專利名稱：控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法以及渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求14前序部分的渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)中的燃料燃燒以及燃料能量到機(jī)械功的轉(zhuǎn)換受到諸多因素的影響，某些因素與過程有關(guān)，而某些因素與發(fā)送機(jī)的機(jī)械構(gòu)造有關(guān)。現(xiàn)代的壓縮點(diǎn)火式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)通常都設(shè)有增壓器，一般是渦輪增壓器。渦輪增壓器裝置是特別有利的，因?yàn)樗昧税l(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的能量。因此，通過使用渦輪增壓器，可以例如增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出和效率。 然而，在實(shí)際使用中，渦輪增壓器的壓縮機(jī)是與廢氣渦輪一同操作的，所以渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載操作條件下趨于低效率。此問題的通常解決辦法是通過為尺寸略小的渦輪結(jié)合一個(gè)廢氣門的裝備結(jié)合，在較高的負(fù)載的操作下，部分廢氣可以通過廢氣門繞開渦輪。然而，對(duì)于高負(fù)載操作逐漸增多之下(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率)的效率，使用廢氣門不是有益的。針對(duì)通常希望使用的內(nèi)燃機(jī)有一些操作目標(biāo)。這種目標(biāo)是特定的，但不是僅僅降低燃料消耗率及廢氣排放。使用渦輪增壓器是提高內(nèi)燃機(jī)性能的通常公認(rèn)的方法。渦輪增壓器的操作受到相關(guān)的壓縮器和渦輪的特征和匹配(adaptation)的影響。在壓縮器中使用高壓比(即，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中使用相當(dāng)高的充氣壓力)是有益的。渦輪增壓器的壓縮器部分的操作一方面受到與壓縮器的最大流量相關(guān)的限制的限制，另一方面受到喘振裕度(surge margin)的限制。壓縮器的喘振對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的操作是有害的，因?yàn)閴嚎s器一喘振，供應(yīng)至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空氣的壓力和流量就會(huì)減小。因此，為了確保在變化條件下壓縮器和發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)，在壓縮器的操作點(diǎn)與喘振極限之間應(yīng)該有特定的安全裕度。另外，當(dāng)操作點(diǎn)離開喘振極限特定距離時(shí)，壓縮器的操作效率是最高的。關(guān)于渦輪增壓式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要問題是氣門正時(shí)。作為用于實(shí)現(xiàn)改變氣門正時(shí)的裝置的示例，我們引用了 WO 9830787A1。它給出了用于控制內(nèi)燃機(jī)的氣門的裝置，使得可以延遲發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的打開并且更早地關(guān)閉氣門，使氣門的打開時(shí)間更短。根據(jù)該文件， 該裝置可以用于進(jìn)氣門和排氣門，但是該文檔未能公開這種裝置的具體應(yīng)用。具體來講，在大活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(即，氣缸直徑大于或等于200mm并且/或者能夠產(chǎn)生超過150kW/氣缸的功率的發(fā)動(dòng)機(jī))中，例如，由于相當(dāng)大的燃燒空間，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和燃燒過程的控制是非常費(fèi)力的。而且運(yùn)動(dòng)部件的慣性對(duì)瞬變操作有影響。因此，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能的要求最近明顯提高，需要有高級(jí)的控制系統(tǒng)，通過該控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以操作在就功率、 排放和/或其它操作目標(biāo)而言所需的限制內(nèi)。WO 2008/000899A1給出了一種調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的換氣閥門的關(guān)閉時(shí)刻的裝置，使得在例如發(fā)動(dòng)機(jī)的不同負(fù)載情況下，氣門的關(guān)閉可以比通常情況更晚。US 6，105，555公開了一種具有用于防止在發(fā)動(dòng)機(jī)操作中燃料快速減少瞬變期間渦輪增壓功率快速減小的系統(tǒng)和方法的渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)。提供了一種能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門的打開正時(shí)的排氣門控制裝置。這種排氣門控制裝置將排氣門的打開正時(shí)提前，以將額外的廢氣傳送至渦輪，從而防止了壓縮器速度的迅速減小，并且防止了壓縮器喘振。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法，該活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的操作比現(xiàn)有技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)更加高效。

發(fā)明內(nèi)容
在本說明書的上下文中，措辭“百分比度”(％ deg)表示相對(duì)氣門位置在曲柄角的范圍內(nèi)的積分(integral)，其中，百分比表示與氣缸直徑有關(guān)的氣門位置。曲柄角表示發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸的位置，其中，從上止點(diǎn)開始的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力沖程之前的全循環(huán)包括 720°。本發(fā)明的目的通過一種控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法來實(shí)現(xiàn)，該活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)進(jìn)氣門和至少一個(gè)排氣門、用于操作氣門的進(jìn)氣門操作系統(tǒng)和排氣門操作系統(tǒng)，以及渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置包括壓縮器部，其與至少一個(gè)進(jìn)氣門的進(jìn)口側(cè)流連接；以及渦輪部，其與至少一個(gè)排氣門的排氣側(cè)流連接，在該方法中，發(fā)動(dòng)機(jī)在第一操作模式下運(yùn)行，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)操作在預(yù)定負(fù)載或者低于預(yù)定負(fù)載下，并且利用渦輪增壓器裝置的壓縮器部對(duì)燃燒空氣進(jìn)行加壓，通過第一進(jìn)氣門升程曲線(profile)來控制進(jìn)氣門，并且將空氣引至汽缸，利用燃燒空氣使燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒，通過第一排氣門升程曲線來控制排氣門，并且將燃燒期間產(chǎn)生的廢氣送至渦輪增壓器裝置的渦輪部。本發(fā)明的特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)在超過預(yù)定負(fù)載時(shí)運(yùn)行在第二操作模式下，其中，進(jìn)氣門的關(guān)閉較之第一操作模式被提前，并且壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的空氣流動(dòng)增加，從而允許更多的燃燒空氣流過壓縮器部。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有裝配有廢氣門的渦輪增壓器。在該情況下，將廢氣門控制成，使得廢氣門在第一操作模式下是打開的，而在第二操作模式下是關(guān)閉的。這在第二操作模式期間提供了更高的增壓空氣壓力。增加的增壓空氣壓力補(bǔ)償了進(jìn)氣門提前關(guān)閉的影響，同時(shí)增大了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣階段經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流。也可以將廢氣門控制成，使得廢氣門在第一操作模式下是關(guān)閉的，而在第二操作模式下保持關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有沒有廢氣門的渦輪增壓器。在該情況下，將渦輪增壓器設(shè)計(jì)為在第二操作模式下提供充分增加的增壓空氣壓力，而在第一操作模式下提供所需的性能。有利的是，在第二操作模式下，將進(jìn)氣門升程的關(guān)閉控制為在比第一操作模式期間早了大約20°曲柄角時(shí)關(guān)閉至汽缸孔(cylinderbore)的1%。本說明書在定義中使用了打開位置，因?yàn)榇蜷_位置很容易檢測(cè)，并且較之最初從完全關(guān)閉位置開始打開更明確。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在第二操作模式期間，將進(jìn)氣門升程的關(guān)閉控制為在曲柄角位于下止點(diǎn)之前35°至65°之間時(shí)關(guān)閉至汽缸孔的1%。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，在第二操作模式期間，通過允許更多的空氣穿過設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)中在壓縮器部的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間延伸的旁路導(dǎo)管來增加在壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的氣流。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，通過外部點(diǎn)火來點(diǎn)燃燃料，并且在第一操作模式期間，排氣門升程的關(guān)閉和進(jìn)氣門升程的打開是重疊的，形成了掃氣區(qū)域(scavenging area)，并且在第二操作模式期間，將掃氣區(qū)域控制為比第一操作模式期間大5%至300%。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行了壓縮點(diǎn)火，并且在第一操作模式期間，排氣門升程的關(guān)閉和進(jìn)氣門升程的打開是重疊的，形成了掃氣區(qū)域，并且在第二操作模式期間，將掃氣區(qū)域控制為比第一操作模式期間大5%至60%。有利的是，在第二操作模式期間，掃氣區(qū)域大于150% deg。在第二操作模式期間， 優(yōu)選地將排氣門升程的關(guān)閉控制為在比第一操作模式期間晚了大約15°的曲柄角時(shí)關(guān)閉至汽缸孔的1%。優(yōu)選地，對(duì)進(jìn)氣門進(jìn)行操作，使得在打開移動(dòng)期間，閥門升程處于位置，而曲柄角為上止點(diǎn)之前15°至50°之間。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，第二操作模式期間的燃料點(diǎn)火正時(shí)比第一操作模式的燃料點(diǎn)火正時(shí)提前了大于0°且小于等于5° (曲柄角)。優(yōu)選地，燃料點(diǎn)火正時(shí)超前了大約2°至3°。預(yù)定負(fù)載是發(fā)動(dòng)機(jī)最大負(fù)載的70%至85%。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，在第二操作模式期間，以超過預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來操作發(fā)動(dòng)機(jī)，使得當(dāng)利用由渦輪增壓器組件加壓的燃燒空氣來燃燒燃料時(shí)，比第一操作模式更早地關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門，并且增大了由渦輪增壓器組件所獲得的增壓壓力(boost pressure)，并且增大了壓縮器部的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間的旁路氣流量，從而增大了流經(jīng)壓縮器部的空氣量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有廢氣門，并且通過在第二操作模式期間關(guān)閉渦輪增壓器組件的廢氣門而增大了增壓壓力。還通過一種用于渦輪增壓四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)來達(dá)到本發(fā)明的目的，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有帶廢氣門進(jìn)口和排氣門的渦輪增壓器，其中，至少進(jìn)氣門或排氣門包括可調(diào)的氣門操作系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括處理單元、控制信號(hào)發(fā)送單元和控制信號(hào)接收單元，信號(hào)發(fā)送單元至少與發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣門操作系統(tǒng)相連，并且信號(hào)接收單元至少與監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載、速度和/或至少一個(gè)燃燒過程變量的發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器相連。處理單元被設(shè)置為處理由信號(hào)接收單元所接收的信號(hào)，并且提供要由信號(hào)發(fā)送單元發(fā)送的信號(hào)，使得基于來自監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載、速度和至少一個(gè)燃燒過程變量的發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器的任意一個(gè)的信息來開始 (initiate)氣門操作系統(tǒng)的狀態(tài)的改變。優(yōu)選地，控制系統(tǒng)被設(shè)置為進(jìn)行操作，使得當(dāng)超過70%至73%的負(fù)載(第二操作模式)時(shí)，控制系統(tǒng)將廢氣門設(shè)置為并且/或者保持為關(guān)閉狀態(tài)，并且提前進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)間，而延遲排氣門關(guān)閉時(shí)間。實(shí)踐本方法的四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)進(jìn)氣門和至少一個(gè)排氣門；進(jìn)氣門操作系統(tǒng)和排氣門操作系統(tǒng)，其被設(shè)置為對(duì)氣門進(jìn)行操作；以及渦輪增壓器裝置，其包括與至少一個(gè)進(jìn)氣門的進(jìn)口側(cè)流連接的壓縮器部以及與至少一個(gè)排氣門的排氣側(cè)流連接的渦輪部。該活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮器部的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間設(shè)有可調(diào)的流連接，并且進(jìn)氣門操作系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置。這樣就可以有效地控制發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器的操作。
有利的是，壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的可調(diào)的流連接包括進(jìn)氣門操作系統(tǒng)和排氣門操作系統(tǒng)，其在排氣門升程的關(guān)閉和進(jìn)氣門的打開運(yùn)動(dòng)期間具有可調(diào)的氣
門重疊。這樣，就可以通過控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷有積極效果的氣門重疊來有利地控制渦輪增壓器的操作。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的可調(diào)的流連接包括可調(diào)的氣門重疊，使得進(jìn)氣門操作系統(tǒng)具有可調(diào)的氣門打開正時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的可調(diào)的流連接包括可調(diào)的氣門重疊，使得排氣門操作系統(tǒng)具有可調(diào)的氣門關(guān)閉正時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的可調(diào)的流連接包括旁路導(dǎo)管以及提供在該導(dǎo)管中的控制閥。本發(fā)明有許多益處。例如，本發(fā)明提供了對(duì)于渦輪增壓器的壓縮器部的操作的有效控制。此外，將發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷最小化。更明確地講，本發(fā)明提供了控制發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)燃?jí)毫桶l(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載范圍內(nèi)的渦輪增壓器的速度的有效方法。此外，由于進(jìn)氣門的關(guān)閉提前， 所以減少了 NOx的排放。在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)載范圍也減少了燃料消耗率。


下面將參照示例性、示意性的附圖來描述本發(fā)明，在附圖中圖1例示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，圖2例示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的氣門升程曲線，圖3例示了關(guān)于本發(fā)明的示例性壓縮器性能圖，圖4例示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的氣門升程曲線，圖5例示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的氣門升程曲線，圖6例示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，圖7例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的渦輪增壓四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中的控制系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式圖1示意性示出了活塞發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分。所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的主體20中的汽缸15。所述發(fā)動(dòng)機(jī)是具有渦輪增壓器裝置25的渦輪增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪增壓器裝置25連接至其換氣系統(tǒng)30。渦輪增壓器裝置25包括壓縮器部25. 1和渦輪部 25. 2，其基本操作和構(gòu)造同樣是已知的。在圖1的實(shí)施方式中，只有單個(gè)渦輪增壓器連接至發(fā)動(dòng)機(jī)，但明確的是，壓縮器裝置也可以包括多于一個(gè)渦輪增壓器的組合。為了使圖更加清楚，各個(gè)汽缸15包括一個(gè)進(jìn)氣門35 ；—個(gè)排氣門40 ；以及氣門操作系統(tǒng)45、50，其被設(shè)置為針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄角來打開和關(guān)閉氣門。然而，實(shí)際上，關(guān)于本申請(qǐng)，氣門的數(shù)量可以多于一個(gè)。氣門操作系統(tǒng)優(yōu)選地包括連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸的凸輪軸，為了清楚，沒有將其在此示出。壓縮器部25. 1被設(shè)置為與進(jìn)氣門35流連接。另外，渦輪部25. 2被設(shè)置為與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門40流連接。實(shí)際上，當(dāng)涉及多缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可以將壓縮器部連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)氣罐(airreceiver)，并將渦輪部連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管。在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，在發(fā)動(dòng)機(jī)中還設(shè)置了旁路導(dǎo)管55，如圖1所示，其在壓縮器部的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間延伸。更明確地講，在該實(shí)施方式中，導(dǎo)管被設(shè)置為將發(fā)動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)氣罐連接至排氣歧管，但是也可以將導(dǎo)管集成在渦輪增壓器裝置25中。旁路導(dǎo)管陽設(shè)有可控的流量調(diào)節(jié)裝置60，例如控制閥。因而，通過旁路導(dǎo)管55在壓縮器部的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間形成了可調(diào)的流量連接。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，至少進(jìn)氣門35的氣門操作系統(tǒng)45設(shè)有用于調(diào)節(jié)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置。進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45被設(shè)置為進(jìn)行操作，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)。就此而論，該裝置設(shè)置不同狀態(tài)之間或連續(xù)控制的操作。這使得可以實(shí)踐關(guān)于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的以下方法，其中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載來改變操作模式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作在預(yù)定負(fù)載或低于預(yù)定負(fù)載的第一操作模式下時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式對(duì)排氣門操作系統(tǒng)50和進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行操作，使得氣門按照?qǐng)D2中的實(shí)線所描繪的升程曲線來操作。應(yīng)注意的是，在圖2中，僅示出了與解釋本發(fā)明的操作相關(guān)的曲柄角的范圍。在該語境中，用與所涉及的汽缸孔直徑的關(guān)系來表示氣門升程(即，氣門的位置)。在圖2中，以實(shí)線示出排氣門的氣門升程曲線210，其中，根據(jù)排氣門的氣門升程曲線 210對(duì)排氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行設(shè)置，以控制排氣門40的操作。如圖所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，排氣門升程在第一操作模式與第二操作模式之間基本不變。因此，也以實(shí)線示出進(jìn)氣門的氣門升程曲線220，其中，根據(jù)進(jìn)氣門的氣門升程曲線220對(duì)進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45 進(jìn)行設(shè)置，以在第一操作模式下控制進(jìn)氣門35的操作。在圖2所示的實(shí)施方式中，對(duì)排氣門進(jìn)行操作，使得關(guān)閉動(dòng)作期間的升程曲線位于打開位置的1%，而曲柄角為上止點(diǎn)之后0°至15°之間，優(yōu)選地3°至6°之間。排氣門的總的打開動(dòng)作是大約7.5%，并且關(guān)閉動(dòng)作的開始發(fā)生在大約四0°的曲柄角處。這提供了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門的適當(dāng)操作。在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，如圖2所示，所謂的掃氣區(qū)域230的面積大約為95% deg0轉(zhuǎn)而對(duì)進(jìn)氣門35進(jìn)行操作，使得打開期間的氣門升程220優(yōu)選地處于1 %的位置， 而曲柄角為上止點(diǎn)之前15°至50°之間，優(yōu)選地為30°至40°之間。在氣門關(guān)閉期間， 氣門升程220優(yōu)選地處于的位置，而曲柄角為下止點(diǎn)之前35°至65°之間，優(yōu)選地為 40°至50°之間。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作在第二操作模式時(shí)，預(yù)定負(fù)載之上的操作包括以下階段。在圖2中，以虛線示出進(jìn)氣門的氣門升程曲線220’，其中，根據(jù)進(jìn)氣門的氣門升程曲線220’對(duì)進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行設(shè)置，以在第二操作模式下控制進(jìn)氣門35 的操作。在第二操作模式期間，對(duì)進(jìn)氣門35進(jìn)行操作，使得關(guān)閉動(dòng)作期間的升程曲線220’ 優(yōu)選地處于的位置，而曲柄角是下止點(diǎn)之前35°至65°之間，優(yōu)選地為50°，其早于第一操作模式大約20°。這樣，通過比第一操作模式更早地關(guān)閉氣門而減小了進(jìn)氣門打開的時(shí)間。優(yōu)選地，與第一操作模式相比，整體的關(guān)閉動(dòng)作基本上提前了大約20°。實(shí)際上，在該發(fā)動(dòng)機(jī)的操作中，這意味著由于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大，從渦輪增壓器裝置得到的增壓壓力自然地增大。然而，根據(jù)本發(fā)明，增壓壓力比常規(guī)情況增加得更多，這是由于利用廢氣門渦輪增壓器，通常在更高的負(fù)載下打開廢氣門。在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)操作時(shí)，通過關(guān)閉渦輪增壓器的廢氣門，增大了從第二操作模式下的渦輪增壓器裝置得到的
8增壓壓力。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，通過使渦輪增壓器裝置的操作與縮短的進(jìn)氣門打開時(shí)間相匹配(例如，通過渦輪增壓器的適當(dāng)總尺寸)，增大了從第二操作模式下的渦輪增壓器裝置得到的增壓壓力。這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)在幾種方式中的總體操作是有益的。雖然打開時(shí)間減少了，但是所得到的更高的增壓壓力實(shí)質(zhì)上補(bǔ)償了充入汽缸的空氣量。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，同時(shí)地通過更早地關(guān)閉氣門來減少進(jìn)氣門的打開時(shí)間，壓縮器部25. 1的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間的流連接(即，旁路55)是打開的，從而允許更多的燃燒空氣流過渦輪增壓器裝置25的壓縮器部25. 1。這樣，壓縮器部 25. 1在壓縮器部性能圖中的操作點(diǎn)就向離喘振線更遠(yuǎn)的方向移動(dòng)。有利的是，預(yù)定負(fù)載優(yōu)選地是發(fā)動(dòng)機(jī)最大負(fù)載的70%至85%。因而，發(fā)動(dòng)機(jī)在第一操作模式下操作在發(fā)動(dòng)機(jī)最大負(fù)載的70%至85%或更低，而發(fā)動(dòng)機(jī)在第二操作模式下操作在高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大負(fù)載的70%至85%。圖3中例示了與壓縮器部25. 1相關(guān)的本發(fā)明的操作，圖3是壓縮器部25. 1的示例性壓縮器性能圖。用標(biāo)號(hào)310來例示第一操作模式(即，預(yù)定負(fù)載或更低)期間的操作線。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載和壓縮器部的角速度分別增大時(shí)，由壓縮器部得到的壓力穩(wěn)定地增大。 這時(shí)，在以標(biāo)號(hào)320例示的特定點(diǎn)處，開始第二操作模式。如果負(fù)載高于點(diǎn)320，則得到的操作線330就遵循較之傳統(tǒng)廢氣門控制渦輪增壓器裝置有所改動(dòng)的操作線，以標(biāo)號(hào)340的虛線示出前者的操作線。在傳統(tǒng)的配置中，當(dāng)操作在操作線340上時(shí)，廢氣門是打開的。通過控制如上所述的進(jìn)氣門關(guān)閉正時(shí)和壓縮器部25. 1的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間的流連接的組合來控制改動(dòng)后的操作線330的位置，以將操作線330保持在特定的喘振裕度的右側(cè)(在圖3中)，即，圖中的陰影區(qū)域350。喘振裕度距離壓縮器部25. 1的喘振線360大約10%至15%。因而，在該方法中，基于所使用的渦輪增壓器的壓縮器性能圖來確定轉(zhuǎn)至第二操作模式的點(diǎn)。在圖3中還示出了假想的操作線330’，其表示第二操作模式不包括以下步驟的條件通過更早地關(guān)閉氣門來減少進(jìn)氣門的打開時(shí)間，同時(shí)打開壓縮器部25. 1的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間的流連接，從而允許更多的燃燒空氣流過渦輪增壓器裝置25的壓縮器部25. 1。這樣，壓縮器部25. 1在壓縮器性能圖中的操作點(diǎn)就從喘振線變?yōu)楦h(yuǎn)的位置，從 330，到 330。喘振裕度提供了對(duì)操作點(diǎn)喘振的接近程度的量度。在該語境中將喘振裕度定義為喘振裕度=100% * (qw-qs) /qw其中，qw是操作線處的體積流量(volume flow)，而qs是喘振線處的體積流量。因而，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，在第二操作模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)操作在超過預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的負(fù)載下，從而當(dāng)通過渦輪增壓器組件對(duì)燃燒空氣加壓來使燃料燃燒時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門比第一操作模式更早地關(guān)閉，由渦輪增壓器組件得到的增壓壓力增大，并且在壓縮器部25. 1的出口側(cè)與渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間流動(dòng)的旁路空氣的量增大了，從而增大了流過壓縮器部的空氣量。這提供了控制發(fā)動(dòng)機(jī)的操作的有效方式，更明確地講，提供了控制渦輪增壓器裝置的壓縮器部25. 1的操作的有效方式，其在發(fā)動(dòng)機(jī)的操作中產(chǎn)生了若干有利效果?？梢酝ㄟ^本發(fā)明的第二實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)壓縮器部25. 1和發(fā)動(dòng)機(jī)10的基本上等價(jià)的行為，并且可以進(jìn)一步得到某些附加的有利效果。根據(jù)在圖6中描繪的本發(fā)明的第二實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)10與在圖1中所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的不同一方面在于不需要旁路導(dǎo)管55。另一方面，排氣門操作系統(tǒng)50具有可調(diào)的氣門操作功能。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，進(jìn)氣門35 的氣門操作系統(tǒng)45具有用于調(diào)節(jié)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置。進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45被設(shè)置為進(jìn)行操作，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間。就此而論，這表示對(duì)不同的狀態(tài)之間的操作或者連續(xù)控制進(jìn)行設(shè)置。這使得可以實(shí)踐與根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的以下方法。而且，排氣門40的氣門操作系統(tǒng)50具有用于調(diào)節(jié)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置。排氣門操作系統(tǒng)50被設(shè)置為進(jìn)行操作，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間。就此而論，這表示對(duì)不同的狀態(tài)之間的操作或者連續(xù)控制進(jìn)行設(shè)置。這使得可以實(shí)踐與根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的以下方法，其中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載來改變操作模式。參照?qǐng)D4來說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的方法?，F(xiàn)在，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在第一操作模式中操作在預(yù)定負(fù)載或更低負(fù)載時(shí)，排氣門操作系統(tǒng)50和進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45根據(jù)如圖 4所描繪的本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行操作。這里僅示出與說明本發(fā)明的操作相關(guān)的曲柄角的范圍。在圖4中以實(shí)線示出排氣門的氣門升程曲線210，其中，根據(jù)排氣門的氣門升程曲線210對(duì)排氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行設(shè)置，以在第一操作模式下控制排氣門40的操作。相應(yīng)地，也以實(shí)線示出進(jìn)氣門的氣門升程曲線220，其中，根據(jù)進(jìn)氣門的氣門升程曲線220對(duì)進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行設(shè)置，以在第一操作模式下控制進(jìn)氣門35的操作。在圖4所示的實(shí)施方式中，在第一操作模式下操作排氣門，使得關(guān)閉動(dòng)作期間的升程曲線位于打開位置，而曲柄角是上止點(diǎn)之后0°至15°之間，優(yōu)選地3°至6°之間。排氣門的總的打開動(dòng)作是大約7.5%，并且關(guān)閉動(dòng)作的開始發(fā)生在大約四0°的曲柄角處。在第一操作模式期間，所謂的掃氣區(qū)域230的面積大約為95% deg。轉(zhuǎn)而對(duì)進(jìn)氣門35進(jìn)行操作，使得在打開動(dòng)作期間氣門升程220優(yōu)選地處于的位置，而曲柄角為上止點(diǎn)之前的15°至50°之間，優(yōu)選地30°至40°之間。在氣門的關(guān)閉動(dòng)作期間，氣門升程曲線220優(yōu)選地處于的位置，而曲柄角是下止點(diǎn)之前35°至65°之間，優(yōu)選地40°至50°之間。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作在第二操作模式時(shí)，按照?qǐng)D4中描繪的虛線對(duì)排氣門操作系統(tǒng)50和進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行操作。在圖4中，以虛線示出排氣門的氣門升程曲線210’，其中，根據(jù)排氣門的氣門升程曲線210’對(duì)排氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行設(shè)置，以在第二操作模式下控制排氣門40的操作。相應(yīng)地，也以虛線示出進(jìn)氣門的氣門升程曲線220’，其中，根據(jù)進(jìn)氣門的氣門升程曲線220’對(duì)進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45進(jìn)行設(shè)置，以在第二操作模式下控制進(jìn)氣門35的操作。在圖4的示例性實(shí)施方式中，在第二操作模式下操作排氣門，使得關(guān)閉動(dòng)作期間的升程曲線位于打開位置，而曲柄角位于上止點(diǎn)之后15°至25°之間。排氣門的關(guān)閉操作的開始發(fā)生在大約310°的曲柄角處。轉(zhuǎn)而在第二操作模式下對(duì)進(jìn)氣門35進(jìn)行操作， 使得關(guān)閉動(dòng)作期間的升程曲線220’優(yōu)選地處于位置處，而曲柄角在下止點(diǎn)之前35°到65°之間。實(shí)際上，對(duì)于本發(fā)明，比精確的排氣門關(guān)閉和進(jìn)氣門打開的曲柄角度值更為重要的是掃氣區(qū)域230。在第二操作模式期間，所謂的掃氣區(qū)域230的面積大約為160% deg。 因而，在本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式中，當(dāng)從第一操作模式變?yōu)榈诙僮髂Ｊ綍r(shí)，掃氣區(qū)域230增大了大約70%。應(yīng)理解的是，從第一操作模式變?yōu)榈诙僮髂Ｊ皆诓煌N類的發(fā)動(dòng)機(jī)中可能涉及十分不同的改變，也取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。然而，共同的特征是總將進(jìn)氣門升程的關(guān)閉提前，并且在壓縮器部的出口與渦輪增壓器的渦輪部的進(jìn)口之間布置增大的空氣通路。優(yōu)選地，通過增大如上所述的掃氣區(qū)域來實(shí)現(xiàn)增大的空氣通路。舉個(gè)例子，在通過外部點(diǎn)火(例如，火花或激光束)來點(diǎn)燃燃料的內(nèi)燃機(jī)中，第一操作模式期間的掃氣區(qū)域可能非常小，有時(shí)甚至是零。在這種情況下，第二操作模式期間的氣門重疊(即，掃氣區(qū)域)可以增大幾百個(gè)百分點(diǎn)。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，第二操作模式期間的掃氣區(qū)域通常增大5至60個(gè)百分點(diǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，發(fā)動(dòng)機(jī)操作在第二操作模式期間，使得當(dāng)利用由渦輪增壓器組件加壓的燃燒空氣來燃燒燃料時(shí)，比第一操作模式更早地關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門，并且增大了由渦輪增壓組件所獲得的增壓壓力，并且比第一操作模式更晚地關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門，從而增大了通過發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流。優(yōu)選地，通過關(guān)閉渦輪旁路或者保持其關(guān)閉來增大由渦輪增壓器組件所得到的增壓壓力。這對(duì)于控制如圖3所示的發(fā)動(dòng)機(jī)10和渦輪增壓器的壓縮器部25. 1的操作提供了等價(jià)的操作和益處。在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，通過在第二操作模式夏更早地關(guān)閉氣門來減少進(jìn)氣門打開的時(shí)間。雖然打開時(shí)間減少了，但是所得到的更高的增壓壓力實(shí)質(zhì)上補(bǔ)償了充入汽缸的空氣量。同時(shí)通過更早地關(guān)閉氣門來減少進(jìn)氣門的打開時(shí)間，通過更晚地關(guān)閉排氣門來增加排氣門的打開時(shí)間。這在第二操作模式期間增加了氣門打開時(shí)期的重疊，允許更多的空氣流過發(fā)動(dòng)機(jī)10，因而也流過渦輪增壓器裝置25的壓縮器部25. 1。這樣， 壓縮器部25. 1在壓縮器性能圖中的操作點(diǎn)從喘振線移向更遠(yuǎn)的位置。利用本發(fā)明的第二實(shí)施方式，其中，第二操作模式期間的操作包括增大氣門重疊 (即，所謂的掃氣區(qū)域230)，同時(shí)將進(jìn)氣門的關(guān)閉提前，在掃氣階段有更多的空氣流過發(fā)動(dòng)機(jī)。該實(shí)例中的掃氣階段的氣門重疊基本上發(fā)生在曲柄角310°至380°之間。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，控制進(jìn)氣門和排氣門的操作，使得掃氣區(qū)域在排氣門一側(cè)是非對(duì)稱的。容許空氣流過發(fā)動(dòng)機(jī)10而不(或者額外地)使用旁路導(dǎo)管55對(duì)于減少汽缸和汽缸蓋中的發(fā)動(dòng)機(jī)組件的熱負(fù)荷有積極的效果，這些組件主要是氣門和活塞頂部。圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的氣門的操作。根據(jù)第三實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)與根據(jù)第二實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)應(yīng)，即，省略了旁路導(dǎo)管。第三實(shí)施方式在第一操作模式期間的操作與第二實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)，并且第三實(shí)施方式在第二操作模式期間的操作與第二實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)，只是對(duì)進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45的操作進(jìn)行設(shè)置，使得與第一操作模式期間的操作相比，打開正時(shí)和關(guān)閉正時(shí)均被提前。提前關(guān)閉正時(shí)的效果與第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)。在這種情況下，掃氣區(qū)域230增大了約50%，同時(shí)從第一操作模式變?yōu)榈诙僮髂Ｊ?。通過控制排氣門的關(guān)閉正時(shí)和進(jìn)氣門的打開正時(shí)的組合來增加本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的第二操作模式期間的氣流，從而增大了掃氣階段的氣門重疊范圍和掃氣區(qū)域 230。實(shí)際上，可以用各種方式來實(shí)現(xiàn)氣門操作系統(tǒng)45和50?？梢匀鏦O 2008/000899 中所公開的方式來實(shí)現(xiàn)關(guān)閉正時(shí)的改變或調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6來描述本發(fā)明的另一實(shí)施方式。該發(fā)動(dòng)機(jī)具有控制系統(tǒng)200，其在發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它操作之外進(jìn)行配置，利用氣門操作系統(tǒng)45、50以及燃料噴射和/或點(diǎn)火系統(tǒng)61來控制例如氣門35、40的操作?？刂葡到y(tǒng)包括存儲(chǔ)器單元207，其中存儲(chǔ)有發(fā)動(dòng)機(jī)的操作參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)200包括處理單元202，其被設(shè)置為定義發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。假如控制系統(tǒng) 200獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載改變、使得負(fù)載增大并超過預(yù)定負(fù)載的信息，則控制系統(tǒng)200控制進(jìn)氣門更早地關(guān)閉。除此之外，控制系統(tǒng)200還如上所述與第二實(shí)施方式相關(guān)地控制排氣門更晚地關(guān)閉。此外，假如發(fā)動(dòng)機(jī)是直噴發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或煤氣發(fā)動(dòng)機(jī))，則控制系統(tǒng)控制燃料噴射系統(tǒng)61將噴射和/或點(diǎn)火正時(shí)提前。對(duì)于煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這包括控制引燃燃料的噴射和/或火花塞或其它點(diǎn)火系統(tǒng)。這由處理單元202來執(zhí)行?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和/或速度的測(cè)量，控制系統(tǒng)控制氣門操作系統(tǒng)45、50，使得實(shí)際的喘振裕度保持在較低設(shè)定值和較高設(shè)定值之間。優(yōu)選地，較低設(shè)定值是大約10%，較高設(shè)定值是大約15%。將喘振裕度保持在較低設(shè)定值和較高設(shè)定值之間包括以下步驟1)假如實(shí)際喘振裕度低于較低設(shè)定值-控制氣門操作系統(tǒng)45、50來使氣門動(dòng)作，使得掃氣區(qū)域230的尺寸增大，S卩，氣門的重疊增加大約360°曲柄角，并且/或者-控制進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45來使進(jìn)氣門動(dòng)作，從而延遲關(guān)閉正時(shí)。2)假如實(shí)際喘振裕度高于較高設(shè)定值-控制氣門操作系統(tǒng)45、50來使氣門動(dòng)作，使得掃氣區(qū)域230的尺寸減小，S卩，氣門的重疊減小大約360°曲柄角，并且/或者-控制進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45來使進(jìn)氣門動(dòng)作，從而提前關(guān)閉正時(shí)。在第二操作模式期間進(jìn)氣門關(guān)閉的提前導(dǎo)致NOx排放的急劇減少。因而在第二操作模式期間提前燃料噴射正時(shí)是有利的。優(yōu)選地，第二操作模式期間的燃料噴射正時(shí)相對(duì)于第一操作模式提前了至少0°至5° (曲柄角)。舉個(gè)例子，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作在第一操作模式時(shí)，燃料噴射發(fā)生在上止點(diǎn)之前大約13°至15°，而在第二操作模式期間，燃料噴射可以發(fā)生在下止點(diǎn)之前大約17°。這樣，第二操作模式期間的特定燃料消耗可以顯著低于傳統(tǒng)的廢氣門控制渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)10的控制裝置。 所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括布置在發(fā)動(dòng)機(jī)的主體20中的汽缸15。所述發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有渦輪增壓器裝置25。更具體地講，所述發(fā)動(dòng)機(jī)是大活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其汽缸直徑大于等于200mm，并且/或者被設(shè)置為產(chǎn)生基本上大于150kW/汽缸的功率。渦輪增壓器裝置25連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣系統(tǒng)30。渦輪增壓器裝置25包括壓縮器部25. 1和渦輪部25. 2，其基本操作和構(gòu)造同樣是已知的。此外，渦輪增壓器設(shè)有廢氣門系
12統(tǒng)25. 3，其允許或防止部分廢氣旁路渦輪部。在圖7的實(shí)施方式中，單個(gè)渦輪增壓器連接至發(fā)動(dòng)機(jī)，但是清楚的是，壓縮器裝置也可以包括多于一個(gè)渦輪增壓器的組合。為了使圖7更加清楚，各個(gè)汽缸15都包括一個(gè)進(jìn)氣門35 ；—個(gè)排氣門40 ；以及氣門操作系統(tǒng)45、50，其被設(shè)置為針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄角來打開和關(guān)閉氣門。壓縮器部25. 1 被設(shè)置為與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門35流連接。對(duì)應(yīng)地，渦輪部25. 2被設(shè)置為與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門 40流連接。實(shí)際上，當(dāng)涉及多缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可以將壓縮器部連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)氣罐，并將渦輪部連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管。所述發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)有燃料噴射和/或點(diǎn)火系統(tǒng)61。配置有與發(fā)動(dòng)機(jī)10及其控制系統(tǒng)200相關(guān)的傳感器，以監(jiān)視與發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒過程有關(guān)的和/或與發(fā)動(dòng)機(jī)的特定過程裝置有關(guān)的特定變量。在圖7中，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有充入空氣溫度傳感器151和充入空氣壓力傳感器152。這些傳感器提供了表示例如渦輪增壓器的壓縮器部25. 1的運(yùn)轉(zhuǎn)的信息。該發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)有速度傳感器巧4和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載傳感器155。該發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)有排氣溫度傳感器153、汽缸爆震/點(diǎn)火正時(shí)/汽缸壓力傳感器156。這些都是用于監(jiān)視燃燒過程變量的傳感器。也存在其它燃燒過程變量，可以利用例如燃料噴射正時(shí)和持續(xù)時(shí)間的可用信息來確定這些變量。優(yōu)選的是，至少進(jìn)氣門35的氣門操作系統(tǒng)具有用于調(diào)節(jié)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置。 進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45被設(shè)置為進(jìn)行操作，使得可以由控制系統(tǒng)200在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間調(diào)節(jié)進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)200被設(shè)置為通過將進(jìn)氣門設(shè)置為在至少兩個(gè)不同狀態(tài)之間關(guān)閉來控制根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式的進(jìn)氣門操作系統(tǒng)的操作。這使得能夠?qū)嵺`與根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的以下方法，其中，基于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載來改變操作模式?？刂葡到y(tǒng)200包括處理單元202、控制信號(hào)發(fā)送單元204以及控制信號(hào)接收單元 206?？刂菩盘?hào)發(fā)送單元204被設(shè)置為從控制系統(tǒng)向所選擇的裝置發(fā)送信號(hào)。在發(fā)動(dòng)機(jī)中還設(shè)置有致動(dòng)器25. 3,45,以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的狀態(tài)。信號(hào)發(fā)送單元204也至少與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45相連。取決于應(yīng)用，信號(hào)發(fā)送單元204也與渦輪增壓器的廢氣門25. 3相連。信號(hào)接收單元被設(shè)置為接收進(jìn)入控制系統(tǒng)的信號(hào)。信號(hào)接收單元被設(shè)置為與發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器相連接，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的變量，具體來講，監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載154、速度155和/或至少一個(gè)燃燒過程變量151、152、153、156。處理單元202被設(shè)置為處理由信號(hào)接收單元206接收的信號(hào)，并且提供要由信號(hào)發(fā)送單元204發(fā)送的信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)被設(shè)置為以這種方式進(jìn)行操作，即，基于來自任意一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器的信息來開始改變氣門操作系統(tǒng)45、50的狀態(tài)，其中，所述傳感器監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載155、速度154、至少一個(gè)燃燒過程變量和/或外部激活160。這使得能夠利用綜合的方法來控制渦輪增壓四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門的操作。當(dāng)控制系統(tǒng)200在第一操作模式下以預(yù)定負(fù)載或低于預(yù)定負(fù)載操作氣門時(shí)，排氣門操作系統(tǒng)50和進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行操作，使得按照?qǐng)D2中的實(shí)線所描繪的升程曲線來操作氣門。假如監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載155、速度154、至少一個(gè)燃燒過程變量或外部激活160的任何一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器超過了極限值，則控制系統(tǒng)200開始將操作狀態(tài)從第一操作模式改為第二操作模式，從而按照?qǐng)D2中的虛線所描繪的升程曲線來操作氣門。進(jìn)氣門的關(guān)閉瞬間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中(process-vice)的行為有顯著的影響。關(guān)閉
13瞬間影響了進(jìn)氣門打開的總時(shí)間，因而影響了燃燒空氣的量。此外，關(guān)閉瞬間影響了壓縮沖程之后充入空氣的溫度。根據(jù)本發(fā)明，控制系統(tǒng)200被設(shè)置為以這樣的方式進(jìn)行操作，即， 基于來自監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載、速度以及至少一個(gè)燃燒過程變量的任何一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器的信息來開始改變進(jìn)氣門操作系統(tǒng)45的狀態(tài)。這樣，在發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行情況期間，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒都處于嚴(yán)格的控制之下。針對(duì)監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和/或其它發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)變量的各個(gè)傳感器，為控制系統(tǒng)設(shè)置了單獨(dú)的極限值?？梢詫⑦@些變量?jī)?yōu)選地分為三個(gè)基本事件組1)速度/負(fù)載激活； 2)負(fù)載瞬變激活；幻外部激活。因而，通過屬于任一事件組的變量的預(yù)定改變來開始改變進(jìn)氣門操作系統(tǒng)的狀態(tài)(即，進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)的狀態(tài))。速度/負(fù)載激活是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)預(yù)定工作范圍，其中，各個(gè)定義的工作范圍都與存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中的或者控制系統(tǒng)可用的氣門的特定狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)速度/負(fù)載的實(shí)際值超過相鄰的工作范圍的設(shè)置之間的極限值時(shí)，開始由當(dāng)前的速度/負(fù)載引起的氣門狀態(tài)轉(zhuǎn)換。負(fù)載瞬變激活是基于存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中的或者控制系統(tǒng)可用的、與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)變量相關(guān)的極限值。針對(duì)各個(gè)監(jiān)視的變量存在極限值，并且處理單元被設(shè)置為，假如任一變量的信號(hào)的實(shí)際值超過負(fù)載的極限值，則開始改變進(jìn)氣門操作系統(tǒng)的狀態(tài)。外部激活是基于進(jìn)氣門操作系統(tǒng)的狀態(tài)開始改變的任何期望的外部事件。速度/負(fù)載激活實(shí)際上表示發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加或減少，使得速度/負(fù)載的實(shí)際值超過極限值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大而超過極限值時(shí)，從渦輪增壓器裝置獲得的增壓壓力也自然增大。在根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的操作中，控制系統(tǒng)被設(shè)置為，通過開始渦輪增壓器的廢氣門的關(guān)閉、或者保持其關(guān)閉，同時(shí)充分地將進(jìn)氣門的關(guān)閉提前，來增大從渦輪增壓器裝置獲得的增壓壓力。優(yōu)選地，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載超過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載的70%至80%時(shí)進(jìn)行以上操作。盡管通過與目前認(rèn)為是最優(yōu)選的實(shí)施方式相關(guān)的示例在此描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解的是，不將本發(fā)明限制于所公開的實(shí)施方式。當(dāng)技術(shù)上可行時(shí)，可以將關(guān)于任何上述實(shí)施方式的細(xì)節(jié)用于另一實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法，所述活塞發(fā)動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)進(jìn)氣門(35)和至少一個(gè)排氣門(40)；進(jìn)氣門操作系統(tǒng)(45)和排氣門操作系統(tǒng)(45)，其被設(shè)置為操作所述氣門(35、40)；以及渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置包括壓縮器部，其與所述至少一個(gè)進(jìn)氣門的進(jìn)口側(cè)流連接；以及渦輪部，其與所述至少一個(gè)排氣門的排氣側(cè)流連接，在該方法中，發(fā)動(dòng)機(jī)在第一操作模式下運(yùn)行，其中，發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定負(fù)載或者低于預(yù)定負(fù)載下工作，并且利用所述渦輪增壓器裝置的壓縮器部對(duì)燃燒空氣進(jìn)行加壓，通過第一進(jìn)氣門升程曲線來控制所述進(jìn)氣門，并且將空氣引至汽缸，利用燃燒空氣使燃料在發(fā)動(dòng)機(jī) (10)中燃燒，通過第一排氣門升程曲線來控制排氣門，并且將燃燒期間產(chǎn)生的廢氣送至所述渦輪增壓器裝置的所述渦輪部，該方法的特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)在超過預(yù)定負(fù)載時(shí)運(yùn)行在第二操作模式下，其中，所述進(jìn)氣門的關(guān)閉較之第一操作模式被提前，并且所述壓縮器部的出口與所述渦輪部的進(jìn)口之間的空氣流動(dòng)增加，從而允許更多的燃燒空氣流過所述壓縮器部1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，在第二操作模式期間， 將所述進(jìn)氣門的關(guān)閉控制為在曲柄角位于下止點(diǎn)之前35°至65°之間時(shí)關(guān)閉至汽缸孔的 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，在第二操作模式下，將所述進(jìn)氣門升程的關(guān)閉控制為在曲柄角比第一操作模式期間早了大約20°時(shí)關(guān)閉至汽缸孔的1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，在第二操作模式期間， 通過允許更多的空氣穿過設(shè)置在所述發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中的旁路導(dǎo)管(5 來增加所述壓縮器部的出口與所述渦輪部的進(jìn)口之間的氣流，其中，該旁路導(dǎo)管(5 在所述壓縮器部的出口側(cè)與所述渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，通過外部點(diǎn)火來點(diǎn)燃燃料，并且在第一操作模式期間，所述排氣門升程的關(guān)閉和所述進(jìn)氣門升程的打開是重疊的，形成了掃氣區(qū)域，并且在第二操作模式期間，將該掃氣區(qū)域(230)控制為比第一操作模式期間大5%至300%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行壓縮點(diǎn)火，并且在第一操作模式期間，所述排氣門升程的關(guān)閉和所述進(jìn)氣門升程的打開是重疊的，形成了掃氣區(qū)域030)，并且在第二操作模式期間，將該掃氣區(qū)域控制為比第一操作模式期間大5%至60%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，在第二操作模式期間， 所述掃氣區(qū)域(230)大于150百分比度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，對(duì)進(jìn)氣門(35)進(jìn)行操作，使得在打開移動(dòng)期間，所述進(jìn)氣門(35)處于位置，而所述曲柄角位于上止點(diǎn)之前 15°至50°之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，對(duì)所述氣門操作系統(tǒng) (45,50)進(jìn)行操作，使得掃氣區(qū)域(230)是非對(duì)稱的，從而所述進(jìn)氣門升程曲線針對(duì)上止點(diǎn)形成了比所述排氣門升程曲線更大的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，第二操作模式期間的燃料噴射正時(shí)比第一操作模式提前了至少0°至5°。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，所述預(yù)定負(fù)載是所述發(fā)動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載的70%至85%。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，在第二操作模式期間，以超過所述預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載來操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)，使得當(dāng)利用由渦輪增壓器組件加壓的燃燒空氣來燃燒燃料時(shí)，比第一操作模式更早地關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門，并且增大由所述渦輪增壓器組件獲得的增壓壓力，并且增大了所述壓縮器部1)的出口側(cè)與所述渦輪部的進(jìn)口側(cè)之間的旁路空氣流量，從而增大了流經(jīng)所述壓縮器部的空氣量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的操作活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，通過在第二操作模式期間關(guān)閉所述渦輪增壓器組件的廢氣門來增大所述增壓壓力。
14.一種用于渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)(200)，所述渦輪增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有帶廢氣門的渦輪增壓器、進(jìn)口(3 和排氣門(40)，其中，至少進(jìn)氣門或排氣門包括可調(diào)的氣門操作系統(tǒng)G5、50)，所述控制系統(tǒng)(200)包括處理單元(20 、控制信號(hào)發(fā)送單元(204) 和控制信號(hào)接收單元006)，所述信號(hào)發(fā)送單元至少與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣門操作系統(tǒng) (45,50)相連，并且所述信號(hào)接收單元至少與監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載、速度和/或至少一個(gè)燃燒過程變量的發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器相連，該控制系統(tǒng)的特征在于，所述處理單元被設(shè)置為處理由所述信號(hào)接收單元接收的信號(hào)，并且提供要由所述信號(hào)發(fā)送單元發(fā)送的信號(hào)，從而基于來自監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載、速度和至少一個(gè)燃燒過程變量的任意一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器的信息來開始改變所述氣門操作系統(tǒng)的狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于渦輪增壓四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)000)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)被設(shè)置為進(jìn)行操作，使得當(dāng)超過70%至73%的負(fù)載時(shí)，所述控制系統(tǒng)將所述廢氣門設(shè)置為并且/或者保持為關(guān)閉狀態(tài)，并且使進(jìn)氣門關(guān)閉(220’ )時(shí)間提前，使排氣門關(guān)閉(210，)延遲。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器速度的方法，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在預(yù)定負(fù)載或者低于預(yù)定負(fù)載下，并且利用壓縮器部對(duì)燃燒空氣進(jìn)行加壓，通過第一進(jìn)氣門升程曲線來控制進(jìn)氣門，并且燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)(10)中燃燒，通過第一排氣門升程曲線來控制排氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)在超過預(yù)定負(fù)載時(shí)運(yùn)行在第二操作模式下，其中，進(jìn)氣門的關(guān)閉較之第一操作模式被提前，并且壓縮器部的出口與渦輪部的進(jìn)口之間的空氣流動(dòng)增加，從而允許更多的燃燒空氣流過壓縮器部(25.1)。
文檔編號(hào)F02D41/00GK102216592SQ200980146175
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者D·德爾內(nèi)力, J·曼特伊拉, M·特洛伯格, 弗雷德里克·奧斯特曼, 湯姆·凱絲, 阿爾托·耶爾維 申請(qǐng)人:瓦錫蘭芬蘭有限公司