[发明专利]以局部停机为特征的内燃发动机和运行该种内燃发动机的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求德国专利申请No.102012209912.3的优先权，该申请提交于2012年6月13日，其全部内容为全部目的通过引用合并在此。

技术领域

本申请涉及在内燃发动机中的汽缸停用。

背景技术

改进内燃发动机中的基本目标是最小化燃料消耗，所努力的前沿是增加总体效率。燃料消耗并因此效率是有问题的，尤其是在火花点火发动机的情况下，例如在带有施加点火的内燃发动机的情况下。原因在于火花点火发动机的基本运行方法。负载控制一般由在进气系统中提供的节气门执行。通过调整节气门，在节气门后面已引入空气的压力可以降低到更大或更小的范围。节气门越关闭，例如其越阻塞进气系统，进气门两侧引入空气的压力损失越大，而节气门下游且到至少两个汽缸（例如，燃烧室）的入口前面的引入空气的压力越低。给出恒定燃烧室容积、空气质量（例如量）可以由已引入空气的压力来调整。这也解释为什么量控制证明在部分负载运行中在精确方面是不利的，因为低负载使用进气系统中高程度的节流和压力减小，由此以降低的负载和增加的节流导致排气升高和再填充损失。

在火花点火发动机中最优化燃烧过程的另一可能性是使用至少部分可变的阀门装置（valve gear）。与其中阀门行程和正时都不可变的常规阀门装置相比，影响燃烧过程并因此影响燃料消耗的这些参数可以由可变阀门装置变化到更大或更小范围。仅通过改变进气门的关闭时间和进气门行程的可能性，无节流并因此无损失的负载控制是可能的。在进气过程期间流入燃烧室的混合物的质量然后不由节气门控制，但依靠进气门行程和进气门的打开持续时间来控制。然而，可变阀门装置非常昂贵并因此经常不适合在量产机动车辆中使用。

用于将火花点火发动机去节流的另一可能解决方案由汽缸停机来提供，例如在某个负载范围中关闭个别汽缸。由于在给定恒定发动机输出的情况下多汽缸内燃发动机的汽缸关闭增加仍在运行的其他汽缸的负载，所以通过局部停机，在部分负载运行中火花点火发动机的效率可以增加，并且因此节气门可以进一步打开从而引入更大的空气质量进入所述汽缸，总体结果是内燃发动机的去节流。在局部停机期间，继续运行的汽缸在燃料消耗比更低的更高负载的范围中运行。负载总体向更高负载偏移。依靠更大的空气质量或所供应混合物的质量，在局部停机期间继续运行的汽缸此外具有增加的混合物形成，并容忍更高的排气再循环率。

依靠所应用的更大燃料质量，例如依靠更富的混合物，在局部停机期间继续运行的汽缸此外容忍更高的排气再循环率。关于壁面热损失，获得与火花点火发动机相同的优点，并因此注意力转向对应解释。

在柴油机情况下的局部停机也意图防止随着负载减小在质量控制的过程中由于在采用的燃料量上的减小引起的燃料/空气混合物变得过稀。

然而，已知的以局部停机为特征的多汽缸内燃发动机和用于运行所述内燃发动机的关联方法具有很大的改善空间，如在下面使用柴油机为例简要解释。如果到可以关闭的汽缸的燃料供应受抑制例如停机，为在直接热喷射柴油机的情况下的局部停机，如果所述汽缸的关联阀门装置不停用或不可停用，那么已关闭的汽缸继续参与排气和再填充过程。在此情况下生成的排气和再填充损失减小由局部停机实现的关于燃料消耗和效率的改善并抵消所述改善，导致局部停机的益处至少部分损失，即，总体上局部停机实际涉及较不显著的改善。

在实践中，由于可切换阀门装置如可变阀门装置非常昂贵，因此通过提供可切换阀门装置补救在上面描述的不利效果是不利的。此外，由于排气涡轮增压器的涡轮已为特别排气量并因此也为特别数目的汽缸设计，因此在由排气涡轮增压来增压的内燃发动机的情况下，可切换阀门装置导致进一步问题。如果已关闭的汽缸的阀门装置停用，那么由于流过已关闭汽缸的质量流量的缺少，因此流过内燃发动机的汽缸的总质量流量减小。经过涡轮的排气质量流量减小，并且涡轮压力比随之减小。结果是增压压力比同样减小，例如增压压力降低，并且少量新鲜空气或增压空气馈送或可以馈送到继续运行的汽缸。低增压空气气流也可以导致压缩器超过脉动限制（pulsation limit）运行。

在上面描述的效果导致局部停机应用中的限制，即其中可以采用局部停机的负载范围的限制。馈送到在局部停机期间在运行中的汽缸的减小的增压空气量降低燃烧的效用或质量，并且对燃料消耗和污染物排放具有不利效果。

在局部停机情况下的增压压力并因此馈送到继续运行的汽缸的增压空气量可以增加，例如通过小涡轮剖面设计和同时排气排出，这也再次将与局部停机相关的负载范围扩展。然而，该程序具有当全部汽缸运行时增压性能不充分的缺点。