氣缸的閥禁用開始于禁用所述氣缸的一個或多個排氣閥，并且結(jié)束于隨后再激活所述氣缸的排氣閥。換言之，始終首先禁用并且隨后再激活要關(guān)閉的氣缸的排氣閥。包含在關(guān)閉的氣缸中的廢氣在關(guān)閉周期期間兩次壓縮和膨脹，其中出現(xiàn)減小工作效率的壁熱損耗和漏氣損耗。

圖2：在該情況下，也始終首先禁用并且隨后再激活排氣閥。然而，關(guān)于關(guān)閉的點火上止點的所述激活的順序相對于根據(jù)圖1的方法反轉(zhuǎn)，使得現(xiàn)在關(guān)閉的氣缸使新鮮空氣壓縮和膨脹兩次。所述方法也伴隨著減小工作效率的壁熱損耗和漏氣損耗。

在根據(jù)圖3的根據(jù)本發(fā)明的氣缸關(guān)閉方法中，分別設(shè)定要關(guān)閉的氣缸的控制時間，使得閥禁用分別開始于在所述氣缸的常規(guī)吸氣沖程開始時禁用一個或多個進氣閥，并且結(jié)束于在下一個常規(guī)吸氣沖程開始時再激活進氣閥。因此，與已知的方法不同地，在該情況下，始終首先禁用并且隨后再激活進氣閥，其中在關(guān)閉的點火上止點之前的“換氣過程”基本上在排出廢氣、但是不吸入新鮮空氣的條件下進行，并且其中在關(guān)閉的點火上止點之后的換氣過程基本上在不排出廢氣、但是吸入新鮮空氣的條件下進行。在此期間，包含的剩余氣體量分兩次依次分別首先膨脹并且隨后壓縮。剩余氣體量為小的廢氣量，氣缸在排氣關(guān)閉時——關(guān)閉時刻在該實施例中位于換氣過程上止點之后——包含所述廢氣量。

柱狀圖(圖4)示出1.0L直列三缸發(fā)動機在轉(zhuǎn)速n＝2000rpm和有效平均壓力pme＝2bar的典型參考點中的模擬燃料消耗。用0表示的柱對應(yīng)于在相對消耗為100％時的沒有氣缸關(guān)閉的基本運行。

用0’表示的柱示出在第二缸永久關(guān)閉時發(fā)動機的消耗。盡管如此，接近10％的已經(jīng)非常有益的低消耗在實踐中沒有意義，因為這種氣缸關(guān)閉的行駛不平穩(wěn)性不僅大到不可接受，而且預(yù)計也會引起曲軸的過早振動斷裂。

柱1表示根據(jù)圖1的已知的方法，其中以點火間隔480°交替關(guān)閉的氣缸在包含廢氣的條件下運行。在上文中闡述的工作效率損失抵消超過了由氣缸關(guān)閉引起的、減少消耗的減少節(jié)流，并且甚至產(chǎn)生11.6％的更多消耗。

柱2反應(yīng)根據(jù)圖2的已知的方法，其中以點火間隔480°交替關(guān)閉的氣缸在包含新鮮空氣的條件下運行。在此，在行駛不平穩(wěn)性可接受的情況下，得到3.4％的消耗優(yōu)點。

柱3以接近12％示出根據(jù)圖3的根據(jù)本發(fā)明的方法的明顯的消耗優(yōu)點，其中以點火間隔480°交替關(guān)閉的氣缸近似在包含真空的條件下運行。

在根據(jù)圖5的根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例中，通過電液壓的配氣機構(gòu)完全可變地操縱排氣閥升程。在此，在進行操縱的排氣凸輪和所屬的排氣閥之間張緊的液壓系統(tǒng)控制成，使得排氣閥在換氣過程上止點和隨后禁用的進氣閥的常規(guī)打開時刻之前提早關(guān)閉。這通過用粗線示出的排氣沖程EX的關(guān)閉時刻示出，所述關(guān)閉時刻與用細線示出的排氣凸輪包絡(luò)曲線C相比明顯更早，所述包絡(luò)曲線作為用于最大可能的排氣沖程的量值。如在上文中闡述的那樣，將在關(guān)閉的氣缸中借助所述FAS(排氣早關(guān))控制時間設(shè)定的剩余氣體量低損耗地膨脹和壓縮兩次。

在圖6中示出的根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實施例包括擴展的剩余氣體控制裝置。排氣沖程EX和進氣沖程IN在此彼此在分開的圖表中關(guān)于曲軸角度繪制。在該實施例中，分別關(guān)閉的氣缸的閥禁用開始于禁用進氣沖程IN，并且結(jié)束于隨后的再激活進氣沖程，更確切地說分別開始于所述氣缸的常規(guī)吸氣沖程，在所述常規(guī)吸氣沖程中，基本上吸入新鮮空氣。然而，操縱相應(yīng)的進氣閥的凸輪升程設(shè)有附加行程Z，所述附加行程緊接在禁用進氣閥之前在所述氣缸的常規(guī)排氣沖程之內(nèi)打開進氣閥，即與打開的排氣閥同時打開進氣閥。同樣可通過完全可變的電液壓氣門控制系統(tǒng)實現(xiàn)的附加行程Z能夠被完全禁用，如完全禁用直至隨后在常規(guī)吸氣沖程開始時再激活進氣閥。

如已經(jīng)在上文中闡述的，附加行程Z引起擴展的內(nèi)部AGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))，其中廢氣的一部分排出到與排氣道同時打開的進氣道中，并且在那里保持位于進氣閥之前，直至同一氣缸重新吸氣，以便隨后吸入新鮮空氣。

在下面的圖表中示出的壓力曲線圖將與凸輪角度相關(guān)聯(lián)的氣缸內(nèi)部壓力p-cyl作為絕對壓力示出。所述絕對壓力在關(guān)閉的工作循環(huán)期間處于極低的并且?guī)缀醪豢勺兊乃缴?，由此避免已知的氣缸關(guān)閉方法的減小工作效率的壁熱損耗和漏氣損耗。