用于动态跳过点火发动机中的安全阀启动的系统和方法
【专利说明】用于动态跳过点火发动机中的安全阀启动的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年9月18日提交的美国临时专利申请号61/879,481和2013年10月14日提交的美国临时专利申请号61/890,671的优先权，这两个申请的标题都是“用于抑制进气阀启动的系统(SYSTEM FOR INHIBITING INTAKE VALVE ACTIVAT1N)”。本申请还要求以下各项的优先权:2014年I月8日提交的标题为“内燃机的气缸中的高压排气弹簧的测定(DETERMINAT1N OF A HIGH PRESSURE EXHAUST SPRING IN A CYLINDER OF AN INTERNALCOMBUST1N ENGINE)”的美国临时专利申请号61/925 ,157； 2014年5月23日提交的标题为“排气阀故障检测(EXHAUST VALVE FAULT DETECT1N)”的美国临时专利申请号62/002，762;以及2013年10月30日提交的标题为“缺火检测系统(MISFIRE DETECT1N SYSTEM)”的美国临时专利申请号61/897,686。上述申请中的每个通过引用结合在此。
技术领域
[0003]本发明涉及使用跳过点火控制对一个内燃机的进气阀和排气阀进行控制。
【背景技术】
[0004]内燃机的燃料效率可以通过改变发动机的排量来实质性地改善。这允许在需要时可获得最大扭矩，也可以在不需要最大扭矩时，通过使用较小排量来显著地减少栗送损失并提高热效率。现今实现一个可变排量发动机的最常见的方法是基本上同时停用一组气缸。在这种途径中，当希望跳过一个燃烧事件时，与所停用气缸相关联的进气阀和排气阀保持关闭并且没有燃料被喷射。例如，一个八缸可变排量发动机可以停用这些气缸中的一半(即，四个气缸)，这样使得仅使用剩余的四个气缸进行运转。现今可获得的可商购可变排量发动机典型地仅支持两种或至多三种排量。
[0005]改变发动机的有效排量的另一种发动机控制途径被称为“跳过点火”发动机控制。总的来说，跳过点火发动机控制设想在选定点火时机过程中选择性地跳过某些气缸的点火。因此，一个特定气缸可以在一个发动机循环过程中被点火并且然后可以在下一个发动机循环过程中被跳过，并且然后在下一个发动机循环过程中被选择性地跳过或点火。以此方式，对有效发动机排量的甚至更细化控制是可能的。例如，对一个四缸发动机中的每隔两个气缸进行点火将提供最大发动机排量的1/3的有效排量，这是通过简单地停用一组气缸所不能获得的一个分式排量。美国专利号8，131，445(由本申请的受让人提交并且出于所有目的通过引用以其全文结合在此)教示了多种跳过点火发动机控制实现方式。
【发明内容】
[0006]描述了多种用于在跳过点火操作过程中控制内燃机中的进气阀和排气阀的操作的方法和装置。在不同的实施例中，一个排气阀监控器或其他合适的机构被用来检测排气阀致动故障。当检测到一个特定气缸的一个排气阀致动故障时，该相应进气阀在它本应被启动时的情况下被停用(或未被启动)，以便防止该进气阀通向包含高压燃烧气体的一个气缸。所描述的途径在以下情况时尤其有益:跳过点火操作与气缸停用结合，这样使得在这些所跳过工作循环过程中空气不被栗送穿过这些气缸。
[0007]排气阀致动故障可以基于多种不同参数来检测。在一些实施例中，该故障是基于对曲轴的转速或其基于时间的导数、诸如曲轴的角加速度或角加速度变化的分析来检测。在其他实施例中，该排气阀致动故障可以是基于对感测该排气阀的移动的一个接近度传感器的输出的分析来检测。在再其他实施例中，多种其他输入和/或多种不同输入可以被用来推断一个排气阀致动故障。在一些情况下，最受关注的工作循环可能是紧接在一个排气阀致动故障之后的下一个工作循环，而在其他情况下，下面接着和/或随后的工作循环可能受到更多关注或显著关注。
[0008]描述了适用于实现这些所描述的阀控制方案的多种阀控制系统。在一些实施例中，每个可停用阀可以具有被安排以促进该阀的停用的一个相关联空动装置。通过举例，该空动装置可以采取一个液压致动可折叠挺杆的形式。在一个具体实施例中，一个单螺线管可以被用来启动和停用一个进气阀可折叠挺杆和一个排气阀可折叠挺杆两者。
【附图说明】
[0009]参考结合附图进行的以下说明可以最佳地理解本发明及其优点，在附图中:
[0010]图1A是示出一个发动机系统的一部分的示意性示例图。
[0011]图1B是示出一个进气阀和一个排气阀的开启和关闭的示例性时序图。
[0012]图1C是示出一个发动机控制系统的示意性示例图。
[0013]图2A是根据一个第一实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸的一个阀控制系统的示意图。
[0014]图2B是根据一个实施例的结合到一个排气阀螺线管中的一个安全电路的示意图。
[0015]图2C是根据一个实施例的结合到具有一个进气阀螺线管和一个排气阀螺线管两者的一个组件中的一个安全电路的示意图。
[0016]图2D是根据一个实施例的结合在具有多个进气阀螺线管和排气阀螺线管的一个组件中的一个安全电路的示意图。
[0017]图3是根据一个特定实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸中的一个阀控制系统的示意图。
[0018]图4A是根据一个特定实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸中的一个阀控制系统的示意图。
[0019]图4B是根据本发明一个特定实施例的低压弹簧模式下的跳过点火操作的时序图。
[0020]图4C是根据本发明一个特定实施例的高压弹簧模式下的跳过点火操作的时序图。
[0021]图5是根据一个特定实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸中的一个阀控制系统的示意图。
[0022]图6是根据本发明一个特定实施例的一个阀控制系统的示意图，该阀控制系统使用一个独立门极控制来抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸。
[0023]图7是根据本发明一个特定实施例的时序图。
[0024]在附图中，相同的参考数字有时用于指定相同的结构元件。还应当认识到，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。
【具体实施方式】
[0025]当在跳过点火控制下操作时，总体上希望以比这些气缸一直启动的情况更复杂的方式来控制这些进气阀和排气阀。确切地说，在不同应用中，这些进气阀和/或排气阀可以在一个所跳过工作循环过程中保持关闭以便最小化栗送损失。这与依靠所有气缸运转的一个发动机形成对照，在该发动机中，这些进气阀和排气阀在每个工作循环中开启和关闭。对于凸轮操作的阀，一种用于停用一个阀的方法是将控制一个可折叠阀挺杆的一个螺线管结合到阀系中。为了启动该阀，该挺杆保持其完全伸开，并且为了停用该阀，该挺杆被折叠。
[0026]这种控制类型的一个潜在问题在于:如果与一个气缸点火相关联的燃烧气体由于某种原因而尚未从该气缸被排放，那么尝试开启该进气阀可能因为该气缸中所包含的高压而损坏该阀或推杆。如果一种控制方法和设备可以被设计以防止在这些情况下无意地开启该进气阀，那么是所希望的。
[0027]本发明总体上涉及用于在跳过点火操作过程中控制一个内燃机的进气阀和排气阀的操作的方法和装置。在不同的实施例中，这些阀是使用一个偏心凸轮开启和关闭这些阀来控制。一个可折叠阀挺杆被结合在该阀系中以便允许在一个所跳过点火循环过程中停用这些阀。该可折叠挺杆是使用一个螺线管来控制。该螺线管允许将一种工作流体(诸如电动机润滑油)引进到该可折叠挺杆中，以便强迫该挺杆保持处于其完全伸开(固定状态)位置，抑或允许该挺杆折叠(可压缩状态)、从而使该阀处于一个关闭位置。包括多个油通路的一个油道可以被用来将加压油从该螺线管递送到该可折叠挺杆。在许多情况下，该工作流体转移该可折叠挺杆中的一个锁销的位置，以便使该可折叠挺杆在其固定状态与可压缩状态之间转移。施加到该销上的加压油允许该可折叠挺杆压缩，从而导致该阀的停用。也就是说，该阀将保持关闭，只要加压流体被施加到与该阀相关联的该可折叠挺杆上。为了转换该锁销位置，该阀必须处于其关闭状态。一旦该阀已经开始从其关闭位置移动，即，开始移动离开该凸轮的基圆，阀弹簧就向该锁销施加足够的力，这样使得该锁销不能移出适当的位置，即使施加了最大油压也是如此。油压取决于发动机转速(rpm，每分钟转数)并且可以由一个压力释放阀组典型地限制在3-4巴下。虽然以上描述涉及使用可折叠挺杆来实现气缸停用，但是也可以使用其他方法。可折叠挺杆是其中凸轮旋转并不导致阀运动的普通类别的空动系统的一种形式。另外地，一个无凸轮系统可以被用来移动这些阀。该阀运动可以通过电磁、液压或气压装置来实现。任何这些阀运动系统可以与本发明一起使用。
[0028]对于使用一个螺线管和可折叠挺杆的一个阀控制系统，停用该进气阀或排气阀所需的时间由以下四个分量组成:
[0029]1.产生足够的电流以开始将该螺线管阀移动到一个开启位置中所需的时间
[0030]2.完全开启该螺线管的时间[0031 ] 3.用加压油填充该油道的时间
[0032]4.向该锁销施加足够的压力并将其移动到一个解锁位置中的时间。
[0033]与所有这些步骤相关联的时间可以根据油压和可供用来驱动该螺线管的供电电压而改变。虽然时间可以改变，但是1ms是现有阀停用系统的一个代表性启动时间Tact。停用该螺线管并因此启动该阀所必须的时间相当于或稍微少于该启动时间τ-。应当注意，以曲轴旋转度为单位的阀定时通常随发动机速度而改变。针对一个固定的时间段，更高的发动机速度导致更大的曲轴旋转。总体上，当控制阀启动时，考虑与所有这些启动步骤相关联的时间及其可变性。总的来说，所希望的是根据其他系统约束条件、诸如成本来最小化该启动时间。短的启动时间允许一个快速的系统响应，这在以高发动机速度运转时尤其重要。
[0034]总的来说，跳过点火发动机控制设想在选定点火时机过程中选择性地跳过某些气缸的点火。因此，例如，一个特定气缸可以在一个点火时机过程中被点火并且然后可以在下一个点火时机过程中被跳过，并且然后在下一个点火时机过程中被选择性地跳过或点火。点火/跳过决定可以逐个点火时机地做出。此决定典型地在点火事件之前的一定数量的点火时机做出，以便给予该控制系统时间来针对一个跳过抑或点火事件正确地配置该发动机。跳过点火控制与常规可变排量发动机运转形成对照，在常规可变排量发动机运转中，在某些低负荷运转条件的过程中停用固定的一组气缸。
[0035]当一个可变排量发动机中的一个气缸被停用时，该气缸的活塞典型地仍然往复，然而，空气或燃料都不被递送到该气缸，因此该活塞在其动力冲程过程中并不递送来自燃烧的任何动力。由于“被停掉”的气缸不递送任何净动力，所以成比例地增加了剩余气缸上的负载，由此允许这些剩余气缸以提高的热力学效率操作。在跳过点火控制下，就以下意义上而言，气缸还优选地在所跳过工作循环过程中被停用:在所跳过工作循环过程中，空气不被栗送穿过该气