[发明专利]优化内燃发动机的空转的方法

说明书

技术领域

本发明涉及优化内燃发动机的空转的方法、用于提供优化的空转的控 制系统以及这样控制的发动机。

背景技术

传统的往复活塞式内燃发动机具有用以控制空气流入至气缸以及燃 烧气体流出至排气系统的提升阀。必须小心地设定这些阀打开的定时和关 闭的定时以确保在四个冲程循环内的有效燃烧，并且通常，凸轮轴根据凸 轮轴旋转位置而控制阀的打开和关闭。

很早就认识到，阀操作的一些改变在确保最佳发动机性能方面会是有 益的，尤其是改变阀定时和/或改变阀升程和/或改变阀打开的持续时间。 进气阀和排气阀需要独立的控制，因此，单独的进气凸轮轴和排气凸轮轴 是常见的。

通过将凸轮轴角位置相对于曲轴角重新相对定位，可以改变阀定时。 通常，提供止端(endstop)之间的相对的角运动，以便给出两种阀定时 状况(regime)—例如，用于正常模式和运动模式的阀定时状况。还提出 了中间角位置以便给出额外的定时时段。相对的凸轮轴角位置由适当的发 动机电子控制单元(ECU)确定，并且例如可以通过旋转式凸轮致动器中 的液压信号的存在或不存在来实现。

例如通过使凸轮轴沿轴向移位以对阀施加不同的凸轮凸出部(cam lobe)，或者通过再次借助于致动器而使凸轮轴摇杆(rocker)的枢轴移位， 也可以改变阀升程、阀打开的持续时间以及进气阀定时与排气阀定时的重 叠(overlap)。

一般来说，为多缸发动机的所有阀都提供了这样的阀操作的改变，从 而进气凸轮轴的相对运动将会改变与所有气缸相关联的进气阀变量。

已知的改变阀操作的手段的一个特征在于其相对慢，并不仅仅因为惯 性效应以及传统上机械的或液压的致动手段。从一种凸轮状况切换为另一 种凸轮状况会花费大约300ms。

发动机操作的平顺性和响应性是期望的目标，不仅为了确保最低限度 地偏离正常状况，而且为车辆乘员提供了良好的驾驶员体验以及高水平的 感受舒适性和品质。

发动机废气排放物还应当遵守变得越来越严格的立法限制。可以通过 优化发动机中的燃料燃烧效率来减少这样的排放物。

对平顺性、响应性操作以及有效燃烧的要求不一定集中。

为了提供良好的性能和驾驶员体验，期望发动机对扭矩需求的改变快 速地做出响应。一种扭矩需求由加速器踏板位置指示，但多种其它扭矩需 求可以由其它车辆系统指示。例如，在变速器速比升档期间或者在车辆车 轮在冰上旋转的情况下，可以指示扭矩降低需求。相反，在例如当致动动 力转向装置或空气调节泵时车辆发动机置于额外的负荷下时，可以指示扭 矩升高需求。提出了用于优先考虑多个扭矩改变需求的系统，并且这些系 统并不构成本发明的部分。

在汽油发动机中，对扭矩改变需求的快速响应会受到在常规的节流阀 下游且在发动机进气阀上游的进气歧管中的空气量影响。通过改变节流阀 的位置而对扭矩改变需求进行响应的特征是“慢”，因为已存在于进气歧 管中的空气会影响接下来的一些燃烧事件的发动机动力输出。最后，随着 调整节流阀，至气缸的进气量将改变，从而扭矩输出与需求相匹配；然而， 该响应速率不够快，因而不能够满足当前要求。

可以快速改变的一个燃烧因素是在火花塞处的点火火花的定时。该响 应速度可以至少为约比改变节流阀位置的效果快的量级，并且可以在发动 机的一个TDC(上止点)内影响该响应速度。

为了确保对扭矩改变需求的快速响应，众所周知的是，改变点火定时 以减小在燃烧事件期间产生的动力，会预期到将要求动力增大。可以通过 将点火定时改变为用于有效燃烧的最佳位置来快速地实现动力的增大，而 无需等空气量增加。可以逐个气缸地实现这种快速响应，使得多缸发动机 的连续点火事件可以具有不同的点火火花定时。

因而，举例来说，如果空转速度降至预定的最小值以下，则假设空转 的多缸发动机会总是经受迫切的扭矩升高需求。因此，节流阀位置被设定 为通常允许过量的空气进入进气歧管，并且因而，经由进气阀而到达气缸。 供给燃料的量通常与空气量相当以便实现化学计量燃烧。

为了防止在期望的空转速度下产生比克服旋转摩擦力、空气阻力等所 需的动力更大的动力，可以延迟点火定时，使得燃烧的效率相对低，但所 产生的动力足以提供期望的空转速度。不完全燃烧导致发动机冷却系统吸 收额外的废热、燃料消耗量增大以及产生不必要的有毒废气排放物。