废气门的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种废气门，包括：废气门阀门，沿着排气歧管设置；致动器，可操作地连接至废气门阀门；以及偏置装置，连接至废气门阀门，偏置装置向废气门阀门提供关闭力并在处于完全关闭位置时预加载。本实用新型的废气门可确保即使是在废气门劣化的情况下仍能为发动机提供合适的增压，同时实现发动机尺寸减小。
【专利说明】废气门
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及利用电子致动器和弹簧控制内燃机中的涡轮增压器配置的方法。【背景技术】
[0002]发动机可采用涡轮增压器来提高发动机扭矩/功率输出密度。在一个实例中，涡轮增压器可包括由驱动轴连接的压缩机和涡轮机，其中涡轮机连接至排气歧管侧，而压缩机连接至进气歧管侧。通过这种方式，由排气驱动的涡轮机为压缩机提供能量，以增加进气歧管中的压力(诸如增压或增压压力)并增加进入发动机的气流。增压可通过调整到达涡轮机的气体量(诸如通过废气门)来控制。废气门阀门可基于运行条件来控制以获得期望增压。在一个实例中，废气门阀门可为由相关的电子致动器控制的电子废气门。电子致动器受到驱动以改变废气门的位置，从而控制到达涡轮机的气体量并获得期望增压。在一些为提高燃料经济性而减小容积的小型发动机中，包含涡轮增压器以恢复因尺寸减小所造成的性能损失。
[0003]在一些实例中，采用电子致动器来控制废气门阀门的位置。例如，电子致动器可为将线性力传递给杆的电动机。杆可直接致动废气门阀门，或者可选地，杆可连接至将旋转运动传递给废气门阀门的旋转件。
[0004]本实用新型的发明人已经认识到这种使用电子致动器来控制废气门阀门位置的的方法的问题。在小型发动机中，因致动器劣化所引起的废气门阀门控制的损失可导致输送至发动机的增压不足。在这种情况下，发动机可能无法提供期望水平的扭矩和输出。因此，可能会由于废气门的劣化而限制发动机尺寸减小的程度。例如，废气门阀门控制的损失可导致输送至发动机的增压不足，尤其是在废气门阀门因排气流压力和流动力而被推动至部分开启位置时。在这种情况下，劣化的致动器不能为阀门提供充足的关闭力。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供了补偿可操作地连接至废气门阀门的劣化电子致动器的系统和方法。
[0006]根据本实用新型的一个方面，提供了一种方法，包括:调整与发动机排气歧管中的废气门阀门连接的废气门致动器，以控制发动机的发动机增压水平，该调整基于通过偏置装置提供的力。
[0007]优选地，调整包括:调整提供给致动器的电流，偏置装置包括弹簧，弹簧在所述废气门完全关闭时预加载。
[0008]优选地，调整包括:调整提供给致动器的电压，偏置装置包括弹簧，所述弹簧在废气门完全关闭时预加载。
[0009]优选地，调整包括:调整提供给致动器的工作循环，偏置装置包括弹簧，弹簧在所述废气门完全关闭时预加载。
[0010]优选地，调整还包括:在废气门阀门移向完全开启位置时提供第一电流，而在废气门阀门移向完全关闭位置时提供第二电流。
[0011]优选地，第一电流大于所述第二电流，两个电流产生相同方向的力。
[0012]根据本实用新型的另一方面，提供了一种废气门，包括:废气门阀门，沿着排气歧管设置；致动器，可操作地连接至废气门阀门；以及偏置装置，连接至废气门阀门，偏置装置向废气门阀门提供关闭力并在处于完全关闭位置时预加载。
[0013]优选地，偏置装置为弹簧。
[0014]优选地，弹簧具有选择为允许足够的累积增压的弹簧常数。
[0015]优选地，偏置装置将废气门阀门保持在所述完全关闭位置直到达到阈值压力。
[0016]根据本实用新型的又一方面，提供了一种通过电子致动器控制发动机涡轮增压器废气门的方法，包括:在第一完全关闭位置提供第一电流；在第二部分开启位置提供大于第一电流的第二电流；以及在大于第二部分开启位置的第三开启位置提供大于第二电流的第二电流。
[0017]优选地，该方法还包括:在第一完全关闭位置响应于操作条件调整第一电流。
[0018]优选地，在第一完全关闭位置，第一电流响应于增加的排气歧管压力而增加，同时废气门保持在第一完全关闭位置。
[0019]优选地，在第一完全关闭位置，第一电流响应于减小的排气歧管压力而减小，同时废气门保持在第一完全关闭位置。
[0020]优选地，操作条件包括排气压力、发动机转速、发动机负载、点火延迟以及空燃比中的一个或多个。
[0021]优选地，该方法还包括响应于瞬时位置提供电流。
[0022]优选地，该方法还包括在劣化操作模式下限制发动机负载。
[0023]优选地，该方法还包括:确定偏置力；确定净流动力；以及通过将净流动力加到弹簧力中来确定废气门致动力。
[0024]优选地，对于给定的废气门致动力，将期望废气门阀门位置映射到废气门工作循环。
[0025]优选地，通过调整由控制器发送至所述电子致动器的工作循环来调整废气门。
[0026]在一个实例中，弹簧连接至电子废气门致动器，该弹簧将废气门阀门保持在关闭位置，直到达到阈值压力。在未劣化的操作中，电子致动器在第一电流作用下移向开启位置，并且除通过弹簧偏向关闭位置外，在第二电流作用下移向关闭位置。
[0027]通过这种方式，通过将弹簧连接至电子废气门致动器并通过偏置弹簧力(例如，弹簧预加载)将废气门阀门保持在关闭位置直到达到阈值压力，即使在电子致动器劣化的情况下仍可为发动机提供充足的增压并确保期望的发动机输出。此外，由于通过弹簧提供了关闭力，因此可减小电子致动器的尺寸，从而降低功率损耗。尺寸减小的发动机也可放弃或减少解决废气门劣化的尺寸调整。
[0028]通过单独参照【具体实施方式】或者结合附图参照【具体实施方式】，本实用新型的上述优势和其他优势以及特征将会变得显而易见。
[0029]应当理解，提供上面的综述是为了以简化的形式引入将在下面的详细说明书中进一步描述的概念的集合。这并不意味着识别要求保护主题的关键或必要特征，其范围由说明书之后的权利要求来唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上面提到的或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1示出了包括废气门的涡轮增压发动机的框图；
[0031]图2示出了根据本实用新型的实施例的示例性废气门；
[0032]图3示出了表示通过废气门来控制涡轮增压器的方法的流程图；
[0033]图4示出了表示控制与涡轮增压器相关的废气门的方法的流程图；以及
[0034]图5示出了用于确定废气门致动力的方案。
【具体实施方式】
[0035]在增压发动机中，电子废气门致动器可提供精确的输出，从而实现为发动机输送期望的增压。电子致动器的劣化(如，由功率损失所致)可降低废气门阀门的准确控制并限制发动机的功率/扭矩输出。例如，如果致动器在废气门阀门处于部分打开位置时发生劣化，则可能无法为发动机提供足够的增压，从而无法提供期望的输出。这种问题在减小尺寸以提高燃料经济性的小型发动机上尤其明显。在小型发动机中，可包括涡轮增压器以恢复因尺寸减小所造成的性能损失。如果控制涡轮增压器的电子致动器劣化，则提供给发动机的增压可能不充足，因此，发动机不能提供期望的输出。所以，这类小型发动机的尺寸设计要考虑到废气门致动器的劣化，这样限制了尺寸减小的程度并因此限制了燃料经济性的获得。另一方面，如果致动器在废气门阀门处于完全关闭位置时劣化，则提供给发动机的增压可大于期望的增压量，这样会产生稀薄燃烧和排放物降解。
[0036]本实用新型为补偿劣化的电子废气门致动器而提供了多种系统和方法。在一个实施例中，弹簧连接至电子废气门致动器，弹簧将废气门阀门保持在关闭位置，直到达到阈值歧管压力。在运行期间，电子致动器在第一电流作用下移向开启位置，而在第二电流作用下移向关闭位置。图1为包括废气门的涡轮增压发动机的框图。图2示出了包括在图1的发动机中的根据本实用新型的实施例的示例性废气门。图1中的发动机还包括配置为执行图3和图4所述方法的控制器。图5示出了用于确定废气门致动力的方案。
[0037]图1为示出了示例性发动机10的示意图，发动机10可包括在汽车的推进系统中。所示发动机10具有四个汽缸30。然而，根据本实用新型，也可采用其它数量的汽缸。发动机10可至少部分由包括控制器12的控制系统和车辆驾驶员132通过输入装置130的输入控制。在该实例中，输入装置130包括加速踏板和用于生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(如，汽缸)30均可包括燃烧室壁，活塞(未示出)置于其中。活塞可与曲轴40连接以使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。曲轴40可通过中间传动系统(未示出)与车辆的至少一个驱动轮连接。此外，启动电机可通过飞轮连接至曲轴40以实现发动机10的启动操作。
[0038]燃烧室30可通过进气通道42接收来自进气歧管44的进气，并通过排气通道48排放燃烧废气。进气歧管44和排气歧管46可通过对应的进气门和排气门(未示出)与燃烧室选择性连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0039]燃料喷射器50被示出与燃烧室30直接连接，用以将燃料与接收自控制器12的信号FPW的脉宽成比例地喷射至燃烧室中。通过这种方式，燃料喷射器50向燃烧室30提供已知的直接喷射燃料。例如，燃料喷射器可安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器50。在一些实施例中，可选地或另外地，燃烧室30可包括布置在进气歧管44中的燃料喷射器，该燃料喷射器配置成向每个燃烧室30上游的进气口提供已知的进气口燃料喷射。
[0040]进气通道42可包括分别具有节流板22和24的节气门21和23。在该具体实例中，节流板22和24的位置可由控制器12通过向包括在节气门21和23中的致动器提供信号来进行改变。在一个实例中，致动器可为电子致动器(如，电动机)，其为通常被称作电子节气门控制(ETC)的结构。通过这种方式，可操作节气门21和23来改变提供给其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气。节流板22和24的位置可由节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可进一步包括质量空气流量传感器120和歧管气压传感器122，用以向控制器12提供各自的MAF (质量空气流量)信号和MAP (歧管气压)信号。
[0041]排气通道48可接收来自汽缸30的废气。废气传感器128被示出与位于涡轮机62和排放控制装置78上游的排气通道48连接。传感器128可从多种合适的传感器中进行选择用于提供废气中空气/燃料比的指示，诸如线性氧传感器或UEGO (宽域排气氧)，两状态氧传感器或EGO，NOx, HC或CO传感器。排放控制装置78可为三元催化剂(TWC)、NOx收集器、各种其它排放控制装置或它们的组合。
[0042]排气温度可由位于排气通道48中的一个或多个温度传感器(未示出)测得。可选地，排气温度可根据诸如速度、负载、空燃比(AFR)、点火延迟等的发动机运行条件进行推断。
[0043]控制器12在图1中示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口 104、在该特定实例中示出为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可接收来自与发动机10连接的传感器的多种信号，除之前所讨论的那些信号之外，还包括来自质量空气流量传感器120感测的质量空气流量(MAF)、来自温度传感器112 (被示意性示出为位于发动机10内的一位置)的发动机冷却液温度(ECT)、来自与曲轴40连接的霍尔效应传感器118 (或其它类型)的表面点火拾波信号(PIP)、如所述的来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)以及如所述的来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP的测量值。发动机转速信号RPM可通过控制器12由信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管44中的真空或压力指示。注意，可使用上述传感器的各种组合，例如使用MAF传感器而不使用MAP传感器，反之亦然。在化学计量操作中，MAP传感器能够指示发动机扭矩。此外，该传感器连同测得的发动机转速能够估算引入到汽缸中的增压(包括空气)。在一个实例中，曲轴40每转一周，传感器118 (也用作发动机转速传感器)可产生预定数量的等距脉冲。在一些实例中，存储介质只读存储器116可编程有表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据，其用于执行如下所述的方法以及预期但没有列出来的其他变型。
[0044]发动机10可进一步包括诸如涡轮增压器和机械增压器的压缩装置，该压缩装置至少包括沿着进气歧管44布置的压缩机60。对于涡轮增压器而言，压缩机60可例如通过轴或其它连接装置至少部分地由涡轮机62驱动。涡轮机62可沿着排气通道48布置。可提供多种装置来驱动压缩机。对于机械增压器而言，压缩机60可至少部分地由发动机和\或电动机驱动，并且可以不包括涡轮机。因此，可由控制器12改变通过涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或多个汽缸的压缩量。在一些情况下，涡轮机62可例如驱动发电机64，从而经由涡轮驱动器68为电池66提供能量。然后，电池66的能量被用于通过电动机70驱动压缩机60。此外，可在进气歧管44中设置传感器123来为控制器12提供增压信号。
[0045]此外,排气通道48可包括用于将废气远离润轮机62进行转移的废气门26。在一些实施例中，废气门26可为多级废气门，例如两级废气门，其第一级配置用于控制增压，第二级配置用于增加到达排放控制装置78的热通量。废气门26可由致动器150操作，例如，致动器150可为电子致动器。在一些实施例中，致动器150可为电动机。有关废气门26和致动器150的其它细节会在下文进行表述。进气通道42可包括配置用于转移压缩机60周围的进气的压缩机旁通阀27。例如，当需要较低增压时，废气门26和/或压缩机旁通阀27可由控制器12通过致动器(如，致动器150)控制打开。图2示出了可在图1的系统中使用的示例性废气门的其它细节。
[0046]进气通道42可进一步包括增压空气冷却器(CAC) 80 (如，中冷器)以降低经涡轮增压或机械增压的进气的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可为空气-空气热交换器。在其它实施例中，增压空气冷却器80可为空气-液体热交换器。
[0047]此外，在所公开的实施例中，废气再循环(EGR)系统可将期望部分的废气自排气通道48经由EGR通道140导入进气通道42。提供给进气通道42的EGR量可由控制器12通过EGR阀142改变。此外，可在EGR通道内布置EGR传感器(未示出)，其可指示废气的压力、温度和浓度中的一个或多个。可选地，EGR可通过基于MAF传感器(上游)、MAP (进气歧管)、MT (歧管气体温度)以及曲柄转速传感器的信号的计算值进行控制。此外，EGR可基于排气氧传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)进行控制。在某些条件下，EGR系统可用于调节燃烧室内的空气与燃料的混合物的温度。图1示出了高压EGR系统，其中，EGR从涡轮增压器的增压机的上游引导至涡轮增压器的压缩机的下游。在其它实施例中，另外地或可选地，发动机可包括低压EGR系统，其中，EGR从涡轮增压器的涡轮机下游引导至涡轮增压器的压缩机上游。
[0048]现在参照图2，更为详细地示出发动机10的废气门26和致动器150。废气门26包括在排气歧管202的一部分之中，排气歧管202可诸如为图1所示的排气歧管46。在所示实施例中，废气门26为电子废气门并由致动器150驱动，在该实例中，致动器150为螺线管，然而也可使用其它合适的装置来驱动废气门。致动器150将驱动力传递到废气门阀门206，其可在完全关闭位置和完全开启位置之间转换并可设置在中间的任意位置处。废气门26还包括通风孔208，其可在废气门阀门206未处于完全关闭位置时接收和排放来自排气歧管202的气体。因此，可通过利用致动器150驱动废气门阀门206从而改变废气门阀门206的位置和到达进气歧管的气体量来控制提供给发动机的增压量。在一个实例中，阀门206可通过枢轴(pintle)形成，其表面区域正对穿过歧管202的流动。枢轴两端的压力差可产生使其移动的力。尽管未示出，但废气门26可包括电动机、齿轮箱以及齿轮箱的输出轴与废气门阀门206之间的连杆机构。在一些实施例中，偏置装置可连接至输出轴，其类型和物理特性可由输出轴的运动决定。然而，可利用多种合适的废气门装置而不背离本发公开的范围，并且这些装置可例如取决于机械设计和封装限制。[0049]废气门26还包括偏置装置210。偏置装置210的一端连接至废气门26，另一端连接至废气门阀门206。在一些实施例中，偏置装置210被选择为提供关闭力，其将废气门阀门206保持在完全关闭位置直到达到阈值压力。作为一个非限制性实例，偏置装置210可被选择为在涡轮增压器的涡轮机两端的平均压力差在0.75bar至Ibar之间时允许废气门阀门206打开。在废气门劣化的情况下，诸如由致动器150的功率损失所致，废气门206可通过预加载的弹簧保持在完全关闭位置，直到达到阈值压力，以确保向发动机输送充分累计的增压。由于尺寸减小的程度无需受限于考虑废气门致动器劣化的可能性，因此这种结构在小型发动机中尤其有利。相反，在处于或高于阈值压力时，偏置装置210可允许废气门阀门206移向完全开启位置，这样会限制最大增压，尤其是在高负载时。此外，由于偏置装置210为废气门26提供了额外的关闭力，因此可降低废气门致动器(如，致动器150)的尺寸及其功率消耗。因此，在未劣化操作期间，致动器可将阀门保持在完全关闭位置，电流值低于弹簧预加载为零时的电流值。正如下面参照图5所描述的，提供给废气门致动器的电流的选择会考虑到偏置装置(如，弹簧)的关闭力。在所示实施例中，偏置装置210示出为处于预压缩状态的弹簧，然而可利用多种合适的结构来为废气门26提供额外的关闭力。在采用弹簧的情况下，可选择弹簧常数来提供达到特定阈值压力的关闭力并为发动机提供充足的增压。
[0050]废气门26可提供其它优势。在一些实例中，气动废气门通过在连接至弹簧的隔板两侧形成压力差来为废气门阀门提供关闭力。因此，这类气动废气门受限于其为压力差提供的力和弹簧力。在正常操作条件下，废气门26反而可通过偏置装置210及与之相关的电子致动器(如，致动器150)提供更大的关闭力。因此，即使是在保持废气门完全关闭时，也可响应于发动机运行条件调整致动器电流(如，为增加排气歧管压力而增加电流，或相反)，以配合弹簧预加载力维持废气门处于完全关闭位置，其中，弹簧预加载力不为零。
[0051 ] 现在参照图3，可由发动机控制器(如，控制器12 )执行方法301来通过废气门(如，废气门26)控制涡轮增压器。在一个实例中，通过废气门控制发动机的涡轮增压器的方法可包括确定期望增压压力和实际增压压力。然后，可相应地确定废气门致动器(如，致动器150)的操作条件并致动废气门致动器。
[0052]继续参照图3，在步骤310中，该方法包括根据发动机运行条件确定期望增压。所确定的条件可直接由诸如传感器112、118、120、122、123和134的传感器测得，和/或这些条件可由发动机的其它运行参数估算得到。所确定的条件可包括发动机冷却液温度、机油温度、质量空气流量(MAF)、歧管压力(MAP)、增压(如，来自传感器123的增压)、发动机转速、空转转速、气压、驾驶员要求的扭矩(如，来自踏板位置传感器134)、空气温度、车速等。
[0053]接下来，在步骤320中可确定实际增压。实际增压可直接由传感器(如，传感器123)测得。测量结果可通过增压信号直接发送至控制器12并储存在计算机可读存储介质中。在可选实施例中，实际增压可基于其它运行参数来估计，诸如基于MAP和RPM。
[0054]下一步,在步骤330中可确定大气压。例如,大气压可在发动机启动时由MAP传感器测得，和/或基于包括MAF、MAP、节气门位置等的发动机运行条件估算得到。测量结果可被发送至控制器12并存储在计算机可读存储介质中。在可选实施例中，大气压可基于其它运行参数估算得到。
[0055]下一步，在步骤340中可确定废气门致动器的操作条件。废气门致动器可例如为图1所示的致动器150。致动器基于所确定的操作条件而被致动，该操作条件既可以是正常操作条件也可以是劣化操作条件。
[0056]如上所述，废气门(如，图1中的废气门26)可由致动器(如，致动器150)操作。图4示出了提供在步骤340中所执行指令的其它细节。例如，方法401可由发动机控制器(如，控制器12)执行。方法401专门确定废气门致动器的操作条件并基于所确定的操作条件致动废气门致动器。尽管方法401被示出在方法301之后执行，但应当理解，方法401可在方法301之前执行而不背离本公开的范围。
[0057]在方法401的步骤410中，确定废气门致动器的操作条件是否已劣化。可利用多种合适的方法来确定废气门致动器的操作条件，并且这些方法可包括监控致动器所消耗的功率。例如，可将致动器的位置与期望位置作比较，以确定是否在根据需要控制废气门。此夕卜，可采用电流或电压监控。如果确定致动器的操作条件已劣化，则方法401进行至步骤412。
[0058]在方法401的步骤412中可运行劣化操作模式。如上参照图2所具体描述的，可依靠废气门的偏置装置(如，偏置装置210 )来为废气门阀门(如，废气门阀门206 )提供达到阈值压力的关闭力，而无需响应于操作条件对致动器电流作任何调整。方法401可在步骤412中采取进一步可选动作，包括提示车辆驾驶员废气门的操作条件已劣化，诸如通过仪表板指示器和/或设定诊断码。在步骤412中，方法402还可通过控制器12采取动作来限制发动机负载，其可包括响应于发动机气流大于阈值限制将各个节气门移向关闭位置，以及减少燃料喷射以清洁发动机气缸中的燃烧。
[0059]如果方法401在步骤410确定废气门致动器操作未劣化，则方法401进行至步骤414。
[0060]在方法401的步骤414中，废气门致动力可基于废气门两侧的压力差、排气流、偏置装置210提供的关闭力和/或废气门阀门的角度进行计算。废气门可根据废气门致动力来调整。废气门致动力可与废气门两侧的压力差准确相似。例如，废气门致动力可用作废气门逆模型的输入。对于给定的废气门致动力，该废气门逆模型可将期望的废气门压力或期望的废气门阀门位置映射到废气门工作循环，其中，工作循环信号由控制器产生并被发送至废气门致动器以调整致动力。映射到废气门工作循环可包括使用查找表或计算废气门工作循环。废气门控制(WGC)信号可包括通过废气门工作循环进行脉宽调制以调整废气门。期望的废气门压力或期望的废气门位置可例如通过前馈、反馈或其它控制算法来确定。[0061 ] 废气门致动力还会影响废气门的动态。补偿项可解决废气门致动器的延迟，正如本文参照控制器所描述的，其中零点与废气门致动器模型的极点相消。此外，补偿项可进一步包括基于双独立凸轮的运动的调整，其可影响增压压力。例如，随着进气凸轮以使增压压力相对大气压增加的方式移动，补偿项的量级会减小。类似地，随着进气凸轮以使增压压力相对大气压减小的方式移动，补偿项的量级会增加。
[0062]在步骤414中，确定废气门致动力还包括确定致动器(如，致动器150)的位置。首先基于所使用致动器的具体类型进行测量。在一个实例中，配置传感器并用于测量由致动器所致动的杆的线性位移。可选地，致动器可包括电动机，电动机又可包括容纳在其内部的旋转编码器。编码器可连接至电动机中最慢的旋转件，其连接至致动杆。这种编码器可收集旋转件所旋转的整个范围(如，180度)的测量值。在这种情况下，编码器的输出随着电动机的旋转而改变。在另一实例中，电动机包括丝杠(如，滚珠丝杠)，可测量丝杠的旋转并用于确定电动机的位置。然而，可使用不同的位置编码器，因为滚珠丝杠或其它旋转件可旋转通过大于180°和/或360°的范围。可使用多种合适的编码器，其检测诸如角度位置的变化而不是绝对位置的变化。
[0063]确定废气门致动力还包括确定作用在废气门上的流动力。在一个实例中，流动力基于模型来确定。可选地，计算废气门两侧的压力差并将其用于确定流动力。在另一实例中，利用包括废气门位置的输入生成查找表以确定流动力。这种方法可采用设置在发动机10中的一个或多个传感器或传感器信号并可选地采用一个或多个负载传感器，这些传感器或传感器信号包括质量空气流量传感器120、歧管气压传感器122、节气门位置信号TP、来自传感器123的增压以及涡轮增压器转速信号。
[0064]上述补偿项可进一步补偿由偏置装置(如，偏置装置210)提供的关闭力，其为弹簧刚度和阀门位置的函数。在各种力中，通过将流动力和弹簧力二者考虑在内，可确定合适的废气门致动力。在偏置装置210为弹簧的实施例中，方法401可补偿在完全关闭位置时因弹簧预压缩或预加载而产生的瞬时弹簧力。在一些实例中，弹簧力基于关系式“F=kx+预加载”来确定，其中F为弹簧力，k为弹簧常数，X为阀门相对于完全关闭位置的线性位移或偏移。弹簧常数k可事先确定或在发动机运转时确定。当确定废气门阀门应该移向完全开启位置时，相关的废气门致动器(如，致动器150)可沿着与偏置装置所提供的关闭力相反的方向移动废气门阀门。因此，相比于不包括偏置装置的情况，需要更大的致动力。补偿项可因此包括调整以引起提供给废气门致动器的第一电流、电压、信号或工作循环的增加。相反，如果确定废气门阀门应该移向完全关闭位置，则废气门致动器可沿着基本平行于由偏置装置所提供的关闭力的方向移动。因此，需要施加较小的致动力。此时，补偿项可包括调整以引起提供给废气门致动器的第二电流、电压、信号或工作循环的减小。在一些实施例中，第二电流、电压、信号或工作循环可小于第一电流、电压、信号或工作循环。然而，应当理解，第二电流、电压、信号或工作循环可大于第一电流、电压、信号或工作循环，并且本公开适用于这种情况，也适用于偏置装置提供与上述的关闭力基本相反的打开力的实施例。补偿项还可包括调整以产生提供给废气门致动器的第三电流、电压、信号或工作循环，例如，当废气门处在相较于使用第二电流、电压、信号或工作循环的位置开度更大的第三位置时，第三电流、电压、信号或工作循环可大于第二电流、电压、信号或工作循环。此外，补偿项可包括调整以将响应于废气门阀门的瞬时位置的电流提供给废气门致动器。在一些实例中，方法401可确定废气门致动力基本等于零，即无需向废气门提供力。例如，这种确定可在偏置装置210提供的关闭力足以将废气门阀门保持在有助于向发动机提供合适的增压的位置时做出。
[0065]此外，如上所述，即使阀门处在完全关闭位置，也可改变施加在致动器上的致动电流。这种调整可将预加载力以及致动器枢轴表面上的不断改变压差力考虑在内。这种方法可减小完全关闭位置处期望的电流，同时仍保持完全关闭位置。
[0066]现在参照图5，示出了用于确定废气门致动力的示例性方案501。所示第一曲线510示出了偏置装置产生的力与废气门阀门位置之间的关系。在该实例中，沿着废气门致动器轴线(如，垂直于废气门206的表面)施加的力视为正力，而基本沿相反方向作用的力被视为负力。如上所述，该关系可诸如由函数“F=kx+预加载”来表示。由于预压缩/预加载，弹簧力沿着y轴正向偏移，这是因为偏置装置在废气门阀门处于完全关闭位置时提供了关闭力。第二曲线520示出了净流动力(如，排气歧管中所有流动力、废气门两侧的压力差等的净和)与废气门阀门位置之间的关系。应当理解，曲线520示出了一组特定操作条件(如，发动机转速、负载等)的关系，并且该关系会随操作条件的改变而改变。基于这些曲线，方案501可针对特定废气门位置和操作条件确定废气门致动力。方案501可确定特定废气门阀门(如，当前废气门阀门位置)位置时的弹簧力530，同时可确定相同阀门位置时的净流动力540。随后，方案501可将弹簧力530添加到净流动力540中以获得废气门致动力550。应当理解，方案501被列入非限制实例，并且可使用其它多种合适的方法来确定废气门致动力。
[0067]回到图4，在方法401的步骤416中，废气门可根据期望增压进行调整。例如，期望增压可用作调整废气门的前馈控制算法的输入。前馈控制算法可计算目标废气门压力或目标废气门阀门位置，两者可用作废气门逆模型的输入项以确定废气门的工作循环。
[0068]在方法410的步骤418中，增压误差可被计算为期望增压与实际增压之间的差值。废气门可根据该增压误差进行调整。例如，该增压误差可被用作反馈控制算法的输入以计算目标废气门压力或目标废气门阀门位置，两者可用作废气门逆模型的输入项以确定废气门的工作循环。
[0069]通过这种方式，可减少和/或消除因废气门控制劣化所引起的不期望的涡轮增压器或发动机操作。通过包括向废气门阀门提供关闭力的偏置装置，废气门阀门可被保持在完全关闭位置直到达到阈值压力，这样可确保即使在废气门劣化的情况下仍能向发动机提供充足的增压。当压力超过阈值压力时，废气门阀门可被移向完全开启位置，限制了增压。因此，当将废气门阀门移向完全开启位置时，可向废气门致动器提供第一增加的电流、电压、信号或工作循环，而在将废气门阀门移向完全关闭位置时，可提供第二减小的电流、电压、信号或工作循环。这种结构可减小对尺寸减小程度及对小型发动机中所获得燃料经济性的限制。此外，由于偏置装置提供了关闭力，因此可降低废气门致动器的尺寸和功率消耗。
[0070]注意，本文包括的示例性控制和评估程序可用于各种发动机和/或车辆系统结构。本文所述的特定程序可以表示任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，可以以所示序列执行、并行执行所示出的各种行为、操作或功能，或者在一些情况下省略一些行为、操作或功能。类似地，处理顺序不是必须实现本文所述示例性实施例的功能和优势，而仅为了便于说明和描述而提供。所示一个或多个行为或功能可根据使用的特定策略而重复执行。此外，所述行为能够以图形表示编程为发动机控制系统的计算机可读存储介质中的代码。
[0071]应当理解，本文公开的结构和方法在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应在限制性的意义上来理解，因为众多变型是可能的。例如，上面的技术可应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和结构以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
[0072]所附权利要求特别指出被认为新颖和显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能涉及“元件”或“第一元件”或等同称谓。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。可以通过对当前的权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。无论与原始权利要求相比在范围上更宽、更窄、相同还是不同，这些权利要求也被认作包括在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种废气门，其特征在于，包括: 废气门阀门，沿着排气歧管设置； 致动器，可操作地连接至所述废气门阀门；以及 偏置装置，连接至所述废气门阀门，所述偏置装置向所述废气门阀门提供关闭力并在处于完全关闭位置时预加载。
2.根据权利要求1所述的废气门，其特征在于，所述偏置装置为弹簧。
【文档编号】F02B37/12GK203584564SQ201320639665
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】艾米·Y.·卡尔尼克, 王沿, 弗拉基米尔·V.·科科托维奇 申请人:福特环球技术公司