用于内燃发动机的气门控制系统以及其运行方法
【专利说明】用于内燃发动机的气门控制系统以及其运行方法发明领域
[0001]本发明涉及一种用于内燃发动机的气门控制系统，该发动机具有带有至少一个气门且带有活塞的至少一个气缸。更具体地讲，本发明涉及改善能够独立于发动机曲轴的旋转被致动的门控制系统的运行。
[0002]发明背景
[0003]通过旋转的凸轮轴来操作内燃发动机的进气门和排气门是众所周知的。如果凸轮轴与发动机的曲轴一起旋转，则不能相对于发动机速度或负荷来更改气门移动曲线和/或正时。然而，通过关于对发动机的要求来改变气门操作可以实现更高的效率。
[0004]为了提供对于气门致动的更好控制，已经提出通过使用由计算机控制的发动机管理系统所掌控的电磁螺线管致动器来操作这些气门。WO 2004/097184中描述了一种替代性解决方案。该解决方案涉及一种具有通过适合的联动装置与气门相联接的从动转子的电磁致动器。
[0005]发明概述
[0006]本发明提供了一种用于内燃发动机的气门控制系统，该发动机具有带有至少一个气门且带有活塞的至少一个气缸，其中该气门控制系统包括信号处理装置，该信号处理装置被配置成用于:
[0007]产生对于在该发动机的第一燃烧循环之前执行的、被布置成致动该至少一个气门的致动器的预调节致动循环加以控制的控制信号；
[0008]接收与在该预调节致动循环期间该致动器的运行条件有关的反馈信号；并且
[0009]产生对于在该发动机的燃烧循环过程中执行的、该致动器的燃烧致动循环加以控制的经修正的控制信号，其中这个经修正的控制信号已经由该信号处理装置参照该反馈信号加以修正。
[0010]本发明的系统和方法可应用于具有带有至少一个气门且带有活塞的至少一个气缸的发动机，该至少一个气门是至少一个进气门或排气门，其中该至少一个气门是独立于该发动机曲轴的旋转可运行的。
[0011]涉及对气门致动正时的电气控制而非机械控制的气门控制系统将受益于自适应反馈。这使得该气门控制系统能够根据特定的条件和运行要求来对每个气门的运行进行适配。然而，当起动发动机时，这些运行条件已经从该发动机上次停止之时发生了改变。虽然该气门控制系统可以被配置成对于可直接测量的参数加以考虑，例如发动机油和水的温度，但其他重要的变量仍是未知的。这将在发动机起动过程中以及之后不久的初始气门事件中导致明显的误差。这可能不利地影响发动机的气体排放物的成分、其噪声、振动和刺耳特性、起动发动机的能力、其怠速稳定性以及驾驶员对发动机运行的感知能力。
[0012]可以测量多个快速变化的参数并且当计算对于发送至致动器的初始预调节致动信号的要求时该气门控制系统将这些参数考虑在内。这些参数可以包括以下各项中的一项或多项:发动机冷却剂温度、油底壳油温、环境空气温度、以及致动器绕组温度(例如)以及/或者其他相关参数。而且，可以将相对缓慢变化的参数(例如依赖于部件的磨损和/或润滑油性能退化的影响的那些参数)存储在该气门控制系统存储器中以准备好在有必要重新起动该发动机时考虑在内。然而，这些参数不太可能足以提供在发动机点火时需要的控制准确度。
[0013]根据本发明，该气门控制系统致使气门在该发动机的第一燃烧循环之前执行预调节致动循环。然后采用与该致动相关联的反馈信号来修正或校准用于该气门的随后控制信号，从而调节在该发动机的燃烧循环期间该气门的致动。由于执行一次气门致动所需花费的时间可以是短的(7ms的量级)，因此对于其中一些气门或所有气门可以在该发动机点火之前执行一个或多个预调节循环而这是该车辆使用者几乎察觉不到的。
[0014]在例如四冲程发动机中，该发动机的燃烧循环被理解为由具有四个活塞冲程的循环组成，这些活塞冲程通常分别被称为吸气冲程、压缩冲程、点火冲程以及排气冲程。
[0015]该气门系统的这种“预调节”将允许对这些气门控制信号的重新校准将在该发动机的第一燃烧循环之前该气门系的当前运行条件考虑在内。也就是说，对于火花点火式发动机而言是在向气缸提供燃料和点火之前、或者在压燃式发动机的情况下是在供应燃料之前执行该预调节。
[0016]电磁致动构型中的额外益处在于，致动器绕组可以在该预调节过程中经历它们要接近或达到正常运行条件所需的预热时间段的较大部分。
[0017]在一个实施例中，在通过该发动机的起动电动机起动该发动机的过程中执行该预调节致动循环。因此，可以在该发动机的初始起动阶段执行该预调节致动器循环阶段。
[0018]根据另一个实施例，在通过该发动机的起动电动机起动该发动机之前执行该预调节致动循环。以此方式，可以在车辆使用者已激发发动机起动之后并且在起动电动机开始起动发动机之前进行该致动器循环阶段。
[0019]根据应用，该气门控制系统可以被配置成在该发动机的初始起动之前或替代地在该初始起动过程中执行这种气门预调节。可替代地，可以根据发动机起动时的具体情形来选择这些选项中的一者或二者。当在起动时要求较大的发动机稳定性时，可以在起动前的循环过程中、或在起动过程中、或者在这两个过程中增加所执行的预调节循环的次数。
[0020]可以通过在开始燃烧之前使每个气门运行若干个致动循环来增强该气门控制系统的校准准确度。可以响应于在每个循环之后的每个反馈信号或者响应于与多个相应致动循环对应的多个反馈信号来修正该致动器控制信号。
[0021]优选地，使每个气门执行至少三个循环。
[0022]同一发动机的多个不同气缸中的气门的预调节循环可以依此地一个气缸接一个气缸来执行。可替代地，多个不同的气缸中的气门的致动循环可以在某种程度上重叠以减少循环经过所有这些气门所花费的总时间。
[0023]可能优选的是，在该预调节循环过程中(此时有足够的时间可用)使这些致动器循环事件分阶段进行(也就是说，使各个气门或气缸的预循环的开始时间错开)，以降低对电源的峰值电力需求。
[0024]将认识到，本概念适用于具有独立于发动机曲轴的旋转可运行的气门的发动机，其中对这些气门的致动的控制涉及某些形式的自适应电气反馈。这些气门致动器可以按电磁、液压和/或气动方式运行。因此，术语“致动器”旨在涵盖产生使相关气门运行的力或转矩的任何电磁、气动或液压的装置。
[0025]该信号处理装置所接收的反馈信号可以响应于相应气门致动器的一个或多个运行条件。例如，该反馈信号可以响应于以下各项中的至少一项:相对于原位置的致动器位移、该致动器中的绕组的温度、该致动器的绕组中的电流大小、气门离开其支座的升程、跨过该致动器的电压、该致动器内的至少一个压力、该致动器内的至少一个压力差以及类似项。
[0026]优选地，考虑了来自该预调节致动循环的反馈的这个经修正的控制信号对于在该发动机的第一燃烧循环期间执行的、该致动器的燃烧致动循环加以控制。车辆排放法规适用于从发动机起动时刻开始的所有排放，因此希望从该第一燃烧循环开始小心地控制气门正时。在该发动机的运行过程中继续对这些气门进行自适应的基于反馈的控制，该反馈被用于更新与该气门控制系统和/或发动机的不同特性相对应的参数的存储值。
[0027]本发明还提供了一种内燃发动机，该内燃发动机包括具有至少一个相关联的气门的至少一个气缸和如在此描述的气门控制系统。
[0028]内燃发动机通常包括提升气门形式的气门以及每个气缸的至少一个进气门和至少一个排气门。本发明还适用于包括仅具有排气门的发动机(例如在海上应用中使用的重型中速柴油机)在内的其他构型。
[0029]根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种用于对内燃发动机的气门控制系统进行校准的方法，该发动机具有带有至少一个气门且带有活塞的至少一个气缸、以及如本文描述的气门控制系统，该方法包括以下步骤:
[0030]通过该信号处理装置产生对于在该发动机的第一燃烧循环之前执行的、该至少一个气门的预调节致动循环加以控制的控制信号；
[0031]在该信号处理装置处接收与在该预调节致动循环期间被布置成致动该至少一个气门的致动器的运行条件有关的反馈信号；以及
[0032]通过该信号处理装置产生对于在该发动机的燃烧循环中执行的、该致动器的燃烧致动循环加以控制的经修正的控制信号，其中这个经修正的控制信号已经参照该反馈信号加以修正。
[0033]在确定对于该致动器的燃烧致动循环加以控制的经修正的控制信号的过程中，该信号处理装置考虑了与该致动器的运行条件相关的反馈信号。除此之外，这个经修正的控制信号还可以响应于对该发动机的气门和/或其他零件的性能特性有影响的其他参数。
[0034]附图简要说明
[0035]现在将参照示意性附图来对本发明的实施例进行描述，在附图中:
[0036]图1是一种已知的内燃发动机中的气缸的上部部分的截面侧视图；