CN103032178B - 内燃发动机及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机及控制方法，具体地，在本发明的一个示范实施例中，内燃发动机包括：设置在气缸内的活塞、被构造为控制进入气缸的空气流的阀以及与该阀连接以控制阀位置的致动器。内燃发动机还包括与致动器连接的控制器，其中该控制器被构造为当确定内燃发动机处于失控状态时关闭该阀。

Description

内燃发动机及控制方法
联邦研究声明
本发明是在由能源部资助的协议No.DE-FC26-05NT42415下做出的。美国政府享有本发明的部分权利。
技术领域
本发明涉及内燃发动机，更具体地涉及到一种用于阻止内燃发动机的非受控状态的方法。
背景技术
传统的内燃发动机通过凸轮轴控制供给到发动机气缸的空气量。吸气后，空气可以和燃料混合用于燃烧。对于柴油发动机来说，发动机速度(每分钟转或RPM)受到喷入气缸中用于燃烧的燃料量的控制。在空气/燃料混合物被点燃之后，燃烧气体通过排气阀排出气缸。
在实施例中，柴油发动机会经历非受控状态，其中操作者减少燃料吸入以给发动机减速，并且在气缸内油作为燃料被消耗。所述油可从与气缸流体连通的曲轴箱输送到气缸。特别地，管道或通气管供给到气缸以使曲轴箱通路。在该实施例中，流体比如空气和/或排气，可通过通气管将油雾从曲轴箱携带到进气空气中。额外于气缸中的燃料或替代所述燃料，发动机能通过该油雾运行，从而导致发动机速度增加，因为该油被作为额外的“燃料”。增加的发动机速度包括增加的活塞旋转，其能将更多的油雾从曲轴箱吸入到发动机中。在某些情况下，发动机到达油从曲轴箱被吸入并且切断进入气缸的燃料流将使发动机停止的状态。
发明内容
在本发明的一个示范实施例中，内燃发动机包括：设置在气缸内的活塞；被构造为控制进入所述气缸的空气流的阀；连接到所述阀以控制所述阀的位置的致动器。所述内燃发动机还包括与所述致动器联通的控制器，其中所述控制器被构造为当确定出所述内燃发动机的失控状态时关闭所述阀。
在本发明的另一个示范实施例中，用于阻止发动机失控状态的方法包括监视发动机气缸中的压力，并将所述压力与压力极限值进行比较。该方法还包括如果所述压力超过所述压力极限值，关闭设置在气缸中的空气进气阀，其中关闭空气进气阀减少曲轴箱和气缸之间的空气循环。
本发明还包括以下技术方案：
1.一种内燃发动机，包括：
设置在气缸内的活塞；
被构造为控制进入所述气缸的空气流的阀；
连接到所述阀以控制所述阀的位置的致动器；以及
与所述致动器联通的控制器，其中所述控制器被构造为当确定出所述内燃发动机的失控状态时关闭所述阀。
2.如方案1的内燃发动机，其特征在于，其包括被构造为确定所述气缸内压力的传感器。
3.如方案2的内燃发动机，其特征在于，所述失控状态对应于大于极限值的气缸压力。
4.如方案1的内燃发动机，其特征在于，所述气缸和曲轴箱流体连通。
5.如方案4的内燃发动机，其特征在于，处于关闭位置的所述阀减少所述气缸和所述曲轴箱之间的空气循环。
6.如方案1的内燃发动机，其特征在于，所述致动器包括液压致动器。
7.如方案1的内燃发动机，其特征在于，其包括多个气缸，其中每个气缸具有相应的阀和被构造为控制所述阀的位置以控制进入每个气缸的空气流的致动器。
8.一种用于阻止发动机的失控状态的方法，所述方法包括：
监视所述发动机中气缸的压力；
将所述压力与压力极限值进行比较；以及
如果所述压力超过所述压力极限值，则关闭设置在所述气缸中的空气进气阀，其中，关闭所述空气进气阀减少曲轴箱和所述气缸之间的空气循环。
9.如方案8的方法，其特征在于，关闭所述空气进气包括致动所述空气进气阀。
10.如方案9的方法，其特征在于，所述致动通过液压致动器来执行。
11.如方案8的方法，其特征在于，其包括关闭设置在发动机气缸上的多个空气进气阀。
12.一种用于阻止柴油发动机的失控状态的方法，所述柴油发动机具有设置在气缸内的活塞、设置在所述气缸中的空气进气阀、连接到所述空气进气阀的致动器、与所述致动器连接的控制器和与所述气缸流体连通的曲轴箱；所述方法包括：
确定柴油发动机的失控状态的发生；以及
当失控状态发生时，通过所述致动器关闭所述空气进气阀，其中关闭所述空气进气阀减少所述曲轴箱和所述气缸之间的空气循环。
13.如方案12的方法，其特征在于，确定所述柴油发动机的失控状态的发生包括通过设置在所述气缸内的传感器确定气缸压力。
14.如方案13的方法，其特征在于，所述失控状态对应于大于极限值的气缸压力。
15.如方案12的方法，其特征在于，所述致动器包括液压致动器。
16.如方案12的方法，其特征在于，所述柴油发动机包括多个气缸，每个气缸具有对应的空气进气阀和被构造为控制所述空气进气阀的位置的致动器，并且其中通过致动器关闭所述空气进气阀包括关闭所述多个气缸中每一个的空气进气阀。
通过下面结合附图对本发明进行的详细描述能容易明白上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
在下面对仅作为例子的实施例的详细说明中展现了其他特征、优点和细节，所述详细说明参考附图，其中：
图1是示范性内燃发动机系统的示意图；和
图2是可被包含在用于阻止内燃发动机失控状态的方法中的示范性框图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示范性的并且不是要限制本发明、其应用或使用。应理解，在整个附图中相应的附图标记标识相同或对应的部件和特征。如在这里所使用，术语控制器和模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或者固件程序的处理器(共用的、专用的、或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其他适合部件。在实施例中，控制器或模块可以包括一个或多个子控制器或子模块。
根据本发明的示范实施例，图1是内燃(IC)发动机系统100的一部分的示意图。IC发动机系统100包括内燃(IC)发动机102和控制器104。在实施例中，IC发动机102是柴油发动机。IC发动机102包括设置在气缸108内的活塞106。为了易于理解，只描述了单个气缸108，但是应当明白IC发动机102可以包括设置在多个气缸108内的多个活塞106，其中每个气缸108通过所示的布置接燃烧空气和燃料的组合物。燃烧空气/燃料混合物被燃烧，导致活塞106在气缸108内往复运动。活塞106的往复运动使曲轴箱130内设置的曲轴107旋转，以将原动力传递给车辆动力系(未示出)或在IC发动机102用于静态用途时传递给发电机或这种动力的其他静态接收器(未示出)。
空气/燃料混合物由通过空气进气口114接收的空气流116和燃料供给113比如燃料喷射器形成。阀110设置在空气进气口114内以控制空气进气口114与气缸108之间的空气的流体流动和流体联通。在示范实施例中，阀110的位置和对应的空气流116由与控制器104信号联通并受该控制器控制的致动器112控制。空气/燃料混合物燃烧之后，排气124经排气通道122从气缸流出。排气阀118连接到致动器120以控制气缸108和排气通道122之间的流体流动和联通。在实施例中，控制器104和致动器120联通以控制致动器120的运动。控制器104通过传感器128a-128n收集关于IC发动机102运行的信息，比如温度(进气系统、排气系统、发动机冷却剂、环境等等)、压力和排气流率，并使用该信息来监视和调节发动机运行。另外，控制器104控制流体从燃料喷射器113流入气缸108。控制器104还与可被构造为监视多个气缸参数比如压力或温度的传感器126信号联通。
曲轴箱130通过曲轴箱强制通风管道(PCV)132和气缸108的燃烧室131流体连通。管道132作为过量漏气压力和量的未燃烧燃料以及可以从活塞106周围逃逸的排气进入曲轴箱130的通道。这些气体的排出有助于减少气体经垫片、密封件或接头的泄漏，从而改善发动机运行。在实施例中，流体流134(例如气体比如空气、排气、未燃烧燃料等等)携带从曲轴箱130进入燃烧室131的少量的油，比如油雾。流过通道132的油可能引起IC发动机102的失控状态，其中所述油作为燃烧消耗的燃料。所述的IC发动机系统100的实施例通过控制进入气缸108的空气进气116降低失控状态的发生。
所示的IC发动机102可以被称为“无凸轮”发动机，其中燃料和空气的流动通过致动器112和120来控制，而不是通过凸轮的旋转。特别地，阀110和118的位置分别受到通过来自控制器104的信号所控制的致动器112和120控制。进气阀110和排气阀118可以是任何合适的用于控制流体流入流出气缸108的流控制设备，其中每个阀的升程或位置对应于进或出气缸108的流体连通水平。致动器112和120是任何合适的控制每个阀的位置的致动器。在实施例中，致动器112和120是被构造为通过阀110和118的线性致动来控制阀升程的液压致动器。在实施例中，电螺线管被连接到致动器112和120或者作为致动器112和120的一部分使得通过控制器104能致动。
控制器104被构造为通过监视一个或多个发动机运行参数确定IC发动机102的失控状态。例如，控制器104可以通过传感器126确定发动机压力，其中该压力与设定值或极限值相比较从而分辨出发动机的失控状态。所述极限值可以根据先前数据确定，比如通过动力仪测试或根据模拟估算。所述极限值可由针对一组条件比如所喷射的燃料量、大气条件和其他因素由控制器104确定。在实施例中，失控状态可以通过监测发动机加速或扭矩连同包括车辆重量和道路等级的其他参数来确定。
在一个实施例中，当IC发动机102的失控状态被确定时，控制器104限制空气进气116的气流通过进气阀110。控制器104发送命令或信号给致动器112关闭阀110。通过限制或切断通过阀110的空气流116，来自曲轴箱130的流体流134被减少或停止，其中减少吸入的空气量就减少了曲轴箱130和气缸108之间的流体连通和循环。另外，气缸108中空气的减少量使燃烧减缓或停止。IC发动机系统100可以使用任何合适的方法来限制或切断进入气缸108的空气流。在替换实施例中，阀，比如设置在空气进气口114中的节流阀，可以被构造为控制空气进气116到IC发动机102的多个气缸的流动。通过限制空气流116进入气缸108，发动机速度得到降低，从而阻止失控状态。
图2是可被包含在识别并阻止IC发动机系统100(图1)的失控状态的过程或方法中的块或步骤的示范图200。所述块可以由合适的模块、控制模块和/或控制器比如控制器104(图1)执行。在块202中，监视发动机的失控状态，可以包括监视任何合适的参数比如气缸压力或发动机速度以确定所述失控状态。在块204中，通过分析所监视的参数(例如气缸压力)或将其与极限值相比较来确定所述失控状态，其中参数大于极限值表示失控状态。所以，在块206中，如果确定了失控状态，则进入气缸108(图1)的空气进气或流被限制或切断，从而减缓或停止作为燃料的油在气缸内的燃烧。如果没有确定或识别到失控状态，则所述方法继续监视块202中用于失控状态的发动机参数。用于阻止或避免失控发动机状态的示范方法和设备降低发动机过高的运转速度。
虽然本发明已经参考示范实施例进行了描述，但是本领域技术人员应当明白在不脱离发明范围的前提下可以进行各种变化和其元素的等效替换。另外，可以进行许多改动以将具体情形或材料适应本发明的教导而不脱离发明本质范围。所以本发明不被限制为所披露的具体实施例，相反，本发明将包括落入发明范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种内燃发动机，包括：
设置在气缸中的活塞；
与所述气缸流体连通的曲轴箱；
被构造为控制进入所述气缸中的空气流的阀；
连接到所述阀以控制所述阀的位置的致动器；以及
与所述致动器联通的控制器，其中所述控制器被构造为当确定出所述内燃发动机的失控状态时关闭所述阀以减少曲轴箱和所述气缸之间的空气循环，所述失控状态由在所述曲轴箱和所述气缸之间的流体流以及因所述流体流到所述气缸中引起的燃烧所引起。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，其包括被构造为确定所述气缸内压力的传感器。
3.如权利要求2所述的内燃发动机，其特征在于，所述失控状态对应于大于极限值的气缸压力。
4.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，所述阀定位在气缸上。
5.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，所述致动器包括液压致动器。
6.如权利要求1所述的内燃发动机，其特征在于，其包括多个气缸，其中每个气缸具有相应的阀和被构造为控制所述阀的位置以控制进入每个气缸的空气流的致动器。
7.一种用于阻止发动机的失控状态的方法，所述方法包括：
监视所述发动机中气缸的压力；
将所述压力与压力极限值进行比较；
基于所述压力超过所述压力极限值确定所述气缸具有失控状态，所述失控状态由来自曲轴箱的流体的燃烧引起；以及
基于所确定的失控状态关闭设置在所述气缸中的空气进气阀，其中，关闭所述空气进气阀减少曲轴箱和所述气缸之间的空气循环。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，关闭所述空气进气包括致动所述空气进气阀。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述致动通过液压致动器来执行。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其包括关闭设置在发动机气缸上的多个空气进气阀。
11.一种用于阻止柴油发动机的失控状态的方法，所述柴油发动机具有设置在气缸内的活塞、设置在所述气缸中的空气进气阀、连接到所述空气进气阀的致动器、与所述致动器连接的控制器和与所述气缸流体连通的曲轴箱；所述方法包括：
确定柴油发动机的失控状态的发生，所述失控状态由在所述曲轴箱和所述气缸之间的流体流以及因所述流体流到所述气缸中引起的燃烧所引起；以及
当失控状态发生时，通过所述致动器关闭所述空气进气阀，其中关闭所述空气进气阀减少所述曲轴箱和所述气缸之间的空气循环。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，确定所述柴油发动机的失控状态的发生包括通过设置在所述气缸内的传感器确定气缸压力。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述失控状态对应于大于极限值的气缸压力。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述致动器包括液压致动器。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述柴油发动机包括多个气缸，每个气缸具有对应的空气进气阀和被构造为控制所述空气进气阀的位置的致动器，并且其中通过致动器关闭所述空气进气阀包括关闭所述多个气缸中每一个的空气进气阀。
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