本申請要求在2012年4月24日提交的歐洲專利申請No.12165331.5的優(yōu)先權(quán)，該申請全部內(nèi)容作為參考并入本文以用于全部目的。技術(shù)領(lǐng)域本申請涉及可變排量的內(nèi)燃發(fā)動機。

背景技術(shù)：
在內(nèi)燃發(fā)動機的發(fā)展中，基本目標(biāo)是要將燃料消耗最小化，其中所做努力的重點在于獲得提高的整體效率。尤其是在奧托循環(huán)（otto-cycle）發(fā)動機的情況下，即火花點火內(nèi)燃發(fā)動機情況下，燃料消耗以及因此的效率造成問題。此問題的原因在于奧托循環(huán)發(fā)動機的操作過程的原理。如果未提供直接噴射，則奧托循環(huán)發(fā)動機以均質(zhì)的燃料/空氣混合物操作，所述混合物通過被引入進氣區(qū)域內(nèi)的進入空氣的燃料而構(gòu)成的外部混合物制備。一般通過在進氣區(qū)域中提供的節(jié)流閥瓣的方式實施負荷控制。節(jié)流閥瓣關(guān)閉程度越大，進入空氣橫跨節(jié)流閥瓣的壓力損失越高，并且節(jié)流閥瓣下游和進入至少兩個汽缸的入口的上游的進入空氣的壓力越低。對于恒定的燃燒室容積，能夠以這種方式，通過進入空氣的壓力設(shè)定空氣質(zhì)量，也就是數(shù)量。這同樣解釋了為何所述類型的數(shù)量調(diào)節(jié)被證實特別是在部分負荷范圍內(nèi)是不利的，因為低負荷在進氣區(qū)域中使用高程度的節(jié)流和顯著的壓力降低，結(jié)果，隨著負荷降低和節(jié)流增大，增壓交換損失增加。為了降低所述損失，已研制出用于對內(nèi)燃發(fā)動機去節(jié)流效應(yīng)（dethrottle）的各種策略。由于奧托循環(huán)發(fā)動機因節(jié)流導(dǎo)致在部分負荷操作中顯示出低效率，但是相比之下，柴油發(fā)動機由于質(zhì)量調(diào)節(jié)顯示出較好的效率，也就是說較低燃料消耗，已實施了關(guān)于將兩種工作過程彼此組合以能夠?qū)⒉裼桶l(fā)動機處理的優(yōu)勢應(yīng)用至奧托循環(huán)發(fā)動機處理的測試。常規(guī)的奧托循環(huán)發(fā)動機處理的特征在于混合物壓縮、均質(zhì)混合物、火花點火和數(shù)量調(diào)節(jié)，而傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機處理的特征在于空氣壓縮、非均質(zhì)混合物、自動點火和質(zhì)量調(diào)節(jié)。例如，用于對奧托循環(huán)發(fā)動機去節(jié)流效應(yīng)的方案的一個途徑為使用直接噴射的奧托循環(huán)發(fā)動機工作處理。燃料的直接噴射是用于實現(xiàn)分層的燃燒室增壓空氣的合適的手段。通過直接噴射燃料至汽缸中或至位于汽缸內(nèi)的空氣中實現(xiàn)混合物構(gòu)成，而不是通過外部混合物構(gòu)成，其中燃料被引導(dǎo)至進氣區(qū)域中的進氣中。優(yōu)化奧托循環(huán)發(fā)動機的燃燒處理的另一種選項可以是使用至少部分可變的氣門驅(qū)動裝置。與氣門升程以及正時均不可變的常規(guī)的氣門驅(qū)動裝置不同的是，這些參數(shù)能夠通過可變氣門驅(qū)動裝置在較大或較小范圍內(nèi)改變，這些參數(shù)對燃燒處理并且因此對燃料消耗有影響。理想的解決方案將是完全可變的氣門控制，其特別允許用于奧托循環(huán)發(fā)動機的任何期望的工作點的升程和正時的適應(yīng)值。然而，能夠使用部分可變的氣門驅(qū)動裝置獲得顯而易見的燃料節(jié)約。如果能夠改變進氣門的關(guān)閉時間和進氣門升程，則已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無節(jié)流和由此的無損耗負荷控制。在進氣處理期間流入燃燒室中的混合物質(zhì)量之后不是通過節(jié)流閥瓣而是通過進氣門升程以及進氣門的打開持續(xù)時間控制。關(guān)于對奧托循環(huán)發(fā)動機去節(jié)流效應(yīng)的解決方案的進一步的途徑是通過汽缸停用提供的，也就是說，在特定負荷范圍內(nèi)的各汽缸的停用。以部分負荷操作的發(fā)動機的效率能夠被提高，也就是說，借助部分停用增大效率，因為多汽缸內(nèi)燃發(fā)動機中的一個汽缸的停用增加了保持操作的其他汽缸上的負荷，如果發(fā)動機功率保持恒定，使得節(jié)流閥瓣能夠或可以進一步打開，以便將更多空氣質(zhì)量引入所述汽缸中，由此整體實現(xiàn)對內(nèi)燃發(fā)動機的去節(jié)流效應(yīng)。此外，在部分停用期間，也就是說處于部分負荷時，持久處于操作中的汽缸通常在較高負荷區(qū)域內(nèi)操作，此時特定燃料消耗較低。負荷聚集朝向較高負荷移動。由于供應(yīng)較大的空氣質(zhì)量，在部分停用期間仍保持操作的汽缸還顯示了改進的混合物構(gòu)造，并且容許較高的排氣再循環(huán)率。獲得了關(guān)于效率的進一步的優(yōu)勢，因為不存在燃燒，停用的汽缸不會產(chǎn)生因從燃燒氣體至燃燒室壁的熱傳遞引起的任何壁熱損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本文公開了用于可變排量發(fā)動機的系統(tǒng)和方法，其解決了上述問題并且改善了具有可停用的汽缸的傳統(tǒng)發(fā)動機。本公開的目的是具有至少兩個汽缸的內(nèi)燃發(fā)動機，其形成至少兩組。第一組的汽缸在部分負荷期間保持啟動，第二組汽缸在未及預(yù)定義的負荷時被停用。至少兩組的特征在于不同的壓縮比率εi，第一組的至少一個汽缸具有較大的壓縮比率ε1，而第二組的至少一個汽缸具有較小的壓縮比率ε2，其中ε2<ε1，第二組的至少一個汽缸包括可激活和可停用的汽缸。在內(nèi)燃發(fā)動機的部分負荷操作中，如果未及預(yù)定義的負荷，則停用第二組的至少一個汽缸，由此對至少一個剩余汽缸的負荷需求增加，并且節(jié)流閥瓣的開口可將更多空氣質(zhì)量引入所述汽缸內(nèi)。除了有利于內(nèi)燃發(fā)動機的去節(jié)流效應(yīng)的所述作用之外，通過根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征進一步優(yōu)化了部分負荷操作中的部分停用，尤其是鑒于這樣的事實，即在根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機中，永久性操作的汽缸組以及可激活和可停用的汽缸組均具有不同的壓縮比率εi。在本實例中，持久性操作的第一組汽缸具有較高的壓縮比率ε1，以便在部分負荷操作中，所述汽缸具有顯著較高的效率η，尤其是比在所述汽缸具有可激活和可停用的汽缸的較低的壓縮比率ε2的情況下更高的效率。在此，必須考慮到的是，效率η或多或少與壓縮比率εi相關(guān)，也就是說，效率η通常在相對高的壓縮比率εi的情況下較高，而通常在相對低的壓縮比率εi的情況下較低。不同的壓縮比率εi是針對不同操作或負荷范圍的汽缸組的配置的結(jié)果。然而，持久性操作的汽缸經(jīng)配置用于內(nèi)燃發(fā)動機的部分負荷操作，可激活的汽缸組經(jīng)配置用于較高、高和最大負荷。持久性操作的第一組汽缸可被提供較高的壓縮比率ε1，并且因此經(jīng)配置用于內(nèi)燃發(fā)動機的優(yōu)化的部分負荷操作，因為在所述負荷范圍內(nèi)不期望增加的爆震趨勢。相反，可激活的汽缸，也就是在增加負荷需求的情況中可被激活的汽缸經(jīng)配置用于高負荷。根據(jù)本公開，所述汽缸應(yīng)該被提供相對低的壓縮比率，因為爆震趨勢不僅隨著壓縮比率增加，而且還隨著增加的負荷而增加。盡管這降低了所述汽缸組的效率，但是其提供了抵抗高負荷下的爆震的安全性，其中所述汽缸主要在高負荷下使用。為內(nèi)燃發(fā)動機提供的系統(tǒng)包含：至少兩個汽缸，其中至少兩個汽缸構(gòu)成至少兩個組，其中每組包含至少一個汽缸，至少一組的至少一個汽缸形成為這樣的汽缸，即該汽缸能夠以依賴于負荷的方式激活，并且在未及預(yù)定義的負荷的情況下被停用。所述至少兩組的特征在于不同的壓縮比率，具有較高的壓縮比率的第一組的至少一個汽缸，以及具有較低的壓縮比率的第二組的至少一個汽缸；以及第二組的至少一個汽缸包含可激活的汽缸。在部分負荷期間使用第一組汽缸和停用第二組汽缸增加了發(fā)動機效率和燃料經(jīng)濟性。當(dāng)單獨或結(jié)合附圖時，根據(jù)下列具體實施方式將易于明白本說明書的上述優(yōu)勢和其他優(yōu)勢以及特征。應(yīng)當(dāng)理解，提供上述概要是為了以簡化的形式介紹所選的概念，其將在具體實施方式中進一步說明。這并不意味著確立要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，其范圍由具體實施方式后的權(quán)利要求唯一限定。另外，要求保護的主題不限于解決上述或在本發(fā)明中任何部分指出的任何缺點的實施方式。此外，本文的發(fā)明人已認識到本文所指出的缺點，并且不承認這些缺點是已知的。附圖說明圖1示出了根據(jù)本公開的發(fā)動機的示例性汽缸。圖2示意性地示出了內(nèi)燃發(fā)動機的第一實施例的汽缸。圖3示出了根據(jù)本公開的發(fā)動機的操作方法。圖4示出了汽缸組之間的差異。具體實施方式本公開的目的是可變排量發(fā)動機，其包含由至少兩組汽缸形成的發(fā)動機，其中每組汽缸包含至少一個汽缸。兩組汽缸的壓縮比率不同，以便第一組汽缸包含較高的壓縮比率，而第二組汽缸包含較低的壓縮比率。具有較高的壓縮比率的第一組汽缸適于部分發(fā)動機負荷，并且被維持激活。具有較低的壓縮比率的第二組汽缸在高和最大化的發(fā)動機負荷下是可激活的。圖1示出了根據(jù)本公開的發(fā)動機的示例性汽缸，所示的示例性汽缸可以來自第一組或第二組汽缸，并且僅作為說明發(fā)動機組件的參考而提供。下面本文將更加詳細地討論第一組和第二組汽缸的相對壓縮比率和其他屬性。圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動機10的燃燒室或汽缸的示例性實施例。發(fā)動機10可接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)以及接收來自車輛操作員130經(jīng)輸入裝置132的輸入。在該例子中，輸入裝置132包括加速器踏板和踏板位置傳感器134，其用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號PP。發(fā)動機10的汽缸（本文也被稱為“燃燒室”）14可包括具有置于其中的活塞138的燃燒室壁136。活塞138可被耦接至曲軸140，以便活塞的往復(fù)運動被轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸140可以通過傳動系統(tǒng)被耦接至客車的至少一個驅(qū)動輪。此外，起動機馬達可以通過飛輪耦接至曲軸140，從而實現(xiàn)發(fā)動機10的啟動操作。汽缸14能夠經(jīng)一系列進氣道142、144和146接收進氣。進氣道146可與發(fā)動機10的除了汽缸14之外的其他汽缸連通。在一些實施例中，進氣道中的一個或更多可包括增壓裝置，例如渦輪增壓器或機械增壓器。例如，圖1示出了配置有渦輪增壓器的發(fā)動機10，該渦輪增壓器包括布置在進氣道142和144之間的壓縮機174以及沿著排氣道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174可以是至少部分地經(jīng)軸180由排氣渦輪176提供動力，其中所述增壓裝置配置為渦輪增壓器。然而，在其他實施例中，例如在發(fā)動機10被提供機械增壓器的實施例中，可選擇性地省略排氣渦輪176，其中壓縮機174可由來自馬達或發(fā)動機的機械輸入提供動力?？裳匕l(fā)動機的進氣道提供包括節(jié)流板164的節(jié)氣門20，以用于改變被提供至發(fā)動機汽缸的進氣的流速和/或壓力。例如，如圖1所示，節(jié)氣門20可被設(shè)置在壓縮機174的下游，或可選地可被提供在壓縮機174的上游。內(nèi)燃發(fā)動機的實施例會是有利的，其中可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥瓣/節(jié)流擋板（throttleflap）被提供用于負荷控制?？烧{(diào)節(jié)的節(jié)流閥瓣的優(yōu)勢在于，也就是基于汽缸的部分停用的激活或停用，發(fā)動機扭矩不下降或上升，并且駕駛員可以不調(diào)節(jié)加速器踏板以維持負荷，如不可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥瓣的情況。優(yōu)選的是，可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥瓣是電子可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥瓣，以及優(yōu)選地發(fā)動機控制器執(zhí)行所述節(jié)流閥瓣的調(diào)節(jié)。所述實施例就成本而言也是優(yōu)選的。本文中，實施例會是有利的，其中在閉環(huán)處理中能夠調(diào)節(jié)所述節(jié)流閥瓣。排氣道148可接收來自發(fā)動機10中除汽缸14之外的其他汽缸的排氣。排氣傳感器128被顯示為耦接至排氣控制裝置178上游的排氣道148。傳感器128可以選自用于提供排氣/燃料比指示的各種適合的傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO（通用或?qū)捰蚺艢庋鮽鞲衅鳎?、雙態(tài)氧傳感器或EGO（如圖所示）、HEGO（加熱的EGO）、NOx，HC或者CO傳感器。排氣控制裝置178可以是三元催化劑（TWC）、NOx捕集器、各種其他排氣控制裝置或其組合?？梢酝ㄟ^位于排氣道148內(nèi)的一個或更多溫度傳感器（未示出）測量排氣溫度。可選地，可以基于發(fā)動機工況推斷排氣溫度，所述工況例如轉(zhuǎn)速、負荷、空氣燃料比（AFR）、火花延遲等。此外，可以通過一個或更多排氣傳感器128計算排氣溫度。可以理解的是，可選地，可通過本文所列舉的溫度估計方法的任意組合來估計排氣溫度。發(fā)動機10的每個汽缸可包括一個或更多進氣門和一個或更多排氣門。例如，示出汽缸14包括位于汽缸14的上部區(qū)域的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升閥156。在一些實施例中，包括汽缸14的發(fā)動機10的每個汽缸可包括位于汽缸的上部區(qū)域的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。可以由控制器12通過經(jīng)凸輪驅(qū)動系統(tǒng)151的凸輪驅(qū)動器控制進氣門150。類似地，可以由控制器12經(jīng)凸輪驅(qū)動系統(tǒng)153控制排氣門156。凸輪驅(qū)動系統(tǒng)151和153中的每個均可包括一個或更多凸輪，并且可使用凸輪廓線變換系統(tǒng)（CPS）、可變凸輪正時（VCT）系統(tǒng)、可變氣門正時（VVT）系統(tǒng)和/或可變氣門升程（VVL）系統(tǒng)中的一個或更多，所述系統(tǒng)可由控制器12操作，從而改變氣門操作?？梢苑謩e由氣門位置傳感器（未示出）和/或凸輪軸位置傳感器155和157確定進氣門150和排氣門156的操作。在可選的實施例中，可以通過電動氣門驅(qū)動器控制進氣門和/或排氣門。例如，汽缸14可以可替換地包括經(jīng)電動氣門驅(qū)動器控制的進氣門和經(jīng)包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪驅(qū)動器控制的排氣門。在其他實施例中，可以通過共用的氣門驅(qū)動器或驅(qū)動系統(tǒng)，或可變氣門正時驅(qū)動器或驅(qū)動系統(tǒng)控制進氣門和排氣門?？梢哉{(diào)節(jié)（通過提前或延遲VCT系統(tǒng)）凸輪正時，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機稀釋度以配合EGR流，因此降低EGR瞬態(tài)以及改善發(fā)動機性能。汽缸14能夠具有壓縮比率，其為活塞138處于下止點到上止點時的容積比率。傳統(tǒng)地，壓縮比率處于9:1至10:1的范圍內(nèi)。然而，在一些使用不同的燃料的例子中，可以增加壓縮比率。例如，這可在使用較高辛烷燃料或具有較高汽化潛焓（latententhalpy）的燃料時發(fā)生。如果使用直接噴射，由于其對發(fā)動機爆震的作用，同樣可增加壓縮比率。此外，在本公開中，至少兩個汽缸組的壓縮比率可以改變，如下詳細描述。在一些實施例中，發(fā)動機10的每個汽缸可包括用于開始燃燒的火花塞192。在所選的操作模式下，響應(yīng)于來自控制器12的火花提前信號SA，點火系統(tǒng)190可以通過火花塞192為燃燒室14提供點火火花。然而，在一些實施例中，可以省略火花塞192，例如其中發(fā)動機10可通過自動點火或通過燃料噴射開始燃燒，如一些柴油發(fā)動機的情況。內(nèi)燃發(fā)動機的實施例會是有利的，其中每個汽缸配備有用于開始火花點火的點火塞。點火塞為用于可靠地開始點火火花的點火裝置，其還具有耐用性，并且還是便宜的。然而，還能夠使用其他的點火裝置來開始火花點火。作為非限制性的例子，汽缸14被顯示為包括一個燃料噴射器166。燃料噴射器166被顯示為直接耦接至汽缸14，以用于與通過電子驅(qū)動器168從控制器12接收的信號的脈沖寬度FPW成比例地直接噴射燃料于其中。以這種方式，燃料噴射器166提供燃料向燃燒汽缸14中的已知的直接噴射（下文也被稱為“DI”）。盡管圖1示出了噴射器166作為側(cè)噴射器，但其也可位于活塞的頂部，例如靠近火花塞192的位置。燃料可從包括燃料箱、燃料泵以及燃料導(dǎo)軌的高壓燃料系統(tǒng)8傳輸至燃料噴射器166?？商鎿Q地，燃料可在較低壓力下由單級燃料泵傳輸，在該情況中，在壓縮沖程期間的直接燃料噴射的正時可以比使用高壓燃料系統(tǒng)的正時更加精確。此外，盡管未示出，但燃料箱可具有向控制器12提供信號的壓力傳感器。應(yīng)明白的是，在可替換的實施例中，噴射器166可以是進氣道噴射器，其將燃料提供至汽缸14上游的進氣道。內(nèi)燃發(fā)動機的實施例會是有利的，其中每個汽缸為了通過直接噴射提供燃料供應(yīng)的目的而配備有噴射噴嘴。首先，如部分停用本身一樣并且如上述進一步詳細討論的，將燃料直接噴射至汽缸是用于內(nèi)燃發(fā)動機去節(jié)流效應(yīng)的合適的手段，以便兩種測量，也就是說首先部分停用和其次直接噴射，彼此協(xié)助和補充，以實現(xiàn)去節(jié)流效應(yīng)。其次，直接噴射允許從一個工作周期到下一個工作周期的燃料供應(yīng)的停用和激活。直接噴射確保至少一個可激活汽缸的有效和可靠停用，其中目標(biāo)是從一個工作周期到下一個工作周期的燃料供應(yīng)被盡可能完全地停止；這還特別是關(guān)于燃料消耗和污染物排放的情況。然而，內(nèi)燃發(fā)動機的實施例可以是有利的，其中為了供應(yīng)燃料的目的提供了進氣管噴射裝置。如上所述，圖1示出了多汽缸發(fā)動機中的一個汽缸。類似地，每個汽缸可相似地包括其自身一組進氣/排氣門、一個或更多燃料噴射器、火花塞等等。盡管未示出，但應(yīng)明白的是，發(fā)動機可還包括一個或更多排氣再循環(huán)通道，其用于將至少部分排氣從發(fā)動機排氣轉(zhuǎn)向發(fā)動機進氣。類似地，通過再循環(huán)一些排氣，發(fā)動機稀釋可被影響，這可通過降低發(fā)動機爆震、汽缸燃燒溫度峰值和壓力、節(jié)流損失以及NOx排放而提高發(fā)動機性能。一個或更多EGR通道可包括LP-EGR通道，其被耦接于渦輪增壓器壓縮機上游的發(fā)動機進氣口和渦輪下游的發(fā)動機排氣口之間，并且配置為提供低壓（LP）EGR。一個或更多EGR通道可還包括HP-EGR通道，其被耦接于壓縮機下游的發(fā)動機進氣口和渦輪上游的發(fā)動機排氣口之間，并且配置為提供高壓（HP）EGR。在一個例子中，在例如缺少由渦輪增壓器提供的增壓的情況下，可以提供HP-EGR流，同時在例如存在渦輪增壓器增壓的情況期間和/或當(dāng)排氣溫度高于閾值時，可提供LP-EGR流。可以經(jīng)LP-EGR閥調(diào)節(jié)通過LP-EGR通道的LP-EGR流，同時可以經(jīng)HP-EGR閥（未示出）調(diào)節(jié)通過HP-EGR通道的HP-EGR流。圖1示出作為微型計算機的控制器12，其包括：微處理器單元106、輸入/輸出端口108、在該...