专利名称：用于发动机的真空系统的制作方法
用于发动机的真空系统
技术领域：
本发明涉及一种用于发动机的真空系统。
背景技术：
车辆可使用真空泵提供负压以驱动内燃发动机的多种特征。例如，可利用真空驱动连接至多种系统和/或发动机部件的多种驱动器，这些系统和/或发动机部件包括例如，车厢气候控制、具有气动增压的制动系统、用于四轮驱动系统的前桥接合(front axleengagement)、废气门、压缩器旁通阀、进气歧管空气控制阀和/或其它系统和配件。此外，真空可以用于曲轴箱通风、真空检漏测试以及燃料蒸汽吹扫(purging)。
例如，US2008/0103667描述了允许车辆制动操作的负压控制装置。该系统包括在每个分支进气通道中的节流阀用于将空气提供至各个发动机汽缸。每个节流阀都连接至共用轴使得节流阀整体地作为一个总体单元而旋转。该装置还包括空气喷射器，其运转作为真空泵以驱动从节流阀下游产生的负压。此外，该装置包括连通通道以提供用于负压传输至制动增压器的通道。发明人在此已经认识到上述系统的多个问题。具体地，负压控制装置仅能够在较低发动机负荷时产生真空。由于每个进气道包括还负责调节每个汽缸的进气的节流阀，在较高发动机负荷时，增加进气用于燃烧优先于减小节气门角度以产生真空。因此，在较高发动机负荷时不能够使用上述专利申请中描述的负压控制装置产生真空。此外，电动控制单元(E⑶)连接至负压控制装置以便在较低发动机负荷期间驱动共用轴以产生真空。
发明内容本发明提供了解决上述问题的一个示例方法，方法为节流(throttle)少于全部汽缸以产生真空使得无论何种发动机工况都能够产生真空。例如，通过利用具有用于调整至多个汽缸的进气的主节气门以及用于调节至一个汽缸的空气流的进气道节气门两者的发动机，可以在包括较低发动机负荷和较高发动机负荷的任何发动机工况下产生真空。这样，进气道节气门下游的一个汽缸可以用作为燃烧汽缸，并且在一些实施例中可以名义上用作为真空泵。通过使用汽缸作为真空泵，可以产生真空而不需包括传统真空泵；然而如果需要也可以包括真空泵。这样，由于汽缸的双重功能性，可以减小发动机的重量。此外，真空系统可以为独立于E⑶运转的自维持真空系统。具体地，真空系统可在进气道节气门下游产生真空并将真空捕集(capture)在贮存器中。该构造使得贮存器能够将真空分配至多个真空消耗器。此外，通过利用将贮存器气动地连接至负责调节该个汽缸的进气道节气门的真空驱动器，真空贮存器的压力状态用作为真空驱动器的驱动力。这样，可以实现通过气体力学驱动真空系统而不是依靠传感器传输用于驱动的电子信号。注意可以利用多个阀门以进一步引导气流。此外，如果需要，该自维持真空系统可以包括一个或多个传感器以估算进气道节气门下游的空气流。应该理解提供上述简要说明用于以简单的形式介绍将在下面具体描述部分进一步描述的一系列概念。并不意味着识别权利要求主题的关键或者重要特征，本发明的范围唯一地由权利要求确定。此外，权利要求的主题不限于解决上述或者在本说明书任意部分描述的任何缺点的实施方式。
图1显示了包括真空系统的示例发动机的示意图。图2图形化地显示了用于多缸发动机的示例压力-容积图表。图3图形化地显示了用于图1的示例发动机的示例压力-容积图表。图4显示了用于在图1中示例发动机中产生真空的示例方法的流程图。图5显示了用于在图1的示例发动机中调节气流的示例方法的流程图。
图6显示了用于图1的示例发动机的控制器的示例方法的流程图。
具体实施方式下面的说明书涉及真空系统，其包括用于调节至多缸发动机的至少一个汽缸的空气流量的进气道节气门。该真空系统的设置方式为使得从进气道节气门的下游产生真空。此外，真空系统是气动地驱动的并且因此真空系统被动地产生真空而不需与控制器通信。通过提供与进气道节气门下游的进气流道(intake runner)区域相连通的真空忙存器，可以存储产生的真空并提供至多个真空消耗器，其中每个真空消耗器可连接至另一系统以至少部分地运转所述系统。该设置允许真空被提供至多个真空消耗器而不依靠传感器探测对真空的需求从而因此不需经由控制器发送信号以驱动真空泵。相反，该设置允许进气道节气门下游的汽缸用作为泵以便产生真空。这样，系统允许简化的设计并消除了对传统真空泵的需求。可以在揭示的系统中包括多个阀以及传感器以进一步调整空气流。例如，可以在进气道节气门下游的进气流道和真空贮存器之间设置止回阀以使得实现从贮存器到进气流道的单向气流，并阻止逆向气流。此外，如果需要，系统可包括歧管空气压力(MAP)传感器专用于采样进气道节气门下游的进气流道中的空气。当包括这样的MAP传感器时，其可以额外地用作为设置在多个汽缸上游的主MAP传感器的辅助MAP传感器。这样，进气道节气门下游的MAP传感器可以用作为备用传感器以在主MAP传感器失效的情况下估算其它汽缸中的空气压力以便计量至其它汽缸中的合适的燃料量。图1显示了示例多缸内燃发动机10的示意图。可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统以及通过来自车辆操作者132经由输入装置130的输入而控制发动机10。在此示例中，输入装置130包括加速踏板和踏板位置传感器134用于产生成比例的踏板位置信号PP。如图所示，发动机10可以包括多个燃烧汽缸30和燃烧汽缸31。每个汽缸可以包括具有设置于其中的活塞的燃烧汽缸壁。活塞可以连接至曲轴使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴可以经由中间传动系统连接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动马达可以经由飞轮连接至曲轴以能开始发动机10的起动运转。燃烧汽缸30和31可以经由进气道42从进气歧管44接收进气并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气道48可以分别经由用于各个汽缸的进气门(未显/In)和排气门(未显不)而选择性地与燃烧汽缸30和31连通。在一些实施例中，每个燃烧汽缸可以包括两个或者多个进气门和/或两个或多个排气门。额外地或者可替代地，如下将更详细地描述的，至少一个燃烧汽缸(例如汽缸31)可以配置用于从真空消耗器150接收空气。应该理解燃烧汽缸31类似于燃烧汽缸30，从而可以包括如同燃烧汽缸30的类似特征。应该理解可以通过凸轮驱动控制用于每个汽缸的进气门和排气门。凸轮驱动系统各自可以包括一个或多个凸轮并可以利用可以通过控制器12运转的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个以改变气门运转。可以通过位置传感器确定进气门和排气门的位置。在可替代的实施例中，可以通过电动气门驱动器控制进气门和/或排气门。例如，汽缸30可替代地可以包括经由电动气门驱动器控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。燃料喷射器66显示为直接连接至汽缸30和31用于直接向其中喷射燃料，该燃料喷射与经由电子执行器68从控制器12接收的FPW信号的脉冲宽度成比例。这样，燃料喷射器66以已知为直接喷射燃料的方式将燃料提供至燃料汽缸30和31。燃料喷射器可以安装在例如燃烧汽缸侧面或者燃料汽缸的顶部。燃料可以通过包含燃料箱、燃料泵和燃料轨道(未显不)的燃料输送系统(未显不)输送至燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧汽缸30和31可替代地或额外地可以包括设置在进气道42中的燃料喷射器使得以已知为进气道喷射燃料的方式将燃料提供至燃烧汽缸30的上游的进气道中。进气道42可包括具有节流板64的节气门62。在此特定示例中，可以通过控制器12经由提供至包含在节气门62中的电动马达或者驱动器的信号改变节流板64的位置，该构造可以称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可以运转节气门62以改变提供至燃烧汽缸30和31的进气。进气道42可包括质量空气流量传感器80和歧管空气压力(MAP)传感器82用于提供各自的信号至控制器12。此外，可以在燃烧汽缸31上游的进气流道中提供额外的MAP传感器182用于提供信号至控制器12。如下详细描述的，MAP传感器82可以为主MAP传感器而MAP传感器182可以为辅助MAP传感器。尽管未显示，可以理解进气道42可以进一步包括充气运动控制阀(CMCV)以及CMCV板。在选定工作模式下，点火系统88能够响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92提供点火火花至燃烧汽缸30和31。尽管显示了火花点火部件，在一些实施例中,可以压缩点火模式,使用或者不使用点火火花而运转燃烧室30和31中的一个或多个。排气道48显示为简单的形式，并且其可进一步包括用于提供排气空燃比的指示的排气传感器，例如线性氧传感器或者UEGO (通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器或者排气氧(EGO)传感器、HEGO (加热型EG0)、氮氧化物、碳氢化合物或者一氧化碳传感器。排气系统可以进一步包括起燃催化剂和车底(underbody)催化剂以及排气歧管、上游和/或下游空燃比传感器。此外，在一个示例中，排气系统可包括包含多个催化剂块的催化转化器。在另一示例中，可以使用多个排放控制装置，每个都有多个催化剂块。此外，催化转化器可以为例如三元型催化剂。图1中控制器12显示为常见的微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口 104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在此特定示例中显示为只读存储芯片106)、随机访问存储器108、不失效(ke印alive)存储器110、和数据总线。控制器12可以从连接至发动机10的传感器接收多个信号，除了前述信号之外还包括来自质量空气流量传感器120的引入质量空气流量(MAF)测量值；来自连接至冷却套筒的温度传感器的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接至曲轴的霍尔效应传感器(或者其它类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自传感器82和182的绝对歧管压力信号，MAP。存储介质只读存储器106可编程有通过处理器102可执行用于执行上述方法以及其变形的计算机可读数据代表的指令。发动机10可包括真空系统100用于产生真空以提供至多个真空消耗器。例如，可通过驱动器消耗负压以驱动车厢气候控制系统、具有气动增压的制动系统、四轮驱动系统的前桥接合、废气门、压缩器旁通阀、进气歧管空气控制阀和/或其它附件中的一个或多个。真空系统100的特定构造可允许气动地驱动系统使得可以不用从控制器12接收信号或向其发送信号而运行系统。这样，真空系统100可以为自维持的并且独立于控制器12运转以被动地产生真空用于通过发动机10的另一系统的消耗。如图1所示，真空系统100可包括一个或多个真空消耗器150、真空贮存器152、气动执行器154、进气道节气门156以及阀158。
在提供的示例中，真空消耗器150可以为连接至液压执行器160的制动增压器用于强化由车辆操作者132施加的制动力以接合制动系统162。作为真空消耗器，可以至少部分地通过真空供给而运转制动增压器。例如，真空供给可没有外力的情况下保持液压执行器160在休止(resting)位置。然而，当车辆操作者压下制动踏板130，制动增压器150的腔体164可打开而通向大气从而增加腔体中的压力。例如，空气阀166可以打开而通向大气。这样，可以放大由操作者132发起的制动力，这是通常与助力制动相关联的程序。由于制动增压器与真空贮存器152流体连通，当压下制动踏板时，大气压力同样被引入真空贮存器152从而增加了真空贮存器152的压力状态。然而，当操作者132释放制动踏板130时，空气阀166关闭而气腔164与气腔168达到平衡，而制动系统162返回至休止状态。如下将更详细讨论的，由于真空系统100，气腔164可返回低压状态。应该理解通过示例的形式提供制动增压器150而并不意味着限制。如此，其它真空消耗器也是可能的而不会背离本发明的范围。此外，应该理解，一个或多个真空消耗器可以连接至驱动器，例如液压驱动器160。这样，该一个或多个真空消耗器除了可以使用真空供给之外可以独立于真空系统运转。在一些实施例中，一个或多个真空消耗器可以与控制器12电子通信。真空贮存器152可以为例如用于存储真空的贮存器。此外，由于真空贮存器152可以提供真空至一个或多个真空消耗器150，真空贮存器152可暂时地存储真空。因此，真空贮存器152的压力状态可取决于多个真空消耗器150的操作状态。例如，当真空消耗器150处于真空下时真空贮存器152可以处于低压状态(B卩，存储真空)。如上所述，当制动系统162处于休止状态时真空贮存器152可以处于低压状态。此外，当消耗真空时并且被来自真空消耗器的高压气流替换时真空贮存器152可处于较高压状态。如上所述，当制动增压器打开通向大气从而接合制动系统162时真空贮存器152可以处于高压状态。这样，真空贮存器152在当存储真空时可以处于负压状态而当消耗了真空时可处于正压状态。在一些实施例中，真空贮存器可以与真空消耗器整合。换句话说，真空贮存器可与真空消耗器相邻。换个方式说，真空消耗器也可以为真空贮存器。例如，提供作为一个非限制性示例，制动增压器可以为真空消耗器和真空贮存器两者。
此外，真空贮存器152的压力状态可通过激活气动执行器154而确定进气道节气门156的位置。因此，由于进气道节气门机械地连接至气动执行器154，气动执行器154可响应于真空贮存器152的压力状态以驱动进气道节气门156。这样，真空贮存器152可与气动执行器154流体连通以调节进气道节气门156的位置。换句话说，真空贮存器152的压力状态可确定进气道节气门156的节气门角度。应该理解可以其它方式驱动进气道节气门156。例如，进气道节气门156可以配置用于电子节气门控制。如另一个示例，可以除了气动驱动外的其它方式机械地驱动进气道节气门156。例如，进气道节气门156可以连接至液压驱动器。气动执行器154可配置用于将能量转换为运动，其中能量源是以压缩的空气的形式存在。例如，气动执行器154可以为隔膜(diaphragm)驱动器。因此,气动执行器154可包括隔膜170、复位弹簧172、气腔174以及轴176。在休止状态期间，气腔174可以例如处于或者接近大气压力。在这种情况下，隔膜170、复位弹簧172以及轴176还可以处于休止位置。由于气动执行器154经由轴176机械地连接至进气道节气门156，休止位置可对应于例如打开位置处的进气道节气门。换句话说，当气动执行器处于休止状态时，复位弹簧可不压缩，而进气道节气门的位置可对应于例如节气门全开位置。在运转期间，压缩的空气可经由空气通道178进入气腔174提升气腔174中的压力。导致的压力的上升可压缩复位弹簧172并类似地在与弹簧压缩对应的方向上移动隔膜170。这样的压缩可进一步在压缩方向上移动轴176。由于气动执行器154是机械地连接至进气道节气门156的，轴176的移动可导致进气道节气门156的位置的调节。换句话说，进气道节气门156的节气门角度可响应于在气腔174中增加的压力而变化。例如，在气腔174中的增加的压力可对应于关闭进气道节气门156。应该理解响应于气腔174中的增加的压力，进气道节气门156可以被调节至接近关闭的位置。换句话说，在这样的情境下，来自进气歧管44的空气流可绕过(around)进气道节气门156而泄露。然而，应该理解，由于进气道节气门156的接近关闭的位置，很大程度上阻隔了来自进气歧管44的空气流。由于气动执行器154响应真空贮存器152的特定压力状态，当通过真空消耗器150消耗了真空供给时，气动执行器154返回休止状态。这样，可不再迫使复位弹簧172回到压缩状态。因此，进气道节气门156的位置可返回节气门全开位置，因此使得空气流从进气歧管44流至进气道节气门156的下游区域。在这样的情境下，通过进气道节气门156很大程度上释放了来自进气歧管44的空气流。应该理解气动执行器154可以配置为收起弹簧(spring-to-retract)执行器或为伸展弹簧(spring-to-extend)执行器而不会背离本发明范围。此外，应该理解，提供隔膜驱动器作为一个示例，而其它执行器也是可能的。如一个示例，气动执行器154可以为活塞式执行器。这样，真空贮存器152的压力状态可经由气动执行器154确定进气道节气门156的位置。此外，真空贮存器152的压力状态还可以确定阀158的状态。阀158可以置于真空贮存器152和进气道节气门156下游进气流道186中的区域184之间的空气通道180中。可替代地，阀158可将真空贮存器152连接至区域184而不用空气通道。换句话说，阀158可直接将真空贮存器152连接至区域184。
阀158可以为止回阀，例如球形单向阀。这样，止回阀158可实现真空贮存器152和区域184之间的单向空气流。例如，止回阀158可实现空气流从真空贮存器152流动到区域184。这样，例如真空贮存器152的高压状态可实现空气流从真空贮存器穿过空气通道180流动到区域184。然而，真空贮存器的低压状态可能不能克服压力以打开止回阀152。因此，真空贮存器152的低压状态可对应关闭的止回阀。换句话说，当真空贮存器152包含真空，止回阀158关闭。因此，当真空贮存器152内的压力超出进气流道186的区域184中的压力时，真空忙存器152的压力状态可导致(contribute to)打开止回阀158。此外，由于止回阀158允许单向流，应该理解即使是进气流道的压力超出真空贮存器的压力时从进气流道到真空贮存器的逆向流也是不可能的。应该理解真空贮存器152的压力状态可同时影响气动执行器154的气腔174的压力状态和止回阀158的开启/关闭状态。因此，取决于真空贮存器152的压力状态，通过真空贮存器152的方式，至燃烧汽缸31的空气流可源自进气歧管44和/或真空消耗器150。此外，应该理解在进气冲程期间，如果燃烧汽缸31从进气歧管44和真空消耗器150接收空气，真空消耗器贡献比进气歧管44 (即，来自进气歧管的空气可绕过进气道节气门156泄露)大体上更大比例的进气。此外，真空系统100可包括MAP传感器182用于采样区域184中的空气流。这样，如果需要，MAP传感器182可提供读数至控制器12，该读数可用于调节至燃烧汽缸31的燃料添加。因此，可以确定用于喷射进燃烧汽缸31的合适燃料量。特别地，当燃烧汽缸31通过真空贮存器152的方式填充有来自真空消耗器150的空气时，MAP传感器182可提供空气流读数至控制器12。在这样的情境中，来自MAP传感器182的读数可以比来自MAP传感器82的读数更精确。此外，当燃烧汽缸31填充有来自进气歧管44的空气时，可以在MAP传感器82之外额外地或者替代地使用MAP传感器182以便计量至燃烧汽缸31的合适燃料量。此外，可使用MAP传感器182用于诊断目的。例如，来自MAP传感器182的读数可以与来自MAP传感器82的读数相比较以确定传感器是否正常工作。例如，如果两个读数在彼此的阈值范围内，可以确定传感器正常工作。然而，如果两个读数处于彼此的阈值范围之外，可以确定至少一个传感器不是正常工作的。如果一个传感器失效，另一传感器可用于估算一个或多个汽缸的空气流量。例如，如果MAP传感器82失效，由MAP传感器182获取的读数可以发送至控制器12以估算至燃烧汽缸30以及燃烧汽缸31的燃料添加。这样，MAP传感器182可以为MAP传感器82的备用传感器。换句话说，MAP传感器182可以为主MAP传感器82的辅助传感器。应该理解，真空系统100可包括例如额外传感器以发送信号至控制器12，其可用于将其它系统与真空系统100同步。例如，额外的传感器可发送信号至控制器12以调节喷射正时、火花正时、凸轮驱动等。然而，应该理解，如上所述，真空系统独立于控制器12运转。此外，通过在进气流道186中提供进气道节气门156，形成的构造可以称为每缸节气门(throttle per cylinder)布置。在此示例中，每缸节气门对应于燃烧汽缸31,而其余汽缸除了节气门62之外可以不再节流(throttled)。然而，应该理解发动机10可包括多于一个每缸节气门布置。换句话说，可以在发动机10的多于一个进气流道中设置进气道节气门。这样，可能存在多于一个用于产生真空的源以提供至真空贮存器152用于消耗。通过使用进气道节气门节流一个或多个汽缸以产生真空，以及通过包括由主节气门节流的一个或多个其它汽缸用于燃烧(且不再通过进气道节气门额外地节流)，可以在任意发动机工况下产生真空。换句话说，可以在少于所有汽缸中提供进气道节气门，例如仅特定汽缸(例如汽缸31)的一个进气道可具有进气道节气门而剩余汽缸的其它进气道可不包括进气道节气门。然而，所有汽缸可与主节气门连通(例如，节气门62)。此外，应该理解，没有进气道节气门的汽缸的压力-容积特性可不同于每缸节气门设置的压力-容积特性。例如，燃烧汽缸30的压力-容积特性可不同于燃烧汽缸31。图2图形化地显示了用于发动机的示例压力-容积图200，该发动机包括主节气门(例如节气门62)用于调整至多个汽缸(例如汽缸30)的空气流量。如图所示，压力-容积图200显示了在运转期间汽缸的压力和容积可如何变化。通常地，每个汽缸经历四冲程循环该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。汽缸的压力和/或容积根据该汽缸正在其中运转的特定冲程而变化。进气冲程大体通过箭头202表示。通常，在进气冲程期间，排气门关闭而进气门打开。空气通过进气歧管44导入燃烧室30，而活塞移动至汽缸底部以便增加燃烧室30内的容积。活塞在此冲程的最后所处的靠近汽缸底部的位置(例如当燃烧室30处于其最大容积时)通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。如图所示，在进气冲程期间，压力维持不变且大约等于大气压力。在对应于BDC的容积处，进气门关闭并且因此进气冲程终止。压缩冲程大体通过箭头204表示。在压缩冲程期间，进气门与排气门关闭。活塞朝汽缸盖移动以便在燃烧室30内压缩空气。活塞在此冲程的最后所处的最接近汽缸顶部的位置(例如当燃烧室30处于其最小容积时)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在接下来被称为喷射的过程中，燃料被导入燃烧室。在接下来被称为点火的过程中，喷射的燃料可通过火花塞点火导致燃烧。在一些实施例中，可以在发动机10中采用压缩点火。如图所示，在压缩冲程期间，随着汽缸容积朝着对应于TDC的容积减小，压力增加。膨胀冲程大体通过箭头206表示。在膨胀冲程期间，在点火后膨胀的气体推动活塞回到BDC。曲轴将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。因此，在膨胀冲程期间，随着汽缸容积朝着对应于BDC的容积增加，压力减小。排气冲程大体通过箭头208代表。在排气冲程期间，排气门打开以将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管48，而活塞则返回TDC。如图所示，在排气冲程期间，压力维持不变，处于大体大气压力，而随着空气-燃料混合物排出至排气歧管48汽缸容积减小。相应地，通过开始进气冲程而重复该四冲程循环，且多缸发动机的运转继续。图2显示了传统主节气门多缸发动机的压力-容积图。然而，每缸节气门发动机在某些状况下可导致不同的压力-容积图。例如，图1的发动机10可包括燃烧汽缸30，其可遵循图2所描述的压力-容积图；然而，当进气道节气门调节进入汽缸31的空气流时特定汽缸31可导致不同压力-容积图。换句话说，当进气道节气门156全开时，且因此不调节节气门62下游的空气流，压力-容积图可以类似于压力-容积图200。然而，当进气道节气门156关闭或者接近关闭时，且因此调节(例如，至少部分地阻挡)节气门62下游的空气流，导致的通过进气道节气门156节流的汽缸31的压力-容积图可不同于压力-容积图200。例如，图3图形化地显示了汽缸31的示例压力-容积图300，其可表示当进气道节气门108调节主节气门(例如节气门62)下游的空气流时的该汽缸的压力-容积关系。进气冲程大体通过箭头302表示。通常，在进气冲程期间，排气门关闭而进气门打开。如上所述，空气通过真空贮存器152以及止回阀158的方式经由真空消耗器150导入燃烧室31。如图所示，在这样的进气冲程期间，压力可降至大气压力以下。由于当进气道节气门关闭或者接近关闭时，来自进气歧管44的空气流可在很大程度上被阻止穿过进气道节气门，汽缸31的活塞通过扩张汽缸的容积而开始进气冲程，而没有具有(至少初始地)填充汽缸的充足的空气供给。因此，形成了负压状态并产生了真空。然而，在进气门关闭之前，从而在进气冲程结束之前，压力返回至大气压力而汽缸填充有充足的供给空气，其中空气源为真空消耗器150。在对应于BDC的容积时，进气门关闭而进气冲程结束。发明人在此已经认识到在较低发动机转速下，进气道节气门对于相应的汽缸的充气(例如汽缸31的充气)具有非常小的影响。该观察结果主要是由于在较低发动机转速下相对较长的汽缸填充时间。因此，可以给汽缸31提供空气并加燃料，而汽缸相对其余汽缸(例如，燃烧汽缸30)产生稍减少的扭矩。由于是进气门关闭(其管理汽缸充气)时的汽缸压力，在进气冲程期间可发生瞬时的较高真空但是在进气门关闭时可产生较低的真空。因此，在进气冲程期间，可以将进气道节气门156调节至关闭或者接近关闭的位置。例如，在进气冲程的中间阶段，可以将进气道节气门156调节至接近关闭的位置。因此，对于压力-容积图300进气门关闭处的汽缸压力可类似于对于压力-容积图200的进气门关闭处的汽缸压力。然而如上文所述，两幅图之间，在进气冲程的中间阶段的汽缸压力由于进气道节气门的影响而可能不同。压缩冲程大体通过箭头304表示。在压缩冲程期间，进气门与排气门关闭。活塞朝汽缸盖移动以便在燃烧室31内压缩空气。如图所示，类似于压力-容积图200，在压缩冲程期间，随着汽缸容积朝着对应于TDC的容积减小，压力增加。膨胀冲程大体通过箭头306表示。在膨胀冲程期间，点火后膨胀的气体推动活塞回到BDC。如图所示，类似于压力-容积图200，在膨胀冲程期间，随着汽缸容积朝着对应于BDC的容积增加，压力减小。排气冲程大体通过箭头308代表。在排气冲程期间，排气门打开以将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管48，而活塞则返回TDC。如图所示，类似于压力-容积图200，在排气冲程期间，压力维持不变，大约处于大气压力，而随着空气-燃料混合物排出至排气歧管48汽缸容积减小。相应地，通过开始进气冲程而重复该四冲程循环且多缸发动机的运转继续。这样，汽缸31可运转作为真空泵以在进气流道186的区域184中产生真空。应该理解，除了通过燃烧产生扭矩之外，额外地或者替代地，特定汽缸31可根据情况运转作为真空泵。换句话说，取决于进气道节气门的节气门角度，汽缸31可运转作为真空泵和/或传统燃烧汽缸。例如，当进气道节气门关闭或者接近关闭时，汽缸31可运转作为真空泵且可以不加燃料。然而，由于真空泵消耗器提供空气至区域184和/或绕过接近关闭的进气道节气门156可从进气歧管44泄露空气，通过关闭进气门，汽缸31可填充有充足量的空气。因此，即使当汽缸31运转作为真空泵时，仍然可以点燃充气空气。在一些实施例中，汽缸31可运转作为真空泵，且即使通过进气门关闭而汽缸31可填充有充足量的空气，汽缸中可不喷射燃料，且因此汽缸可不用于燃烧。换句话说，汽缸31可以专用于产生真空并且在任何状况下都这样不添加燃料。图4显示了用于在图1的示例发动机中产生真空的示例方法400的流程图。如上所述，真空系统100可运转而不使用传统真空泵且不用从控制器接收信号。相反，可以气动地驱动真空系统，并且这样系统可自-维持以被动地产生真空。在402处，方法400包括经由通过进气道节气门产生的真空驱动进气道节气门。例如，驱动进气道节气门可包括响应于真空贮存器中增加的压力而气动地关闭进气道节气门。例如，真空消耗器可消耗存储在真空贮存器中的真空使得真空贮存器的压力状态增加。如上所述，真空消耗器可打开通向大气并且从而大气空气可从真空消耗器流至真空贮存器。这样，真空贮存器的压力会增加。此外，如上所述，真空贮存器的增加的压力状态还可以打开止回阀，使得在真空贮存器152和区域184之间能够流体连通。因此，真空贮存器的压力状态可改变例如气动驱动器和止回阀两者的状态。这样，真空消耗器可改变真空贮存器的压力状态。通过增加真空消耗器的压力状态，可激活气动执行器以关闭进气道节气门而真空消耗器的压力状态可打开真空贮存器和进气流道之间的止回阀。因此，可以很大程度上阻挡来自进气歧管的空气流量且至汽缸31的空气流量可主要来自真空消耗器。继续方法400，在404处，方法包括在进气道节气门下游产生真空。例如，如上所述，当进气道节气门关闭或者接近关闭时，进气道节气门下游的特定汽缸可运转作为真空
泵以产生真空。在406处，方法400包括捕集真空以存储在真空贮存器中。例如，捕集真空可包括响应于真空贮存器中减小的压力而气动地打开进气道节气门。此外，真空贮存器的减小的压力状态可关闭止回阀，从而阻止真空贮存器和进气流道之间的流体连通。由于止回阀因真空贮存器的减小的压力状态而关闭，通过汽缸/活塞产生的真空可以捕集在真空贮存器中。在408处，方法400包括提供真空至机械地驱动除了进气道节气门之外的部件的真空消耗器。例如，通过真空贮存器存储的真空可用作用于多个真空消耗器的真空源。如上所述，真空消耗器可消耗贮存器中的真空供给，而结果是可提供正压至真空贮存器。这样，循环可继续且当消耗了真空供给时真空贮存器的压力状态可驱动进气道节气门产生真空。应该理解，通过示例的方式提供方法400且方法可以包括除了图4中的那些之外的额外和/或可替代的步骤。如一个示例，方法400可包括当进气道节气门关闭或者接近关闭时调节喷射进进气道节气门下游的汽缸的燃料量。例如，如上所述，可以基于由MAP传感器182获取的读数而调节燃料量。在一些实施例中，可以选择性地为进气道节气门下游的汽缸添加燃料。换句话说，该汽缸可以专用为真空泵汽缸，并且如上所述，即使当进气道节气门打开且汽缸提供有来自进气歧管的空气时也不用于燃烧。图5显示了用于调整图1的示例发动机中的空气流的示例方法500的流程图。如上所述，多缸发动机可包括第一节气门(例如节气门62)和第二节气门(例如，进气道节气门108)。此外，可以响应于控制器驱动节气门62且可以例如气动地驱动进气道节气门108。在502处，方法500包括通过第一节气门调整至多个汽缸的空气流。如上所述，在运转期间，该多个汽缸可经历通常的四冲程循环，且因此在进气冲程期间每个汽缸都可以提供有来自进气歧管的空气。可以通过第一节气门调整空气流量，其中响应于车辆操作者输入(例如电子节气门控制)通过控制器调整第一节气门的节气门角度。例如，在节气门全开位置，该多个汽缸可提供有比当节气门处于小于节气门全开的节气门角度时的更大的空气量。此外，通过第一节气门调节至多个汽缸的空气流可包括在每个汽缸的进气冲程期间喷射燃料量。例如，可以根据来自该多个汽缸上游的第一 MAP传感器(例如MAP传感器82)的读数而喷射该燃料量。在504处，方法500包括通过第一节气门下游的第二节气门调节至特定汽缸(例如汽缸31)的空气流。例如，如上所述，调节至特定汽缸的空气流量可包括响应于真空贮存器的压力状态而经由气动执行器调节第二节气门。在506处，方法500包括为特定汽缸提供来自进气歧管的空气或者来自真空消耗器的空气。例如，当第二节气门打开时可以提供来自进气歧管的空气至特定汽缸。然而，当第二节气门关闭时，可以提供来自真空消耗器而不是供应自进气歧管的空气至特定汽缸。这样，提供至汽缸的空气源可以为进气歧管或者真空消耗器中的任一者。应该理解可以给特定汽缸提供来自进气歧管和真空消耗器两者的空气。例如，进气道节气门可接近关闭且因此可允许从进气歧管绕过节气门泄露一些空气。因此，进气道节气门下游的进气流道中的区域可包括来自进气歧管的空气以及通过真空贮存器的方式来自真空消耗器的空气。这样，特定汽缸可填充有来自该两个源的空气。通过调节从进气歧管提供至特定汽缸的空气流量，可以产生真空。例如，如上所述，当进气道节气门关闭时，进气道节气门下游可产生真空。此外，如上所述，可以在真空贮存器中存储真空并提供至多个真空消耗器。应该理解通过示例的方式提供方法500且其可包括除了在图5中所显示的那些之外的额外的和/或者替代步骤。例如，在特定汽缸的进气冲程期间，调节至特定汽缸的空气流可包括调节至特定汽缸的燃料量。例如，可以根据来自位于第二节气门(例如进气道节气门108)下游的第二MAP传感器(例如MAP传感器128)的读数调节燃料量。因此，取决于进气道节气门的位置，控制器可确定调节用于特定汽缸的燃料量是否是有保证的(warranted)。换句话说，控制器可确定来自MAP传感器182和/或MAP传感器82的读数是否应该用于确定喷射进入特定汽缸的燃料量。此外，应该理解控制器可经由将进气道节气门的当前位置报告至控制器的节气门位置传感器确定进气道节气门的位置。例如，图6显示了用于控制器确定用于进气道节气门下游的汽缸的燃料量的示例方法600的流程图。如上所述，自维持真空系统可独立于控制器运转以产生真空；然而，多个传感器可位于真空系统中以便提供反馈至控制器用于燃料喷射。在602处，方法600包括从进气道节气门位置传感器接收反馈。这些反馈可包括进气道节气门的节气门角度。例如，控制器可从进气道节气门位置传感器接收反馈(例如，图1的进气道节气门位置PTP信号)，该反馈可包括进气道节气门的当前节气门角度。在604处，方法600包括确定进气道节气门是否处于节气门全开(W0T)。如果对604的答复为是，方法600继续至606。在606处，方法600包括计算对应于进气道节气门处于WOT处的燃料量。例如，该计算可包括从主MAP传感器读数(例如，MAP传感器82)获取的值。此外，计算用于这样的汽缸(例如燃烧汽缸31)处于进气道节气门WOT处的燃料量可类似于计算用于多缸发动机的其它汽缸(例如燃烧汽缸30)的燃料量。在608处，方法600包括发送指令至燃料喷射器以在TDC之前在进气道节气门下游的汽缸(例如燃烧汽缸31)中喷射该燃料量。如果对604的答复为否，方法继续至610处。例如，进气道节气门的节气门角度可小于W0T。如上所述，进气道节气门可以关闭或者接近关闭以便在进气道节气门下游产生真空。在610处，方法600包括计算对应于小于WOT的该进气道节气门角度的燃料量。例如，计算可包括从位于进气道节气门下游的辅助MAP传感器读数(例如MAP传感器182)获取的值。这样，该计算可以和对应于进气道节气门处于WOT时的计算不同。换句话说，可以从正常发动机工况调节该计算。因此，这样的用于燃烧汽缸31的计算的燃料量可以为相较于进气道节气门处于WOT和/或用于其它汽缸的(例如燃烧汽缸30)燃料量的调节的燃料量。从610处，方法600继续至608且控制器发送指令至燃料喷射器以向进气道节气门下游的汽缸中喷射合适燃料量。在此示例中，这些指令可包括在TDC前用于喷射的调节的燃料量。应该理解通过示例的方式提供方法600且其可以包括除了在图6中显示的那些以外的额外和/或可替代步骤。例如，控制器可基于其它传感器读数计算燃料量，因而，应该理解可不仅通过从前述的MAP传感器获取的读数而确定该计算。此外，在一些实施例中，控制器可使用来自主MAP传感器和辅助MAP传感器两者(例如，MAP传感器82和MAP传感器182)的读数计算燃料量。如上所述，出于诊断目的，比较来自两个MAP传感器的读数可以是有用的。这样，发动机可包括气动驱动的而不用通过控制器操作的真空系统，其提供真空以驱动连接至车厢气候控制系统、具有气动增压的制动系统、四轮驱动系统的前桥接合、废气门、压缩机旁通阀、进气歧管空气控制阀等中的一个或多个的驱动器。这样的发动机有利地在使用汽缸作为燃烧汽缸之外额外地或者替代地利用了至少一个汽缸作为真空泵。通过气动驱动真空系统，真空系统可自维持使得系统循环在不同压力状态以满足真空消耗器的需求，并随后补充真空供给而不用额外的传感器或者传统真空泵。因此，可以减小发动机重量以及加工成本。此外，应该理解，可以在多种不同类型的发动机中利用本发明的真空系统。例如，真空系统可以在涡轮发动机、柴油发动机、混合动力发动机等中实施。应该理解在此描述的构造和方法为示例性质，且这些具体实施例不应认为是限制，因为可存在多种变形。例如，上述技术可以运用至V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本发明的主题包括多种系统和构造以及在此揭示的其它特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。下面的权利要求书特别指出了被认为是新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可涉及“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这样的权利要求应该被理解为包括一个或多个这种元件，既不要求也不排除两个或多个这种元件。描述的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出而主张权利。这样的权利要求，与原权利要求书相比不论其更宽、更窄、等同或者不同，都应该被认为包括在本发明的主题中。
权利要求
1.一种发动机，包含 多个汽缸上游的第一节气门； 所述汽缸中的一个汽缸上游的第二节气门； 与所述第二节气门下游的进气流道流体连通的真空贮存器； 与所述真空贮存器流体连通的真空消耗器，所述真空消耗器通过驱动器控制；以及 通过所述真空贮存器的压力状态驱动以调节所述第二节气门的气动执行器。
2.如权利要求1所述的发动机，其中所述第一节气门调整至所述多个汽缸的空气流且所述第二节气门调节至少于全部的所述多个汽缸的空气流。
3.如权利要求2所述的发动机，进一步包含调节将喷射进所述一个汽缸的燃料量的控制器。
4.如权利要求1所述的发动机，其中所述第一节气门调整至所述多个汽缸的空气流且所述第二节气门调节至所述多个汽缸中的仅一个汽缸的所述空气流。
5.如权利要求4所述的发动机，进一步包含调节喷射进所述仅一个汽缸的燃料量的控制器。
6.如权利要求1所述的发动机，进一步包含使得实现从所述真空贮存器至所述第二节气门下游的所述进气流道的单向气流的止回阀。
7.如权利要求6所述的发动机，其中所述气动执行器包括复位弹簧和隔膜，当所述真空贮存器处于低压状态时，所述复位弹簧处于休止位置。
8.如权利要求7所述的发动机，其中在所述低压状态期间所述止回阀为关闭的。
9.如权利要求7所述的发动机，其中在所述真空贮存器的高压状态期间所述止回阀为打开的，所述高压状态比所述低压状态具有相对较高的压力。
10.如权利要求9所述的发动机，其中所述真空消耗器提供空气至所述真空贮存器，将所述真空贮存器的压力水平从所述低压状态增加至所述高压状态。
11.如权利要求6所述的发动机，其中所述气动执行器响应于增加的压力减小所述第二节气门的所述节气门角度。
12.如权利要求6所述的发动机，其中所述气动执行器响应于减小的压力增加所述第二节气门的所述节气门角度。
13.如权利要求1所述的发动机，进一步包含所述第一节气门下游且在所述多个汽缸上游的第一歧管空气压力传感器以探测进气歧管中的空气压力以便确定提供至所述多个汽缸的燃料量；以及第二歧管空气压力传感器以探测所述第二节气门下游且在所述一个汽缸上游的区域的空气压力以便确定提供至所述一个汽缸的燃料量。
14.如权利要求13所述的发动机，其中至所述第二节气门下游的所述汽缸的所述空气流的源包括所述真空消耗器。
15.一种用于发动机的方法，包含 经由通过进气道节气门产生的真空驱动所述进气道节气门； 在所述进气道节气门下游产生所述真空； 捕集所述真空以存储在真空贮存器中；以及 将所述真空提供至机械地驱动除了所述进气道节气门之外的部件的真空消耗器。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述进气道节气门位于仅一个汽缸上游，其中经由通过所述进气道节气门产生的所述真空驱动所述进气道节气门包括响应于所述真空贮存器中的压力状态气动地驱动所述进气道节气门，且其中在所述进气道节气门下游产生所述真空包括响应于所述真空贮存器的较高压力状态关闭所述进气道节气门。
17.如权利要求15所述的方法，其中进一步包含当所述进气道节气门打开时喷射燃料量至所述进气道节气门下游的汽缸中。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包含当所述进气道节气门关闭时调节喷射至所述进气道节气门下游的所述汽缸中的所述燃料量。
19.一种用于发动机的方法,包含 通过第一节气门调整至多个汽缸的空气流； 通过所述第一节气门下游的仅在特定汽缸的进气道中的第二节气门调节至仅所述特定汽缸的空气流；以及 给所述特定汽缸提供来自进气歧管的空气或者来自真空消耗器的空气。
20.如权利要求19所述的方法，其中当所述第二节气门打开时给所述特定汽缸提供来自所述进气歧管的空气，且其中当所述第二节气门关闭时给所述特定汽缸提供来自所述真空消耗器的空气。
21.如权利要求20所述的发动机，进一步包含当所述第二节气门关闭时在所述第二节气门下游产生真空以及将所述真空存储在真空贮存器中，所述真空贮存器与所述真空消耗器以及所述特定汽缸流体连通。
22.如权利要求21所述的发动机，其中通过所述第一节气门调节至所述多个汽缸中的所述空气流包括在每个汽缸的进气冲程期间喷射燃料量，根据来自位于所述多个汽缸上游的第一歧管空气压力传感器的读数喷射所述燃料量，且其中调节至所述特定汽缸的空气流包括在所述特定汽缸的进气冲程期间调节至所述特定汽缸的所述燃料量，根据来自位于所述第二节气门下游的第二歧管空气压力传感器的读数调节所述燃料量。
全文摘要
本发明提供了用于在发动机中产生真空的系统和方法。该系统包括多个汽缸上游的第一节气门以及所述汽缸中的一个的上游的第二节气门。该系统进一步包括与所述第二节气门下游的进气流道流体连通的真空贮存器；与真空贮存器流体连通的真空消耗器；真空消耗器通过驱动器控制；以及由真空贮存器的压力状态驱动以调节第二节气门的气动执行器。
文档编号F02D9/02GK103016161SQ20121032663
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月5日 优先权日2011年9月22日
发明者J·N·阿勒瑞, R·D·珀西富尔 申请人:福特环球技术公司