发动机制动方法及设备的制作方法

专利名称：发动机制动方法及设备的制作方法
技术领域：
本申请与第60/435295号美国临时专利申请有关，并享有该临时申请的在先提交 日和优选权，该美国申请是在2002年12月23日提交的，其名称为"内燃机制动方法和设 备"。 本发明涉及用于对内燃机执行制动的方法和设备。更具体来讲，本发明涉及通过 控制流经内燃机的废气流来制动内燃机的技术。
背景技术：
内燃机制动系统已出现了很多年。此类系统尤其适用于重型车辆-例如卡车和公 共汽车，原因在于这些车辆对制动量的需求是很高的，且通常使用的是柴油机。柴油机车辆 需要内燃机制动系统的原因在于由于气门的正时操作(主进气事件和主排气事件)，气缸 存在固有的吸气现象，其中，气门的正时操作是内燃机实现正功工作所需的。
现有的内燃机制动系统为正功气门事件(即主排气事件)增设了这样一个操 作在压縮冲程的终点附近，开启排气门以释放压縮，由此来影响传动系上的制动力。在压 縮-释放制动过程中，停止喷射燃料，且在压縮冲程的终点附近开启排气门，以便于将产生 动力的内燃机转换成消耗动力的空气压縮机。 对于配备有压縮-释放制动的车辆而言，每个压縮冲程都能减缓车辆的速度。在 压縮冲程中，活塞向上移动，对蓄积在气缸中的气体执行压縮。压縮后的气体阻碍活塞的向 上运动。在内燃机制动工作过程中，随着活塞接近于上死点(TDC)，排气门被开启，以将压縮 后的气体释放到排气歧管中，从而防止存储在压縮后气体中的能量在随后的膨胀下行冲程 中返送给内燃机。按照这样的方式，内燃机就产生出了拖阻功，以利于降低车辆的速度。属 于Cummins的第3220392号美国专利(1965年11月)就公开了现有压縮_释放内燃机制 动技术的一种实例，该专利被结合到本申请中作为参考。 泄气器型内燃机制动技术是压縮-释放型内燃机制动技术的同等替代方案。现有 的泄气器型制动技术使排气门的整个开启曲线都增加了小量的升程(x)，在图1中，此情 形被表示为排气门升程曲线从曲线A变到了曲线B。因而，现有的泄气器制动系统使排气门 在进气冲程、压縮冲程、以及膨胀冲程中都保持略微的开启。这种技术被称为全循环的泄气 器制动，并被表示为图1中的曲线B。部分循环的泄气器制动也是可行的。在进气、压縮、 膨胀冲程的很多时间-而非全部过程中将排气门保持为略微地开启，就能实现部分循环的 泄气器制动。通常情况下，部分循环的泄气器制动与全循环泄气器制动的区别在于在进 气冲程的大部分时间内，将排气门关闭。属于Yang的第6594996号美国专利(2003年7月 22日)公开了现有泄气器型内燃机制动技术的一种实例，该专利被结合到本申请中作为参 考。
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—般情况下，泄气器制动操作中，制动阀的起始开启时刻远早于压縮TDC(即制 动阀早动)，且在一段时间内，升程保持恒定。按照这样的情况，由于制动阀很早就已动作， 所以泄气器型内燃机制动技术中驱动制动阀所需的作用力很小，而且，由于是连续地放气， 而不是像压縮-释放型制动中那样快速喷吹，所以产生的噪音也较小。另外，泄气器制动所 需的零部件很少，并能以较低的成本制出。因而，泄气器型内燃机制动技术具有显著的优 势。 尽管具有这些优点，但泄气器型内燃机制动技术并未获得广泛的应用，原因在于 其所产生的制动功率通常小于压縮-释放型制动。使泄气器型制动的制动功率降低的一个 因素在于无法在内燃机的整个工作循环内执行泄气器制动。以前的泄气器制动并未在整 个内燃机循环内将排气门开度保持在相对较恒定的升程上。而是将正常情况下的主排气门 事件(在排气冲程)叠加在泄气器制动开度上，从而使排气门的升程曲线成为图1中的曲 线B。 更糟糕的是，图1中的排气门升程曲线B不仅包括一主排气事件，还将主排气事件 放大了。曲线B中主排气事件的升程等于正常的主排气事件(曲线A)的升程加上泄气器 制动的升程(x)。该加大的升程会对泄气器制动功率造成不利影响。另外，该加大的升程 会使排气门伸入到内燃机气缸中的程度过大，可能使排气门与活塞出现接触。由于存在排 气门与活塞相接触的风险，需要在活塞上钻制出凹穴，以接纳排气门。这些凹穴会对内燃机 的正功输出和排放造成不利影响。 因而，本申请人已认定包含在泄气器型制动循环中的主排气事件会降低泄气器 制动的效能和/或降低对内燃机进行配备以实现泄气器制动的期望。申请人还确定消除、 减小或延迟主排气事件将会对内燃机制动带来有利的影响。如果主排气事件被消除、减弱 或延迟，则在双循环的基础上(即对于活塞上下运动的每一冲程)，泄气器制动和压縮_释 放制动都能执行。因而，需要有这样的泄气器制动系统和方法在泄气器制动或压縮-释放 制动工作中，都不包含完整的主排气事件。 内燃机制动(泄气器制动和压縮-释放制动)的制动功率可能是排气背压的函 数，气缸的作用克服着该排气背压。可按照多种途径调节该排气背压。三种主要的途径是 采用几何量可变涡轮增压器(VGT)、废气再循环(EGR)、以及排气压力调节(EPR)。这些增大 和调节排气压力的每一种途径都可被单独采用或组合起来应用以改善内燃机制动。
与普通的定几何参数涡轮增压器的情况相比，VGT能增大进气和/或排气歧管的 压力。压力的增加对应于内燃机制动性能的改善-尤其是在内燃机的中低转速上。尽管人 们已经认识到当与VGT配合使用时，可执行内燃机制动操作(尤其是泄气器制动)，但人 们也意识到在采用固定几何量涡轮增压器(FGT)的情况下，也能执行有效的内燃机制动。
EGR所涉及的操作是将气体从内燃机的排气歧管一侧返送到进气侧或内燃机气 缸中。出于多种原因，在输出正功和/或内燃机制动过程中，内燃机中都进行EGR。为便于 讨论，申请人认为"EGR"的含义是很广泛的，其包括(但不限于)为提高内燃机制动性能而 实施"制动时的气体再循环"(BGR)。 可按照两种方式来执行废气再循环。第一种方式被称为内部EGR，在该方式中，废 气被从排气歧管强制送回到气缸中，且有可能进一步地流经进气门而进入到进气歧管中。 第二种方式被称为外部EGR，在该方式中，排气歧管的气体可经过设置在排气歧管与进气歧
6管之间的一条通道和/或设置在两歧管之间的任何内燃机部件流动。在输出正功的过程 中，通过应用EGR，能实现某些性能和良好的排放。在内燃机制动过程中，EGR对排气歧管压 力的影响还可被用来控制和/或提高制动功率，原因在于制动功率也可是排气背压的函 数。 可利用一些装置来实现EPR，这些装置被设计成限制内燃机的废气出流。此类装置 的一种基本实例是排气闸。可通过在排气歧管与排气尾管之间的排气系统中设置一个闸式 阀或其它类型的节流排气闸来形成排气闸。当闸式阀被完全或部分地关闭时，就能提高内 燃机的排气背压。由于排气闸可被选择性地起动，所以其可提供EPR，其被用来调整内燃机 的制动。如果排气闸能实现可选的动作幅度，则甚至能实现更为复杂的EPR，因而可完善内 燃机的制动控制。 采用VGT、 EGR、和/或EPR使得排气歧管和内燃机气缸内的压力和温度成为可控 的和可保持的，从而在内燃机的任何转速上都能达到最佳程度的内燃机制动。尽管人们认 识到设置VGT、EGR、和/或EPR可改善内燃机制动，但并未要求这些技术通过减弱或消除内
燃机制动循环中的主排气门事件来实现改善的制动。因而，可获得一些优点，但必定并非全 部，本发明的实施方式提供了用于实现内燃机制动的方法和系统，这些方法和系统包括了 在内燃机制动过程中减小、延迟、和/或消除主排气门事件的设计。本发明各个实施方式其 它的优点有的在下文的描述中列举出，有的优点对阅读了本说明书和/或实践过本发明的 本领域普通技术人员来讲是显而易见的。

发明内容
针对上述的问题，申请人研制出了一种革新性的方法来驱动内燃机气缸的内燃机 进气门和排气门，以实现内燃机制动效果，所述方法包括步骤在内燃机气缸的进气冲程 中，开启至少一个进气门；以及在内燃机气缸多个依次进行的进气、压縮、膨胀、排气冲程 中，使至少一个排气门保持基本上恒定的升程。 申请人:还研制出了一种革新性的方法，其用于驱动一内燃机气缸的至少一个排气 门，以产生内燃机制动的效果，所述方法包括步骤在内燃机气缸的进气、压縮、膨胀、以及 排气冲程中，使至少一个排气门保持开启基本上恒定的升程。 申请人:还研制出了一种革新性的方法，其用于驱动内燃机气缸的内燃机气门以实
现内燃机制动效果，其中的内燃机气门包括至少一个排气门，所述方法包括步骤在内燃机
气缸的压縮、膨胀、以及排气冲程中，使所述至少一个排气门基本上保持开启恒定的升程；
以及在内燃机气缸的至少一部分进气冲程中，使所述至少一排气门保持关闭。 申请人:还提出了一种革新性的方法，其用于驱动内燃机气缸的进气门和排气门以
实现内燃机制动的效果，所述方法包括步骤在内燃机气缸的进气冲程中，利用一可变气门
驱动系统驱动至少一个进气门；以及在内燃机气缸的压縮、膨胀、排气冲程的至少一部分过
程中，利用一 内燃机制动装置驱动至少一排气门。 申请人:还研制出了一种革新性的设备，其用于驱动内燃机气缸的至少一个排气 门，以便于在内燃机的正功工作过程中实现一主排气事件，并在内燃机制动工作过程中实 现内燃机制动效果，所述设备包括用于在内燃机排气冲程中开启至少一个排气门以完成 主排气事件的装置；以及用于在内燃机进气、压縮、膨胀以及排气冲程中将至少一个排气门保持开启在基本恒定的升程上的装置。 申请人:还研制出了一种革新性的设备，其用于驱动内燃机气缸的至少一个排气 门，以便于在内燃机的正功工作过程中实现一主排气事件，并在内燃机制动工作过程中实 现内燃机制动效果，所述设备包括用于在内燃机排气冲程中开启至少一个排气门以完成 主排气事件的装置；以及用于在内燃机进气、压縮、膨胀以及排气冲程的基本上所有过程中 将至少一个排气门保持开启在基本恒定的升程上的装置。 申请人:还开发出了一种革新性的方法，其用于驱动内燃机气缸的进气门和排气
门，以实现内燃机制动的效果，所述方法包括步骤确定内燃机制动功率的目标；至少在部
分上基于内燃机的制动功率目标执行一种内燃机制动方法，所述内燃机制动方法是从一组
方法中选出的，这组方法包括如下的一种或多种方法全泄气型制动、部分泄气型制动、压
縮_释放制动、两循环制动、四循环制动、以及排气背压调节；至少在部分上基于所述内燃
机制动方法驱动一个或多个内燃机气门；以及判断是否符合内燃机制动的目标。 可以理解上述的概述和下文的详细描述仅是示例性和说明性的，并不对所要求
保护的发明进行限定。


为利于对本发明的理解，下文将参照附图进行描述，在附图中，相同的标号指代同 样的元件，其中 图1中的图线表示了排气门在内燃机整个工作循环内的升程，该升程规律是由现 有的泄气器制动技术实现的； 图2中的流程图表示了在本发明第一实施方式的系统中、内燃机各个部件之间的 机械连接和控制联系； 图3中的示意图表示了本发明气门驱动系统的第二实施方式；
图4中的示意图表示了本发明气门驱动系统的第三实施方式；
图5中的示意图表示了本发明气门驱动系统的第四实施方式；
图6中的示意图表示了本发明气门驱动系统的第五实施方式； 图7中的图线表示了在内燃机整个工作循环内排气门和进气门的升程，该升程规 律是根据本发明内燃机制动方法的一实施方式而实现的； 图8中的图线表示了在内燃机整个工作循环内排气门和进气门的升程，该升程规 律是根据本发明内燃机制动方法一备选实施方式而实现的； 图9中的P-V图线表示了利用图7、8所示的排气门升程曲线而获得的每两个制动 冲程内的相对制动功率； 图10中的图线表示了在内燃机整个工作循环内排气门和进气门的升程，该升程 规律是根据本发明内燃机制动方法另一备选实施方式而实现的； 图11中的图线表示了在内燃机整个工作循环内排气门和进气门的升程，该升程 规律是根据本发明内燃机制动方法再一备选实施方式而实现的；以及 图12中的控制流程图表示了本发明者用于实现内燃机制动的、带有VVA(可变气 门驱动)和VGT控制的制动方法的实施方式。
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具体实施例方式
下面将详细地参见本发明系统的第一实施方式，该实施方式的一个示例被表示在 图2中。气门驱动系统101可包括一VVA系统152/142，其与一个或多个进气门140和一个 或多个排气门150保持工作连接。该VVA系统可包括分别专用于驱动进气门和排气门的两 独立部件142、152，或者，该系统也可以是一个组合系统。 一内燃机制动装置153也可与排 气门150保持工作连接。在本发明的某些实施方式-尤其是压縮-释放型实施方式中，可 通过将内燃机制动功能集成到VVA系统152/142中，而取消单独的内燃机制动装置153。
气门驱动系统101-尤其是VVA系统152/142和内燃机制动装置153可与一ECM160 保持工作连接。ECM160可向气门驱动系统101输送控制信号，且可从系统101接收反馈 信号。ECM160还可与一内燃机涡轮增压器170(其优选地是VGT增压器)保持工作连接。 ECM160可从内燃机的各个传感器接收压力、温度、速度、负载、以及其它的信息，以便于为 VVA152/142、制动装置153、以及涡轮增压器170确定控制指令。涡轮增压器170可与进气 门140和排气门150保持工作连接。 图2中的气门驱动系统101适于实现可变的气门动作，可变的气门动作包括(但 不限于)为进气门140和排气门150设计的停缸动作。排气门150还可由内燃机制动装 置153驱动。VVA系统152/142与内燃机制动装置153可相互独立地对排气门150进行驱 动。可利用这两个相互独立的系统来驱动排气门150的能力使得排气门能在内燃机正功工 作过程中完成专门的正功事件、并在内燃机制动过程中完成专门的内燃机制动事件。这种 相互独立性尤其适于泄气器型内燃机制动。 参见图3，图中表示了本发明系统的另一实施方式。内燃机100可具有一个或多个 气缸IIO，在内燃机被用来产生正功或执行内燃机制动的过程中，活塞112在气缸中上下往 复运动。在气缸110的上方，设置了至少一个进气门140和至少一个排气门150。进气门 140和排气门150可被开启和关闭，以分别与进气歧管120和排气歧管130实现连通。
内燃机100还可包括一进气门驱动子系统142，其用于在正功工作过程中和内燃 机制动工作过程中开启进气门。可设置一排气门驱动子系统152，其用于在正功工作过程中 和内燃机制动工作过程中开启排气门并保持排气门的开度。排气门驱动子系统152可包括 一内燃机制动装置153，或者也可单独地设置一制动装置。进气门驱动子系统142、排气门 驱动子系统152、和/或内燃机制动装置153可构成VVA系统。 用于开启进气门和排气门并保持气门开度的装置(142和152)可从其它装置获 得所需的驱动力，或包括产生驱动力的其它装置，其它装置可以是凸轮、顶管、摇臂、和/或 任何其它组合形式的气门机构元件。作为备选方案，用于开启进气门和排气门并保持气门 开度的装置可包括一共轨液压系统或电子-机械电磁线圈。因而，进气门和排气门的驱动 子系统以及内燃机制动装置可包括任何液压式、电子_液压式、机械式、电子_机械式、电磁 式、或任何其它驱动形式的装置。现有技术中存在几种公知的、用于开启进气门和排气门以 完成进气/排气以及内燃机制动事件的子系统，并且，认为本发明能应用任何这些现有的 子系统和或由本申请人或其他人开发出任何新型系统。 进气门驱动子系统142和排气门驱动子系统152、以及内燃机驱动装置153的工作 受控制器160的控制。在本发明的一实施方式中，控制器160和进气门/排气门驱动子系 统142、152可由一可变气门驱动(VVA)系统统一提供。控制器可以是一电子器件，且可被集成或不集成在ECM中。 继续参见图3，在本发明一备选实施方式中，内燃机100可包括一排气制动器134， 其被安装在排气歧管130下游的排气管中。在图3中，排气制动器134被表示为一个蝶式 阀，但是，不难领会其它任何形式的可选节流装置都可作为该制动器。
在本发明另一备选实施方式中，可在内燃机100上设置一用于实现外EGR的装置。 该外EGR装置可包括一排气歧管端口 132，其通过一再循环通道124与一进气歧管端口 122 相连接。可以理解再循环通道124不必将两歧管直接连接起来以实现EGR。再循环通道 124也可连接在内燃机100进气侧除进气歧管120之外的其它位置上、和/或除排气歧管 130之外的其它位置上。 参见图4，图中的示意图表示了一种备选的VVA及内燃机制动系统，该系统可被用 来完成下面描述的内燃机制动方法。在授予Vorih等人的、名称为"可变空行程气门驱动系 统及方法"的第6510824号美国专利(2003年1月28日)中详细描述了 VVA系统152/142， 该专利被完全结合到本申请中作为参考。图4所示的VVA系统152/142包括一凸轮300，其 可具有多个凸角，这些凸角适于完成主要气门事件、EGR、内燃机制动、和/或其它辅助性的 气门事件。凸轮300的凸角可选择性地向摇杆310施加运动，所施加的运动量是支撑着柱 塞320的液压流体量的函数，柱塞320支撑着摇杆的一端。通过利用控制器160控制启动 阀330，可选择性地向柱塞320下方的腔室输送液压流体、或将流体从该腔室中释放出。对 柱塞320位置的控制反过来实现了对气门动作量的控制，其中的气门动作量是响应于凸轮 300的转动而施加到内燃机气门150上的。 继续参照图4，还可设置一内燃机制动装置153来驱动内燃机气门150。内燃机制 动装置153可包括一液压柱塞154，其可选择性地向下延伸而与滑动销340接触，或与内燃 机气门150直接接触。液压柱塞154的延伸和回縮可由一液压流体供给阀155和一液压流 体泄放阀157来进行控制。液压柱塞154可被设计成具有有限的行程量，从而可为泄气器 型内燃机制动提供预定的气门升程量。供给阀155和泄放阀157可与控制器160保持工作 连接。 参见图5，图中详细的原理图用于表示一种备选的VVA及内燃机制动系统，该系统 被用来执行下文描述的内燃机制动方法。在由Vanderpoel等人提交的、名称为"用于可变 气门驱动的紧凑型空行程系统"的第2003/0221663A1号美国专利申请(2003年12月4日) 中详细描述了这样的VVA系统152/142，该专利被完全结合到本申请中作为参考。图5所示 的VVA系统152/142包括一凸轮300，其可具有多个凸角，这些凸角适于完成主要气门事件、 EGR、内燃机制动、和/或其它辅助性的气门事件。凸轮300的凸角向摇臂310施加运动，摇 臂反过来再驱动一主柱塞350。主柱塞350通过一主/副液压管路370与一副柱塞360选 择性地保持液压关联。在控制器160的影响下，可利用启动阀330的控制来选择性地向主/ 副液压管路370输送液压流体、或从该管路370释放液压流体。对主/副液压管路370中 流体量的控制反过来实现了对气门动作量的控制，其中的气门动作量是响应于凸轮300的 转动而施加到内燃机气门150上的。 继续参见图5，还提供了一个内燃机制动装置153来驱动一个或多个内燃机气门 150。内燃机制动装置153可包括一液压柱塞154，其可选择性地向下延伸而与内燃机气门 150(或如图4所示那样与一间置的滑动销)相接触。液压柱塞154的延伸和回縮可由一液
10压流体供给阀155和一液压流体泄放阀157来进行控制。供给阀155和泄放阀157可与控 制器160保持工作连接。 图6表示了图5所示气门驱动系统的一种改型。在这种改型中，内燃机制动装置 153被设置在副柱塞360的上方。内燃机制动装置153的工作方式可与图5所示工作方式 相同。液压柱塞154选择性地延伸到主/副液压管路370中，从而使得液压柱塞154能将 副柱塞360锁定在开启位置，或者作为备选方案，能循环地驱动副柱塞360。
在上文对图4、5和图6的描述，内燃机制动装置153被描述为液压装置。但不难 理解在本发明的备选实施方式中，内燃机制动装置不必是液压的。由于施加了机械、机电、 电磁、气动、或其它类型的作用，柱塞154可从内燃机制动装置153中延伸出，这都不悖离本 发明所要求保护的范围。另外，可以认识到在液压式的某些实施方式中，可利用单体式的 液压流体供给及泄放阀来控制液压柱塞154的延伸和回縮，而并非利用分开的供给阀155 和泄放阀157。 为了利用图4、5、6所示的机构起动泄气器型内燃机制动，可将液压流体从柱塞 320的下方(图4)或主/副液压管路370中(图5、6)中释放掉。将液压流体从柱塞320 下方(图4)或主/副液压管路370中(图5、6)中释放掉会减小、延迟、或消除凸轮300的 凸角对内燃机气门的作用，具体的影响程度取决于液压流体的释放量。优选地是，凸轮300 对内燃机气门的作用被解除，从而使VVA系统152/142变为停缸状态。此时，供给阀155可 被打开，泄放阀157可保持关闭。向内燃机制动装置153输送液压流体将使得液压柱塞154 向下延伸，从而或者是直接将内燃机气门150开启(见图5)，或者是通过一间置的滑动销 340(见图4)或副柱塞360(见图6)将气门开启。 一旦内燃机气门150处于所需的位置，则 将供给阀155关闭，从而将液压柱塞154锁定在原位上，以实现泄气型制动。通过将泄放阀 157开启就可中止制动工作。 上文对图4、5、6的讨论解释了如何使用图示的各个部件来实现泄气器制动。采用 图4、5、6所示的机构还能实现压縮_释放型内燃机制动。可通过将液压柱塞154与远处的 一个主柱塞(图中未示出)在液压上连通起来、并开启供给阀155就能启动压縮-释放型 制动。在此情况下，液压柱塞154的作用与副柱塞类似。在此系统中，液压柱塞154可模 拟远程主柱塞的运动，而主柱塞的运动反过来又对应于凸轮的凸角。在授予Cummins的第 3220392号美国专利(1965年11月)中公开了主/副柱塞机构的一种合适实例。可以理 解任何公知的主/副柱塞机构都适于用于实施本发明的该实施方式。
下面参照图7对本发明方法的第一实施方式进行描述。图7中的图线表示了对于 一个采用了部分泄气型制动动作的内燃机循环而言、进气门的运动(曲线200)与排气门的 运动(曲线250)。图中所示的排气门相对升程量和进气门相对升程量都是未按比例的，它 们仅是为了进行图示。曲轴转角0-180度大致对应着内燃机的膨胀冲程，180-360度曲轴转 角大致对应着排气冲程，360-540度曲轴转角大致对应于进气冲程，且540-0度曲轴转角大 致对应着压縮冲程。使用"大致上"一词是为了表明内燃机循环中的四个冲程并非必须要 以180度的步长为界。例如，可以理解主进气事件和主排气事件可延长而大于180度，且 这两个事件可在一定程度上相互重叠。 在内燃机的泄气器制动模式过程中，至少一个内燃机气缸的一个或多个进气门和 排气门被粗略地按照图7所示的曲线进行驱动。如图所示，进气门动作曲线200保持与内燃机正功工作过程中进气门驱动规律相同。在图7所示的示例中，在正功工作过程中，进气 门驱动曲线只包括内燃机进气冲程中的一个主进气事件。可以理解在内燃机正功工作过 程中，进气门的驱动规律也可包括其它的气门事件_例如EGR事件、Miller循环等，这并不 悖离本发明所要求保护的范围。 继续参见图7，排气门运动曲线250表示了与正功工作过程中排气门运动规律的 区别。在图示的泄气器制动循环中，在内燃机的压縮、膨胀、以及排气冲程过程中，排气门的 升程基本上保持恒定。在内燃机进气冲程的全部过程或基本上全部过程中，排气门都是关 闭的(即复位的)。相比于在进气冲程中并不关闭排气门的类似系统，在进气冲程中关闭排 气门能提高总体上的制动性能。 下面将参照图8来描述本发明方法的第二实施方式。图8中的图线表示了图7所 示方法的一种改型。图中的进气门运动规律(曲线200)和排气门运动规律(曲线250)都 为了表示泄气型制动驱动模式下的整个内燃机循环。图中的进气门相对升程量和进气门相 对升程量都是未按比例的，它们仅是为了进行图示。图8所示的曲轴转角对应着与图7所 示情况类似的内燃机冲程。 在根据本发明方法第二实施方式的内燃机泄气器制动工作模式过程中，至少一个 内燃机气缸的一个或多个进气门和排气门被按照图7所示的曲线进行驱动。进气门动作曲 线200与内燃机正功工作过程中的进气门驱动规律相同。但排气门却在整个内燃机循环中 (即内燃机压縮、膨胀、排气、以及进气冲程中)具有基本上恒定的升程量。在该实施方式 中，在内燃机的进气冲程中，排气门并不关闭。 在图8所示本发明方法第二实施方式的一种改型中(该改型同样也适用于图7所 示的方法)，进气门可按照一备选的曲线210运动，因此，相比于正功工作过程中的情况，其 可延后开启和/或提前关闭(即开启延迟和关闭提早)。延后开启进气门可降低压縮后的 高压气体吹入到进气歧管内的可能性。在某些内燃机工况中，阻止这种气体反流是有利的。 优选地是，可将进气门的开启时刻延迟或拖后一定的曲轴转角_尽管在本发明该实施方式 所要求的范围内可考虑更大或更小的延迟量。还可提早关闭进气门，以使压縮冲程更长或 缸内压力更高。优选地是，可将进气门提早关闭一定的曲轴转角-尽管在本发明该实施方 式所要求的范围内可考虑更大或更小的提前量。采用图4、5、6所示的VVA系统152/142以 及其它类型的VVA系统可实现进气门的延迟开启和提早关闭。 图9中的P-V图表示了利用图7、8所示本发明方法的实施方式而获得的在两个制 动循环的每一个内的相对制动功率。第一制动循环400大于第二制动循环，原因在于对于 第一制动循环而言，气缸的充气气体来自于主进气事件，而对于第二制动循环而言，气缸只 能用泄气器型内燃机制动的排气来进行充气。优选地是，可在膨胀冲程中开启进气门，以使 两个循环都成为泄气器型制动，这可提高第二制动循环410的制动功率。图8中的气门事 件215表示了在膨胀冲程过程中驱动进气门的正时规律的一种示例。 参见图9和图10，通过用另外的气体对气缸进行充气，可增大第二制动循环410的 面积。优选地是，可利用VVA系统将另外的废气引入到气缸中，以实现另外一个排气门事件 260。在本发明的该实施方式中，排气门由VVA系统驱动而实现排气门事件260，并由内燃 机制动装置驱动而实现排气门的运动250。另外的排气门事件260可被称为制动气体再循 环(BGR)事件，可利用驱动VVA系统的凸轮上的主要排气事件凸角来实现该BGR事件。为完成BGR事件，可将主排气事件改造成相对于正功过程的情况晚开始和/或早结束(即延 迟开启和/或提前关闭)。可通过气缸内压力与排气歧管内压力的对比来确定事件260中 排气门关闭的确切时刻。 图ll表示了两个循环的压縮-释放制动，其是图IO所示泄气器型制动的一种改 型。参见这两个附图，图10泄气器型制动的排气门运动250被三个相互独立的排气门事件 252、254和256取代。这三个排气门事件都是由VVA系统、内燃机制动装置、或二者的组合 实现的，这些内容已在上文进行了讨论。其中的第一个排气门事件252完成了第一压縮-释 放事件和第一BGR事件。第二排气门事件254完成了第二压縮-释放事件。第三排气门事 件256完成了第二BGR事件。 图12中的流程图表示了执行本发明内燃机制动方法的实施方式所需的控制流 程，该控制流程包括VVA控制和排气背压控制。图示流程的大部分步骤是由VVA系统、ECM 或类似控制器、一个或多个可变排气制动器、VGT、以及EGR完成的。 在步骤500中，驾驶员或车辆的自动控制器件发出了对内燃机制动的请求。在步 骤510中，一合适的程控ECM或类似控制装置可确定出是否在当前时刻起动内燃机制动。如 果内燃机制动不能被启动，则控制过程被转向步骤560中的内燃机点火工作控制。如果内 燃机制动是可行的，则在步骤520中确定出制动目标(例如所需制动功率)、制动方法(例 如全泄气制动、部分泄气制动、压縮-释放制动、两循环制动、四循环制动、部分缸制动、排 气背压控制等)、以及所需的内燃机气门正时规律。此条件下，开始执行内燃机制动。
在步骤530中判断步骤520中确定的制动目标是否达到。如果制动目标已经达到， 则在步骤570中判断是否需要继续执行制动。如果需要继续执行制动，则控制流程返回到 步骤520。如果不再需要继续执行制动，则控制被转与步骤560中的内燃机点火工作控制。
如果在步骤530中确定出制动目标尚未达到，则判断是否需要改变制动方法。例 如，如果判断出制动目标尚未达到，则系统将在步骤540中判断是否采用两冲程(循环)制 动。如果正在使用两冲程制动，则系统可在步骤550中调整排气门的驱动正时规律、调整排 气背压，和/或按照一定的方式调节其它的制动方法参数，该方式可能导致制动目标的实 现。如果当前未采用两循环制动，则系统可在步骤580中调整进气门的驱动正时规律、并调 节排气背压，和/或按照一定的方式调节其它的制动方法参数，该方式可能导致制动目标 的实现。在步骤550或580之后，控制流程返回到步骤530。 本领域技术人员不难领会在不悖离本发明保护范围或设计思想以及后附权利要 求书的前提下，可对本发明作出多种形式的改动和变型。例如，本发明上述的许多实施方式 都被表示为这样的硬件设备，其适于开启 一对排气门中的其中一个排气门来实现不同的内 燃机制动事件。可以理解可利用与每个内燃机气缸相关的一个或多个排气门来执行上述 的内燃机制动，这并不悖离本发明所要保护的范围。对于本发明方法的各种实施方式，可以 理解利用除本申请所述设备之外的设备执行这些方法也落入本发明范围和后附权利要求 书中。还可理解如果需要较小的制动功率，可将上述两循环内燃机制动的实施方式改造成 永久性或选择性地在逐缸进行的基础上执行四循环制动。
1权利要求
1. 一种用于驱动内燃机气缸的发动机气门以实现发动机制动效果的方法，其中的发动 机气门包括至少一个排气门，所述方法包括步骤在发动机气缸的压縮、膨胀、以及排气冲程期间，使所述至少一个排气门基本上保持开 启恒定的升程；以及在发动机气缸的至少一部分进气冲程期间，使所述至少一排气门保持关闭。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于还包括步骤在发动机气缸依次进行的排 气冲程期间，改变至少一个排气门的升程，其中，所述改变后的升程不同于正功工作过程中 同一排气门所达到的升程。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括步骤延迟发动机气缸至少一个进 气门的开启时刻，该提前是相比于同一进气门在正功工作过程中为完成主进气事件而开启 的时刻而言的。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括步骤提前发动机气缸至少一个进 气门的关闭时刻，该提前是相比于同一进气门在正功工作过程中为完成主进气事件而关闭 的时刻而言的。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于改变至少一个排气门升程的步骤包括延 迟该至少一个排气门开启时间的操作，其中的延迟开启是相对于同一排气门在执行正功工 作过程中为完成主排气事件而开启的时间而言的。
6. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于还包括步骤开启至少一个排气门以实现 制动气体再循环事件。
7. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于还包括步骤延迟发动机气缸中至少一个 进气门的开启时刻，该延迟是相比于同一进气门在正功工作过程中为完成主进气事件而开 启的时刻而言的。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括步骤提前所述至少一个进气门的 关闭时刻，该提前是相对于同一进气门在正功工作过程中为完成进气冲程的关闭时刻而言 的。
9. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于还包括步骤提前发动机气缸中至少一个 进气门的关闭时刻，该提前是相对于同一进气门在正功工作过程中为完成进气冲程的关闭 时刻而言的。
10. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于改变至少一个排气门升程的步骤包括提 前该至少一个排气门关闭时间的操作，其中的提前是相对于同一排气门在执行正功工作过 程中为完成主排气事件而关闭的时刻而言的。
11. 一种用于驱动内燃机气缸的进气门和排气门以实现发动机制动效果的方法，所述 方法包括步骤在发动机气缸的进气冲程期间，利用一可变气门驱动系统驱动至少一个进气门；以及 在发动机气缸的压縮、膨胀、排气冲程的至少一部分过程中，利用一发动机制动装置驱 动至少一排气门。
12. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于还包括步骤在发动机气缸的进气冲程 的至少一部分过程中，利用发动机制动装置驱动至少一排气门。
13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于对至少一排气门的驱动实现了泄气器型制动。
14. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于对至少一排气门的驱动实现了压 縮-释放型制动。
15. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括步骤 确定所希望的发动机制动量；以及通过选择性地改变用来执行发动机制动的发动机缸数来努力达到所需的发动机制动
16. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括步骤 确定所希望的发动机制动量；以及通过选择性地调节至少一个排气门的动作来达到所需的发动机制动量。
17. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括步骤 确定所希望的发动机制动量；以及通过选择性地调节至少一个进气门的动作来达到所需的发动机制动量。
18. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括步骤 确定所希望的发动机制动量；以及通过选择性地调节与发动机相联的可变几何量涡轮增压器的设定来达到所需的发动 机制动量。
19. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于还包括步骤在发动机气缸依次进行的 排气冲程期间，使至少一个排气门具有改变的升程，其中，所述的改变升程不同于正功工作 过程中同一排气门所达到的升程。
20. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于在进气冲程期间驱动至少一个进气门 的步骤相对于在正功工作过程中驱动同一进气门来完成进气冲程的操作是延迟的。
21. 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于还包括步骤提前至少一个进气门的关 闭时刻，该提前是相比于同一进气门在正功工作过程中为完成进气冲程而关闭的时刻而言 的。
22. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于起动一排气节流装置，以调节作用于发 动机气缸的排气背压。
23. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于驱动至少一排气门的步骤包括在发动 机的每一循环内完成至少一制动气体再循环事件和至少一压縮_释放制动事件的操作。
24. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于驱动至少一排气门的步骤包括在发动 机的每一循环内完成至少两个制动气体再循环事件和至少两个压縮_释放制动事件的操 作。
25. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括步骤 确定所希望的发动机制动量；以及选择性地改变制动方法以达到所需的发动机制动量。
26. —种用于驱动内燃机气缸的进气门和排气门以实现发动机制动效果的方法，所述 方法包括步骤确定发动机制动功率的目标；至少在部分上基于发动机的制动功率目标执行一种发动机制动方法，所述发动机制动方法是从一组方法中选出的，这组方法包括如下的一种或多种方法全泄气型制动、部分泄 气型制动、压縮-释放制动、两循环制动、四循环制动、以及排气背压调节；至少在部分上基于所述发动机制动方法驱动一个或多个发动机气门；以及判断是否达到发动机制动目标。
27. 根据权利要求26所述的方法，其特征在于还包括步骤至少在部分上基于发动机制动目标是否达到的判断来确定是否执行两冲程发动机制 动；以及至少在部分上基于是否执行两冲程发动机制动的判断来调节一个或多个排气门的动作。
28. 根据权利要求27所述的方法，其特征在于还包括步骤至少在部分上基于是否执行两冲程发动机制动的判断来调节一个或多个进气门的动作。
29. 根据权利要求28所述的方法，其特征在于还包括步骤 至少在部分上基于发动机制动目标是否达到的判断来调节排气背压。
30. 根据权利要求26所述的方法，其特征在于还包括步骤至少在部分上基于发动机制动目标是否达到的判断来确定是否执行两冲程发动机制 动；以及至少在部分上基于是否执行两冲程发动机制动的判断来调节一个或多个进气门的动作。
31. 根据权利要求26所述的方法，其特征在于还包括步骤 至少在部分上基于发动机制动目标是否达到的判断来调节排气背压。
全文摘要
文档编号F01L1/34GK101696645SQ20091020769
公开日2010年4月21日 申请日期2003年12月19日 优先权日2002年12月23日
发明者杨周 申请人:雅各布斯车辆系统公司;