CN103016165B - 均匀点火无凸轮发动机的同时点火两个气缸 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及均匀点火无凸轮发动机的同时点火两个气缸。阀控制系统包括确定发动机速度和所需发动机停止位置的发动机速度控制模块。基于所需的发动机停止位置，活塞位置模块确定第一活塞的所需的停止位置。阀控制模块，其接收所需的停止位置，如果发动机速度小于预定停车阈值命令一组阀在所需的停止位置关闭，并且如果发动机速度大于预定停车阈值命令该组阀减小发动机速度。

Description

均匀点火无凸轮发动机的同时点火两个气缸
政府权利的声明
本发明是按照与能源部（DoE）的美国政府合约No.DE-FC26-05NT42415作出的。政府对本发明具有某些权力。
技术领域
本申请涉及一种内燃机并且更特别地涉及在具有可变阀致动（VVA）的发动机中控制阀位置和点火顺序。
背景技术
在此提供的背景描述通常是介绍本发明的上下文的目的。本发明署名的发明人的工作，背景技术部分描述的程度以及在提交时不构成现有技术的说明书的方面，既不清楚地又不隐含地被认为是本发明的现有技术。
内燃机在气缸内燃烧空气和燃料混合物以驱动活塞。仅仅是示例性的，汽油燃烧发动机中，空气流动可以经由节气门主体或直接地由气缸的进气和排气阀调节。燃料控制系统调节燃料喷射的率以提供所需的空气/燃料（A/F）混合物至气缸。
活塞通过移动至上死点（TDC）位置压缩A/F混合物。A/F混合物然后由火花点燃，其推动活塞至下死点（BDC）位置。燃烧的气体通过排气阀排出并且当活塞返回到TDC位置时排出发动机。当活塞移动到BDC位置时A/F混合物吸入到气缸。
发明内容
阀控制系统包括确定发动机速度和所需发动机停止位置的发动机速度控制模块。基于所需的发动机停止位置，活塞位置模块确定第一活塞的所需的停止位置。阀控制模块，其接收所需的停止位置，如果发动机速度小于预定停车阈值命令一组阀在所需的停止位置关闭，并且如果发动机速度大于预定停车阈值命令该组阀减小发动机速度。
在其它特征中，双活塞点火系统包括确定气缸点火次序的燃烧模块。活塞控制模块确定在气缸点火次序中的第一气缸和在气缸点火次序中的第二气缸。阀控制模块命令第一和第二气缸的各自的进气阀至打开位置。燃料控制模块命令燃料量至第一和第二气缸。火花控制模块命令火花至第一和第二气缸。第一和第二气缸在第一燃烧事件中同时点火。
从以下提供的详细说明中本公开进一步的应用范围将会变得显而易见。应当理解，详细说明和具体例子仅仅是示例性的并且并不旨在限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种阀控制系统，包括：
发动机速度控制模块，其确定发动机速度和所需的发动机停止位置；
活塞位置模块，其基于所需的发动机停止位置确定第一活塞的所需的停止位置；
阀控制模块，其接收所需的停止位置，如果发动机速度小于预定停车阈值，阀控制模块命令一组阀在所需的停止位置关闭，并且如果发动机速度大于预定停车阈值，阀控制模块命令该组阀减小发动机速度。
2. 如方案1所述的阀控制系统，其特征在于，在命令发动机停车后确定活塞的所需的停止位置。
3. 如方案2所述的阀控制系统，其特征在于，如果发动机速度小于预定停车阈值，发动机速度控制模块确定活塞的所需的发动机停止位置。
4. 如方案2所述的阀控制系统，其特征在于，如果发动机速度大于预定停车阈值，发动机速度控制模块确定滑行曲线。
5. 如方案4所述的阀控制系统，其特征在于，阀控制模块接收来自发动机速度控制模块的发动机速度并且确定为发动机速度的函数的所需的阀提升。
6. 如方案5所述的阀控制系统，其特征在于，阀控制模块命令所需的阀提升以减小发动机速度。
7. 如方案2所述的阀控制系统，其特征在于，活塞位置模块确定来自曲轴位置传感器的活塞的位置。
8. 一种双活塞点火系统，包括：
燃烧模块，其确定气缸点火次序；
活塞控制模块，其确定在气缸点火次序中的第一气缸和在气缸点火次序中的第二气缸；
阀控制模块，其命令第一和第二气缸的各自的进气阀至打开位置；
燃料控制模块，其命令至第一和第二气缸的燃料量；以及
火花控制模块，其命令火花至第一和第二气缸，其中第一和第二气缸在第一燃烧事件中同时点火。
9. 如方案8所述的双活塞点火系统，其特征在于，当第一和第二气缸同时地点火时，第一气缸中的第一活塞和第二气缸中的第二活塞在从上死点位置的预定范围内。
10. 如方案9所述的双活塞点火系统，其特征在于，在第一燃烧事件后阀控制模块命令第一和第二气缸的排气阀至打开位置。
11. 如方案10所述的双活塞点火系统，其特征在于，在命令排气阀至打开位置后燃烧模块根据气缸点火次序点火剩余气缸，并且其中第一气缸和第二气缸中的一个在气缸点火次序的第一旋转中不点火。
12. 如方案11所述的双活塞点火系统，其特征在于，在气缸点火次序的第一旋转后燃烧模块继续点火第一气缸和第二气缸中的一个。
13. 如方案8所述的双活塞点火系统，其特征在于，如果自从命令发动机起动全部气缸没有点火，燃烧模块同时地点火第一和第二气缸。
14. 如方案13所述的双活塞点火系统，其特征在于，如果自从命令发动机起动第一气缸之前已经点火，燃烧模块以气缸点火次序点火下一气缸。
15. 一种阀控制方法，包括：
确定发动机速度和所需的发动机停止位置；
基于所需的发动机停止位置确定第一活塞的所需的停止位置；
如果发动机速度小于预定停车阈值命令一组阀在所需的停止位置关闭，并且如果发动机速度大于预定停车阈值命令该组阀减小发动机速度。
16. 如方案15所述的阀控制方法，其特征在于，在命令发动机停车后确定活塞的所需的停止位置。
17. 如方案16所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括如果发动机速度小于预定停车阈值，确定活塞的所需的发动机停止位置。
18. 如方案16所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括如果发动机速度大于预定停车阈值确定滑行曲线。
19. 如方案18所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括确定作为发动机速度的函数的所需的阀提升。
20. 如方案19所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括命令所需的阀提升以减小发动机速度。
21. 如方案16所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括确定来自曲轴位置传感器的活塞的位置。
22. 一种双活塞点火方法，包括：
确定气缸点火次序；
确定在气缸点火次序中的第一气缸和在气缸点火次序中的第二气缸；
命令第一和第二气缸的各自的进气阀至打开位置；
命令至第一和第二气缸的燃料量；以及
命令火花至第一和第二气缸，其中第一和第二气缸在第一燃烧事件中同时点火。
23. 如方案22所述的双活塞点火方法，其特征在于，当第一和第二气缸同时地点火时，第一气缸中的第一活塞和第二气缸中的第二活塞在上死点位置的预定范围内。
24. 如方案23所述的双活塞点火方法，其特征在于，其还包括在第一燃烧事件后命令第一和第二气缸的排气阀至打开位置。
25. 如方案24所述的双活塞点火方法，其特征在于，其还包括在命令排气阀至打开位置后根据气缸点火次序点火剩余气缸，并且其中第一气缸和第二气缸中的一个在气缸点火次序的第一旋转中不点火。
26. 如方案25所述的双活塞点火方法，其特征在于，其还包括在气缸点火次序的第一旋转后继续点火第一气缸和第二气缸中的一个。
27. 如方案22所述的双活塞点火方法，其特征在于，其还包括如果自从命令发动机起动全部气缸没有点火，同时地点火第一和第二气缸。
28. 如方案27所述的双活塞点火方法，其特征在于，其还包括如果自从命令发动机起动第一气缸之前已经点火，以气缸点火次序点火下一气缸。
附图说明
从详细说明和附图中本发明将会变得更完全地理解，其中：
图1是根据本发明的发动机组件的示意图；
图2是根据本发明实施阀控制系统的控制模块的示意图；
图3是根据本发明实施双活塞点火系统的控制模块的示意图；
图4是根据本发明的方法的阀控制的流程图；以及
图5是根据本发明的方法的双活塞点火方法的流程图。
具体实施方式
以下的描述实际上仅仅是示例性的并且不以任何方式限制本发明，其应用或使用。为了清楚，在附图中将使用相同的参考符号以识别相似的元件。如在此使用的，术语A，B以及C中的至少一个应当解释为使用非唯一的逻辑或表示逻辑（A或B或C）。应当理解在不改变本发明的原理的情况下，方法中的步骤可以以不同顺序执行。
如在此使用的，术语模块可以涉及，属于，或包括专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享，专用，或群组）；提供上述功能的其它适当的部件；或上述一些或全部的组合，例如在片上系统中。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器（共享，专用，或群组）。
如以上使用的术语代码，可以包括软件，固件，和/或微代码，并且可以涉及程序，例程，功能，分类，和/或目标。如以上使用的术语共享意思是来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享）处理器执行。此外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享）存储器存储。如以上使用的术语群组意思是来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器或一组执行引擎执行。例如，处理器的多个核和/或多个线程可以被认为是执行引擎。在各种实施例中，执行引擎可以并联处理器，并联个处理机，以及并联在多个位置的处理器的群组，例如在并行处理布置中的多个服务器。此外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器存储。
在此描述的设备和方法可以由通过一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序实施。计算机程序包括存储在非临时的有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据。非临时的有形的计算机可读介质的非限制的例子是非易失存储器，磁存储器，以及光存储器。
本发明的阀控制系统在发动机停车期间控制活塞的停止位置并且存储活塞位置的地点。因此，在发动机重新启动时，两个或多个活塞的喷射器可以同时点火以减少起动时间和开动时间（例如，在包括自动启动发动机的车辆中）。尽管应当理解根据本发明的原理超过两个活塞可以同时点火，但为简单起见包括同时点火的两个活塞的布置将整个作为参考。
参照图1，示意地示出了发动机10。发动机10可以包括限定多个气缸14的发动机缸体12和限定进气口16和排气口18的气缸盖。发动机10还可以包括活塞20，进气阀22，排气阀24，火花塞26，和燃料喷射器28。活塞20位于气缸14中并且与曲轴30接合。进气阀22位于进气口16中并且排气阀24位于排气口18中。火花塞26和燃料喷射器28与气缸14连通。尽管发动机10可以包括多个气缸14，但仅仅为了示出，示出了单个代表性的气缸。仅仅是示例性的，发动机10可以包括2，3，4，5，6，8，10和/或12个气缸14。应当理解，本发明同样地应用到任意数目的活塞-气缸布置以及各种发动机结构中，包括，但并不限于直列的，V结构和水平对置布置。在该非限制的示例中，燃料喷射器与气缸连通，形成直喷布置。然而，应当理解本发明并不限于直喷应用并且还可以应用到口喷射布置中。发动机还包括曲轴位置传感器32，进气温度传感器34，进气压力传感器36，质量空气流量传感器38，和发动机冷却剂温度传感器42。
控制模块44可以采用增加车辆的燃料效率的自动启动/停止系统。控制模块通过在发动机运行时有选择地切断发动机10而增加燃料效率。控制模块44可以有选择地开始发动机10的自动停止事件和自动启动事件。自动停止事件包括当满足一个或多个预定启动标准时和当没有命令车辆停车时（例如，当点火开关在打开位置）切断发动机10。在自动停止事件期间，例如，控制模块44可以停止发动机10并且不提供燃料至发动机10，以增加燃料经济性（通过降低燃料消耗）。尽管在自动停止事件期间发动机10停止，控制模块44可以有选择地开始自动启动事件。自动启动事件可以包括，例如，启动燃料和启动火花的提供以启动发动机10。
控制模块44可以采用具有可变阀致动（VVA）系统的发动机10中的阀控制系统。VVA系统能够在除预定的打开和关闭时间外的时间调节（例如，打开和/或关闭）进气阀。VVA系统的示例性类型可以包括，例如，提前进气阀关闭（EIVC）系统，延迟进气阀关闭（LIVC）系统，双独立凸轮相位（DICP）系统，无凸轮VVA系统以及其它适当的VVA系统。在美国专利No.6,886,510中公开了示例性的无凸轮VVA系统，其在此结合全部作为参考。
现在参考图2，控制模块44包括阀控制模块46，发动机速度控制模块48和活塞控制模块50。发动机速度控制模块48接收来自曲轴位置传感器32的信号并且确定以每分钟转动（RPM）为单位的当前发动机速度。发动机速度控制模块48将当前发动机速度与预定停车阈值进行比较。预定停车阈值设定在预定范围内（例如，在20和50 RPM之间）。如果当前发动机速度高于预定停车阈值，发动机速度控制模块48确定滑行曲线以减慢发动机并且输出滑行曲线至阀控制模块46。滑行曲线估计变量，例如来自质量空气流量传感器38的空气流量和来自曲轴位置传感器32的发动机速度，以确定最佳曲线以以所需速率减慢发动机10至停止。如果当前发动机速度低于预定停车阈值，发动机速度控制模块48确定所需的发动机停止位置并且将发动机停止位置通信至活塞控制模块50。当发动机10停止时，所需发动机停止位置对应于两个选择的活塞20的所需上死点（TDC）停止位置。
曲轴位置传感器32提供表示曲轴位置的信号至活塞控制模块50。活塞控制模块50基于曲轴30位置确定活塞20位置。活塞控制模块50接收来自发动机速度控制模块48的所需发动机停止位置。基于所需发动机停止位置和当前活塞位置，活塞控制模块50确定第一活塞20的停止位置并且将第一活塞20的停止位置通信至阀控制模块46。其余活塞20的停止位置可以相对于第一活塞20的位置固定。
阀控制模块46接收来自发动机速度控制模块48的当前发动机速度和滑行曲线，并且接收来自活塞控制模块50的停止位置。阀控制模块46基于发动机速度，滑行曲线，和停止位置有选择地减慢发动机速度和/或停止发动机。例如，如果当前发动机速度大于预定停车阈值，阀控制模块46根据滑行曲线命令对应于选择的活塞20的一组阀22，24以减慢发动机速度。为了以所需速率将发动机10减慢至停止，阀控制模块46基于滑行曲线确定为发动机速度函数的所需的阀提升。如果当前发动机速度小于预定停车阈值或阀控制模块46将发动机速度减慢至小于预定停车阈值，阀控制模块46命令阀22，24将发动机停止在所需的发动机位置。阀控制模块46命令阀提升和阀正时以作为可变空气挡板并且提供降低发动机速度的发动机制动力。
参照图3，控制模块44可以包括如图2中描述的阀控制模块46和活塞控制模块50，燃烧模块52，燃料控制模块54，和火花模块56。燃烧模块52接收来自发动机传感器51的信号（仅仅是示例性的，发动机传感器表示发动机打开情况）并且确定当发动机10启动时气缸点火次序。燃烧模块52将点火次序通信至活塞控制模块50，阀控制模块46，火花模块56，和燃料控制模块54。
曲轴位置传感器32提供表示曲轴位置（即，曲轴的转动位置）的信号至活塞控制模块50。活塞控制模块50基于曲轴位置确定活塞位置。活塞控制模块50还由从燃烧模块52通信至活塞控制模块50的点火次序确定是否任意两个活塞20在上死点（TDC）位置（例如，在TDC位置的预定范围内）。仅仅是示例性的，预定范围在TDC位置之前六度与之后六度之间。容纳位于预定范围内的两个活塞的气缸在气缸点火次序中将为第一和第二气缸。活塞控制模块50将识别在TDC位置中的两个活塞20的信息通信至燃料控制模块54，火花模块56和阀控制模块46。
阀控制模块46接收来自燃烧模块52的气缸点火次序和来自活塞控制模块50的TDC位置中的活塞的位置并且对应于这些信号命令进气及排气阀至打开和关闭位置。阀控制模块46与火花模块56和燃料控制模块54通信以将阀提升和正时与每个气缸14的燃料和活化匹配。
燃料控制模块54接收来自燃烧模块的气缸点火次序和来自活塞控制模块50的TDC位置中的活塞20的位置并且命令燃油供给至在TDC位置中的两个活塞。阀控制模块46与火花模块56和阀控制模块46通信以将燃油供给与每个气缸14的点火正时和阀提升和正时匹配。
火花模块56接收来自燃烧模块52的气缸点火次序和来自活塞控制模块50的TDC位置中的活塞20的位置并且命令在TDC位置中的两个活塞20的火花塞正时。火花模块56与燃料控制模块54和阀控制模块46通信以将点火正时与每个气缸14的燃油供给和阀提升和正时进行匹配。
现在参照图4，示出了用于阀控制系统的阀控制方法110。在112，方法110命令发动机关闭。命令关闭可以或者对应于钥匙关闭位置或自动停止命令。发动机停车情况可以通常对应于气缸14内的活塞20是固定的。发动机的发动机可以通常对应于气缸14内的活塞20由气缸14内的燃烧事件推动。
在114，方法110确定当前发动机速度。如果发动机速度超过预定停车阈值，方法110转到116。在116，确定了滑行曲线以减小发动机速度。在118，方法110确定作为发动机速度的函数的阀提升。在120，方法110命令所需的阀提升以减小发动机速度。在114，重新估计发动机速度。如果发动机速度又超过停车阈值，在116确定滑行曲线，在118确定阀提升，并且在120命令阀提升以在此减小发动机速度。该循环重复直到发动机速度小于停车阈值为止。
如果，在114，发动机速度小于停车阈值，则方法转到122。在122，方法110确定所需发动机停止位置。确定第一活塞20的停止位置并且剩余活塞的位置相对于第一活塞20的位置固定。在124，全部可应用的阀22，24将定时在所需的发动机停止位置关闭。在126，阀关闭。
现在参照图5，示出了用于控制的气缸点火系统的双活塞点火方法210。发动机10命令在212打开。在214，方法210确定由于发动机在工作状态，是否气缸14中的燃料喷射器28已经点火。如果气缸14中的燃料喷射器28已经点火，方法210继续至216。在216，在下一气缸14中的燃料喷射器28按顺序点火。方法210然后终止。如果气缸14中的燃料喷射器28没有点火，方法210继续至218。在218，确定位于TDC位置中的以点火次序的开始两个活塞20。在220，位于进气冲程的TDC的活塞的第一冲程中进气22和排气阀24切换。在222，为了点火相对相位的气缸的阀提升和正时，燃油供给，和点火正时配对在一起。在224，气缸14中的燃料喷射器28点火。方法210回到214并且在发动机工作状态后估计是否气缸14中的燃料喷射器28已经点火。方法210确定气缸14中的燃料喷射器28已经点火并且方法210转到216并且按序顺序点火下一气缸14的喷射器28。方法210然后终止。
发动机然后继续工作。剩余气缸14中的燃料喷射器28以正确的气缸点火次序点火，除第二气缸跳过外，因为第二气缸中的燃料喷射器28与第一气缸一起在第一点火事件中点火。当发动机10完成第一点火循环时，发动机10继续正常的发动机点火旋转。
本发明最宽泛的教导可以以各种形式实施。因此，尽管该公开包括具体的例子，但本公开的真实范围将不会受到限制，因为在对附图，说明书，以及随后的权利要求的学习后其它的修改对于本领域技术人员将会变得显而易见。

Claims (14)

1.一种阀控制系统，包括：
发动机速度控制模块，其确定发动机速度和所需的发动机停止位置；
活塞位置模块，其基于所需的发动机停止位置确定第一活塞的所需的停止位置；
阀控制模块，其接收所需的停止位置，如果发动机速度小于预定停车阈值，阀控制模块命令对应于第一活塞的一组阀在所需的停止位置关闭，并且如果发动机速度大于预定停车阈值，阀控制模块命令该组阀减小发动机速度。
2.如权利要求1所述的阀控制系统，其特征在于，在命令发动机停车后确定活塞的所需的停止位置。
3.如权利要求2所述的阀控制系统，其特征在于，如果发动机速度小于预定停车阈值，发动机速度控制模块确定活塞的所需的发动机停止位置。
4.如权利要求2所述的阀控制系统，其特征在于，如果发动机速度大于预定停车阈值，发动机速度控制模块确定滑行曲线。
5.如权利要求4所述的阀控制系统，其特征在于，阀控制模块接收来自发动机速度控制模块的发动机速度并且确定为发动机速度的函数的所需的阀提升。
6.如权利要求5所述的阀控制系统，其特征在于，阀控制模块命令所需的阀提升以减小发动机速度。
7.如权利要求2所述的阀控制系统，其特征在于，活塞位置模块确定来自曲轴位置传感器的活塞的位置。
8.一种阀控制方法，包括：
确定发动机速度和所需的发动机停止位置；
基于所需的发动机停止位置确定第一活塞的所需的停止位置；
如果发动机速度小于预定停车阈值命令对应于第一活塞的一组阀在所需的停止位置关闭，并且如果发动机速度大于预定停车阈值命令该组阀减小发动机速度。
9.如权利要求8所述的阀控制方法，其特征在于，在命令发动机停车后确定活塞的所需的停止位置。
10.如权利要求9所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括如果发动机速度小于预定停车阈值，确定活塞的所需的发动机停止位置。
11.如权利要求9所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括如果发动机速度大于预定停车阈值确定滑行曲线。
12.如权利要求11所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括确定作为发动机速度的函数的所需的阀提升。
13.如权利要求12所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括命令所需的阀提升以减小发动机速度。
14.如权利要求9所述的阀控制方法，其特征在于，其还包括确定来自曲轴位置传感器的活塞的位置。
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