四冲程内燃发动机和控制排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时的方法与流程

1.本发明涉及四冲程内燃发动机和控制四冲程内燃发动机的排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时的方法。本发明还涉及包括四冲程内燃发动机的车辆。此外，本发明涉及计算机程序和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.内燃发动机ice的涡轮增压器增加被允许进入ice以在ice内燃烧燃料的增压空气的密度。增加的增压空气密度允许燃烧更大量的燃料，这又意味着ice产生比未压缩的增压空气更高的功率输出。涡轮增压器包括由公共轴连接的压缩机和涡轮。涡轮由来自ice的排气驱动。
3.ice的涡轮增压器具有与该特定ice在大小上匹配的操作范围。理想地，涡轮增压器将适于在ice的整个操作范围内向ice提供最佳量的增压空气。然而，尤其由于涡轮增压器的机械限制和ice的操作范围的宽度，这是不可能的。因此，在实践中，良好匹配的涡轮增压器在ice操作范围的大部分内提供至少足够的增压空气。即，存在操作条件，在该操作条件下，涡轮增压器性能有限。在这种操作条件下，ice的性能也受到限制。
4.为了增加涡轮增压器的有效操作范围，其可以设置有所谓的排气门。排气门形成涡轮增压器的涡轮的旁路。因此，可以通过打开和关闭排气门来控制通过涡轮的排气量，这允许涡轮增压器的压缩机在其操作范围内操作。例如，在较高发动机速度下，可以打开排气门以便控制涡轮增压器速度，即，经由排气门减少到涡轮的能量流动，并且因此，减少由压缩机产生的增压空气压力。
5.在wo 2010/058082和us 2004/0089278中已提出了控制提供给ice的增压空气压力的其他方式。
6.wo 2010/058082公开了一种控制活塞发动机的涡轮增压器速度的方法，在该方法中，发动机在预定负载以下或在预定负载下操作，并且燃烧空气用压缩机部件加压。根据wo 2008/000899，发动机可以以各种操作模式运行，该操作模式包括将增压空气从压缩机旁路到涡轮、利用所谓的失去运动机构推进或延迟阀的打开和关闭中的一种或多种。
7.us 2004/0089278公开了一种具有排气驱动的涡轮压缩机和具有每个汽缸带有至少两个排气阀和一个进气阀的分流的排气流的ice。第一排气阀连接到通向压缩机的涡轮的第一排气歧管，而第二排气阀连接到在涡轮的下游开口的第二排气歧管。发动机中的充气压力可以通过至少两个排气阀的开口周期相对于彼此变化来调节，以便使通过排气涡轮的流量适应于提供发动机中期望的充气压力的值。通过越来越早地打开第二排气阀，可以实现越来越低的充气压力。


技术实现要素：

8.实现涡轮增压器的压缩机的操作适应例如ice的不同操作条件将是有利的。特别
地，期望能够利用没有排气门的涡轮增压器灵活地适应压缩机的操作。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，根据一个方面，提供了一种具有独立权利要求中的一者中限定的特征的四冲程内燃发动机，并且根据另一个方面，提供了一种控制独立权利要求中的一者中限定的四冲程内燃发动机的排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时的方法。
9.根据一个方面，提供了一种四冲程内燃发动机，其包括至少一个气缸装置、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、涡轮增压器和控制系统。气缸装置包括燃烧室、气缸孔、被构造成在气缸孔中往复运动并且连接到曲轴的活塞、排气阀和进气阀。排气凸轮轴被构造成控制排气阀的打开和关闭，并且进气凸轮轴被构造成控制进气阀的打开和关闭。涡轮增压器包括压缩机和涡轮，该涡轮被布置在从排气阀延伸的排气流动路径中。排气凸轮轴的正时和进气凸轮轴的正时能够由控制系统控制。该控制系统被配置成：
[0010]-存储与涡轮增压器的压缩机有关的压缩机特性线图，
[0011]-将参考区域存储在压缩机特性线图内，
[0012]-确定下列中的至少两个参数：当前涡轮增压器转速、当前增压空气质量流量、以及当前增压空气压力或当前压缩机压力比中的一者，以及
[0013]
响应于所述至少两个参数指示压缩机的当前操作点在比当前操作点的压缩机压力比下的参考区域的最大增压空气质量流量更高的增压空气质量流量下处于参考区域之外，
[0014]-改变排气凸轮轴的正时以提前关闭排气阀，以及
[0015]-改变进气凸轮轴的正时以延迟打开进气阀。
[0016]
因为控制系统被配置成响应于至少两个参数指示压缩机的当前操作点在比当前操作点的压缩机压力比下的参考区域的最大增压空气质量流量更高的增压空气质量流量下处于参考区域之外而：改变排气凸轮轴的正时以提前关闭排气阀，以及改变进气凸轮轴的正时以延迟打开进气阀，所以不需要排气门来降低由涡轮增压器的压缩机提供的增压空气压力。因此，实现了在没有排气门的情况下使用涡轮增压器的压缩机操作的灵活适应。
[0017]
根据其他方面，提供了一种控制四冲程内燃发动机的排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时的方法，该四冲程内燃发动机包括至少一个气缸装置、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、涡轮增压器和控制系统。气缸装置包括燃烧室、气缸孔、被构造成在气缸孔中往复运动并且连接到曲轴的活塞、排气阀和进气阀。排气凸轮轴被构造成控制排气阀的打开和关闭，并且进气凸轮轴被构造成控制进气阀的打开和关闭。涡轮增压器包括压缩机和涡轮，该涡轮被布置在从排气阀延伸的排气流动路径中。控制系统被配置成存储与涡轮增压器的压缩机有关的压缩机特性线图，并且将参考区域存储在压缩机特性线图内。该方法包括以下步骤：
[0018]-确定下列中的至少两个参数：当前涡轮增压器转速、当前增压空气质量流量、以及当前增压空气压力或当前压缩机压力比中的一者，
[0019]-检测至少两个参数是否指示压缩机的当前操作点在比当前操作点的压缩机压力比下的参考区域的最大增压空气质量流量更高的增压空气质量流量下处于参考区域之外，并且响应于此执行以下步骤:
[0020]-改变排气凸轮轴的正时以提前关闭排气阀，以及
[0021]-改变进气凸轮轴的正时以延迟打开进气阀。
[0022]
因为该方法包括以下步骤：改变排气凸轮轴的正时以提前关闭排气门，以及改变
进气凸轮轴的正时以延迟打开进气门，响应于以下步骤：检测至少两个参数是否指示压缩机的当前操作点在比当前操作点的压缩机压力比下的参考区域的最大增压空气质量流量更高的增压空气质量流量下处于参考区域之外，所以不需要排气门来降低由涡轮增压器的压缩机提供的增压空气压力。因此，实现了在没有排气门的情况下使用涡轮增压器的压缩机操作的灵活适应。
[0023]
发明人已经意识到改变凸轮轴的正时以便提前关闭排气阀和延迟打开进气阀可以用于控制涡轮增压器的操作。凸轮轴的正时的这种改变减少从燃烧室到涡轮增压器的涡轮的排气流量。因此，对涡轮增压器的操作的控制可以用于例如防止涡轮增压器的压缩机的阻塞，和/或用于将压缩机的当前操作点朝向其中压缩机更有效地操作的操作点移动。
[0024]
四冲程内燃发动机ice可以是压燃式ice，诸如柴油发动机，替代地，ice可以是奥托发动机。在本文中，四冲程ice可选地简单地称为内燃发动机ice。
[0025]
如同在任何四冲程ice中一样，活塞在气缸装置的气缸孔中执行进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程。ice可以包括多于一个气缸装置，诸如四个、五个、六个或八个气缸装置。
[0026]
排气凸轮轴被配置成以公知方式控制排气阀的打开和关闭，其中排气凸轮轴的凸轮凸角控制排气阀。进气凸轮轴被配置成以公知方式控制进气阀的打开和关闭，其中进气凸轮轴的凸轮凸角控制进气阀。
[0027]
涡轮增压器的压缩机和涡轮经由公共轴连接。排气流动路径可以从排气阀经由涡轮延伸到用于排气的后处理系统。在气缸装置包括一个或多个其他排气阀的情况下，排气流动路径也从一个或多个其他排气阀经由涡轮延伸到排气后处理系统。进气流动路径经由压缩机延伸到进气阀。
[0028]
排气凸轮轴和进气凸轮轴的旋转与曲轴同步。然而，排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时可控意味着凸轮轴相对于曲轴的旋转位置是可变的。这也可以称为凸轮相位。在实践中，这意味着由相关凸轮轴控制的阀打开和关闭的曲轴角可以改变。可以以任何已知方式执行凸轮轴的正时的改变。例如，wo 2017/217908和us 8714123公开了用于改变凸轮轴的正时的合适正时控制装置。如上所述，排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时由控制系统控制，即控制系统被配置成改变凸轮轴相对于曲轴的旋转位置。
[0029]
应注意，当阀的正时改变时，排气阀和进气阀中的每一者的开口周期的长度保持相同。这与使用空转机构来改变阀的关闭和/或打开位置的现有技术系统相反，这因此也将影响相关阀保持打开的时间段的长度。
[0030]
凸轮轴的正时改变量可以是每个凸轮轴的一个固定的正时改变量。替代地，每个凸轮轴可以具有可变的正时改变量，从而提供至少两个不同的正时改变量以提供流过排气路径的不同的排气量。
[0031]
在本文中，当讨论凸轮轴的正时改变时，将参考曲轴角度，ca度。曲轴旋转一整圈是360ca度。曲轴角可以通过上止点点火tdcfire或上止点气体交换tdcge来测量。
[0032]
关于在tdcge时排气阀的关闭与进气阀的打开之间的关系，参考(普通的)重叠，即在其间排气阀和进气阀两者打开期间曲轴的旋转角。相反的可以被称为负重叠，即在tdcge时的旋转角，在此期间排气阀和进气阀两者都关闭。
[0033]
如果气缸装置包括一个或多个附加进气阀和/或排气阀，这些阀也必须以上面讨
论的方式打开和关闭，如果这些附加阀由第一凸轮轴和/或第二凸轮轴控制，那么将发生上述情况。因此，如果附加排气阀由附加凸轮轴控制，则任何附加凸轮轴的正时也将根据上述讨论而改变。
[0034]
压缩机特性线图是通常已知的图，其示出了特定类型的压缩机的操作范围，即在此情况下，ice的相关涡轮增压器的压缩机。例如，压缩机特性线图可以定义为坐标系中的场，该坐标系的坐标轴表示增压空气质量流量和压缩机压力比，即在压缩机之后和之前的增压空气压力之间的关系，p
out
:pin。
[0035]
术语参考区域涉及压缩机特性线图的区域。参考区域可以覆盖整个压缩机特性线图，或者其可以仅覆盖压缩机特性线图的一部分。参考区域甚至可以由压缩机特性线图内的一个点形成。参考区域可以表示压缩机特性线图内的压缩机的最佳操作范围或最佳操作点，诸如：
[0036]-比压缩机的当前操作点具有更好的ice燃料经济性的区域，
[0037]-与压缩机的当前操作点相比，具有较小的压缩机阻塞或喘振风险的区域
[0038]-与压缩机的当前操作点相比，具有当前ice操作条件下的排气温度较低的区域，和/或
[0039]-沿涡轮增压器的目标转速的区域。
[0040]
根据实施方案，控制系统可以被配置成响应于至少两个参数指示压缩机的当前操作点在比当前操作点的压缩机压力比下的参考区域的最小增压空气质量流量更低的增压空气质量流量下处于参考区域之外：改变排气凸轮轴的正时以延迟关闭排气阀，以及改变进气凸轮轴的正时以提前打开进气门。以此方式，凸轮轴的正时可以增加从燃烧室到涡轮增压器的涡轮的气流。即，增加或产生打开的排气阀与进气阀之间的重叠，从而允许气体从进气阀流到排气阀。因此，可以提供对涡轮增压器的操作的控制，例如，用于防止涡轮增压器的压缩机的喘振，和/或用于将压缩机的当前操作点朝向压缩机更有效操作的操作点移动。
[0041]
根据实施方案，排气流动路径可以整体延伸穿过涡轮。以此方式，来自气缸装置的所有排气都穿过涡轮。因此，涡轮形成从气缸装置通向涡轮下游的排气后处理设备的唯一流动路径部分，即没有通向排气后处理设备的平行流动路径。换句话说，来自气缸装置的排气没有另外的流动路径平行于排气流动路径延伸。
[0042]
根据实施方案，该控制系统可以被配置成：
[0043]-确定当前涡轮增压器转速和/或气缸装置的气缸压力，
[0044]
并且响应于所述当前涡轮增压器转速超过最大转速阈值和/或所述气缸压力超过最大气缸压力，
[0045]-改变排气凸轮轴的正时以提前关闭排气阀，以及
[0046]-改变进气凸轮轴的正时以延迟打开进气阀。以此方式，可以降低涡轮增压器转速和/或气缸装置的气缸压力，以便保护涡轮增压器和/或ice。因此，可以提供打开的排气阀和进气阀之间的负重叠，这继而减少流向涡轮的排气流量。此外，这还降低了增压空气压力和ice上的负载。
[0047]
根据实施方案，该控制系统可以被配置成：
[0048]-存储目标λ值或λ值范围，
[0049]-确定当前λ值，
[0050]
并且响应于所述当前λ值高于所述目标λ值或所述λ值范围，
[0051]-改变排气凸轮轴的正时以提前关闭排气阀，以及
[0052]-改变进气凸轮轴的正时以延迟打开进气阀。以这种方式，ice的λ值可以朝向目标λ值进行调整。即，通过减少打开的排气阀与进气阀之间的重叠，或通过产生负重叠，可以降低ice的λ值。
[0053]
根据实施方案，响应于当前λ值低于目标λ值或λ值范围，控制系统可以被配置成：
[0054]-改变排气凸轮轴的正时以延迟关闭排气阀，以及
[0055]-改变进气凸轮轴的正时以提前打开进气阀。以这种方式，ice的λ值可以朝向目标λ值进行调整。即，通过增加打开的排气阀和进气阀之间的重叠，或通过减少负重叠，可以增加ice的λ值。
[0056]
根据实施方案，使排气阀以提前ca度提前关闭的排气凸轮轴的正时的改变可以具有与使进气阀以延迟ca度延迟打开的进气凸轮轴的正时的改变相同的幅度，或者可以在最大 /-10ca度的范围内与之不同。以此方式，可以实现绕tdcge的基本上对称的凸轮轴相位。与仅提前关闭排气阀或仅延迟打开进气阀相比，绕tdcge的对称凸轮轴相位可以在提前关闭排气阀和延迟打开进气阀时改善ice的燃料消耗。
[0057]
根据其他方面，提供了一种车辆，其包括根据本文讨论的方面和/或实施方案中的任一者的四冲程内燃发动机。
[0058]
车辆可以是重载车辆，诸如卡车、公共汽车、工程车辆、皮卡、货车或其他类似的机动载人或无人驾驶车辆，其设计用于陆上或越野的陆基推进。
[0059]
根据其他方面，提供了一种包括指令的计算机程序，该指令在程序由计算机执行时使计算机执行根据本文所讨论的方面和/或实施方案中的任何一者的方法。
[0060]
根据其他方面，提供了一种包括指令的计算机可读存储介质，该指令在由计算机执行时使计算机执行根据本文讨论的方面和/或实施方案中的任一者的方法。
[0061]
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。
附图说明
[0062]
本发明的各个方面和/或实施方案，包括其特定特征和优点，将从以下详细描述和附图中讨论的示例性实施方案中容易地理解，其中：
[0063]
图1示出了被构造成用于陆基推进的车辆的实施方案，
[0064]
图2示意性地示出了ice的实施方案，
[0065]
图3示出了控制系统，
[0066]
图4a至图4d示出了压缩机特性线图，
[0067]
图5示出了ice操作的图，
[0068]
图6示出了控制四冲程ice的排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时的方法的实施方案，并且
[0069]
图7示出了计算机可读存储介质的实施方案。
具体实施方式
[0070]
现在将更全面地描述本发明的方面和/或实施方案。相同的数字始终指代相同的元件。为了简洁和/或清楚起见，不必详细描述众所周知的功能或构造。
[0071]
图1示出了被构造成用于陆基推进的车辆2的实施方案。车辆2包括根据本文所讨论的方面和/或实施方案的四冲程内燃发动机ice 4，例如下面参考图2所讨论的ice。
[0072]
在这些实施方案中，车辆2是呈卡车形式的重载车辆。然而，本发明不限于车辆的特定类型。
[0073]
图2示意性地示出了ice 4的实施方案。ice 4可以被构造成形成车辆(诸如，图1所示的车辆2)的动力系统的一部分。
[0074]
ice 4是四冲程直喷式内燃发动机，诸如压燃式ice 4，例如柴油发动机。ice 4包括至少一个气缸装置6、曲轴8、排气凸轮轴10、进气凸轮轴12和涡轮增压器14。
[0075]
气缸装置6包括燃烧室16、燃料喷射器18、排气阀20、进气阀22、气缸孔24和被构造成在气缸孔24中往复运动的活塞26。活塞26经由连杆27连接到曲轴8。排气阀20的运动由排气凸轮轴10控制，即，排气凸轮轴10被构造成控制排气阀20的打开和关闭。进气阀22的运动由进气凸轮轴12控制，即，进气凸轮轴12被构造成控制进气阀22的打开和关闭。
[0076]
进气阀22被构造成用于将增压空气进入燃烧室16，并且排气阀20被构造成用于将排气从燃烧室16排出。排气凸轮轴10的正时被构造成由如双箭头所示的正时控制装置30控制。类似地，进气凸轮轴12的正时被构造成由如双箭头所示的正时控制装置32控制。
[0077]
以已知方式，活塞26被布置成在气缸孔24中往复运动。活塞26在气缸孔24中执行四冲程，对应于进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程，也参见图5。在图2中，活塞26在其下止点bdc处用实线示出，而在其上止点tdc处用虚线示出。燃烧室16形成在气缸孔24内部的活塞26上方。
[0078]
以已知方式，进气阀22包括进气阀头，该进气阀头被构造成密封抵靠绕进气开口34延伸的进气阀座。用于给增压空气的入口导管36从涡轮增压器14通向进气开口34。排气阀20包括排气阀头，该排气阀头构被造成密封抵靠绕排气开口38延伸的排气阀座。排气导管39从排气开口38通向涡轮增压器14。
[0079]
以已知方式，凸轮轴10、12以曲轴8转速的一半旋转，并经由布置在凸轮轴10、12上的凸轮凸角40、42控制排气阀20和进气阀22的运动。排气凸轮轴10被布置成用于控制排气阀20的运动和排气开口38的打开和关闭。排气凸轮轴10包括凸轮凸角40。例如，通过邻接抵靠凸轮凸角40，排气阀20将遵循凸轮凸角40的轮廓。排气阀20可以例如借助于未示出的弹簧向其关闭位置偏压。进气阀22的运动由进气凸轮轴12及其凸轮凸角42以对应方式控制，用于打开和关闭进气开口34。
[0080]
气缸装置6具有在bdc与tdc之间的气缸孔24中的总排量vs。根据一些实施方案，气缸装置6可以具有在0.3至4升范围内的总排量vs。仅作为实例提及，在较低的vs范围内，气缸装置6可以形成用于客车的内燃发动机的一部分，而在中等和较高的vs范围内，气缸装置4可以形成用于诸如卡车、公共汽车或工程车辆的重载车辆的内燃发动机的一部分。
[0081]
ice 4包括控制系统46。控制系统46被构造成至少控制排气凸轮轴10的正时和进气凸轮轴12的正时。因此，正时控制装置30、32可以由控制系统46控制。
[0082]
涡轮增压器14包括压缩机50和涡轮52。涡轮增压器14的压缩机50和涡轮52经由公
共轴54连接。
[0083]
涡轮52被布置在从排气阀20和排气开口38延伸的排气流动路径56中。排气流动路径56可以延伸到被构造成用于后处理排气的后处理系统58。从排气开口38通向涡轮增压器14的涡轮52的排气导管39形成排气流动路径56的一部分。
[0084]
如在这些实施方案中所示，排气流动路径56整体延伸穿过涡轮52。因此，来自气缸装置6的所有排气都穿过涡轮52。
[0085]
进气流动路径60经由压缩机50延伸到进气阀22和进气开口34。在图2中，进气流动路径60用虚线表示。为了清楚起见，未整体示出进气流动路径60。从涡轮增压器14的压缩机50通向进气开口34的入口导管36形成增压空气流动路径60的一部分。
[0086]
图3示出了结合本发明的不同方面和/或实施方案使用的控制系统46。特别地，控制系统46被构造成用于控制结合图1、图2、图4和图5所论述的ice 4的凸轮轴10、12的正时。控制系统46也在图2中示出。
[0087]
控制系统46包括至少一个计算单元62，其可以采用基本上任何合适类型的处理器电路或微计算机的形式，例如用于数字信号处理的电路(数字信号处理器，dsp)、中央处理单元(cpu)、处理单元、处理电路、处理器、专用集成电路(asic)、微处理器或可以解释和执行指令的其他处理逻辑。本文使用的表述“计算单元”可以表示包括多个处理电路的处理电路，例如上述处理电路中的任何一个、一些或全部。
[0088]
控制系统46包括存储器单元64。计算单元62连接到存储器单元64，该存储器单元向计算单元62提供例如存储的程序代码、数据表和/或其他存储数据，计算单元62需要这些数据以使其能够进行计算并控制ice。计算单元62还适于将计算的部分或最终结果存储在存储器单元64中。存储器单元64可以包括用于在临时或永久基础上存储数据或程序(即指令序列)的物理装置。根据一些实施方案，存储器单元64可以包括包含基于硅的晶体管的集成电路。存储器单元64可以在不同实施方案中包括例如存储卡、闪存、usb存储器、硬盘，或用于存储数据的其他类似的易失性或非易失性存储单元，诸如只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom(eeprom)等。
[0089]
控制系统46还设置有用于接收和/或发送输入和输出信号的相应装置70、72、73、74、76、66、68。这些输入和输出信号可以包括波形、脉冲或其他属性，其可以被信号接收装置检测为信息，并且可以转换为可由计算单元62处理的信号。输入信号从输入接收装置70、72、73、74、76供应到计算单元62。输出信号发送装置66、68布置成将来自计算单元62的计算结果转换成输出信号以传送到控制系统46的其他部分的信号接收装置。与用于接收和发送输入和输出信号的相应装置的每个连接可以采用电缆、数据总线(例如控制器局域网(can)总线)、面向媒体的系统传输(most)总线或一些其他总线配置或无线连接中的一种或多种的形式。在所描绘的实施方案中，仅示出了一个计算单元62和存储器64，但是控制系统46可以替代地包括多于一个计算单元和/或存储器。
[0090]
作为实例提及，输出信号发送装置66、68可以向排气凸轮轴10和进气凸轮轴12的正时控制装置30、32发送控制信号。输入信号接收装置70、72、73、74、76可以从ice 4接收信号，诸如从涡轮增压器转速传感器78、增压空气质量流量传感器80、增压空气压力传感器81、发动机转速传感器82和增压空气温度传感器84接收信号。
[0091]
例如，数据表的实例可以是含有气压、密度和温度之间的关系的表，示出涡轮增压
器转速和压缩机压力比之间的关系的表，以及含有燃料喷射量的表。适当地，提供包含进气凸轮轴和排气凸轮轴相对于发动机负载、发动机转速以及环境空气压力和/或密度的初始正时设置的至少一个数据表，即，在各种ice操作条件期间提供进气凸轮轴和排气凸轮轴的正时设置的一个或多个表。数据表的另一实例是与涡轮增压器的压缩机有关的压缩机特性线图。结合压缩机特性线图，表示压缩机特性线图内的一个或多个参考区域的一个或多个数据表可以存储在存储器64中。数据的实例可以是测量的、监测的和/或计算的数据。控制系统46连接到各种传感器和致动器，以便接收输入并提供输出以执行本文所讨论的方法的各个方面和实施方案。上文例示了各种传感器中的一些。致动器的实例可以是被配置成用于改变凸轮轴10、12的正时且形成正时控制装置30、32的一部分的致动器。
[0092]
根据一些实施方案，控制系统46可以包括其他传感器，诸如环境空气压力传感器、环境空气温度传感器和测量涡轮50的进气和出口之间的压力差的压差传感器中的一个或多个。在后一种情况下，增压空气压力传感器81可以形成此类压差传感器的一部分。
[0093]
控制系统46被配置成执行根据本文所论述的方面和/或实施方案中的任一者的方法100，例如见下文参考图6。
[0094]
在下面参考图2和图4d。
[0095]
控制系统46被配置成：
[0096]-存储与涡轮增压器14的压缩机50有关的压缩机特性线图。图4a示出了压缩机特性线图86的实例。压缩机特性线图86将压缩机50的操作区域定义为坐标系中的场，该场的坐标轴表示增压空气质量流量m’和压缩机压力比p
out
:p
in
。涡轮增压器14的转速由压缩机特性线图86中的弯曲线表示。在图4a中，已经用标记为“rpm”的虚线指示了两种不同的转速。
[0097]-将参考区域88存储在压缩机特性线图86内。参考区域88涉及压缩机特性线图86内的区域或点。
[0098]-确定下列中的至少两个参数：当前涡轮增压器转速、当前增压空气质量流量、以及当前增压空气压力或当前压缩机压力比中的一者。直接或间接利用至少两个参数，可以确定压缩机50的当前操作点90。例如，根据当前涡轮增压器转速和当前压缩机压力比，可以在压缩机特性线图86中确定当前操作点90。替代地，当前涡轮增压器转速或当前压缩机压比与例如由增压空气质量流量传感器80测量的当前增压空气质量流量一起可以提供压缩机特性线图86中的操作点90。替代地，增压空气质量流量可以根据诸如发动机转速、总排量vs、增压空气温度、增压空气压力和容积效率等当前发动机操作数据计算流量(后者可以针对排气凸轮轴和/或进气凸轮轴的当前正时设置进行校正)。当前增压空气压力和当前压缩机压力比是待确定的替代参数。当前增压空气压力可以提供当前压缩机压力比的近似值，同时知道环境空气压力和进气系统中导致涡轮50进气的压降。压缩机压力比的近似值或以其他方式确定的压缩机压力比可以与当前涡轮增压器转速或当前增压空气质量流量中的一者组合，以确定压缩机特性线图86中的操作点90。
[0099]-因此，控制系统46可以被配置成基于至少两个参数来确定压缩机50的当前操作点90是否在比当前操作点90的压缩机压比下的参考区域88的最大增压空气质量流量更高的增压空气质量流量m’op
下处于参考区域88之外。
[0100]
控制系统46还被配置成响应于至少两个参数指示压缩机50的当前操作点90在比当前操作点90的压缩机压比下的参考区域88的最大增压空气质量流量更高的增压空气质
量流量下处于参考区域88之外：
[0101]-改变排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20。
[0102]-改变进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22。因此，打开的排气阀20与进气阀22之间的重叠减小，或产生或增加负重叠。
[0103]
更具体地，参考图4a，压缩机50的当前操作点90位于比参考区域88在当前操作点90的压缩机压力比p
op
:p下的最大增压空气质量流量m’max
更高的增压空气质量流量m’op
。通过如上所述改变凸轮轴10、12的正时，将压缩机50的操作点朝向参考区域88移动和/或移动到该参考区域中，如箭头92所示。例如，参考区域88可以表示压缩机50的最佳操作范围。因此，通过改变凸轮轴10、12的正时，压缩机50将在压缩机特性线图86的比先前当前操作点90更优化的部分中操作。因此，实现对压缩机50的操作的灵活适应。
[0104]
根据实施方案，控制系统46可以包括增压空气压力传感器81，并且至少两个参数中的一者可以是当前增压空气压力或当前压缩机压力比。以此方式，可以利用增压空气压力传感器81来确定当前增压空气压力或当前压缩机压力比。当前压缩机压力比可以直接用于确定压缩机50的当前操作点90。如上文所论述，当前增压空气压力可以用于计算和/或用于确定当前压缩机压力比的近似值，然后其又可以用于确定压缩机50的当前操作点90。在后一种情况下，控制系统46可以利用关于环境空气压力的信息以便计算压缩机压力比。
[0105]
根据实施方案，控制系统46可以包括涡轮增压器转速传感器78、增压空气质量流量传感器80、发动机转速传感器82和增压空气温度传感器84中的至少两个。以此方式，这些传感器78、80、82、84中的一个或多个可以用于确定如上文关于当前涡轮增压器转速、当前增压空气质量流量、当前增压空气压力和当前压缩机压力比所论述的压缩机50的操作点90的当前增压空气质量流量。
[0106]
作为涡轮增压器14的转速传感器78的替代方案，涡轮特性图可以用于确定涡轮增压器14的转速。涡轮特性图可以示出涡轮压力比和通过涡轮的质量流量。通过确定涡轮增压器14的涡轮52的入口侧与出口侧之间的压力差和通过涡轮的质量流量，可以确定涡轮特性图内的点且因此确定涡轮增压器14的转速。
[0107]
根据实施方案，控制系统46可以被配置成：
[0108]-参考图4b，基于至少两个参数来确定压缩机50的当前操作点91是否在比当前操作点91的压缩机压比下的参考区域88的最小增压空气质量流量更低的增压空气质量流量m’op
下处于参考区域88之外。
[0109]
控制系统46还被配置成响应于至少两个参数指示压缩机50的当前操作点91在比当前操作点91的压缩机压比下的参考区域88的最小增压空气质量流量更底的增压空气质量流量下处于参考区域88之外：
[0110]-改变排气凸轮轴10的正时以延迟关闭排气阀20。
[0111]-改变进气凸轮轴12的正时以提前打开进气阀22。
[0112]
因此，打开的排气阀20与进气阀22之间的重叠增加。
[0113]
更具体地，参考图4b，压缩机50的当前操作点91位于比参考区域88在当前操作点91的压缩机压力比p
op
:p下的最小增压空气质量流量m’min
更低的增压空气质量流量m’op
。通过如上所述改变凸轮轴10、12的正时，将压缩机50的操作点朝向参考区域88移动和/或移动到该参考区域中，如箭头93所示。例如，参考区域88可以表示压缩机50的最佳操作范围。因
此，通过改变凸轮轴10、12的正时，压缩机50将在压缩机特性线图86的比先前当前操作点91更优化的部分中操作。因此，实现对压缩机50的操作的灵活适应。
[0114]
根据实施方案，控制系统46还可以被配置成：
[0115]-确定当前涡轮增压器转速和/或气缸装置6的气缸压力。
[0116]
响应于当前涡轮增压器转速超过最大转速阈值和/或气缸压力超过最大气缸压力，控制系统46可以被配置成：
[0117]-改变排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20。
[0118]-改变进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22。
[0119]
由于打开的排气阀10和进气阀12之间的正时改变而引起的负重叠可以减少到涡轮52的排气流动，并且因此降低涡轮增压器14的转速。因此，可以降低涡轮增压器转速和/或气缸装置6的气缸压力，以便保护ice 4免于过载。
[0120]
在此上下文中，可以利用涡轮增压器转速传感器78来确定涡轮增压器14的转速。替代地，在了解当前增压空气质量流量和当前压缩机压力比的情况下，可以根据压缩机特性线图86确定涡轮增压器转速。
[0121]
特别地，这些实施方案可以用于ice 4的实施方案中，其中ice包括减压制动器94，参见图2。以此方式，可以降低涡轮增压器转速和/或气缸装置6的气缸压力，以便保护ice 4在压缩制动期间免于过载。因此，压缩制动94(也被称为压缩释放发动机制动)是众所周知的用于从燃烧室16释放压缩气体以使车辆减速的装置。
[0122]
根据实施方案，控制系统46可以被配置成：
[0123]-存储ice 4的目标λ值或λ值范围。
[0124]-确定ice 4的当前λ值。
[0125]
响应于当前λ值高于目标λ值或λ值范围，控制系统46可以被配置成：
[0126]-改变排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20。
[0127]-改变进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22。
[0128]
因此，打开的排气阀10与进气阀12之间的重叠减小，或产生负重叠。
[0129]
根据实施方案，响应于当前λ值低于目标λ值或λ值范围，控制系统46可以被配置成：
[0130]-改变排气凸轮轴10的正时以延迟关闭排气阀20。
[0131]-改变进气凸轮轴12的正时以提前打开进气阀22。
[0132]
因此，打开的排气阀20与进气阀22之间的重叠增加。
[0133]
图4c参考涡轮特性图86示出了如何利用上文所讨论的凸轮轴10、12的正时的改变来调整ice 4的当前λ值。
[0134]
如已知的，ice的λa(即，空燃当量比)是实际/当前空燃当量比与化学计量空燃比的比。
[0135]
ice 4在目标λ值或在目标λ值范围内操作。如果环境空气条件不同于设置ice 4的条件，则当前λ值将不同于目标λ值或目标λ值范围。在图4c所示的实例中，目标λ值为2.0。然而，如果环境空气压力高和/或环境空气温度低，则当前λ值可以是例如2.2。因此，通过减少打开的排气阀10与进气阀12之间的重叠，或通过产生负重叠，可以通过减少通过气缸装置6的气流而再次达到ice 4的λ值2.0。图4c中以虚线箭头示出这种λ值变化序列。相反地，如果
环境空气压力低和/或环境空气温度高，则当前λ值可以是例如1.8。因此，通过增加打开的排气阀10与进气阀12之间的重叠，可以通过增加通过气缸装置6的气流而再次达到ice 4的λ值2.0。图4c中以虚线箭头示出这种λ值变化序列。
[0136]
在图4a至图4d中使用压缩机特性线图86，以便示出ice 4的控制系统46和方法100的不同方面，参见图6。如上所述，压缩机特性线图86将涡轮增压器14的压缩机50的操作区域定义为坐标系中的场，该场的坐标轴表示增压空气质量流量m’和压缩机压力比p
out
:p
in
。涡轮增压器转速由压缩机特性线图86中的弯曲线表示。
[0137]
图4a示出了当压缩机50的当前操作点90位于高增压空气质量流量m’op
处时凸轮轴10、12的正时改变以减少重叠或产生负重叠。图4b示出了当压缩机50的当前操作点91位于低增压空气质量流流m’op
处时凸轮轴10、12的正时改变以增加重叠。图4c示出了通过改变凸轮轴10、12的正时将ice 4的当前λ值朝向目标λ值进行调整。
[0138]
在图4d中，示出了类似于图4a和图4b的两个实例。这两个实例涉及在涡轮50阻塞或喘振的情况下改变凸轮轴10、12的正时。在这些实例中，参考区域88对应于压缩机特性线图86。当当前操作点90在高增压空气质量流量下位于参考区域88之外时，即当涡轮50阻塞时。如结合图4a所论述，通过改变排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20，并且改变进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22，操作点90移动回到涡轮50的操作范围中，即操作点90移动到参考区域88和压缩机特性线图86中。当当前操作点91在低增压空气质量流量下位于参考区域88之外时，即当涡轮50喘振时。如结合图4b所论述，通过改变排气凸轮轴10的正时以延迟关闭排气阀20，并且改变进气凸轮轴12的正时以提前打开进气阀22，操作点91移动回到涡轮50的操作范围中，即操作点91移动到参考区域88和压缩机特性线图86中。
[0139]
图5示出了图2的ice 4及其根据上文关于图3至图4d的论述的控制示意图。图5示出了在ice 4的操作期间活塞26的四冲程以及排气阀20(实现)和进气阀22(虚线)的运动。当执行活塞26的四冲程时，ice 4的曲轴8旋转720
°
。对于每个冲程，曲轴8旋转如图5所示的180度ca。
[0140]
沿着线i，示出在ice 4的正常操作期间排气阀20和进气阀22的打开和关闭。排气阀20与进气阀22之间存在重叠，即排气阀20和进气阀22两者在曲轴8的旋转角β上打开。
[0141]
沿着线ii，示出根据本发明的一些实施方案的在改变排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20和改变进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22的情况下的排气阀20和进气阀22的打开和关闭。在排气阀20与进气阀22之间提供负重叠，即排气阀20和进气阀22两者在曲轴8的旋转角α上关闭。
[0142]
在活塞26的排气冲程与活塞26的进气冲程之间的过渡中，曲轴8的旋转的旋转角α可以至少为5度。即，负重叠可以是至少5度ca。根据一些实施方案，在活塞的排气冲程与活塞的进气冲程之间的过渡中，曲轴的旋转角α在5-160度ca的范围内。即，负重叠可以在5-160度ca的范围内。
[0143]
沿着线iii，示出根据本发明的一些实施方案的在改变排气凸轮轴10的正时以延迟关闭排气阀20和改变进气凸轮轴12的正时以提前打开进气阀22的情况下的排气阀20和进气阀22的打开和关闭。在排气阀20与进气阀22之间提供增加的重叠，即排气阀20和进气阀22两者在曲轴8的比ice 4的正常操作期间更大的旋转角y上打开。
[0144]
在每种情况下，即沿着线i、ii和iii，排气阀20和进气阀22中的每一者的开口周期
的长度保持相同。即，排气凸轮轴10和进气凸轮轴12的正时的改变不影响排气阀20和进气阀22保持打开以度ca为单位的长度。换句话说，排气阀20和进气阀22的阀打开时间在凸轮轴10、12的正时改变之前和之后具有恒定持续时间。
[0145]
此外，排气阀20和进气阀22的正时的改变绕tdcge基本上对称。即，正时的改变的度ca的绝对值对于排气阀20与对于进气阀22基本上相同。
[0146]
换句话说，使排气阀20以提前ca度提前关闭的排气凸轮轴10的正时的改变可以具有与使进气阀22以延迟ca度延迟打开的进气凸轮轴12的正时的改变相同的幅度。替代地，使排气阀20以提前ca度提前关闭的排气凸轮轴10的正时的改变可以具有与使进气阀22以延迟ca度延迟打开的进气凸轮轴12的正时的改变在最大 /-10ca度的范围内不同的幅度。类似地，使排气阀20以延迟ca度延迟关闭的排气凸轮轴10的正时的改变可以具有与使进气阀22以提前ca度提前打开进气凸轮轴12的正时的改变相同的幅度。替代地，使排气阀20以延迟ca度延迟关闭的排气凸轮轴10的正时的改变可以具有与使进气阀22以提前ca度提前打开的进气凸轮轴12的正时的改变在最大 /-10ca度的范围内不同的幅度。
[0147]
根据一些实施方案，凸轮轴10、12中的每一者的正时的改变可以在度ca范围内变化。因此，可以微调涡轮增压器14的压缩机50的操作点朝向参考区域88和/或朝向目标λ值的过渡。
[0148]
图6示出了控制四冲程ice的排气凸轮轴和进气凸轮轴的正时的方法100的实施方案。ice可以是ice 4，其包括如上面结合图1至图5所讨论的控制系统46。因此，在下面也参考图1至图5。
[0149]
方法100包括以下步骤：
[0150]-确定102下列中的至少两个参数：当前涡轮增压器转速、当前增压空气质量流量、以及当前增压空气压力或当前压缩机压力比中的一者，
[0151]-检测104至少两个参数是否指示压缩机50的当前操作点90在比当前操作点90的压缩机压比下的参考区域88的最大增压空气质量流量更高的增压空气质量流量下处于参考区域88之外，并且响应于此执行以下步骤：
[0152]-改变106排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20，以及
[0153]-改变108进气凸轮轴24的正时以延迟打开进气阀22。
[0154]
如上所述，以此方式，打开的排气阀10与进气阀12之间的重叠减小或产生负重叠，并且操作点90朝向参考区域88移动或移动到该参考区域中。
[0155]
根据一些实施方案，方法100可以包括以下步骤：
[0156]-检测110至少两个参数是否指示压缩机50的当前操作点91比在当前操作点91的压缩机压比下的参考区域的最小增压空气质量流量更低的增压空气质量流量下处于参考区域88之外，并且响应于此执行以下步骤：
[0157]-改变112排气凸轮轴10的正时以延迟关闭排气阀20，以及
[0158]-改变114进气凸轮轴12的正时以提前打开进气阀22。如上文所论述，以此方式，打开的排气阀20与进气阀22之间的重叠增加，并且操作点91朝向参考区域88移动或移动到该参考区域中。
[0159]
根据实施方案，该方法100可以包括以下步骤：
[0160]-确定116当前涡轮增压器转速和/或气缸装置6的气缸压力，
[0161]-确定118当前涡轮增压器转速是否超过最大转速阈值和/或气缸压力是否超过最大气缸压力，并且响应于此执行以下步骤：
[0162]-改变106排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20，以及
[0163]-改变108进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22。如上文所论述，以此方式，可以防止涡轮增压器14和/或ice 4免于过载。
[0164]
根据实施方案，该方法100可以包括以下步骤：
[0165]-确定120当前λ值，
[0166]-确定122当前λ值是否高于目标λ值或λ值范围，并且响应于此执行以下步骤：
[0167]-改变106排气凸轮轴10的正时以提前关闭排气阀20，以及
[0168]-改变108进气凸轮轴12的正时以延迟打开进气阀22。
[0169]
如上文所论述，以此方式，可以减小λ值。
[0170]
根据实施方案，该方法100可以包括以下步骤：
[0171]-确定124当前λ值是否低于目标λ值或λ值范围，并且响应于此：
[0172]-改变112排气凸轮轴10的正时以延迟关闭排气阀20，以及
[0173]-改变114进气凸轮轴12的正时以提前打开进气阀22。如上文所论述，以此方式，可以增加λ值。
[0174]
根据其他方面，提供了一种包括指令的计算机程序，该指令在程序由计算机执行时使计算机执行根据本文所讨论的方面和/或实施方案中的任何一者的方法100。
[0175]
本领域技术人员将了解，控制四冲程ice 4的排气凸轮轴10和进气凸轮轴12的正时的方法100可以通过编程指令来实施。这些编程指令通常由计算机程序构成，当其在计算机或计算单元62中执行时，其确保计算机或计算单元62执行期望的控制，诸如根据本发明的方法步骤102-124。计算机程序通常是计算机可读存储介质的一部分，该存储介质包括存储计算机程序的适当数字存储介质。
[0176]
图7示出了包括指令的计算机可读存储媒体99的实施方案，该指令在由计算机或计算单元62执行时使计算机或计算单元62执行根据本文所论述的方面和/或实施方案中的任一者的方法100的步骤。
[0177]
计算机可读存储介质99可以例如以数据载体的形式提供，该数据载体携带用于在加载到一个或多个计算单元62中时执行根据一些实施方案的步骤102-124中的至少一些的计算机程序代码。数据载体可以是例如只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除prom(eprom)、闪存、电可擦除prom(eeprom)、硬盘、cd rom光盘、记忆棒、光存储装置、磁存储装置或任何其他适当介质，例如可以以非瞬时方式保存机器可读数据的光盘或磁带。计算机可读存储介质还可以作为计算机程序代码提供在服务器上，并且可以远程地(例如，通过互联网或内联网连接，或者经由其他有线或无线通信系统)下载到计算单元62。
[0178]
图7中所示的计算机可读存储介质99是呈usb记忆棒形式的非限制性实例。
[0179]
应当理解，前述是对各种示例性实施方案的说明，并且本发明仅由所附权利要求限定。本领域技术人员将认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施方案进行修改，并且可以组合示例性实施方案的不同特征以产生除本文中描述的实施方案之外的实施方案。