CN104912700A - 用于发动机的可变进气流动装置及其诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括VCM装置及其使用方法，其在发动机燃烧室中制造滚流，同时，通过适当地诊断故障条件，如翼片的变形和连接翼片到VCM促动器的连杆的损坏，无需在翼片附近安装额外传感器，压缩了发动机制造的成本。

Description

用于发动机的可变进气流动装置及其诊断方法

技术领域

本发明涉及可变进气流动(VCM，variable charge motion)装置，且更具体地，涉及对用于控制发动机的吸入流量的可变进气流动装置的故障进行的诊断。

背景技术

可变进气流动(VCM)装置使发动机中的吸入空气形成滚流，以促进燃烧室内空气和燃料的混合，提高发动机的燃烧性能。滚流是一种湍流的类型，其可发现于空气和燃料引入口之上发动机的燃烧汽缸中，且通常由湍流描述有关圆周轴。

图1和图2根据本发明示出示例性VCM装置的部件，其根据现有技术安装到典型的进气歧管1。在图中，进气歧管1可包括翼片3，该翼片被安装到邻近安装有进气歧管1的发动机的部分，且进气歧管1经由连杆7连接到VCM促动器5以旋转翼片3；图3单独示出翼片3。

为了更容易地控制形成在燃烧室中的滚流，翼片3可优选地安装在燃烧室附近。如图所示，翼片3可安装到邻近安装有进气歧管1的发动机的部分。具体地，由于邻近发动机的位置靠近其它部件附近且为大致狭窄的空间，VCM促动器5示出安装在与翼片3空间隔开的位置处，但足够接近以从VCM促动器5传递操作力到翼片3。另外，由于空间隔开的取向，连杆7可连接VCM促动器5到翼片3，如图所示和如上所述。

图4概念性地示出控制器9例如发动机控制单元(ECU)可配置为驱动如上所述的VCM装置。在如上所述的VCM装置的配置中，VCM促动器5可包括配置为产生操作力以供应到翼片3的电动机11，且控制器9可配置为使用来自电动机位置传感器13的信号确定用于电动机11的运行角度，其可设置在电动机内且可配置为根据电动机的运行位置间接识别翼片3的旋转角度。

响应于故障的确定(例如，由连杆7的损坏、翼片3的变形等引起)，电动机11的运行角度可能会不适当地调整翼片3的旋转角度。因此，传感器可能另外需要配置为检测翼片3位置。此类传感器可安装为与翼片3靠近，但此类额外传感器的使用可增加与制造发动机相关的成本。另外，由于在发动机布局上的局限性，在临近翼片的位置上安装传感器是困难的。

已提供现有技术所描述的问题，仅用于帮助理解本发明的背景，而不应视为与本领域技术人员已知的现有技术一致。

发明内容

本发明提供用于发动机的可变进气流动(VCM)装置和能够稳定地实施VCM装置的适当功能的诊断方法，同时通过诊断故障条件，如翼片的变形或连接翼片到VCM促动器的连杆的损坏，无需邻近安装到翼片的额外传感器，抑制有关制造发动机的成本增加。

根据本发明的示例性实施例，用于发动机的VCM装置可包括：翼片，其配置为可旋转地安装在进气歧管内，以在燃烧室中制造滚流；连杆，其配置为传递操作力以旋转翼片；VCM促动器，其包括配置为产生经由连杆传递到翼片的操作力的电动机；和控制器，其配置为操作VCM促动器，其中电动机的运行范围超过翼片在进气歧管内正常转动的整体旋转范围，且也超过翼片的整体旋转范围的两个界限值。另外，VCM促动器可配置为包括电动机位置传感器，其配置为在超过翼片整体旋转范围两个界限值的电动机的运行范围中检测电动机的运行位置，以提供检测到的位置给控制器。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供用于发动机VCM装置的诊断方法。VCM装置可配置为包括翼片，其安装在进气歧管内以在预定旋转范围内旋转来产生滚流，电动机可设置在VCM促动器内，其配置为驱动翼片，和配置为检测电动机的运行位置且传送电动机的运行位置给控制器的电动机位置传感器。诊断方法可包括：通过控制器接收由电动机位置传感器所检测到的电动机的运行位置；通过控制器比较电动机的输入运行位置是否偏离翼片的正常旋转范围；以及响应于电动机的运行位置偏离翼片的正常旋转范围的确定，通过控制器确定VCM装置发生了故障。

附图说明

结合附图，从以下详细描述，将更清楚地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点，其中：

图1是示例性图，其示出根据本发明示例性实施例的VCM装置；

图2是从图1的方向II观察的示例性图，且是连接进气歧管侧面的发动机缸体的详图(根据本发明的示例性实施例)；

图3是示例性图，其单独示出图2的翼片；

图4是示例性概念图，其示出根据本发明示例性实施例的VCM装置的整体配置；

图5是根据本发明示例性实施例的翼片的旋转角度和电动机的运行范围的示例性概念图；

图6是示例性框图，其示出根据本发明示例性实施例的控制器；和

图7是示例性流程图，其示出根据本发明示例性实施例的发动机VCM装置的诊断方法。

具体实施方式

应当理解，如本文中使用的术语“车辆”或“车”或其他相似的术语包括机动车辆，通常例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用汽车的客运汽车，包括各种船艇和舰船等的船只，航空器，以及包括混合动力车、电动车、插件混合动力车、氢动力车和其他替代燃料汽车(比如来自于非石油资源的燃料)。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，通过一个或多个模块也可以执行示例性过程。另外，术语控制器/控制单元应被理解为指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成储存模块，并且处理器被具体地配置成执行所述的模块从而执行在下文进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可被实施为在计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质，其中计算机可读介质包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘只读存储器(CD-ROMs)、磁带、软盘、闪存、智能卡和光数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中从而计算机可读介质以分布式方式储存和执行，比如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)。

本文使用的术语只是为了描述特殊实施例，并非旨在限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则如本文使用的单数形式“一/一个”和“该”也包括复数形式。应当进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”限定了特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但不排除其中一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或集合的存在或添加。如本文使用的术语“和/或”包括相关列出项的一个或多个的任何和全部组合。

除非特别阐明或者从上下文显而易见，否则如本文使用的术语“约”被理解为在本领域中正常耐受性范围内，例如在平均值的2标准差之内。“约”可以被理解为在值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文另有明晰，本文提供的所有数值由术语“约”来修饰。

参考图1至图6，根据本发明示例性实施例用于发动机的VCM装置可包括：翼片3，其配置为可旋转地安装在进气歧管1内以在燃烧室中制造滚流；连杆7，其配置为传递操作力以旋转翼片3；VCM促动器5，其包括配置为产生操作力以经由连杆7传递到翼片3的电动机11；和控制器9，其配置为操作VCM促动器5。

根据本发明的示例性实施例，电动机的运行范围可超过整体旋转范围，在该整体旋转范围内，翼片3在进气歧管1内可正常旋转。电动机的运行范围也可超过翼片3整体旋转范围的两个界限值。此类界限值可包括在第一旋转方向上(例如，顺时针方向)的第一界限值，和在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上(例如，逆时针方向)的第二界限值。VCM促动器5可包括配置为在电动机的运行范围内检测电动机的运行位置的电动机位置传感器13，其中电动机的运行范围超过翼片3的整体旋转范围的两个界限值，以提供检测到的电动机的运行位置给控制器9。换言之，根据本发明的示例性实施例，电动机的运行范围可设置为包括翼片3的整体正常旋转范围，且包括超过翼片旋转范围上限和下限的旋转范围和电动机的运行位置，在整个范围内，可由电动机位置传感器13来检测。

当由电动机位置传感器13所提供的电动机运行位置相当于偏离翼片3整体正常旋转范围的位置时，控制器9可配置为确定VCM装置的故障。例如，如图6中所示，控制器9可配置为从电动机位置传感器13接收用于电动机运行位置的信号。控制器可包括存储器，其配置为存储有关电动机正常运行范围的数据，包括超过翼片3整体正常旋转范围的电动机运行范围，和比较确定器，其配置为比较电动机的运行位置是否偏离存储在存储器中的电动机的正常运行范围，以确定VCM装置是否发生了故障。电动机位置传感器13可包括多个各种传感器的任何一个，如分压计，其配置为测量在响应于电动机运行位置上的变化所产生的输出电压大小上的变化。

图5示出在本发明示例性实施例中的进一步细节。翼片3正常旋转的整体旋转范围可受第一止动件P1和第二止动件P2的限制。另外，电动机的整体运行范围可受第三止动件P3和第四止动件P4的限制。应当理解，翼片的正常旋转范围包括在其中既没有翼片3，也没有连杆7，也没有其他部件被损坏的状态下的旋转范围。如图所示，第一止动件P1和第二止动件P2可由进气歧管1的壁面、从进气歧管1伸出的单独突出、翼片3等来实施。因此，第一止动件P1和第二止动件P2可通过限制翼片3在进气歧管1内适当范围旋转以制造燃烧室中滚流的机械配置来实施。

第三止动件P3和第四止动件P4可为安装在VCM促动器5内以限制电动机可操作的范围的机械配置。在电动机操作(旋转)范围中，第一止动件P1和第二止动件P2的位置在第三止动件P3和第四止动件P4的位置之间。电动机的运行位置可包括在第一止动件P1和第二止动件P2之间的间隔(例如，相当于翼片3的正常运行范围)，以及在第一止动件P1和第三止动件P3之间的间隔，和在第二止动件P2和第四止动件P4之间的间隔。

作为电动机位置检测操作的实例，电动机位置传感器13可配置为当电动机的运行位置定位在第三止动件P3处时输出V1电压，当电动机的运行位置定位在第一止动件P1处时输出V2电压，当电动机的运行位置定位在第二止动件P2处时输出V3电压，和当电动机的运行位置定位在第四止动件P4处时输出V4电压，且电动机位置传感器13的输出值可具有V1<V2<V3<V4的关系。此外，控制器9可配置为当电动机位置传感器13的输出值在V1和V2之间或V3和V4之间时，确定VCM装置发生故障。控制器可配置为当电动机位置传感器13的输出值在V2和V3之间时，确定VCM装置处于正常状态或操作下(例如，无故障)。

此外，本发明的示例性实施例允许有与V1、V2、V3和V4比较的电动机位置传感器的输出值，分别在邻近于V1、V2、V3和V4的预定范围内。当确定V1、V2、V3和V4在这些范围内时，VCM装置不可确定为具有故障(可确定为处于正常状态)。此类示例性实施例允许当检测电动机位置时存在机械误差。供参考，图5示出翼片的整体正常旋转范围，其由受第一止动件P1和第二止动件P2限制的角度A1表示，和电动机的整体运行范围，其由受第三止动件P3和第四止动件P4限制的角度A2表示，其中A1<A2。

参考图6，根据本发明的示例性实施例，用于VCM装置的诊断方法，该VCM装置包括安装在进气歧管1内且可在预定旋转范围内旋转以产生滚流的翼片3，设置在配置为驱动翼片3的VCM促动器5内的电动机11，和配置为检测电动机运行位置的电动机位置传感器13，诊断方法可包括：通过控制器接收由电动机位置传感器13所检测到的电动机运行位置(S10)；通过控制器比较电动机运行位置是否偏离翼片3的正常旋转范围(S20)；和通过控制器响应于确定电动机运行位置偏离了翼片3的正常旋转范围，确定VCM装置发生了故障(S30)。

如上所述，电动机位置传感器13可配置为检测电动机运行位置的范围可包括，翼片3的整体正常旋转范围和超过翼片3旋转范围的两个界限值的范围。换言之，电动机的运行位置可在翼片旋转的正常范围内被检测，如图5中角度A1所示，以及超出角度A1的旋转范围内，如超出角度A1的角度A2的部分所示。同时，在电动机位置的比较(S20)中，控制器可配置为确定电动机的运行位置是否偏离翼片3旋转范围界限值的任一个(例如，顺时针方向的界限值和逆时针方向的界限值)。在故障的确定(S30)中，VCM装置的故障可响应于确定电动机的运行位置偏离翼片3旋转范围界限值的任一个来造成。换言之，当VCM装置的翼片3是变形的或连接VCM促动器5到翼片3的连杆7是变形的或损坏的时，VCM促动器5的电动机可在偏离翼片3正常旋转范围的每一点上旋转，且当检测到此类条件时，控制器9可配置为确定VCM装置发生了故障。因此，VCM装置故障可不需用于确认翼片3是否在旋转的正常范围内操作的单独安装的传感器而被诊断。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，能够更稳定地实施VCM装置的适当功能，同时通过诊断故障条件，如与VCM翼片的变形或连接翼片到VCM促动器的连杆的损坏有关的那些条件，不在翼片附近添加传感器，抑制发动机制造成本的增加。

本发明已参考其示例性实施例进行详细描述。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求和等价物限定的本发明的原理和精神的范围的情况下，这些示例性实施例可做出改变。

Claims (9)

1.一种发动机的可变进气流动(VCM)装置，其包括：

翼片，其配置为可旋转地安装在进气歧管内以在燃烧室中制造滚流；

连杆，其配置为传递操作力以旋转所述翼片；

VCM促动器，其包括配置为产生经由所述连杆传递到所述翼片的所述操作力的电动机；和

控制器，其配置为操作所述VCM促动器，

其中所述电动机的运行范围超过所述进气歧管内所述翼片的整体正常旋转范围和所述翼片的整体旋转范围的两个界限值，和

其中所述VCM促动器配置为包括电动机位置传感器，该电动机位置传感器配置为：

在超过所述翼片的整体旋转范围的两个界限值的所述电动机的运行范围内，检测所述电动机的运行位置；和

向所述控制器传送检测到的所述电动机的运行位置。

2.根据权利要求1所述的VCM装置，其中所述控制器进一步配置为响应于所述电动机位置传感器传送的、偏离所述翼片的整体正常旋转范围的所述电动机的运行位置，确定所述VCM装置发生了故障。

3.根据权利要求1所述的VCM装置，其中所述控制器进一步配置为：

从所述电动机位置传感器接收用于所述电动机的运行位置的信号；

存储有关所述电动机的正常运行范围的数据，其包括超过所述翼片的整体正常旋转范围的所述电动机的运行范围；和

比较所述电动机的运行位置是否偏离存储在存储器中的所述电动机的被存储的正常运行范围，以确定所述VCM装置是否发生了故障。

4.根据权利要求1所述的VCM装置，其中所述翼片的整体旋转范围受第一止动件和第二止动件的限制，

所述电动机的整体运行范围受第三止动件和第四止动件的限制，

所述电动机位置传感器配置为当所述电动机的运行位置在所述第三止动件处时输出V1电压，当所述电动机的运行位置在所述第一止动件处时输出V2电压，当所述电动机的运行位置在所述第二止动件处时输出V3电压，以及当所述电动机的运行位置在所述第四止动件处时输出V4电压，

所述电动机位置传感器的输出值具有V1<V2<V3<V4的关系，并且

所述控制器配置为响应于在V1和V2之间或V3和V4之间的所述电动机位置传感器的输出值，确定所述VCM装置发生了故障。

5.一种用于发动机的可变进气流动(VCM)装置的诊断方法，所述VCM装置包括设置在进气歧管内且可在预定旋转范围内旋转以产生滚流的翼片，设置在配置为驱动所述翼片的VCM促动器内的电动机，和配置为检测所述电动机的运行位置的电动机位置传感器，所述诊断方法包括以下步骤：

通过控制器接收由所述电动机位置传感器检测到的所述电动机的运行位置；

通过所述控制器确定所述电动机的输入的运行位置是否偏离所述翼片的正常旋转范围；和

响应于所述电动机的运行位置偏离了所述翼片的正常旋转范围的确定，通过控制器确定所述VCM装置发生了故障。

6.根据权利要求5所述的诊断方法，其中所述电动机位置传感器检测所述电动机的运行位置的范围包括所述翼片的正常旋转范围，且超过所述翼片的正常旋转范围的两个界限值。

7.根据权利要求6所述的诊断方法，其还包括以下步骤：

通过所述控制器确定所述电动机的运行位置是否偏离所述翼片的旋转范围的所述界限值之一；和

通过所述控制器确定所述电动机的运行位置偏离了所述翼片的旋转范围的所述界限值之一。

8.一种包括由控制器执行的程序指令的非临时性计算机可读介质，其配置为进行用于发动机的可变进气流动(VCM)装置的诊断方法，所述VCM装置包括，设置在进气歧管内且可在预定旋转范围内旋转以产生滚流的翼片，设置在配置为驱动所述翼片的VCM促动器内的电动机，和配置为检测所述电动机的运行位置的电动机位置传感器，所述计算机可读介质包括：

接收有关由所述电动机位置传感器检测到的所述电动机的运行位置的信息的程序指令；

确定所述电动机的输入的运行位置是否偏离所述翼片的正常旋转范围的程序指令；和

响应于所述电动机的运行位置偏离了所述翼片的正常旋转范围的确定，确定所述VCM装置发生了故障的程序指令。

9.根据权利要求8所述的非临时性计算机可读介质，其中所述电动机位置传感器检测所述电动机的运行位置的范围包括所述翼片的正常旋转范围，且超过所述翼片的正常旋转范围的两个界限值，所述计算机可读介质还包括：

确定所述电动机的运行位置是否偏离所述翼片的旋转范围的所述界限值之一的程序指令，

响应于所述电动机的运行位置偏离所述翼片的旋转范围的所述界限值之一确定，确定所述VCM装置发生了故障的程序指令。