用于運行具有至少一個進氣閥的內燃機、尤其是汽油發動機的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于運行具有至少一個進氣閥的內燃機、尤其是汽油發動機(奧托循環發動機)的方法。此外，本發明還涉及一種通過該方法運行的內燃機以及具有這一類內燃機的機動車。
【背景技術】
[0002]在現代商用車中通常使用柴油發動機作為內燃機。由于結構原因，在這一類的柴油發動機中可以實現較高的壓縮比，這可以帶來相對較高的熱力學效率，同時也可以使得使用這一類柴油發動機的商用車具有較高的經濟性。當然，不管是用于將燃油噴射至柴油發動機燃燒室中的柴油發動機噴射系統，還是該柴油發動機的其他部件都相對較為昂貴。在商用車中使用柴油發動機的另一缺點在于，柴油發動機排出的有害排放物尤其在內燃機的全負荷工作狀況下不容忽視，需要較高的花費進行廢氣再處理。與此相對，外部點火的汽油發動機會以所謂的稀薄混合氣運轉方式進行工作。與柴油發動機相比，構成為汽油發動機的內燃機在燃燒時產生的廢氣幾乎不產生炭黑。與此相對，汽油發動機的經濟性由于大量的熱力學框架條件而受到限制。此外，由于汽油發動機燃油存在所謂的爆震趨勢，其幾何學壓縮比不允許超過預先規定的明顯低于柴油發動機的極限值。與之對應，汽油發動機的熱力學效率低于柴油發動機的熱力學效率。
[0003]為了改善汽油發動機的熱力學效率，汽油發動機可以以所謂的米勒運行模式作為“米勒發動機”進行工作。在這一類的米勒運行模式下，常規的汽油發動機以比汽油發動機的標準工作狀況下更高的壓縮比進行工作。為了降低由此形成的米勒發動機的爆震趨勢，內燃機氣缸的進氣閥關閉得非常早或者非常晚，尤其是明顯在屬于內燃機活塞下死點的540°的曲軸轉角之前或者之后進行關閉。這意味著，通過進氣閥將新鮮的燃燒空氣吸入燃燒室的過程要么提前中斷，要么將部分已經吸入燃燒室的空氣重新送至置于進氣閥之前的進氣管道中。在兩種情況下，各自的氣缸僅實施不完全充氣，由此，可以避免或者至少降低燃燒室中意外出現的爆震。
[0004]從現有技術例如DE 199 50 677 Al中已知，常規的汽油發動機能夠以米勒發動機的形式結合廢氣再循環裝置進行工作。此外根據該改進形式，內燃機既可以以部分負荷方式，也可以以完全負荷方式進行工作，從而使得在完全負荷工作狀況下通過對進氣閥和排氣閥的控制時間進行適當的調節重新回到已經升高的壓縮比。同時，根據該改進形式，也可以借助置于內燃機之后的廢氣渦輪增壓器進行增壓。然而，以該方式進行工作的汽油發動機僅在有限條件下適合全負荷工作，因為內燃機的活塞以及輸送廢氣的部件在排氣閥區域遭受較高的熱負荷。為了降低這一類不期望出現的高的熱負荷，在全負荷工作狀況下通常對燃油-空氣混合氣進行潤滑，然而這會增大燃油消耗量，同時也會提高內燃機的有害物排放。
[0005]DE 10 2006 032 719 Al公開了一種具有更佳經濟性的汽油發動機運行方法。根據該方法，汽油發動機的至少一個進氣閥非常早或者非常晚地進行關閉。這種非常早或者非常晚關閉至少一個進氣閥的方法可以在改進熱力學效率的條件下降低溫度水平。借助廢氣渦輪增壓器來壓縮燃燒空氣流，從而由于進氣閥關閉時間而減少的氣缸充氣可以至少近似地得到補償，從而可以提供足夠高的功率水平。另一個降低溫度的措施是，至少在全負荷情況下排出廢氣的部分氣流作為廢氣再循環氣流輸送至燃燒空氣流。該方法的缺點在于，在所謂的內燃機瞬態工作狀況下，即在內燃機由較低負荷向較高負荷或者全負荷的負荷轉變過程中，內燃機的負荷能力或者效率相對不足。
【發明內容】
[0006]本發明的任務是，說明一種運行內燃機的方法，對于該內燃機而言可以排除或者至少降低上述缺點。上述發明的另一任務是，說明一種用于實施這一類改進型方法的對應內燃機。
[0007]上述任務通過獨立權利要求的主題加以解決。優選的實施形式是從屬權利要求的主題。
[0008]本發明基于的一般思想是，在內燃機由部分負荷工作狀況向全負荷工作狀況過渡的過程中，即在所謂的瞬態工作狀況下，進氣閥關閉的時間點對預先規定的時間段來說，即臨時地，沿著朝著一內燃機活塞位于下死點的時間點的方向推移。這意味著，在部分負荷向全負荷工作狀況過渡的過程中，活塞在進氣閥關閉的時間點與在原本的部分負荷或者全負荷工作狀況中相比更加靠近下死點位置。通過該方式，在由部分負荷向全負荷工作狀況過渡的過程中可以短時間將增大的空氣量帶入燃燒室中。借助這一類短時間提高經過內燃機燃燒室的空氣質量流量，還可以短暫提高廢氣渦輪增壓器的渦輪機功率，這使得整個內燃機的功率短暫上升。因此，借助根據本發明的方法，相對于常規的上文所述的方法，可以快速且有效地在由部分負荷向全負荷工作狀況過渡的過程中按期望提高功率。但同時，在瞬態工作狀況下的內燃機燃油消耗同部分負荷和全負荷工作狀況下一樣保持在相對較低的水平。
[0009]根據本發明的方法，在單純的部分負荷或者全負荷工作狀況下，內燃機在常規的米勒運行模式(在該運行模式下，內燃機的至少一個進氣閥在非常早的第一時間點關閉)或者在所謂的阿特金森運行模式(在該運行模式下，內燃機的至少一個進氣閥在非常晚的第二時間點關閉)下進行運行。根據本發明的方法基于內燃機在部分負荷和全負荷下的常規的米勒或者阿特金森運行模式以及在由部分負荷向全負荷過渡的瞬態工作狀況下的改進方法。
[0010]在一種優選的實施形式中，在內燃機的單純的全負荷和/或部分負荷工作狀況下，如果內燃機的活塞相對于內燃機活塞的、配屬于內燃機進氣沖程的下死點具有或者基本上為-70° ( “米勒運行模式”)或者基本上為+70° ( “阿特金森運行模式”)的相對曲軸轉角時，則該至少一個進氣閥被關閉。根據整個系統的設計以及已經存在的但非必需的不同的配氣機構(所述配氣機構具有可描述的不同類型的以及可轉換的凸輪形狀)，上述70° KW的數值可存在+-30° KW的變化。
[0011]在瞬態工作狀況下，即由部分負荷工作狀況向全負荷工作狀況過渡的過程中，內燃機的進氣閥根據本發明在相對曲軸轉角基本上大約為-67°或者+67°時，即在下死點區域中在預先規定的時間段內關閉。通過該方式可以特別快速提高內燃機在瞬態工作狀況下的功率，同時保持較低的燃油消耗并實現較低的有害物質排放。
[0012]在另一種實施形式中，預先規定的時間段至少為0.2ms。通過該方式，可以確保置于內燃機之后的廢氣渦輪增壓器增大足夠的功率。
[0013]在另一種實施形式中，在預先規定的時間段內降低內燃機中廢氣的廢氣再循環率。對此，內燃機的低壓和/或高壓廢氣再循環裝置具有一相應的調節閥，該調節閥為了降低廢氣再循環率在短時間內部分或者甚至完全關閉，從而使得廢氣再循環氣流相對于內燃機的部分負荷和全負荷工作狀況在瞬態工作狀況下暫時降低。
[0014]在一種特別優選的實施形式中，置于內燃機之后的廢氣渦輪增壓器的廢氣閥門裝置的廢氣閥門開口至少在由部分負荷向全負荷工作狀況過渡的預先規定的時間段內關閉。通過關閉廢氣閥門開口，廢氣渦輪增壓器的渦輪機功率在瞬態工作狀況下可以到達最大，由此可以特別快速且有效地實現在瞬態工作狀況下需要的功率上升。除了關閉廢氣閥門開口，也可以選擇或者額外對廢氣渦輪增壓器中廢氣渦輪增壓器渦輪的可能已經存在的可變的渦輪機形狀進行相應的調節。
[0015]為了進一步改善實施根據本發明方法的內燃機的效率，在一種優選的實施形式中，在預先規定的時間段內，內燃機點火裝置的點火時間點延遲一預先規定的延遲時間段或者延遲一活塞的預先規定的相對曲軸轉角，即變晚。在一種特別優選的實施形式中，隨著廢氣再循環率的上升而減小的該預先規定的相對曲軸轉角相對于內燃機活塞的、配屬于內燃機點火沖程的上死點基本上為+5°至+23°。
[0016]此外，本發明還涉及一種具有增壓裝置的內燃機，所述內燃機用來實施具有上述特征中的一種或者多種的方法，該內燃機具有控制裝置，該控制裝置設計得使控制裝置在部分負荷工作狀況下在非常早的第一時間點或者在非常晚的第二時間點將內燃機的至少一個進氣閥關閉，對此，在由部分負荷工作狀況向全負荷工作狀況過渡的過程中，即所謂的瞬態工作狀況下，將該至少一個內燃機進氣閥在較早的第三時間點或者較晚的第四時間點在預先規定的時間段內關閉，對此第二時間點在第一時間點后，且第四時間點在第二時間點前。
[0017]本發明涉及一種具有上述根據本發明的內燃機以及排氣管的機動車，在該排氣管中布置有廢氣渦輪增壓器。
[0018]本發明的其他重要特征和優點見從屬權利要求、附圖和相關的根據附圖的【附圖說明】。
[0019]可以理解的是，上述以及下述特征不僅可以以各自所述的組合，而且也可以以其他組合或者單獨加以使用，只要在上述發明的范圍內。
【附圖說明】
[0020]本發明優選的實施示例在附圖中進行顯示，并在下文的說明中進行更詳細的解釋，對此，相同的標號表示相同、類似或者功能相同的部件。
[0021]其中，分別示出了:
[0022]圖1示出根據本發明的內燃機的一種實施例。
[0023]圖2示出了描述根據本發明的方法中重要的活塞曲軸轉角位置的圖表。
【具體實施方式】
[0024]在圖1中大致示意示出了用于實施根據本發明方法的內燃機，并且以I表示。內燃機I包含增壓裝置2。在根據圖1的實施示例中，增壓裝置2以廢氣渦輪增壓器2的形式具有渦輪機3和壓縮機4。當然，可以理解的是，增壓裝置也可以包含多個廢氣渦輪增壓器或者包含一個或者多個廢氣渦輪增壓器以及一機械增壓器。對此廢氣渦輪增壓器可以具有一種可變的渦輪機形狀。內燃機I包含氣缸體5，在該氣缸體中示例性地設置有四個氣缸6。當然，在實施形式的變體中，也可以規定其他數量的氣缸6。內燃機I為汽油發動機。通過具有進氣歧管7的進氣管8輸送新鮮空氣至氣缸6中。在進氣管8中也可以布置有冷卻器9。借助冷卻器9可以冷卻待輸送至氣缸6中的吸入空氣，從而可以以有利的方式降低氣缸6中的工作溫度。但在一種簡化