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活塞式发动机及相应的运行方法
申请号	CN201480066870.7	申请日	2014-11-29	公开(公告)号	CN105814302A	公开(公告)日	2016-07-27
申请人	戴姆勒股份公司;			发明人	F·M·本茨; T·哈尔曼; K·霍夫曼; K·凯宁; T·科赫; J·里青格; T·舍夫勒;
摘要	本发明涉及一种用于运行具有内部燃烧过程的活塞式发动机、优选奥托发动机的方法，其中，对于每个燃烧室，至少一个进气阀 (1，2)提前地或滞后地关闭，其中，可执行废气再循环。如果对于每个燃烧室设置有至少两个进气阀(1，2)，所述进气阀至少在所述废气再循环中以不同的最大行程(HmaxI，HmaxII)打开，则可实现提高的废气再循环率。
权利要求	1.一种用于运行具有内部燃烧过程的活塞式发动机、优选奥托发动机的方法，其中，对于每个燃烧室，至少一个进气阀(1，2)提前地或滞后地关闭，其中，可执行废气再循环，其特征在于，对于每个燃烧室设置有至少两个进气阀(1，2)，所述进气阀至少在所述废气再循环中以不同的最大行程(HmaxI，HmaxII)打开。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个进气阀(1，2)中的至少一个关于曲轴角度(KWW)具有这样的行程变化曲线(I，II)：所述行程变化曲线具有一个具有恒定打开行程(H)的角度范围(c)。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述恒定打开行程(H)构成相应进气阀(1，2)的最大行程(HmaxI，HmaxII)。 4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述两个进气阀(1，2)中的仅一个具有这种具有恒定打开行程(H)的角度范围(c)。 5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，两个进气阀(1，2)分别具有这种具有恒定打开行程(H)的角度范围(c)。 6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个进气阀(1，2)同步地打开及关闭。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个进气阀(1，2)对两个单独的进气通道进行控制。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述两个进气通道中的仅一个构造成螺旋通道。 9.一种具有内部燃烧过程的活塞式发动机、特别是奥托发动机，所述活塞式发动机具有废气再循环系统，对于每个燃烧室具有至少两个进气阀(1，2)，并且具有用于按照权利要求1至8中任一项所述的方法控制所述进气阀(1，2)的配气机构。 10.一种配气机构的应用，所述配气机构用于按照权利要求1至8中任一项所述的方法控制具有内部燃烧过程的活塞式发动机、特别是奥托发动机的燃烧室的至少两个进气阀(1，2)。
说明书全文	活塞式发动机及相应的运行方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种用于运行具有内部燃烧过程的活塞式发动机、优选奥托发动机的方法，其中，对于每个燃烧室，至少一个进气阀提前地或滞后地关闭，其中，可执行废气再循环。此外，本发明涉及一种具有内部燃烧过程的活塞式发动机、特别是奥托发动机，其适于执行这种运行方法。最后，本发明涉及一种用于在活塞式发动机中按照这种运行方法控制进气阀的配气机构的应用。背景技术 [0002] 通过提前地关闭进气阀，即通过在相应的活塞的下止点之前关闭进气阀，可执行所谓的米勒方法(也称作提前的米勒过程)，在所述米勒方法中，减小对相应燃烧室的充填，以便最后可后续膨胀行程中增大几何膨胀。就结果而言，由此可更有效地消耗燃料，因为在相应的膨胀过程中可利用更多的膨胀能量。在滞后地关闭进气阀的情况下产生相同的状况，因为在此在相应的活塞的下止点之后关闭进气阀，由此减小(热动力学的)压缩行程。此过程作为阿特金森方法(也称作滞后的米勒过程)已经公知。 [0003] 在此，对于米勒方法和阿特金森方法而言，重要之处在于按照四冲程原理工作的活塞式发动机，其中，在相应的缸中，相应的活塞在第一冲程中执行具有燃烧过程的膨胀行程，在第二冲程中执行用于将燃烧废气推出的排气行程，在第三冲程中执行用于充填新鲜气体的进气行程，并且在第四冲程中执行用于将新鲜气体压缩的压缩行程。就活塞式发动机的由相应活塞驱动的曲轴而言，活塞的各个冲程或者说行程可配置给以下曲轴角度范围。膨胀行程从0°曲轴角度(KWW)持续直至180°KWW，排气行程从180°KWW持续直至360°KWW，进气行程从360°KWW持续直至540°KWW，压缩行程从540°KWW持续直至720°KWW，其中，一个四冲程循环的720°KWW相应于下一个四冲程循环的0°KWW。活塞运动的上止点处于0°KWW、360°KWW和720°KWW处。相应活塞的下止点则处于180°KWW和540°KWW处。进气阀通常在大致540°KWW处、即在进气行程与压缩行程之间的下止点处关闭。在进气关闭提前的情况下，即在米勒方法的情况下，进气阀在540°KWW之前关闭，而在进气关闭滞后的情况下，即在阿特金森方法的情况下，进气阀在540°KWW之后关闭。为了使米勒方法或阿特金森方法对活塞式发动机的效率产生明显影响，进气阀的关闭明显地在对应下止点之前或之后、即优选在540°KWW处的下止点之前或之后的80°(含)至60°(含)的范围内且特别是在大致70°处进行。 [0004] 废气再循环的主要目的在于减少活塞式发动机的NOx有害物质排放。为了可实现高的废气再循环率，在相应燃烧室中需要尽可能高的涡流。但在米勒方法或阿特金森方法的情况下，无法或难以获得燃烧室中的高涡流度，由此，在传统的运行方法中，所期望的高废气再循环率不可出现，或者伴随着提高的爆震风险以及提高的燃烧断火风险。 [0005] 由EP 2 041 414 B1公开了一种用于运行开头所述类型的奥托发动机的方法。发明内容 [0006] 本发明涉及的问题是，对于开头所述类型的运行方法或者对于相应的活塞式发动机或者对于相应的配气机构提出一种改善的实施形式，所述实施形式的特征特别是在于能够实现较高的废气再循环率。 [0007] 根据本发明，所述问题通过独立权利要求的主题来解决。有利实施形式是从属权利要求的主题。 [0008] 本发明所基于的一般构思为：相应燃烧室配置有至少两个进气阀，由此，通过所述至少两个进气阀对相应燃烧室进行充填，在废气再循环期间对于进气阀的关闭提前或滞后的运行方法这样控制所述进气阀，使得两个进气阀具有不同的最大行程。本发明在此利用以下知识：在相应进气阀打开时最大行程对气体混合物的流入具有显著影响。在此已经证实，通过进气阀的不同的最大行程生成的两个不同的进气流的产生导致燃烧室中的涡流提高。提高的涡流对于经再循环的废气而言改善后续燃烧过程的相容性，由此可实现较高的废气再循环率，而爆震风险以及燃烧断火风险在此不提高。由此可通过根据本发明提出的方案来降低活塞式发动机的有害物质排放。 [0009] 根据一种有利实施形式，一个进气阀的最大行程处于另一个进气阀的最大行程的40％(含)至70％(含)的范围内、优选50％(含)至65％(含)的范围内、特别是大致55％处。已经证实，在两个最大行程之间的这种关系下，可在相应燃烧室中产生特别高的涡流。 [0010] 在另一种实施形式中，两个进气阀中的至少一个可关于曲轴角度具有这样的行程变化曲线：所述行程变化曲线具有一个具有恒定打开行程的角度范围。这意味着，相应的行程变化曲线在所述角度范围中具有一个平的平台段，在所述平台段中进气阀的打开行程不发生变化。因此，在该角度范围期间可实现保持相同的进气流，这有助于有目的的涡流的形成。例如相应进气阀的打开行程恒定的角度范围可处于30°KWW(含)至50°KWW(含)的范围内、优选40°KWW(含)至45°KWW(含)的范围内。 [0011] 根据一种有利扩展构型，恒定打开行程构成相应进气阀的最大行程。这意味着，在相应的角度范围内，相应的进气阀以其最大行程恒定打开。这一措施也使得有目的地产生所期望的涡流。 [0012] 在另一种扩展构型中可提出，两个进气阀中的仅一个具有这种具有恒定打开行程的角度范围。优选在此涉及具有较小的最大行程的进气阀。作为对此的替代方案可提出，两个进气阀分别具有这种具有恒定打开行程的角度范围。 [0013] 特别有利的是这样一种实施形式，在该实施形式中两个进气阀同步地打开及关闭。据此，两个进气阀具有相同的打开时间窗口。尤其是两个进气阀的打开行程在打开范围中以及在关闭范围中基本上叠合地延伸。由此对于进气开始和进气结束实现单义地确定的时刻。如果两个行程变化曲线呈现出具有恒定打开行程、特别是具有恒定最大行程的角度范围，则与具有较大的最大行程的进气阀的角度范围相比，具有较小的最大行程的进气阀的角度范围明显大，特别是约为其两倍。例如所述较大的角度范围于是可为80°KWW(含)至120°KWW(含)、优选为90°KWW(含)至110°KWW(含)。 [0014] 在另一种实施形式中可提出，两个进气阀对两个单独的进气通道进行控制，所述进气通道分别将相应的气体混合物引导至燃烧室。由此可尽可能避免在进气阀上游在气体流中出现相互作用，以便改善燃烧室中的涡流的效率。 [0015] 根据一种扩展构型可提出，两个进气通道中的仅一个构造成螺旋通道。在此优选涉及配置给具有较大的最大行程的进气阀的进气通道。传统的输送通道关于相应的圆柱形燃烧室的纵向中心轴线尽可能径向地及轴向地将气体混合物输送给燃烧室，而螺旋通道则这样布置或取向，使得输送给燃烧室的气流还具有切向分量、即在周向方向上的分量。因此，通过螺旋通道可在燃烧室中产生对涡流有利的旋流。 [0016] 一种根据本发明的具有内部燃烧过程的活塞式发动机——优选为奥托发动机——配备有废气再循环系统，所述废气再循环系统优选为外部废气再循环系统。此外，活塞式发动机对于每个燃烧室配备有至少两个进气阀，并且配备有用于控制进气阀的配气机构。此外，配气机构这样构造，使得所述配气机构可根据前述运行方法来控制进气阀。换言之，配气机构可以对于米勒运行方式或阿特金森运行方式对两个进气阀进行控制，以实施不同的最大行程。 [0017] 在根据本发明的应用中，有目的地这样使用被设置用于对具有内部燃烧过程的活塞式发动机、特别是奥托发动机的燃烧室的至少两个进气阀进行控制的配气机构，使得所述配气机构执行前述运行方法。为此，所述配气机构以合适的方式来构造。 [0018] 可对所述至少两个进气阀以不同的最大行程进行控制的配气机构例如具有两个单独的凸轮，以便可分开地对两个单独的进气阀进行控制。两个凸轮于是具有几何特征不同的凸轮轮廓，以便对于两个单独的进气阀产生两个不同的行程变化曲线。也可以考虑，对于两个进气阀设置一个公共的凸轮，但所述公共的凸轮具有两个不同的凸轮轮廓。为了在正常运行方式与米勒运行方式或阿特金森运行方式之间进行转换，配气机构还可配备有凸轮轴调节系统。另外，原则上可考虑，对于正常运行方式和/或对于传统的米勒运行方式或阿特金森运行方式，这样地构造配气机构，使得也可完全同步地、即特别是以同一个最大行程对两个进气阀进行控制。这例如可借助于可调节的凸轮轴和/或可调节的摇臂及类似装置来实现。 [0019] 本发明的其它重要特征及优点由从属权利要求、附图以及借助于附图进行的相应的附图说明中得到。 [0020] 不言而喻，前面列举的以及后面还要描述的特征不仅可以以分别给出的组合而且可以以其它组合或单独地使用，而不偏离本发明的范围。附图说明 [0021] 本发明的优选实施例在附图中予以示出，在后面的说明中予以详细描述，其中，相同的参考标号涉及相同或类似或功能上相同的部件。 [0022] 附图分别示意性地表示： [0023] 图1和2对于两个不同的实施形式在一个进气行程期间，具有两个进气阀的行程变化曲线的曲线图。具体实施方式 [0024] 图1和2的曲线图分别在其纵坐标上描绘单位为mm的阀行程H并在其横坐标上描绘单位为度的曲轴角度KWW。在此，图1和2中示例性地绘制了0至14mm的阀行程H。图1中示例性地绘制了300°KWW至650°KWW的曲轴角度范围。图2中绘制了270°KWW至630°KWW的曲轴角度范围。 [0025] 在两个曲线图中描绘两个进气阀1、2的阀升程曲线I、II，所述进气阀配置给具有内部燃烧过程的活塞式发动机的同一个燃烧室。活塞式发动机优选为奥托发动机。活塞式发动机按照四冲程原理工作。在此描绘的角度范围在此包括配置给相应燃烧室的活塞的一个进气行程。所述的进气行程在此从360°KWW延伸直至540°KWW，即从360°处的上止点OT延伸直至540°处的下止点UT。 [0026] 在图1和2的两个曲线图中在此用虚线描绘第一进气阀1的第一行程变化曲线I，并用实线描绘第二进气阀2的第二行程变化曲线II。在此提出的运行方法的前提条件为，对于每个燃烧室设置有至少两个进气阀1、2，在图1和2中通过两个行程变化曲线I和II代表所述两个进气阀。用于控制进气阀1、2的配气机构在此这样构造，使得关于540°KWW处的下止点可提前地或滞后地将进气阀1、2关闭。在此，图1中描绘进气关闭滞后的阿特金森运行方式，在所述阿特金森运行方式中进气阀1和2在大致600°KWW至650°KWW处关闭。与此不同，图2示出进气关闭提前的米勒运行方式的行程变化曲线I和II。在此，两个进气阀1、2在大致510°KWW处关闭。在两种情况下，进气阀1、2大致在具有360°KWW的上止点OT处打开。在此需要注意的是，以不同的最大行程HmaxI或HmaxII将两个进气阀1、2打开。在这些例子中，第一进气阀1分别具有较大的最大行程Hmax。在此，较小的最大行程HmaxII大致处于较大的最大行程HmaxI的40％至70％之间。在这里所示的例子中，较小的最大行程HmaxII为较大的最大行程HmaxI的大致60％。纯粹示例性地，在图1中，较大的最大行程HmaxI取值大致13mm，而较小的最大行程HmaxII取值大致8mm。在图2的例子中，较大的最大行程HmaxI取值大致11mm，而较小的最大行程HmaxII取值大致7mm。 [0027] 尤其当对于相应燃烧室要实现高的废气再循环率时，使用根据图2的米勒方法或根据图1的阿特金森方法。这意味着，相应的活塞式发动机还配备有废气再循环系统。在此优选采用外部废气再循环系统，在所述外部废气再循环系统中将废气在相应燃烧室外部分流并在相应燃烧室外部输送给新鲜气体输送系统，由此最终将由新鲜空气、可燃气体和经再循环的废气构成的混合物输送给燃烧室。 [0028] 根据在此所示的实施形式可提出，至少在两个进气阀1、2之一中关于曲轴角度KWW设置有具有打开行程H保持恒定的角度范围c的行程变化曲线I、II。在任何情况下，相应行程变化曲线I、II具有打开行程H增大的角度范围a和打开行程H减小的角度范围b，在此情况下，所述打开行程增大的角度范围和所述打开行程减小的角度范围通过位于中间的具有恒定打开行程H的角度范围c相互过渡。在所述角度范围c中符合目的地恒定地存在相应进气阀1、2的最大行程Hmax。 [0029] 在图1中所示的实施形式中，两个进气阀1、2的两个行程变化曲线I、II分别具有正好一个这种具有恒定打开行程H的角度范围c，所述恒定打开行程分别通过相应的最大行程Hmax构成。与此不同，图2示出一种实施形式，在该实施形式中，两个进气阀1、2中的仅一个具有呈现出正好一个这种具有恒定打开行程H的角度范围c的行程变化曲线I、II，所述恒定打开行程也通过最大行程Hmax构成。根据图2中所示的优选实施形式，在此涉及具有较小的最大行程HmaxII的第二进气阀2的行程变化曲线II。具有较大的最大行程HmaxI的第一进气阀1在此未呈现出这种具有恒定打开行程H的角度范围c。确切言之，在第一进气阀1的行程变化曲线I中，打开行程H增大的角度范围a与打开行程H减小的角度范围b直接相互过渡。 [0030] 在这里所示的优选实施形式中，两个进气阀1、2同步地打开和关闭，由此，两个单独的行程变化曲线I、II在打开范围d中以及在关闭范围e中叠合地延伸。 [0031] 在图1中所示的实施形式中，在第一行程变化曲线I中，具有恒定最大行程HmaxI的角度范围c构成一个在大致50°KWW上延伸的平台段。而在第二行程变化曲线II中，通过具有恒定最大行程HmaxII的角度范围c构成了一个大致在100°KWW上延伸的平台段。在图2中，通过第二进气阀2的具有恒定最大行程HmaxII的角度范围c构成了一个大致在40°KWW上延伸的平台段。 [0032] 此外，在这里所示的实施形式中，两个进气阀1、2的两个行程变化曲线I、II尽可能对称地配置，由此，打开行程H增大的角度范围a关于打开行程H减小的角度范围b尽可能镜像对称地构造。 [0033] 两个进气阀1、2可配置有单独的进气通道，由此，两个进气阀1、2对两个单独的进气通道进行控制。在此，原则上可涉及两个单独的流入通道。但优选提出，进气通道中的至少一个构造成螺旋通道。与传统的流入通道不同，这种螺旋通道具有这样的定向：所述定向在可通过所述螺旋通道流入到燃烧室中的气流中具有在圆柱形燃烧室的周向方向上的流动分量。与此不同，通过流入通道产生的气流相对于相应的缸的纵向中心轴线几乎仅径向地和/或轴向地定向。

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