可变位移的螺线管控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及可变位移的螺线管控制。提供用于改善气门激活/停用机构的控制的方法。一个示例方法包含，调整机电执行器以致动汽缸气门停用/激活机构。基于发动机工况，使执行器在多个水平下运转。
【专利说明】可变位移的螺线管控制
[0001]相关申请的交叉引起
[0002]本申请要求2012年12月6日提交的美国临时专利申请N0.61/734，320的优先权，为了所有目的，美国临时专利申请N0.61/734，320的整个内容被并入本文中以供参考。
【背景技术】
[0003]通过在需要发动机输出减小的运转模式下停用汽缸，可变排量发动机(VDE)设计能够提供增加的燃料效率。这类设计还可以包括凸轮廓线变换系统(CPS)以便能够实现高或低升程配气机构模式，高或低升程配气机构模式分别对应于在高和低发动机转速下增加的燃料效率。
[0004]在CPS系统中，可以通过基于发动机输出需求停用汽缸的无升程凸轮廓线来支持VDE设计。作为一个示例，U.S.6，832，583描述了一种发动机配气机构，其具有包括汽缸停用的多个阀门升程模式。所描述的示例利用配气机构上的高和低升程凸轮，其可以被进一步修改使得低升程对应于无升程停用设置。
[0005]然而，发明人在此已经认识到，例如在U.S.6，832，583中描述的那些CPS系统可能在较高的发动机转速下具有有限的运转范围，因为在较高的发动机转速下，CPS系统不能在一个发动机周期内稳健地切换诸如螺线管的汽缸停用装置。另外，将CPS系统修改为包括具有较快切换能力的汽缸停用装置可能会增加成本并降低燃料效率，因为具有较快切换的汽缸停用装置倾向于较大、更昂贵并且效率更低。
【发明内容】
[0006]在一个示例中，可以通过一种用于发动机的方法至少部分地解决上述问题，所述方法包含:调节机电执行器以致动汽缸气门调节机构(诸如VDE机构和/或凸轮廓线变换机构)，包括使执行器在没有气门转换的第一水平下运转，响应于用于气门转换的可能性增加而使执行器在没有气门转换的第二水平下运转，以及使执行器在第三水平下运转，引起气门转换，第二水平在第一与第三水平之间。以此方式，通过在选择的条件下使执行器在选择的水平下运转，可以实现较快切换。
[0007]应当理解，提供以上概述以便以简化的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的一些概念。这并不意味着辨别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围仅由所附权利要求书确定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1示出了示例发动机系统的一个汽缸的示意图。
[0009]图2A示出了具有电致动的凸轮的发动机凸轮廓线变换系统的示意图。
[0010]图2B示出了具有液压致动的凸轮的发动机凸轮廓线变换系统的示意图。
[0011]图3示出了发动机系统的一个汽缸以及凸轮廓线变换系统的对应的部件的示意图。
[0012]图4描述了将发动机运转区域与凸轮廓线变换系统控制信号的占空比/电流联系起来的正时曲线图。
[0013]图5示出了图示说明了基于发动机RPM与发动机负荷的三个示例发动机运转区域的图形。
[0014]图6示出了根据本公开的用于运转凸轮廓线变换系统的示例方法。
【具体实施方式】
[0015]以下描述涉及内燃发动机，诸如在图1中示出的发动机，其具有通过凸轮廓线变换(CPS)系统和可变排量发动机(VDE)模式启用的汽缸组和汽缸盖。如图2A和图2B所示，控制器可以将信号发送至电或液压致动的螺线管，而螺线管可以基于发动机工况控制销或者滑阀以激活或停用一个或更多个发动机汽缸。如图3所示，CPS系统可以包括升程凸轮和无升程凸轮；取决于梭动件/往复移动装置(shuttle)的位置，升程凸轮(导致汽缸激活)或无升程凸轮(导致汽缸停用)可以布置在每个进气门和排气门的上方，梭动件的位置由螺线管控制。如在图4的正时曲线图中描述的，CPS系统控制信号的占空比和/或电流可以基于发动机运转区域而变化(例如，如在图5中图示说明的，基于发动机转速与负荷，发动机是在非VDE区域、预充电/预加压(pre-charge)区域运转还是在VDE区域运转)。如在本文详细描述的，改变CPS系统控制信号的占空比和/或电流可以有利地导致在VDE与非VDE模式之间的加快切换。如图6所示，在一个示例中，当发动机在预充电区域中运转时，可以将CPS系统控制信号占空比/电流设定为较低的预充电水平，当发动机进入VDE区域时，可以将CPS系统控制信号占空比/电流设定为峰值水平，在VDE区域中运转期间，一旦螺线管切换完成，可以将CPS系统控制信号占空比/电流设定为较高的预充电水平，而在非VDE区域中运转期间，可以将CPS系统控制信号占空比/电流设定为最小水平。
[0016]现在转向附图，图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和经由输入装置132来自车辆操作者130的输入。在这个示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(在本文中也被称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，活塞138被设置在其中。活塞138可以被耦连至曲轴140，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴140可以经由变速器系统耦连至乘用车的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦连至曲轴140，以实现发动机10的起动运转。
[0017]汽缸14可以经由一系列进气道142、144和146接收进气。除了汽缸14夕卜，进气道146还可以与发动机10的其他汽缸连通。在一些实施例中，一个或更多个进气道可以包括增压装置，例如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了被配置为具有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括设置在进气道142与144之间的压缩机174和沿排气道148设置的排气涡轮176。压缩机174可以通过轴180至少部分地由排气涡轮176提供动力，其中增压装置被配置为涡轮增压器。然而，在例如发动机10装备有机械增压器的其他示例中，排气涡轮176可以可选地省略，其中压缩机174可以由来自马达或发动机的机械输入提供动力。包括节流板164的节气门20可以沿发动机的进气道设置，以便改变提供至发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门20可以如图1所示被设置在压缩机174的下游，或者可替换地，可以被设置在压缩机174的上游。
[0018]除了汽缸14外，排气道148还可以接收来自发动机10的其他汽缸的排气。排气传感器128被显示为耦连至排放控制装置178上游的排气道148，然而在一些实施例中，排气传感器128可以被设置在排放控制装置178的下游。可以从用于提供排气空燃比指示的各种合适的传感器中选择传感器128，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或(如所描述的)EGO、HEGO (加热型EGO)、NOx、HC或⑶传感器。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。
[0019]排气温度可以由位于排气道148中的一个或更多个温度传感器(未示出)测量。可替换地，排气温度可以基于发动机工况推断，发动机工况例如为转速、负荷、空燃比(AFR)、点火延迟等。另外，排气温度可以通过一个或更多个排气传感器128计算。可以认识到，排气温度可以可替换地通过在本文中列出的温度估算方法的任意组合估算。
[0020]发动机10的每个汽缸可以包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被显示为包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可以包括位于汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
[0021]进气门150可以由控制器12通过经由凸轮驱动系统151的凸轮驱动控制。类似地，排气门156可以由控制器12通过凸轮驱动系统153控制。凸轮驱动系统151和153均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，以改变气门操作。进气门150和排气门156的操作可以分别由气门位置传感器(未不出)和/或凸轮轴位置传感器155和157确定。在可替换的实施例中，进气门和/或排气门可以由电动气门驱动控制。例如，汽缸14可以可替换地包括通过电动气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。在其他实施例中，进气门和排气门可以由共同的气门执行器或驱动系统或者可变气门正时执行器或驱动系统控制。在下面关于图2和图3更详细地描述示例凸轮驱动系统。
[0022]汽缸14可以具有压缩比，其为当活塞138在下止点时与在上止点时的体积之比。通常，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在一些使用不同燃料的示例中，可以增加压缩t匕。例如，当使用较高辛烷值的燃料或具有较高潜热焓的燃料时，这种情况可以发生。如果使用直接喷射，由于其对发动机爆震的影响，也可以增加压缩比。
[0023]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于开始燃烧的火花塞192。在选择的运转模式下，响应于来自控制器12的点火提前信号SA,点火系统190可以经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，例如，发动机10可以通过自动点火或如在柴油发动机的情况下通过燃料喷射开始燃烧。
[0024]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有用于输送燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性的示例，汽缸14被示出为包括一个燃料喷射器166。燃料喷射器166被示出为直接耦连至汽缸14，以便与经由电子驱动器168将燃料与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接喷射到其中。以此方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料直接喷射(在下文中也被称为“DI”)到燃烧汽缸14。尽管图1示出喷射器166为侧喷射器，但其也可以位于活塞的顶部，例如靠近火花塞192的位置。当使发动机以醇基燃料运转时，由于一些醇基燃料的较低挥发性，这样的位置可以改善混合以及燃烧。可替换地，喷射器可以位于顶部并靠近进气门以改善混合。燃料可以从高压燃料系统8输送至燃料喷射器166，高压燃料系统8包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨。可替换地，燃料可以在较低压力下通过单级燃料泵输送，在这种情况下，燃料直接喷射的正时在压缩行程期间可能比使用高压燃料系统的情况更受限制。另外，尽管未示出，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。
[0025]应认识到，在可替换的实施例中，喷射器166可以是进气道喷射器，其提供燃料到汽缸14上游的进气道内。另外，尽管示例实施例示出了燃料经由单个喷射器被喷射至汽缸，但可替换地，发动机可以通过经由多个喷射器喷射燃料而运转，诸如一个直接喷射器和一个进气道喷射器。在这样的构造中，控制器可以改变来自每个喷射器的相对喷射量。
[0026]在汽缸的单个周期期间，燃料可以通过喷射器输送至汽缸。另外，如在下文中所描述的，从喷射器输送的燃料或爆震控制流体的分配和/或相对量可以随着诸如空气充气温度的工况而变化。此外，对于单个燃烧事件而言，可以每个周期执行所输送的燃料的多次喷射。多次喷射可以在压缩行程、进气行程或其任意适当的组合期间执行。应当理解，在本文中所描述的汽缸盖封装结构和方法可以用于具有任何合适的燃料输送机构或系统的发动机，例如，用于汽化式发动机或具有其他燃料输送系统的其他发动机。
[0027]如上面所描述的，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、(多个)燃料喷射器、火花塞等。任何数量的汽缸和各种不同的汽缸构造可以被包括在发动机10中，例如，V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。
[0028]图2A示意地示出了电致动的凸轮廓线变换(CPS)系统200。如将在本文中详细描述的，CPS系统200可以控制凸轮廓线，并且由此控制发动机汽缸的激活/停用。
[0029]CPS系统200包括控制器202，其可以对应于图1的控制器12。控制器212可以将脉冲宽度调制的CPS系统控制信号214发送至驱动器204。驱动器204处理信号，并将经处理的信号发送至螺线管206。螺线管206可以是机电执行器，其控制销208在梭动件210的凹槽(例如，将在下面关于图3描述的凹槽376)中的移动。梭动件210可以与凸轮轴212物理地耦连，使得销208在梭动件的凹槽中的移动影响凸轮轴的旋转。如将在下面关于图3详细描述的，由于凹槽的弯曲部分，销在凹槽中的移动可以修改凸轮升程廓线，例如导致一个或更多个发动机汽缸的激活或停用。例如，销在凹槽中的移动可以影响曲轴的旋转，同时还引起梭动件沿凸轮轴轴向移动。通过移动当前的凸轮远离进气门或排气门以及移动另一凸轮与气门相连(取决于凸轮轴的旋转的角度)，梭动件沿曲轴的轴向移动可以改变凸轮升程廓线。
[0030]应当认识到，上述示例示出了使用被功率驱动器电放大的PWM信号实现致动的系统。以此方式，有可能经由螺线管机电地控制致动力以便随后产生较快的销或滑阀力矩。主要由于电气系统电压(电池荷电状态)以及螺线管阻抗(根据螺线管温度变化)，该机构产生的机电力的大小通常可能变化。尽管上述方法是一个示例，但在本文中考虑了各种其他方法。例如，该方法可应用于凸轮廓线切换力控制信号，不论其是电流控制的、PWM控制的还是其他方式控制的。凸轮廓线切换控制信号不必对应于固定频率或占空比信号，或计算的&控制器命令的频率或占空比信号。例如，在一个示例中，考虑了可以使用的恒定电流的装置驱动器。当环境条件变化时(电气系统电压、电池荷电状态、螺线管阻抗(与其温度成正比)、驱动器电路功率效率(与其温度成反比)等)，为了维持固定的螺线管力(本申请包括四个不同水平的力)，电路改变频率和占空比。同样，DC/DC转换器电路可以被用来提升可用于装置驱动器的电压，以便暂时提供更大功率。
[0031]图2B示意地示出了液压致动的凸轮廓线变换(CPS)系统220。类似于CPS系统200，CPS系统220可以控制凸轮廓线，并由此控制发动机汽缸的激活/停用。然而，与CPS系统200不同，CPS系统220可以包括液压执行器，诸如代替销的滑阀228。
[0032]与CPS系统200 —样，CPS系统220包括控制器222，其可以对应于图1的控制器
12。控制器212可以可以将脉冲宽度调节的CPS系统控制信号234发送至驱动器224。驱动器224处理信号，并将处理的信号发送至螺线管226。螺线管226可以是控制滑阀228的电液执行器，所述滑阀与梭动件230的凹槽(例如，将在下面关于图3描述的凹槽376)相连。梭动件230可以与凸轮轴232物理地耦连，使得滑阀与梭动件的凹槽之间的接触影响凸轮轴的旋转。如将在下面关于图3详细描述的，由于凹槽的弯曲部分，该动作可以更改凸轮升程廓线，例如导致一个或更多个发动机汽缸的激活或停用。
[0033]电液执行器可以经由驱动器在多个水平下运转，以控制汽缸气门机构，诸如汽缸气门停用/激活机构、凸轮廓线变换机构或其他气门调整机构。例如，驱动器可以在没有气门转换的第一较低水平下运转，并且响应于气门转换的增加的可能性，驱动器可以在没有气门转换的第二中等水平下运转。另外，响应于气门转换要求，驱动器可以在引起气门转换的第三较高水平下运转。增加的可能性可以部分地基于操作者命令，并且可以包括例如超过阈值水平的增加的发动机温度，在该阈值水平下实现气门转换，或者发动机运转在气门转换工况的阈值内，其中气门转换可以是凸轮廓线变换转换和/或气门停用(例如，VDE)转换。将在下面关于图4-6更详细地描述发动机工况和气门转换。
[0034]图3示出了汽缸312的侧视图。与图1的汽缸14 一样，汽缸312可以是被包括在诸如以上描述的发动机10的发动机中的多个汽缸中的一个。在图3中还示出了凸轮廓线变换(CPS)系统304的局部视图。根据发动机工况，CPS系统304可以激活或停用每个发动机汽缸312。例如，如在下面更详细地描述的，通过调整汽缸凸轮机构，可以基于发动机工况使一个或更多个汽缸312上的气门在具有或不具有气门升程的情况下运转。在其他示例中，汽缸可以以多个不同的气门升程模式运转，而不是被激活或被停用，多个不同的气门升程模式例如为高气门升程、低气门升程和零气门升程。
[0035]如以上在图1中所描述的，每个汽缸312可以包括火花塞和用于将燃料直接输送至燃烧室的燃料喷射器。然而，在可替换的实施例中，每个汽缸312可以不包括火花塞和/或直接燃料喷射器。
[0036]一个或更多个气体交换气门可以供汽缸312使用。在本示例中，每个汽缸312包括两个进气门和两个排气门；然而，在图3所示的侧视图中，仅汽缸312的两个排气门361和362是可见的。每个进气门和排气门均被配置为分别打开和关闭汽缸312的进气道和排气道。
[0037]为了允许停用选择的进气门和排气门，例如为了节省燃料，每个汽缸中的每个气门包括被耦连至在气门上方的凸轮轴的机构，用于调整该气门的气门升程量和/或用于停用该气门。例如，汽缸312包括分别被耦连至在排气门361和362上方的排气凸轮轴324的机构382和384，以及被耦连至在汽缸312的进气门上方的进气凸轮轴的机构(在图3所示的侧视图中不可见)。在图3中所描述的示例中，机构382和384中的每一个包括两个不同的升程廓线凸轮:无升程凸轮326和升程凸轮328。然而，应理解，在不背离本公开的范围的情况下，机构可以包括另外的升程廓线(例如，高升程凸轮、低升程凸轮和无升程凸轮)。
[0038]CPS系统304可以控制进气和排气凸轮轴，以便通过与螺线管370耦连的销372与梭动件374之间的接触而激活以及停用发动机汽缸。如图所示，弯曲的凹槽376可以穿过梭动件的圆周，使得销在凹槽中的移动可以影响梭动件沿凸轮轴的轴向移动。即，CPS系统304可以被配置为使凸轮轴的特定部分纵向平移，由此引起汽缸气门的运转在凸轮326与328和/或其他凸轮之间变化。以此方式，CPS系统304可以在多个凸轮廓线之间变换。尽管未示出，但在液压的实施例中，滑阀而不是销可以与梭动件物理地相连，从而影响梭动件的轴向移动。因此，液压的电磁阀可以被耦连在发动机的液压回路中，其还可以被耦连至汽缸气门执行器。
[0039]CPS系统304可以在允许排气离开对应汽缸的打开位置与经由排气凸轮轴324将气体基本保留在对应汽缸内的关闭位置之间致动每个排气门。排气凸轮轴324包括多个排气凸轮，其被配置为控制排气门的打开与关闭。每个排气门可以由无升程凸轮326和升程凸轮328控制，这取决于发动机工况。在本示例中，无升程凸轮326具有无升程凸轮凸角廓线，用于基于发动机工况停用其各自的汽缸。另外，在本示例中，升程凸轮328具有升程凸轮凸角廓线，其大于无升程凸轮凸角廓线，用于打开进气门或排气门。
[0040]类似地，每个进气门在允许进气进入各自汽缸的打开位置与经由进气凸轮轴(在图3的侧视图中不可见)基本阻止进气进入各自汽缸的关闭位置之间是可致动的。进气凸轮轴被设置在汽缸312上方的顶部位置中，与排气凸轮轴324平行。与排气凸轮轴324 —样，进气凸轮轴包括多个进气凸轮，其被配置为控制进气门的打开与关闭。
[0041]凸轮机构可以被直接设置在汽缸312中对应气门的上方。另外，凸轮凸角可以被可滑动地附接至凸轮轴，使得凸轮凸角能够以每个汽缸为基础沿凸轮轴滑动。例如，图3示出了无升程凸轮326被设置在汽缸中的每个气门的上方的示例。设置在每个汽缸气门上方的几组凸轮凸角可以滑动穿过凸轮轴，以改变被耦连至气门从动机构的凸角廓线，从而改变气门打开与关闭的持续时间。例如，可以改变设置在气门361上方的机构382，从而将升程凸轮328移动至气门361上方的位置，使得与升程凸轮328相关联的升程廓线被用来控制气门361的打开与关闭。
[0042]凸轮支承(tower)可以被耦连至发动机的汽缸盖310，凸轮支撑例如为图3所示的凸轮支承392。然而，尽管图3示出了被耦连至汽缸盖的凸轮支承392，但在其他示例中，凸轮支承可以被耦连至汽缸体的其他部件，例如，被耦连至凸轮轴支架或凸轮罩。凸轮支承可以支撑顶置凸轮轴，并且可以使设置在每个汽缸上方的凸轮轴上的机构分开。
[0043]在图3中未示出的另外的元件可以包括推杆、摇臂、挺柱等。此类装置和特征件可以通过将凸轮的旋转运动转换为气门的平移运动而控制进气门和排气门的驱动。在其他示例中，可以经由凸轮轴上的另外的凸轮凸角廓线致动气门，其中不同气门之间的凸轮凸角廓线可以提供变化的凸轮升程高度、凸轮顶开气门持续时间和/或凸轮正时。然而，如果需要，可以使用可替换的凸轮轴(顶置和/或推杆)布置。另外，在一些示例中，汽缸312均可以仅具有一个排气门和/或进气门，或者可以具有多余两个的进气门和/或排气门。在其他示例中，排气门和进气门可以由共同的凸轮轴致动。在另一可替换的实施例中，进气门和/或排气门中的至少一个可以由其自己的独立的凸轮轴或其他装置致动。
[0044]如上所述，发动机可以包括可变气门驱动系统，例如CPS系统304。可变气门驱动系统可以被配置为以多种运转模式运转。第一运转模式可以在发动机冷启动之后发生，例如当发动机温度低于阈值时或在发动机启动之后给定的持续时间内。在第一模式下，可变气门驱动系统可以被配置为仅打开一部分汽缸的一部分排气道，其他所有排气道关闭。例如，可以打开少于所有汽缸312 (例如，一部分)的排气门。第二运转模式可以在标准的预热发动机运转期间发生。在第二模式下，可变气门驱动系统可以被配置为打开所有汽缸312的所有排气道。另外，在第二模式下，可变气门驱动系统可以被配置为使一部分汽缸的一部分排气道打开比其余的排气道更短的持续时间。第三运转模式可以在低发动机转速和高负荷下的预热发动机的运转期间发生。在第三模式下，可变气门驱动系统可以被配置为保持一部分汽缸的一部分排气道关闭，同时打开其余的排气道，例如，与第一模式相反。另外，可变气门驱动系统可以被配置为在各种运转模式下对应于排气道的打开与关闭而选择性地打开与关闭进气道。
[0045]在上面描述的凸轮的构造可以被用来提供对供应至汽缸312以及从汽缸312排出的空气量和空气正时的控制。然而，其他构造可以被用来使CPS系统304能在两个或更多个凸轮之间变换气门控制。例如，可变换的挺柱或摇臂可以用于在两个或更多个凸轮之间改变气门控制。
[0046]在上面所描述的气门/凸轮控制装置和系统可以被液压地供能或电动致动或其组合，如关于图2A和图2B所描述的。信号线路可以发送控制信号至CPS系统304，以及从CPS系统304接收凸轮正时和/或凸轮选择测量值。
[0047]在本文中所提及的，在能压缩或自动点火的发动机的一个示例中，(多个)进气门可以由高或低升程凸轮廓线致动，这取决于所选的燃烧模式。低升程凸轮廓线可以被用来捕集汽缸中高水平的残余(排气)气体。在一些示例中，被捕集的气体通过增加初始的充气温度促进压缩或自动点火。然而，在火花点火模式(高或低负荷)下，可以使用高升程凸轮廓线。此类可变换的凸轮廓线可以通过各种凸轮和挺柱系统实现。变换可以以任何合适的方式实现，例如，通过油流液压执行器或使用电动执行器。作为另一示例，此类系统可以包括增加数量的挺柱。
[0048]如在本文中使用的，激活的气门运转可以涉及在汽缸的周期期间气门打开与关闭，而停用的气门可以在汽缸的周期内被保持在关闭位置(或在周期内被保持在固定位置)。应认识到，上述构造是示例，并且在本文中所讨论的方法可以应用于各种不同的可变气门升程廓线系统和构造，诸如应用于排气系统以及每个汽缸具有多于两个的进气门或两个排气门的系统。
[0049]图4图示说明了正时曲线图400，其将发动机运转区域与CPS系统控制信号的占空比/电流水平联系起来。正时曲线图400包括曲线图420以及曲线图440，曲线图420在Y轴上示出了发动机运转区域而在X轴上示出了时间，曲线图440在Y轴上示出了 CPS系统控制信号占空比和/或电流而在X轴上示出了时间。
[0050]在曲线图420中，当前的发动机运转区域由特性曲线402表示。在所描述的示例中，在时刻Tl之前，发动机运转在非VDE运转区域。如将在下面关于图5和图6详细描述的，例如，非VDE运转区域可以是对应于不利于汽缸停用的发动机负荷与发动机转速条件的区域。此时，CPS系统控制信号占空比和/或电流(在图4的描述中被简称为“信号”)可以处于最小水平410。最小水平410可以随发动机工况(例如电池荷电状态)而变化，并且因此可以根据发动机工况在由螺线管变换阈值向上限制的范围内变化。另外，在时刻Tl之前，其状态由信号确定的CPS系统螺线管可以是“关闭的”(其中“关闭的”螺线管表示对应于激活的汽缸和凸轮升程的螺线管状态，而“开启的”螺线管表示对应于一个或更多个不具有凸轮升程的停用汽缸的螺线管状态)。然而，在时刻Tl处，发动机转速与负荷情况(或其他发动机运转参数)可以改变，例如由于驾驶员踩加速器踏板。在时刻Tl处，改变的发动机工况可以引起发动机从非VDE区域向预充电区域转变。如将在下面关于关于图5和图6详细描述的，预充电区域可以是由于转变到VDE运转区域或离开VDE运转区域的可能性增加引起的电磁阀在“开启的”与“关闭的”状态之间转换的可能性增加的发动机运转区域。响应于从非VDE区域到预充电区域的转变，信号可以被增加至较低的预充电或预激活水平414，如曲线图440中所示。较低的预充电水平414可以是仅低于变换阈值406的水平(其中当信号超过变换阈值时，螺线管从“关闭的”改变状态为“开启的”，并且其中当信号降至变换阈值之下时，螺线管从“开启的”改变状态为“关闭的”)。较低的预充电水平414可以根据例如电池荷电状态的发动机工况而变化，并且因此可以根据发动机工况在由最小水平和变换阈值限制的范围内变化。
[0051]在时刻T2处，发动机运转区域从预充电区域转变到VDE区域(例如，由于发动机转速和/或负荷的变化)。响应于该变化，信号被增加至最大水平408，如曲线图440中所示。将信号增加至最大水平408可以有利地减少由信号控制的螺线管的变换时间。最大水平408可以根据例如电池荷电状态的发动机工况而变化，并且因此可以根据发动机工况在具有对应于螺线管变换阈值的下限的范围内变化。在一段持续时间之后，在时刻T3处，螺线管转变为“开启的”，并且信号被降至较高的预充电或预激活水平412。该持续时间可以基于发动机工况而变化，例如基于电池荷电状态而变化。
[0052]较高的预充电水平412可以低于最大水平，但高于较低的预充电水平并且高于变换阈值。一旦螺线管变换已经发生就将信号从最大水平降至较高的预充电阈值可以有利地提高能量效率，同时确保螺线管在发动机在VDE区域中运转期间保持处于“开启的”状态。因此，虽然信号可以不从最小水平转变至较低的预充电水平，直到发动机从非VDE区域进入预充电区域，但信号可以从最大水平转变至较高的预充电水平，同时发动机仍在VDE区域中运转(在螺线管已经变换为“开启的”之后)。这种运转可以提供螺线管状态变换的进一步加速，同时还提供给能量效率益处。
[0053]在时刻T4处，由于发动机工况的变化(例如，发动机转速和/或负荷的变化)，发动机运转区域可以从VDE区域转变至预充电区域，并且发动机可以继续在预充电区域中运转，直至时刻T5之后，如曲线图420中所示。响应于该变化，信号可以在持续时间内从较高的预充电水平412降至最小水平410，以加速螺线管从“开启的”状态到“关闭的”状态的变换。该持续时间可以基于发动机工况而变化，例如基于电池荷电状态而变化。在持续时间之后，信号可以被增加至较低的预充电水平，因此在预充电区域中的运转增加了转变到VDE区域内的可能性，并且当转变到VDE区域内时确保快速的螺线管变换的益处可以胜过与从最小水平增加信号相关联的任何缺点(例如，相对于将信号维持在最小水平处，增加了功率耗散)。
[0054]应认识到，正时曲线图400描述了仅在一个示例间隔期间并且仅在发动机运转区域转变的一个示例顺序过程中基于发动机运转区域对CPS控制信号占空比和/或电流的调整。在不背离本公开的范围的情况下，可以使用发动机运转区域转变的许多其他顺序和对应的CPS系统控制信号占空比和/或电流调整。
[0055]图5示出了图形500，其图示说明了基于发动机RPM与发动机负荷的三个示例发动机运转区域。X轴表示发动机负荷，例如，其可以对应于测得的发动机负荷或被要求的发动机扭矩。Y轴表示发动机RPM，例如，其可以对应于测得的发动机转速/RPM。
[0056]在502处示出了非VDE发动机运转区域。在图5的示例中，非VDE发动机运转区域对应于低发动机RPM与低发动机负荷条件、高发动机RPM条件、低发动机RPM条件和高发动机RPM与高发动机负荷条件。然而，在其他示例中，非VDE区域可以对应于其他发动机转速与负荷的组合，或可以基于其他发动机运转参数而确定。例如，在非VDE区域中运转期间，可以控制CPS系统螺线管，使得升程凸轮廓线被用于发动机汽缸气门，以激活汽缸。换句话说，响应于发动机在非VDE条件下运转，可以通过在驱动器回路中设定低电流水平而将执行器设定为非激活状态。
[0057]在504处示出了预充电运转区域。在发动机预充电工况期间，可以通过在驱动器回路中设定中等电流水平而将CPS系统螺线管设定为预激活状态，其可以比非激活状态更激活。另外，预充电工况可以处在比第一发动机工况更高的温度。在图5的示例中，预充电运转区域近似对应于中等发动机RPM和中等发动机负荷条件。然而，在其他示例中，预充电区域可以对应于其他发动机转速与负荷的组合，或可以基于其他发动机运转参数而确定。应理解，预充电区域是在非VDE区域与VDE区域之间的区域，这将在下面进行描述。例如，当发动机转速与负荷正朝向VDE区域变化时，发动机可以在预充电区域中运转。然而，发动机还可以在非VDE区域与预充电区域之间来回转变而不进入VDE区域，或在某些情况下可以在VDE区域与预充电区域之间来回转变而不进入非VDE区域。另外，在发动机转速与负荷(或其他发动机运转参数)迅速变化的情况下，发动机可以从非VDE区域直接转变至VDE区域，或者从VDE区域直接转变至非VDE区域。当发动机运转进入预充电区域时，例如根据关于图4和图6描述的螺线管的状态和之前的运转区域，CPS系统控制信号可以从最小的占空比和/或电流增加，或者从最大的占空比和/或电流减小，或者其可以保持不变。
[0058]在506示出了 VDE运转区域。在图5的示例中，VDE运转区域近似对应于中等发动机RPM与中等发动机负荷条件，其在自图形的中部比被包括在预充电区域504中的中等发动机转速与负荷值的范围更小的范围内。然而，在其他示例中，VDE区域可以对应于其他发动机转速与负荷的组合，或可以基于其他发动机运转参数而确定。VDE区域可以是这样的发动机运转区域，在该区域中汽缸停用(VDE运转)是有利的，例如在需要减少发动机输出并且汽缸停用会提高燃料效率而不会负面地影响发动机性能的条件下。当发动机运转进入VDE区域时，如果从预充电区域运转转变，则CPS系统控制信号可以从较低的预充电水平增加至最大的占空比和/或电流，或者如果直接从非VDE区域运转转变，则CPS系统控制信号可以从最小水平增加至最大的占空比和/或电流，如关于图4和图6描述的。在VDE区域中运转期间，CPS系统螺线管可以被设定为激活状态，并被控制成使得无升程凸轮廓线被用于一个或更多个发动机汽缸气门，以停用汽缸。[0059]应认识到，图形500是发动机运转区域的一个非限制性示例。在其他示例中，可以使用除了在图形500中描述的三个区域外的发动机运转区域。可替换地，在不背离本公开的范围的情况下，非VDE、预充电和VDE区域中的每一个可以被成形得不同、更小或更大等
坐寸ο
[0060]图6示出了用于运转诸如图3所示的CPS系统304的CPS系统的示例方法600。具体地，方法600描述了基于发动机运转区域设定CPS系统控制信号占空比和/或电流，其中VDE占空比和/或电流确定诸如螺线管的机电执行器的变换状态，以便致动作为汽缸停用/激活机构运转的CPS机构，并且其中螺线管控制凸轮轴位置(并且因此控制汽缸气门的凸轮升程廓线)，以便以或不以VDE运转发动机汽缸。CPS系统可以包括多个凸轮廓线。在一个示例中，凸轮廓线可以是汽缸停用廓线。在发动机运转的非VDE状态期间，执行器可以在没有凸轮廓线转换的第一水平下运转。在602处，方法600包括估计和/或测量发动机工况。例如，这些可以包括发动机转速(RPM)、发动机转速的变化率、发动机负荷/期望的扭矩(例如，来自踏板位置传感器)、歧管压力(MAP)、歧管空气流量(MAF)、BP、发动机温度、催化剂温度、进气温度、火花正时、升压水平、空气温度、爆燃极限等。
[0061]在604处，方法600包括确定发动机运转是否正从非VDE区域(例如，图5的非VDE区域502)转变至预充电区域(例如，图5的预充电区域504)。例如，控制器可以基于估计的和/或测得的诸如发动机转速与负荷的发动机工况，确定发动机的运转区域。如图5所示，非VDE运转区域可以围绕预充电区域，而预充电区域可以围绕VDE运转区域。因此，发动机运转从非VDE区域至预充电区域的转变可以是VDE运转即将发生的指示，并且因此可能需要预充电以在向VDE运转转变的情况下确保加速的螺线管变换。
[0062]如果604处的答案为否，则方法600进行到步骤608，这将在下面进行描述。否则，如果604处的答案为是，则方法600进行到606。在606处，方法600包括将CPS系统控制信号占空比和/或电流设定为较低的预充电水平(例如，图4的示例中的水平414)。例如，如果发动机正从非VDE区域转变至预充电区域，则发动机转速和/或负荷可能正朝向预充电区域增加或减小，并且因此适合于VDE运转的条件可能即将发生，指示气门转换的可能性增加。因此，响应于气门转换的可能性的增加，可以使执行器在可能高于第一水平的第二水平下工作。用于气门转换的可能性的增加可以基于加速器踏板被操作者压下的增加或减小。相应地，此时通过将VDE占空比和/或电流设定为较低的预充电水平，当该变换至VDE运转时，占空比和/或电流可以更靠近变换阈值(例如，图4的变换阈值406)，并且因此相对于当从最小CPS系统控制信号占空比和/或电流值变换至超过变换阈值的值时的变换速度，可以更迅速地完成该转变。
[0063]在606之后，或如果604处的答案是否，方法600进入到608。在608处，方法600包括确定发动机运转是否正从预充电区域转变至VDE区域(例如，图5的VDE区域506)。如在上面针对步骤604描述的，控制器可以基于估计的和/或测得的诸如发动机转速与负荷的发动机工况，确定发动机的运转区域。
[0064]如果608处的答案为否，则方法600进行到步骤616，这将在下面进行描述。否则，如果608处的答案为是，则方法600进行到610。在610处，方法600包括将CPS系统控制信号占空比和/或电流设定为峰值水平。例如，峰值水平可以对应于大于螺线管变换阈值的占空比和/或电流值，诸如在图4中示出的水平408。当从预充电区域转变至VDE区域时将控制信号占空比和/或电流设定为峰值水平可以提供最快的螺线管变换(例如，最快转变至将会变换螺线管的状态的磁力的水平)。换句话说，为了引起气门转换，可以使执行器在高于第一和第二水平的第三水平下运转。
[0065]在610之后，方法600进行到612。在612处，方法600包括确定螺线管变换是否完成。在一个非限制性示例中，可以基于螺线管处电流的测量值进行确定。如果螺线管变换未完成，则螺线管尚未控制销、滑阀或与梭动件和凸轮轴耦连的其他执行器，并且因此仍可以使用用于非VDE运转的凸轮升程廓线(例如，升程凸轮廓线)。例如，如果螺线管变换未完成，则一个或更多个汽缸气门可以与诸如图3的凸轮328的升程凸轮接触，然而如果螺线管变换完成，则一个或更多个汽缸气门可以与诸如图3的凸轮326的无升程凸轮接触。
[0066]如果612处的答案为否，则方法600继续检查螺线管变换是否完成(例如，通过执行用于以预定间隔或在中断的基础上确定的程序)。否则，如果612处的答案为是，指示螺线管状态已经变换，并且因此适合于VDE运转的凸轮升程廓线(例如，无升程凸轮廓线)可以使用，则方法600进入到614。在614处，方法600包括将CPS系统控制信号占空比和/或电流设定为较高的预充电水平。为了在使执行器在第三水平下运转之后维持气门转换，可以使执行器在第四水平下运转，例如，在较高的预充电水平下运转，第四水平可以对应于稍微大于螺线管变换阈值的占空比和/或电流值，诸如在图4中示出的水平412。换句话说，第四水平可以低于第三水平，但高于第一和第二水平。在螺线管变换之后以及在VDE运转期间将控制信号占空比和/或电流设定为较高的预充电水平可以有利地降低功率消耗，同时确保螺线管变换状态不会变化。
[0067]在614之后，方法600进行到616。在616处，方法600包括确定发动机运转是否正从VDE区域转变至预充电区域。如针对步骤604描述的，控制器可以基于估计的和/或测得的诸如发动机转速与负荷的发动机工况，确定发动机的运转区域。
[0068]如果616处的答案为是，则方法600进行到618。在618处，方法600包括将CPS系统控制信号占空比和/或电流设定为最小水平。例如，最小水平可以对应于小于螺线管变换阈值的占空比和/或电流值，诸如在图4中示出的水平410，并且可以是CPS系统控制信号的最小可接受的占空比和/或电流水平。因此，响应于第二气门转换的可能性的增加，可以使执行器在第五水平下运转，从而使发动机运转返回至非VDE状态。当从VDE运转转变至预充电区域中的运转时将CPS系统控制信号占空比和/或电流设定为最小水平可以有利地降低功率消耗，同时确保螺线管变换状态不会变化。
[0069]否则，如果616处的答案为否，则方法600进入到620。在620处，方法600包括确
定发动机运转是否正从VDE区域转变至非VDE区域。如针对步骤604描述的，控制器可以基于估计的和/或测得的诸如发动机转速与负荷的发动机工况，确定发动机的运转区域。尽管比从VDE区域向预充电区域的转变的频率更小，但从VDE区域转变至非VDE区域可以在诸如紧急制动、快速加速等的发动机工况下发生。
[0070]如果620处的答案为否，则方法600结束。否则，如果620处的答案为是，则方法600进入到622。在622处，方法600包括将CPS系统控制信号占空比和/或电流设定为最小水平。例如，最小水平可以对应于小于螺线管变换阈值的占空比和/或电流值，诸如在图4中示出的水平410，并且可以是CPS系统控制信号的最小可接受的占空比和/或电流水平。当从VDE运转转变至非VDE区域中的运转时将控制信号占空比和/或电流设定为最小水平可以有利地加速螺线管状态变换至适合非VDE运转的状态，同时降低了功率消耗。在622之后，方法600结束，发动机在所有汽缸点火的情况下(例如，以非VDE模式)运转。
[0071]应认识到，本文中所公开的构造和方法本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文中所公开的各种系统和构造以及其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0072]所附权利要求具体地指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括纳入一个或更多个这样的元件，既不必也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围宽、窄、相同或不同，均被认为被包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种发动机方法，其包含: 调整机电执行器以致动凸轮廓线变换机构，包括使所述执行器在没有气门转换的第一水平下运转，响应于气门转换的增加的可能性而使所述执行器在没有气门转换的第二水平下运转，以及使所述执行器在引起气门转换的第三水平下运转，所述第二水平在所述第一与第二水平之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二水平高于所述第一水平，并且其中基于加速器踏板被操作者压下的增加或减小，所述气门转换的所述可能性增加。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气门转换的增加的可能性包括所述发动机在比所述执行器处于所述第一水平时更低的负荷下运转，其中所述凸轮廓线变换机构包括具有升程廓线的第一廓线和不具有升程廓线的第二廓线。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包含使所述执行器在所述第三水平下运转之后，使所述执行器在第四水平下运转，维持所述气门转换，所述第四水平低于所述第三水平，但高于所述第一和第二水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述第一水平下运转之后立即在所述第二水平下运转，并且在所述第二水平下运转之后立即在所述第三水平下运转，以及在所述第三水平下运转之后立即在所述第四水平下运转。
6.根据权利要求4所述的方法，其中在所述执行器在所述第一和第二水平下运转期间，所述发动机运转处于非VDE状态，而在所述执行器在所述第三和第四水平下运转期间，所述发动机运转处于VDE状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其还包含响应于第二气门转换的增加的可能性，使所述执行器在第五水平下运转，以使所述发动机运转返回至所述非VDE状态。·
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第五水平低于所述第二水平。
9.一种发动机方法，其包含: 响应于第一发动机工况，将执行器设定为非激活状态； 响应于第二发动机工况，将所述执行器设定为比所述非激活状态更激活的预激活状态；以及 响应于第三发动机工况，将所述执行器设定为比所述预激活状态更激活的激活状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二发动机工况处于比所述第一发动机工况更低的负荷。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第三发动机工况处于比所述第二发动机工况更低的负荷。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二发动机工况处于比所述第一发动机工况更高的温度。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述执行器是汽缸气门停用执行器。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述执行器是液压的电磁阀，其耦连在所述发动机的液压回路中，所述回路进一步被耦连至汽缸气门执行器。
15.根据权利要求9所述的方法，其中将所述执行器设定为所述非激活状态包括在驱动器回路中设定相对低的电流水平；将所述执行器设定为所述预激活状态包括在所述驱动器回路中设定中等电流水平；以及将所述执行器设定为所述激活状态包括在所述驱动器回路中设定相对高的电流水平。
16.—种发动机方法,其包含: 调整电液执行器以调整汽缸气门机构，包括经由驱动器使所述执行器在没有气门转换的第一较低水平下运转，响应于气门转换的增加的可能性而使所述驱动器在没有气门转换的第二中等水平下运转，以及响应于气门转换请求而使所述驱动器在引起气门转换的第三较高水平下运转。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述增加的可能性包括增加的发动机温度超过阈值水平，气门转换在所述阈值水平下实现。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述增加的可能性包括所述发动机在气门转换工况的阈值内运转。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述增加的可能性至少部分地基于操作者命令。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述增加的可能性至少部分地基于车辆工况，所述车辆工况包括车辆速度 和车辆速度的变化率。
【文档编号】F02D13/06GK103850807SQ201310651794
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】J·A·多尔因, J·E·罗林格, D·泽德拉凯威斯特, K·维拉德 申请人:福特环球技术公司