用于控制内燃发动机的发动机制动的方法与流程

1.本发明涉及一种用于控制内燃发动机的发动机制动的方法。特别地，本发明涉及降低来自这种发动机制动的噪音。
2.本发明通常可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆。


背景技术：

3.诸如卡车和公共汽车之类的重型车辆通常被布置成使得其发动机可以设定在发动机制动模式下，在该发动机制动模式下，发动机用于减慢车辆的速度。已经提出了各种布置并控制进气门和排气门以实现此效果的方式。在发动机气缸中实现这种发动机制动的有效方法包括以下步骤：i)中断对气缸的燃料供应，ii)限制通过与气缸连接的排气导管的气体流量，从而在该排气导管中产生背压，以及iii)在压缩-释放模式下控制进气门和排气门，在该压缩-释放模式中，这些气门被控制，以在活塞朝着上止点位置(tdc)移动时压缩气缸燃烧室中的气体并在活塞接近tdc时将已压缩的气体释放到排气导管中。这减慢了活塞的线性运动，从而减慢了与活塞连接的曲轴的旋转速度，这进而减慢了车辆的速度。
4.us5146890和wo2017/129262中公开了用于上述类型的发动机制动的布置和方法的示例。
5.这些气门的上述压缩-释放模式的不利影响是：当已压缩的气体作为排气系统中的压力峰值被释放时，通常会产生很大的噪音脉冲。此噪音可能非常大，由于某些地区的噪音管制要求，以至于可能不允许这种有效的发动机制动。因此，需要一种产生较少噪音的有效发动机制动方法和布置。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提供一种用于控制内燃发动机的发动机制动的方法，该方法使得能够实现有效的制动，但产生的噪音比现有方法少。该目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。本发明的其它方面例如涉及被配置成根据所述方法运行的内燃发动机。
7.本发明涉及一种用于控制内燃发动机的发动机制动的方法，其中，该内燃发动机包括：至少第一气缸，该第一气缸设置有进气门和排气门，该进气门和排气门分别用于控制所述气缸中的燃烧室与进气导管及排气导管之间的连通；活塞，该活塞被构造成在所述第一气缸内以往复方式在靠近所述进气门和排气门的上止点位置(tdc)与远离所述气门的下止点位置(bdc)之间移动；以及气门致动装置，该气门致动装置被构造成控制所述进气门和排气门的打开和关闭，其中，该方法包括将内燃发动机设定在发动机制动模式下的步骤，该步骤包括在压缩-释放模式下控制所述进气门和排气门，该压缩-释放模式包括：控制这些气门以在活塞朝着tdc移动时压缩燃烧室中的气体并在活塞接近tdc时将已压缩的气体释放到排气导管中。
8.该方法进一步包括以下步骤：在压缩-释放模式下控制所述进气门和排气门的步
骤之前，通过在质量流量减小模式下控制所述进气门和排气门来减小通过内燃发动机的气体的总质量流量，这包括：对于第一气缸的进气门和排气门中的至少一个，减小气门升程和/或调节气门打开或关闭的正时，以便与标称质量流量相比减小通过第一气缸的气体的质量流量。
9.在本发明的实施例中，所述内燃发动机可以包括用于将燃料供应到第一气缸的燃料供应系统和/或布置在排气导管中的可调限流构件，其中，该可调限流构件构造成被控制以限制通过排气导管的气体流量，从而允许在发动机制动期间建立背压。在这样的实施例中，将内燃发动机设定在发动机制动模式下的步骤可以包括中断对第一气缸的燃料供应的步骤和/或使用可调限流构件来限制通过排气导管的气体流量的步骤。在发动机制动期间中断燃料供应是避免浪费燃料的正常措施(但可以在发动机制动期间供应燃料)。限制排气流量以建立背压通常是为了提高制动效率而进行的(但这不是必需的)。
10.在全质量流量的气体通过发动机的情况下，当已压缩的气体被释放到排气导管时产生的压力脉冲可能会由于共振和耦合振荡等而产生相当大的噪音，该共振和耦合振荡等是因为从正常发动机运行模式到发动机制动模式的突然转变而产生的。通过控制这些气门以让较少的气体/空气流通过第一气缸并因此在应用压缩制动之前减小通过发动机的气体的质量流量，从运行模式到制动模式的转变将不会那么突然，并且能够减小压力脉冲的功率，从而显著降低噪音。发动机当然可以设置有数个气缸，如果是这样，减小的气门升程和/或所调节的气门打开或关闭正时就可以应用于发动机的数个气缸。对于数个气缸，也可以使用一种变型例：其中，进气门和排气门中的至少一个在一个或一些气缸上保持完全关闭，即，将气门升程减小到零和/或调节其正时，使得该气门根本打不开。
11.有多种方式来控制这些气门以减小通过第一气缸以及通过整个发动机的质量流量，特别是对于设置有全可变气门致动装置的无凸轮发动机来说。此外，可以以不同的方式控制不同的气缸，并且，减小的气门升程(即，一个或两个气门被提升/打开到比发动机的正常运行期间小的程度)可以与所调节的气门打开或关闭正时相结合。如何调节气门打开和关闭正时以减小质量流量取决于这些气门在发动机的正常运行期间是如何被控制的。例如，如果进气门通常在活塞到达其bdc之前关闭，那么，如果进气门关闭得稍早，则质量流量将减小。在另一个示例中，进气门通常可以在活塞已经经过了其bdc之后关闭(例如在延迟米勒型正时的情况下)，并且在这种情况下，如果进气门关闭得稍晚(或者在活塞到达bdc之前(有充分的裕量)关闭得明显更早)，则质量流量将减小。此外，可以在每第二个活塞冲程(二冲程)或每第四个活塞冲程(四冲程)执行质量流量减小期间的特定气门控制序列。而且，可以调节打开进气门的时间点以及排气门的打开和关闭正时。调节后的正时的一种形式是根本不打开该气门，因此，这变得与气门升程为零是相同的。
12.当总质量流量已经减小到针对特定应用和情形的足够水平时，可以执行控制进气门和排气门以产生所述压缩释放发动机中断的步骤，并且优选还可以执行使用可调限流构件来限制通过排气导管的气流的步骤，因此进入发动机制动模式。这两个步骤可以同时执行，并且，为了实现模式的平稳过渡，优选连续地/逐步地建立排气导管中的背压并且连续地/逐步地切换到气门正时和/或气门升程以用于发动机制动模式。可以在总质量流量已经减小到足够水平之前，至少在流量限制在开始时适度的情况下，开始限制通过排气导管的气流的步骤。
[0013]“与标称质量流量相比减小通过第一气缸的气体的质量流量”意味着：它与在没有气门升程的所述减小和/或气门打开或关闭正时的所述调节的情况下将得到的质量流量相比被减小了。因此，这意味着，与在没有对进气门和/或排气门的这种特定控制的情况下将发动机设定在发动机制动模式下时的情况相比，质量流量被减小了。与将发动机设定在此模式下之前相比，无论对这些气门进行任何特定控制，当激活制动模式时，气体质量流量可能会变得更低，这是因为释放加速踏板或类似物也可能导致质量流量的至少一些减小。然而，就噪音产生而言，这种由踏板引起的质量流量的“自动”减小通常是不够的，而且本发明的特定气门控制引起了通过发动机的气体的质量流量的额外减小。
[0014]
如上所述，用于减小质量流量的对进气门和/或排气门的特定控制可以在二冲程或四冲程模式(即，在连接到活塞的曲轴的每一圈回转间或在曲轴的每第二圈回转期间)下执行。然而，至少对于设置有全可变气门致动装置的无凸轮发动机而言，与常规二冲程或四冲程序列的偏差是可能的。在压缩-释放模式下对进气门和排气门的控制也可以在二冲程或四冲程模式下进行。
[0015]
在一实施例中，减小通过内燃发动机的气体的总质量流量的步骤包括：在连接到活塞的曲轴的至少一圈回转期间，使进气门和排气门中的至少一个保持关闭。如上文所提到的，这是一种特殊情况。各种其它选项也是可能的。
[0016]
在一实施例中，该方法包括以下步骤：确定通过内燃发动机的质量流量是否已经减小到质量流量阈值，该质量流量阈值指示了针对特定应用和情形的足够水平。这种阈值可以取决于发动机的类型等，但也取决于发动机转速、车辆速度等。然而，不需要特定的质量流量阈值，因为可以使用另一个触发因素来中断减小总质量流量的步骤，该触发因素例如是预设的时间段，它可以取决于操作条件。何时中断或逐步停止减小总质量流量的步骤也可以取决于如何执行气门压缩-释放模式的渐进(ramping in)。
[0017]
在一实施例中，该方法包括以下步骤：使用可调限流构件逐渐限制通过排气导管的气流，以便在排气导管中逐渐建立背压。背压的逐渐(例如，逐步)增加降低了产生噪音或其它干扰振动的风险。
[0018]
在一实施例中，该方法包括以下步骤：控制进气门和排气门以将操作模式从质量流量减小模式改变为压缩-释放模式。这种改变可以或多或少地逐渐进行，这取决于条件(例如对制动功率的需要)，并且它可以在逐渐建立背压的同时进行。
[0019]
在一实施例中，所述气门致动装置是全可变气门致动装置。这意味着所述气门不由凸轮轴的凸轮控制，而是被配置成能够由电子、气动和/或液压装置控制。
[0020]
本发明还涉及一种内燃发动机，该内燃发动机包括：至少第一气缸，该第一气缸设置有进气门和排气门，该进气门和该排气门分别用于控制所述气缸中的燃烧室与进气导管及排气导管之间的连通；活塞，该活塞被构造成在所述第一气缸内以往复方式在靠近所述进气门和排气门的上止点位置(tdc)与远离所述气门的下止点位置(bdc)之间移动；气门致动装置，该气门致动装置被构造成控制进气门和排气门的打开和关闭；可调限流构件，该可调限流构件布置在排气导管中并且构造成被控制以限制通过排气导管的气体流量，从而允许在发动机制动期间建立背压；燃料供应系统，该燃料供应系统用于向第一气缸供应燃料，以及控制电路，该控制电路被配置成控制内燃发动机的运行，其中，该内燃发动机被配置成设定在发动机制动模式下，这包括：i)中断对第一气缸的燃料供应，ii)使用可调限流构件
限制通过排气导管的气体流量，以及iii)在压缩-释放模式下控制进气门和排气门，该压缩-释放模式包括：控制这些气门，以在活塞朝着tdc移动时压缩燃烧室中的气体并在活塞接近tdc时将已压缩的气体释放到排气导管中，其中，所述控制电路被配置成执行上述方法的步骤。
[0021]
如果将发动机设定在发动机制动模式下不包括中断燃料供应(如上所述)，则发动机没有绝对必要设置有用于向第一气缸供应燃料的燃料供应系统(然而，这可能是在正常运行模式下操作第一气缸所需的)。类似地，如果将发动机设定在发动机制动模式下不包括使用可调限流构件来限制通过排气导管的气体流量，则发动机没有必要被设置有可调限流构件。
[0022]
在该内燃发动机的一个实施例中，所述气门致动装置是全可变气门致动装置。
[0023]
所述可调限流构件原则上可以位于排气导管中的任何位置。例如，如果发动机设置有涡轮增压装置(该涡轮增压装置包括用于压缩进气的压缩机以及驱动该压缩机并由排气流驱动的涡轮机)，则所述可调限流构件可以位于涡轮机的下游或上游。如果使用单个限流构件，则优选将其布置成用于限制通过发动机的所有气缸的流量。在存在多个单独的排气导管(来自单个气缸或多组气缸)的情况下，可以使用不止一个限流构件。各种特殊布置也是可能的，例如当布置有第一可调限流构件以限制来自第一气缸的流量并且布置有第二可调限流构件以限制来自其余气缸或所有气缸的流量时。
[0024]
本发明还涉及：
[0025]
计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行上述方法的步骤；
[0026]
承载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行上述方法的步骤；以及
[0027]
控制单元，该控制单元用于控制内燃发动机的发动机制动，该控制单元被配置成执行上述方法的步骤。
[0028]
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
[0029]
参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
[0030]
在这些图中：
[0031]
图1示出了设置有内燃发动机的车辆，该内燃发动机被配置成根据本公开内容进行操作。
[0032]
图2示出了根据图1的内燃发动机的气缸、活塞等的示意图。
[0033]
图3示出了根据图1的内燃发动机的示意图。
[0034]
图4示出了根据本公开的方法的示例流程图。
具体实施方式
[0035]
图1示出了卡车100形式的车辆，该卡车100设置有内燃发动机1，该内燃发动机1被配置成根据如下所述的方法来操作。
[0036]
图2示出了形成根据图1的内燃发动机的一部分的第一气缸2的示意图。第一气缸2
设置有进气门3和排气门4，该进气门3和排气门4分别用于控制气缸2中的燃烧室5与进气导管6及排气导管7之间的连通。活塞8经由连杆9连接到可旋转的曲轴10，并且被构造成在所述第一气缸2内以往复方式在靠近进气门3和排气门4的上止点位置(tdc)(即，图2中的上端位置)与远离所述气门3、4的下止点位置(bdc)(即，图2中的下端位置)之间移动。
[0037]
此外，气缸2设置有气门致动装置11a、11b，该气门致动装置11a、11b被构造成控制进气门3和排气门4的打开和关闭。在本示例中，气门致动装置11a、11b是全可变气门致动装置，其被构造成可以由电子装置控制。也就是说，在这种情况下，发动机1是所谓的无凸轮发动机其中，这些气门的正时和升程不由任何凸轮轴激活，也不依赖于任何凸轮轴，而是可以由所述全可变气门致动装置自由控制。
[0038]
图2还表明气缸2设置有燃料供应系统12，用于向第一气缸2供应燃料，例如柴油。
[0039]
图3示出了根据图1的内燃发动机1的示意图。在本示例中，发动机1设置有六个相同的气缸2，所有气缸都如图2所示地布置。在图3中，已用虚线表示了发动机1可以设置有涡轮增压装置13，该涡轮增压装置13包括经由轴16连接的涡轮增压器压缩机14和涡轮机15。图3中还示出了可选的增压空气冷却器17。
[0040]
主进气导管60将进气经由涡轮增压器压缩机14和冷却器17朝着每个气缸2的进气导管6引导。经由每个对应的排气导管7离开气缸2的排气经由主排气导管70被导引到驱动所述压缩机14的涡轮机15。在本示例中，在涡轮机15的下游，主排气导管70设置有可调限流构件18，该可调限流构件18构造成被控制以限制通过主排气导管70的气体流量，从而也限制通过每个单独的排气导管7的气流，从而允许在发动机制动期间建立背压。该可调限流构件18可以是蝶阀。
[0041]
图3还表明发动机1包括控制电路19，该控制电路19被配置成控制内燃发动机1的运行，例如包括控制燃料供应系统12、进气门3和排气门4(通过控制气门致动装置11a、11b)和可调限流构件18，以便将发动机1设定在发动机制动模式。与传统发动机一致，该控制电路19被配置成还控制发动机1的各种其它部件并且接收来自各种传感器的各种输入信号。
[0042]
图4示出了根据本公开的方法的示例流程图：
[0043]
步骤s00代表发动机正常运行模式，即，发动机1不处于制动模式，并且气缸2操作以燃烧燃料并经由活塞8和连杆9对曲轴10产生扭矩。
[0044]
步骤s10代表将内燃发动机1设定在发动机制动模式下的整个步骤，在本示例中，该步骤包括以下的子步骤：
[0045]
s20-中断对第一气缸2的燃料供应12；
[0046]
s25-通过在质量流量减小模式下控制进气门3和排气门4来减小通过内燃发动机1(即，通过所有六个气缸2)的气体的总质量流量，该质量流量减小模式包括：对于至少一个气缸2的进气门3和排气门4中的至少一个，
[0047]
s25a-减小气门升程，和/或
[0048]
s25b-调节气门打开或关闭的正时，以便与标称质量流量(如上所述，它是没有步骤s25的情况下将得到的质量流量)相比减小通过该气缸2的气体的质量流量；
[0049]
s30-使用可调限流构件18限制通过排气导管7、70的气体流量；以及
[0050]
s40-在压缩-释放模式下控制进气门3和排气门4，该压缩-释放模式包括：控制这些气门3、4，以便在活塞8朝着tdc移动时压缩所述燃烧室5中的气体并在活塞8接近tdc时将
已压缩的气体释放到排气导管7、70中。
[0051]
由于通过步骤s25实现的质量流量的减小，在步骤s40中产生的压力脉冲和伴随的噪音将不那么大。
[0052]
当不再希望发动机制动时，发动机1可以重新设定在其正常运行模式s00下，例如通过压下车辆的加速踏板。
[0053]
如前所述，为了在步骤s25中减小质量流量的目的，有许多方法可以控制气门升程和/或调节所述气门打开或关闭的正时。通常，与正常的气门升程和气门正时相比，应允许较少量的气体/空气通过气缸。在一个示例中，与发动机的正常运行相比，仅减小进气门升程。在另一个示例中，仅调节进气门3的打开正时，使得与正常运行相比，较少量的气体/空气进入气缸2。在其它示例中，仅分别减小或调节排气门4的升程或正时。各种组合也是可能的。
[0054]
由于发动机1设置有多个气缸2，所以步骤s25可以包括以下步骤：在曲轴的至少一圈回转期间，使至少一个气缸2的进气门3和排气门4中的至少一个气门保持关闭。在所述气门中的至少一个气门被关闭的情况下，将没有气体/空气通过那个/那些特定气缸，这减少了通过发动机1的总质量流量。该气门可以在曲轴的多圈回转期间保持关闭。
[0055]
在一段时间之后(也许在几秒钟内)，步骤s25被中断并且步骤s30和s40被启动(或者如果已经开始则继续)。应当注意，这些步骤不一定如图4所示的那样明显分开。作为示例，步骤s30优选逐渐地执行，即，通过逐渐/逐步关闭可调限流构件18以在排气导管7、70中逐渐建立背压。步骤30可以在步骤s25执行的同时开始。另一个示例是：控制进气门3和排气门4以将操作模式从质量流量减小模式(s25)改变为压缩-释放模式(s40)也可以以要花费一些时间的渐进/逐步的方式执行，并且可以在执行气门控制的改变的同时执行步骤s30。通常，可以说步骤s25是在步骤s40之前并且在步骤s30中已经建立最大背压之前执行的。
[0056]
该方法可以包括以下步骤：在步骤s25期间，确定通过内燃发动机1的质量流量是否已经减小到质量流量阈值，该质量流量阈值指示了针对特定应用和情形的足够水平。当已经达到该阈值时，可以开始气门操作模式的改变。替代地，步骤s25可以在预设时间段之后中断(即，控制进气门3和排气门4以将操作模式从质量流量减小模式(s25)改变为压缩-释放模式(s40)的步骤可以在该预设时间段之后开始)。
[0057]
应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。