CN102418615B - 利用电液气门致动控制发动机爆震的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用电液气门致动控制发动机爆震的系统和方法，具体提供一种用于发动机的控制系统，该控制系统包括爆震控制模块和气门控制模块。爆震控制模块基于与气缸对应的发动机爆震来调节气缸的进气门和排气门中的一个或多个打开的时段。气门控制模块基于调节后的时段、利用一个或多个液压致动器控制进气门和排气门中的一个或多个。

Description

利用电液气门致动控制发动机爆震的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及2003年4月2日提交的美国专利No.6,886,510。上述申请的公开内容以引用的方式全文并入本申请中。
政府权利声明
本发明是与能源部(DoE)一起根据美国政府计划No.DE-FC26-05NT42415而产生。美国政府对本发明享有一定权利。
技术领域
本发明涉及内燃机，更具体地涉及利用电液气门致动(EHVA)控制发动机爆震的系统和方法。
背景技术
在此提供的背景描述是为了总体介绍本发明的背景。在本背景技术部分描述的程度上，目前署名的发明人的成果、以及本描述的在提交申请时可能不构成现有技术的方面，既非明示地也非隐含地被认为是本发明的现有技术。
内燃机通过可由节气门调节的进气系统将空气吸入进气歧管。进气歧管中的空气可分别通过多个进气门分配至多个气缸，并与燃料混合以形成空气/燃料(A/F)混合物。A/F混合物可在气缸内燃烧，以驱动可旋转地转动曲轴的活塞，从而产生驱动扭矩。由燃烧产生的废气可分别通过多个排气门从气缸排出，并被排入排气歧管。
进气及排气门可由一根或多根凸轮轴致动。然而，替代性地，可利用电控液压致动器(“电液”控制)来致动进气及排气门。发动机的进气及排气门的电液控制可称为电液气门致动(EHVA)。因此，配备EHVA的发动机可能不包括凸轮轴(即，无凸轮发动机)。例如，EHVA系统可通过控制液压力(例如油压)来选择性地致动(即，打开)进气及排气门。
发明内容
用于发动机的控制系统包括爆震控制模块和气门控制模块。爆震控制模块基于与气缸对应的发动机爆震来调节气缸的进气门和排气门中的一个或多个的打开时段。气门控制模块基于被调节的时段、利用一个或多个液压致动器控制进气门和排气门中的一个或多个。
用于控制发动机的方法包括基于与气缸对应的发动机爆震调节气缸的进气门和排气门中的一个或多个的打开时段，和基于被调节的时段、利用一个或多个液压致动器控制进气门和排气门中的一个或多个。
在还有的其他特征中，上述系统和方法通过由一个或多个处理器执行的计算机程序来实施。计算机程序可驻留在实体计算机可读介质上，诸如但不限于存储器、非易失性数据储存器和/或其他合适的实体储存介质。
方案1.一种用于发动机的控制系统，包括：
爆震控制模块，其基于与气缸对应的发动机爆震来调节所述气缸的进气门和排气门中的一个或多个打开的时段；以及
气门控制模块，其基于调节后的时段、利用一个或多个液压致动器控制所述进气门和所述排气门中的一个或多个。
方案2.根据方案1所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块缩短所述进气门打开的时段。
方案3.根据方案1所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块延长所述进气门和排气门都打开的时段。
方案4.根据方案1所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块缩短所述排气门打开的时段。
方案5.根据方案4所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块使所述排气门打开的时段提前，以使所述排气门较早地关闭。
方案6.根据方案1所述的控制系统，其中，当与所述气缸对应的所述发动机爆震大于预定的爆震阈值时，所述爆震控制模块调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段。
方案7.根据方案1所述的控制系统，其中，所述一个或多个液压致动器中的每个液压致动器基于液压力选择性地接合，并且其中利用三个电磁阀和三个液压流体轨道来控制所述液压力。
方案8.根据方案7所述的控制系统，其中，所述三个电磁阀包括两个二通电磁阀和一个三通电磁阀，并且其中所述三个液压流体轨道具有低压、中压和高压。
方案9.根据方案1所述的控制系统，其中，最大制动扭矩(MBT)火花正时被命令。
方案10.根据方案1所述的控制系统，其中，所述发动机是火花点火(SI)发动机和均质充量压缩点火(HCCI)发动机中的一种。
方案11.一种用于控制发动机的方法，包括：
基于与气缸对应的发动机爆震来调节所述气缸的进气门和排气门中的一个或多个打开的时段；以及
基于调节后的时段、利用一个或多个液压致动器控制所述进气门和所述排气门中的一个或多个。
方案12.根据方案11所述的方法，其中，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段包括缩短所述进气门打开的时段。
方案13.根据方案11所述的方法，其中，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段包括延长所述进气门和排气门都打开的时段。
方案14.根据方案11所述的方法，其中，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段包括缩短所述排气门打开的时段。
方案15.根据方案14所述的方法，其中，缩短所述排气门打开的时段包括使所述排气门打开的时段提前，以使所述排气门较早地关闭。
方案16.根据方案11所述的方法，还包括当与所述气缸对应的所述发动机爆震大于预定的爆震阈值时，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段。
方案17.根据方案11所述的方法，还包括基于液压力选择性地接合所述一个或多个液压致动器中的每个液压致动器，并利用三个电磁阀和三个液压流体轨道控制所述液压力。
方案18.根据方案17所述的方法，其中，所述三个电磁阀包括两个二通电磁阀和一个三通电磁阀，并且其中所述三个液压流体轨道具有低压、中压和高压。
方案19.根据方案11所述的方法，还包括命令最大制动扭矩(MBT)火花正时。
方案20.根据方案11所述的方法，其中，所述发动机是火花点火(SI)发动机和均质充量压缩点火(HCCI)发动机中的一种。
本发明的其他应用领域将通过以下提供的详细说明而变得明显。应理解的是，该详细说明和具体示例仅用于说明的目的，而不是用于限制本发明的范围。
附图说明
通过该详细说明和附图本发明将会被更充分地理解，附图中：
图1是根据本发明的示例性发动机系统的功能框图；
图2是根据本发明的示例性电液致动气门的示意图；
图3是根据本发明的示例性控制模块的功能框图；以及
图4是根据本发明利用电液气门致动(EHVA)来控制发动机爆震的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是示例性的，并且决不用于限制本发明、其应用或使用。为清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B、和C中的至少一个”应解释为表示利用非排它性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以不同的顺序执行方法内的步骤。
如本文所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的(共用的、专用的、或分组的)处理器和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其他合适的部件。
发动机中的空气/燃料(A/F)混合物的异常燃烧可引起发动机爆震(即,发动机的燃烧噪声或振动)。利用一根或多根凸轮轴控制进气及排气门的发动机系统可能在控制发动机爆震方面受到限制。更具体地，凸轮轴发动机可具有有限数量的气门控制轮廓(例如两个)。因此，常规的控制系统可通过调节火花提前来管理(即，限制)发动机爆震。更具体地，常规的控制系统可延迟火花提前以减少发动机爆震。然而，延迟火花提前可导致降低的燃料经济性。
因此，提出一种利用电液气门致动(EHVA)来改善发动机爆震控制的系统和方法。当检测到发动机爆震时，该系统和方法可控制一个或多个气缸的负载。例如，当发动机爆震传感器的测量值(即，发动机爆震强度)大于预定的爆震阈值时，该系统和方法可检测到发动机爆震。通过控制一个或多个气缸的负载来减少发动机爆震允许连续的最大制动扭矩(MBT)火花正时(即，没有火花提前的延迟)。
该系统和方法可通过减少气缸中的新鲜空气充量来降低气缸的负载。例如，该系统和方法可通过缩短进气门的打开时段来减少新鲜空气充量。另外地或替代性地，该系统和方法可通过稀释气缸中的空气来降低气缸的负载。例如，该系统和方法可通过延长进气门和排气门都打开的时段(“气门重叠”)来稀释气缸中的空气。另外，例如，该系统和方法可通过缩短排气门打开的时段(即，较早关闭排气门)来稀释气缸中的空气。
现在参考图1，发动机系统10包括发动机12。例如，发动机12可包括火花点火(SI)发动机、压缩点火(CI)发动机(例如，柴油发动机)或均质充量压缩点火(HCCI)发动机。然而，发动机12－诸如在混合发动机系统(例如电动机、电池系统、发电机等)中还可包括不同类型的发动机和/或附加部件。
发动机12通过可由节气门18调节的进气系统16将空气吸入进气歧管14。例如，节气门18可以是电控的(例如电子节气门控制或ETC)。质量空气流量(MAF)传感器20可测量进入进气歧管14的气流的速率。例如，MAF传感器20的测量值可指示发动机12上的负载。进气歧管14中的空气可分别通过多个进气门24分配至多个气缸22。尽管示出了六个气缸，但发动机12可包括其他数量的气缸。
空气可与来自多个燃料喷射器26的燃料混合，以形成空气/燃料(A/F)混合物。例如，燃料喷射器26可分别经由气缸22的进气端口喷入燃料(例如端口燃料喷射)或分别将燃料直接喷入气缸(例如直接燃料喷射)。另外，例如，燃料喷射器26可取决于发动机的类型在不同的时间喷入燃料。气缸22中的A/F混合物可分别被活塞(未示出)压缩，并被多个火花塞28点燃(例如SI发动机或利用火花辅助的HCCI发动机)。然而，气缸22中的空气还可被活塞(未示出)压缩并通过将燃料喷入加压空气而燃烧(例如CI发动机，诸如柴油发动机)。
活塞(未示出)可旋转地转动曲轴34，以产生驱动扭矩。发动机转速传感器36可测量曲轴34的旋转速度(例如以每分钟转数或RPM为单位)。驱动扭矩可经由变速器40传递至车辆的传动系38(例如车轮)。另外，例如，变速器40可经由诸如变矩器的液力耦合器耦联至曲轴34。变速器输出轴转速(TOSS)传感器42可测量变速器40的输出轴的旋转速度(例如以RPM为单位)。例如，TOSS传感器42的测量值可指示车辆的速度。
由燃烧产生的废气可分别通过多个排气门30从气缸22排出，并被排入排气歧管44。具体地，进气及排气门24、30可由液压致动器32致动。换句话说，液压致动器32可以是电控的以选择性地致动(即，提升)进气及排气门24、30。然后，排气歧管44中的废气在被释放入大气之前可由排气处理系统46处理。然而，废气还可经由废气再循环(EGR)系统再循环到例如进气歧管14中，或者给涡轮增压器(未示出)提供动力。然而，发动机12还可包括其他类型的强制进气装置(例如机械增压器)。
发动机爆震传感器48可测量发动机爆震。更具体地，发动机爆震传感器48可测量发动机12的振动(例如燃烧噪声)。例如，发动机爆震传感器48可以是数字爆震传感器。另外，尽管示出了单个发动机爆震传感器，但可设置超过一个的发动机爆震传感器。例如，发动机系统10可包括用于多个气缸22中的每个气缸的发动机爆震传感器。换句话说，为分别测量多个气缸22的发动机爆震可设置多个发动机爆震传感器。
控制模块50可与发动机系统10的各种部件通讯并控制所述各种部件。具体地，控制模块50可从节气门18、MAF传感器20、燃料喷射器26、火花塞28、液压致动器32、发动机转速传感器36、变速器40、TOSS传感器42、排气处理系统46和/或发动机爆震传感器48接收信号。控制模块50可控制节气门18(例如ETC)、进气及排气门24、30(通过控制液压致动器30)、燃料喷射器26、火花塞28、变速器40和/或排气处理系统46。另外，控制模块50可与其他部件通讯和/或控制其他部件(例如EGR系统、涡轮增压器或机械增压器等)。控制模块50还可实施本发明的系统或方法。
现在参考图2，其中示出了示例性电液致动气门55。例如，电液致动气门55可包括液压致动器34中的一个液压致动器和进气或排气门26、32中的一个。电液致动气门55包括液压致动器60、气门61和回位弹簧62。具体地，液压致动器60通过控制液压流体压力被选择性地激励，以打开/关闭气门61。气门61可通过捕集液压流体(即维持恒定的液压力)而被锁定。回位弹簧62可辅助气门61返回关闭位置(即当致动器60被去激励时)。
电液致动气门55还分别包括第一、第二和第三电磁阀63-65。例如，第一和第二电磁阀63、64可包括二通电磁阀，而第三电磁阀65可包括三通电磁阀。第一、第二和第三电磁阀是电控的(例如经由控制模块50)，以控制液压流体压力并因而控制液压致动器60和气门61。另外地或替代性地，电液致动气门55可包括用于控制液压流体流动/压力并因而控制液压致动器60和气门61的内部反馈系统(IFS)69。
具体地，控制模块50可选择性地致动第一、第二和/或第三电磁阀63-65的组合，以分别允许来自第一、第二和第三液压流体轨道66-68的液压流体流动(以及因此而产生的液压力)。例如，第一液压流体轨道66可包括低压轨道(例如比第一阈值低)，第三液压流体轨道68可包括高压轨道(例如高于第二阈值)，而第二液压流体轨道可包括中压(即，基准压力)轨道(例如介于第一与第二阈值之间，或者确切地说是介于低压轨道与高压轨道之间的压力)。
现在参考图3，其中更详细地示出了控制模块50。控制模块50可包括爆震控制模块74和气门控制模块78。控制模块50还可包括用于存储确定的和/或预定的参数的存储器(未示出)。例如，存储器(未示出)可包括非易失性存储器(NVM)。
爆震控制模块74从发动机爆震传感器48接收信号(“爆震信号”)。例如，爆震信号可指示测量出的发动机爆震的强度。爆震控制模块74还可接收指示发动机操作参数的信号。例如，爆震控制模块74可从MAF传感器20接收指示发动机上的负载的信号。然而，爆震控制模块74可接收指示其他发动机操作参数的其他信号。发动机操作参数(例如MAF)可用于确定进气及排气门24、30的期望的正时(即进气及排气门24、30打开或关闭的时段)。
爆震控制模块74可基于爆震信号(“测量出的发动机爆震”)的强度调节进气和/或排气门24、30打开的时段。换句话说，当测量出的发动机爆震增强时，爆震控制模块74可降低气缸的负载。然而，替代性地，当在之前的发动机循环期间测量出的发动机爆震大于预定的发动机爆震阈值时(即，当检测到发动机爆震时)，爆震控制模块74可调节进气和/或排气门24、30打开的时段。降低气缸的负载可包括减少气缸中的新鲜空气的量和/或(例如用废气)稀释气缸中的空气。
因此，例如，爆震控制模块74可缩短进气门24打开的时段。另外地或替代性地，例如，爆震控制模块74可延长进气及排气门24、30都打开的时段(即，增大气门重叠量)。另外地或替代性地，例如，爆震控制模块74可缩短排气门30打开的时段(即，较早关闭排气门30)。
气门控制模块78基于来自爆震控制模块74的调节后的时段来控制进气及排气门24、30。更具体地，气门控制模块78可根据调节后的时段利用液压致动器32控制进气及排气门24、30。例如，气门控制模块78可产生用于液压致动器32的控制信号，然后液压致动器32可相应地致动进气和/或排气门24、30。此外，示出并讨论了一个进气门24、一个排气门32和一组(即一对)液压致动器32，控制模块50可测量发动机爆震、调节气门正时、并控制多个气缸22中超过一个气缸的气门。
现在参考图4，利用EHVA控制发动机爆震的方法开始于100。在100处，控制模块50可测量发动机爆震(例如经由来自发动机爆震传感器48的爆震信号)。在104处，控制模块50可确定测量出的发动机爆震是否大于预定的发动机爆震阈值。如结果为是，则控制可进入108。如结果为否，则控制可返回100。
在108处，控制模块50可基于测量出的发动机爆震来调节进气和/或排气门24、30打开的时段。在112处，控制模块50可基于调节后的时段利用液压致动器32来控制进气及排气门24、30。然后，控制可返回100。
能够以多种形式实施本发明的广义教导。因此，尽管本发明包括特定示例，但是由于通过对附图、说明书、和所附权利要求书的研究，其它变型将对本领域技术人员而言变得显而易见，所以本发明的真实范围不应局限于此。

Claims (16)

1.一种用于发动机的控制系统，包括：
爆震控制模块，其基于与气缸对应的发动机爆震来调节所述气缸的进气门和排气门中的一个或多个打开的时段；
气门控制模块，其基于调节后的时段、利用一个或多个液压致动器控制所述进气门和所述排气门中的一个或多个；以及
电液致动气门，其包括：
液压致动器中的一个，
进气气门或排气气门中的一个，
回位弹簧，连接在液压致动器和进气气门或排气气门之间，用于在液压致动器被去激励时辅助进气气门或排气气门返回关闭位置；
内部反馈系统，用于控制液压流体流动并因而控制液压致动器和进气气门或排气气门，
为二通电磁阀的第一电磁阀和第二电磁阀，以及为三通电磁阀的第三电磁阀，选择性地电控地致动第一、第二和/或第三电磁阀的组合，以分别允许来自第一、第三和第三液压流体轨道的液压流体流动，以控制液压致动器中的一个和进气气门或排气气门中的一个；
其中第一液压流体轨道包括低压轨道，第三液压流体轨道包括高压轨道，第二液压流体轨道包括介于低压轨道和高压轨道之间的中压轨道。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块缩短所述进气门打开的时段。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块延长所述进气门和排气门都打开的时段。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块缩短所述排气门打开的时段。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述爆震控制模块使所述排气门打开的时段提前，以使所述排气门较早地关闭。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，当与所述气缸对应的所述发动机爆震大于预定的爆震阈值时，所述爆震控制模块调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，最大制动扭矩(MBT)火花正时被命令。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述发动机是火花点火(SI)发动机和均质充量压缩点火(HCCI)发动机中的一种。
9.一种用于控制发动机的方法，包括：
基于与气缸对应的发动机爆震来调节所述气缸的进气门和排气门中的一个或多个打开的时段；以及
基于调节后的时段、利用一个或多个液压致动器控制所述进气门和所述排气门中的一个或多个；
其中，通过电液致动气门来实现调节和控制，所述电液致动气门包括：
液压致动器中的一个，
进气气门或排气气门中的一个，
回位弹簧，连接在液压致动器和进气气门或排气气门之间，用于在液压致动器被去激励时辅助进气气门或排气气门返回关闭位置；
内部反馈系统，用于控制液压流体流动并因而控制液压致动器和进气气门或排气气门，
为二通电磁阀第一电磁阀和第二电磁阀，以及为三通电磁阀的第三电磁阀，选择性地电控地致动第一、第二和/或第三电磁阀的组合，以分别允许来自第一、第三和第三液压流体轨道的液压流体流动，以控制液压致动器中的一个和进气气门或排气气门中的一个；
其中第一液压流体轨道包括低压轨道，第三液压流体轨道包括高压轨道，第二液压流体轨道包括介于低压轨道和高压轨道之间的中压轨道。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段包括缩短所述进气门打开的时段。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段包括延长所述进气门和排气门都打开的时段。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段包括缩短所述排气门打开的时段。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，缩短所述排气门打开的时段包括使所述排气门打开的时段提前，以使所述排气门较早地关闭。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括当与所述气缸对应的所述发动机爆震大于预定的爆震阈值时，调节所述气缸的所述进气门和所述排气门中的一个或多个打开的时段。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括命令最大制动扭矩(MBT)火花正时。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述发动机是火花点火(SI)发动机和均质充量压缩点火(HCCI)发动机中的一种。
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