CN108603445A - 用于确定排气制动故障的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的控制器接收激活排气制动子系统的请求并响应于该请求激活排气制动子系统。控制器此后确定排气系统、进气子系统或两者中的至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳。当至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳时，控制器确定排气制动子系统已经发生故障。在实施例中，确定至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳包括确定排气系统中的背压低于背压阈值和/或确定进气子系统中的升压压力高于阈值。

Description

用于确定排气制动故障的方法及设备

相关申请的交叉引用

本申请是于2016年8月31日提交的题为“Method and Apparatus for CombinedExhaust and Compression Release Engine Braking”的在先美国专利申请第15/253,708号的部分继续申请，该在先申请要求于2015年9月1日提交的题为“System and Method forControlling Backpressure and System Loading”的美国临时专利申请第62/213,002号的权益，这些在先申请的教导通过引用并入本文。另外，本申请要求于2015年12月27日提交的题为“System and Method for Determining Potential Brake Failure”的美国临时专利申请第62/271,272号的权益，该在先申请的教导通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及发动机制动，并且更具体地涉及一种用于组合式排气和压缩释放发动机制动的方法及设备。

背景技术

已知发动机制动系统并且该发动机制动系统与内燃发动机，特别是柴油发动机结合使用数十年。这种系统包括压缩释放制动和排气制动。这些制动系统可以单独使用或与另一个系统组合使用。

简言之，压缩释放制动通过使用压缩释放机构将内燃发动机转变成功率吸收空气压缩机而使标准行车制动减轻负载。当压缩释放式制动激活时，一个或多个未加燃料的汽缸的排气阀在压缩冲程的顶部附近打开。这通过排气系统释放高度压缩的空气，而几乎没有能量返回活塞。随着循环重复，车辆向前运动的能量(如通过车辆的驱动系传递至发动机)消散，从而使得车辆减速。

相反，排气制动使用发动机内的排气背压通过限制排气气体流动并增加发动机内部的背压来显着增加制动功率。如本文所使用的，发动机排气背压是由发动机产生的以克服发动机排气系统的液压阻力的压力，以便将气体排放到大气中。发动机中的增大背压产生对活塞的阻力，从而减慢了曲轴旋转并有助于控制车辆速度。

如本领域中已知的，压缩释放和排气发动机制动可以一起使用以实现显著水平的制动功率。但不幸的是，压缩释放和排气制动相组合的缺点之一是尤其是在瞬态事件期间由顶置装置或阀机构，即通常将阀致动运动传递至发动机阀的那些部件(例如凸轮、摇臂、凸轮从动件(辊子或扁平件)等)所承受的高系统负载。该缺点的示例示出于图1中。

具体地，图1示出了用于控制排气发动机制动子系统的操作的控制信号104、用于控制压缩释放发动机制动子系统的操作的另一个控制信号106以及表明由汽缸压力产生的施加至阀机构部件的力作为时间(以秒为单位测量)的函数的迹线102。如本领域中已知的，迹线102中示出的每个峰值表示通过给定发动机汽缸的每个活塞循环施加至阀机构的峰值力。当控制信号104,106在该示例中从低到高转变以在大致相同的时间激活压缩释放和排气发动机制动子系统两者时，这导致典型的压缩释放瞬态峰值108，接着是在正常且稳态操作112之前的异常高峰值110的持续时间段。由于过高负载110的时间段，可能对阀机构或顶置装置造成损坏。

克服这些问题的技术将代表本领域的受欢迎的进步。

发明内容

本公开描述了用于确定排气制动故障的方法及设备。在实施例中，内燃发动机的控制器接收激活排气制动子系统的请求并且响应于该请求激活排气制动子系统。控制器此后确定排气系统、进气子系统或两者中的至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳。当至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳时，控制器确定排气制动子系统已经发生故障。确定至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳可以基于确定排气系统中的背压低于背压阈值和/或确定进气子系统中的升压压力高于阈值。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了本公开中所描述的特征。通过结合附图考虑以下详细描述，这些特征和随附优点将变得显而易见。现在仅通过示例的方式参考附图描述一个或多个实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是施加至位于包括排气和压缩释放发动机制动子系统且根据现有技术的系统中的阀机构部件的控制信号和力的时间图；

图2是根据本公开的发动机汽缸和阀致动系统的示意性横截面图；

图3是根据本公开的内燃发动机的示意图；

图4是示出了根据本公开的处理的流程图；以及

图5是施加至位于包括排气和压缩释放发动机制动子系统且根据本公开的系统中的阀机构部件的控制信号和力的时间图。

具体实施方式

图2是根据本公开的发动机汽缸和阀致动系统的示意性横截面图。如图所示，发动机汽缸202中设置有活塞204，该活塞204在汽缸202的正功率生成(即燃料燃烧以驱动活塞204)和发动机制动操作(即使用活塞实现空气压缩)两者期间重复上下往复运动。在汽缸202的顶部，可以存在至少一个进气阀206以及至少一个排气阀208。进气阀206和排气阀208可以打开和关闭以分别提供与进气气体通道210和排气气体通道212的连通。进气阀206和排气阀208可以通过阀致动子系统214打开和关闭，例如进气阀致动子系统216、正功率排气阀致动子系统218和发动机制动排气阀致动子系统220。正功率排气阀致动子系统218和发动机制动排气阀致动子系统220可以在一些实施例中集成为单个系统或在其他实施例中分开。

阀致动子系统214可以包括任意数量的机械、液压、液压机械、电磁或其他类型的阀机构元件。例如，如本领域中已知的，排气阀致动子系统218和/或220可以包括用于将阀致动运动传递到排气阀208的一个或多个凸轮、凸轮从动件、摇臂、阀桥、推管等。另外，一个或多个空动部件可包括在阀致动子系统214中的任意阀制动子系统中，由此防止通常由阀致动子系统214所输送的阀致动运动中一些或所有到达阀206,208，即，这些致动运动“丢失了”。

阀致动子系统214可以致动进气阀206和排气阀208以产生发动机阀事件，例如但不限于：主进气、主排气、压缩释放制动和其他辅助阀致动运动。阀致动子系统214可以由控制器222控制，以选择性地控制例如发动机阀致动的量和时机。控制器222可以包括任意电子、机械、液压、电动液压或其他类型的控制装置，以用于与阀门致动子系统214连通并使得可能的进气和排气阀致动中一些或所有传递到进气阀206和排气阀208。控制器222可以包括微处理器和联接至其他发动机部件的仪表，以基于输入来确定并选择发动机阀的适当操作，这些输入例如是发动机速度、车辆速度、油温、冷却剂温度、歧管(或端口)温度、歧管(或端口)压力、汽缸温度、汽缸压力、微粒信息、其他排气气体参数、驾驶员输入(例如启动发动机制动的请求)、变速器输入、车辆控制器输入、发动机曲柄角度以及各种其他发动机和车辆参数。具体地并且根据下面进一步详细描述的实施例，控制器可以响应于发动机制动的请求而激活发动机制动排气阀致动子系统220。

如上所述，通过活塞204的往复运动而在汽缸202中产生的压力在发动机阀206,208打开期间将负载施加在阀致动子系统214上。例如，当活塞204位于其底部死点位置处或附近时，汽缸202内的压力将相对较低并且在打开任一阀206,208时施加在阀致动子系统214上的负载也将相对较低。另一方面，当活塞204位于其顶部死点位置处或附近时，汽缸202内的压力将相对较高并且在打开任一阀206,208时施加在阀致动子系统214上的负载也将相对较高。后一种情境尤其准确，其中与正功率生成操作不同，当活塞204非常靠近其顶部死点位置时，排气阀208最初打开。

图2进一步示出了背压213的概念，其中，在这种情况下，排气系统的液压流体流动阻力表现为施加到排气阀208的与在汽缸202中引起的压力相反的力。如现有技术中已知的，排气制动系统的激活在排气系统内导致增大背压。然而，这种增大背压可能需要一段时间来产生。鉴于此，并再次参考图1，过高负载110(在此称为质量流动惯性脉冲(MFIP))的时间段是在产生不然将与施加到阀机构218,220的负载相反的增大背压之前突然施加由压缩释放制动子系统所产生的汽缸压力所导致的。

现在参照图3，示出了可操作地连接到排气系统330的内燃发动机300。内燃发动机300包括多个汽缸302、进气歧管304以及排气歧管306。如本领域技术人员将理解的。作为设计选择的问题，汽缸302的数量和构造以及进气歧管304和排气歧管306的构造可以与所示示例不同。如本领域中已知的，图3还示意性地示出了用于致动一个或多个排气阀的压缩释放制动子系统220。进而，排气系统330除了通常的管道之外还包括排气制动子系统332并且在所示实施例中包括涡轮增压器334。如本领域已知的，涡轮增压器334可以包括可操作地连接到压缩机338的涡轮336，其中，由排气歧管306输出的排气气体(由黑色箭头示出)使涡轮336旋转，该涡轮336进而操作压缩机338。排气制动子系统332可包括多种市售排气制动器中的任意致动器。

如图3中进一步所示，各种部件可以形成向进气歧管304提供空气的进气系统。在所示的示例中，入口管308向压缩机338提供环境空气，该压缩机338进而通过压缩机出口管310向冷却加压空气的增压空气冷却器312提供加压空气。增压空气冷却器312的输出将冷却的压缩空气传输至进气歧管入口314。如本领域已知的，由压缩机338所提供的压缩水平(或升压压力)取决于通过排气系统330逸出的排气气体的压力。

如图3进一步所示，控制器222被设置并且可操作地连接到压缩释放制动子系统220和排气制动子系统332。以这种方式，控制器222控制压缩释放制动子系统220和排气制动子系统332两者的操作。在图示的实施例中，控制器222包括耦合有存储部件或存储器344的处理器或处理装置342。存储器204又包括存储的可执行指令和数据。在一实施例中，处理器342可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、协处理器等或其组合中的一种或多种，其能够执行存储的指令并依据存储的数据进行操作。同样，存储器204可以包括一个或多个装置，例如易失性或非易失性存储器，包括但不限于随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)。图2中所示类型的处理器和存储装置对于本领域普通技术人员来说是公知的。在一个实施例中，本文所描述的处理技术在存储器344内实施为由处理器342执行/操作所依据的可执行指令和数据的组合。

虽然已经将控制器222描述为用于实现本文描述的技术的一种形式，但是本领域普通技术人员将理解到，可以采用其他功能上等同的技术。例如，如本领域中已知的，还可以使用诸如特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、状态机等的固件和/或硬件装置来实施经由可执行指令所实现的功能中的一些或全部。此外，控制器222的其他实现可以包括比所示部件更多或更少数量的部件。再一次，本领域普通技术人员将理解到该方式中可以使用的大量变化。此外，尽管图3中示出了单个控制器222，但是应理解到，这些处理装置的组合可以配置为彼此结合或彼此独立地操作以实现本公开的教导。

现参照图4，示出了根据本公开的处理。具体地，图4中所示的处理可以由如上所述的控制器222来实现。从框402处开始，控制器接收发动机制动请求。如上所述，这种请求可以以用户输入的形式提供，例如通过激活开关或本领域已知的其他用户可选机构。无论如何，响应于所接收的请求，处理在框404处继续，其中控制器404激活排气制动子系统。如本领域中已知的，制动子系统(无论排气、压缩释放或其他类型)的激活可以例如通过对螺线管的控制来实现，该螺线管进而控制液压流体至空动系统或启动发动机制动操作的致动器的流动。用于此目的的信号504的示例在图5中示出，其中信号504从低电压到高电压的转变对应于排气制动系统的激活。本领域技术人员将理解到，本文所示的控制信号的特定形式不是限制性的，并且在实践中，可以同等地采用其他形式(例如，从高到低的转变)。

此后，在框408处，确定在激活排气制动系统之后是否已经完成一段时间。也就是说，基本上与激活排气制动子系统同时，控制器启动根据公知技术测量时间段的计时器，并且然后持续检查408计时器是否已经期满(在该示例中)。在实施例中，该时间段的长度足以允许排气制动的激活以在排气系统中产生增大背压，使得施加在排气阀机构上的负载和汽缸压力可以更有效地对抗，从而如上所述地最小化或者消除任何高负载110的时间段。在实践中，所期望的时间段将是发动机速度、排气气体流量和排气系统的容积的函数，并且因此将需要根据发动机和排气系统的特定实施和操作而变化。例如，测试表明，在一些常用的发动机和排气系统中，该时间段应为至少一秒。

无论采用何种特定时间段，一旦时间段已过，则处理在框410处继续，其中压缩释放制动子系统激活。这再次在图5中示出，其中在时间段510完成之后，用于压缩释放制动子系统的控制信号506从低电压转变为高电压。因此，如图5中进一步所示，施加至阀机构的力自典型的压缩释放瞬态508开始增加。然而，与图1中所示的系统不同，没有或几乎没有由MFIP引起的过高负载110的时间段。再一次，在仅激活排气制动子系统的时间段510期间所产生的背压显著地抵消了否则将导致的高负载110。

如本领域中已知的，排气制动子系统的故障会对发动机产生显著的有害影响。如果排气制动子系统以即使在排气制动子系统已经停用之后仍保持排气系统中的限制的方式发生故障，则在正功率生成期间背压将显著增加，这可能减少正功率并且在配备涡轮增压器的系统中降低升压压力。另一方面，如果排气制动子系统以在已经激活排气制动子系统时没有在排气系统中提供限制的方式发生故障，则在如上所述地可能导致阀机构部件损坏的发动机制动期间背压将显著降低。

为了在组合式排气/压缩释放发动机制动系统中的发动机制动期间避免排气制动子系统的故障的潜在损坏影响，也可以执行图5所示的另外可选处理(用虚线示出)。应注意到，尽管图5中的可选处理结合所描述的用于最小化或消除上述高阀机构负载110的方法被示出，但这不是本公开的要求。也就是说，图5中结合框402和404的处理的另外可选处理(特别是框406和414)可以单独实现，例如，在仅设置有排气制动子系统的系统中。因此，例如，可以响应于仅激活排气制动，即，控制器接收的使得排气制动限制离开排气系统的排气流动的请求来执行确定排气制动是否已经故障。

无论如何，在该附加实施例中，在激活排气制动子系统之后，在框406处确定排气制动子系统是否已经发生故障。实际上，这可以通过数种方式实现。具体地，在排气制动子系统未能对排气系统提供必要限制的情况下，可以在确定排气系统中的背压低于阈值时检测到该故障。例如，并且参考图3，这可以通过测量排气歧管内或排气系统在涡轮增压器334和排气制动子系统332之间的那部分内的压力来确定。在又一个实施例中，可以理解的是，通过排气制动子系统的正常操作而存在于排气系统中的限制将用于降低压缩机338的出口处的升压压力(或者例如在进气歧管304中或在增压空气冷却器312之前或之后所测量的)。因此，在排气制动子系统激活之后测量到持续或甚至增大的升压水平指示排气制动子系统未能提供必要的限制。在实施例中，基于在一段时间期间获取并随后平均的多个数据样本来执行对所测量参数(即，排气背压和/或升压压力)的确定。在这种情况下，当确定是否已经发生排气制动故障时，将所确定的平均值与相关阈值进行比较。

不管确定的方式如何，如果在框406处确定排气制动子系统未发生故障，则如上所述在框408处继续进行处理。然而，如果在框406处检测到故障，则在框414处继续进行处理，其中，以减小的制动功率模式操作压缩释放制动系统，而不是在框410处以通常的方式激活压缩释放制动子系统。如本文所使用的，减小的制动功率模式的特征在于小于可由压缩释放制动子系统以其它方式所提供的完全制动功率直至并包括完全没有制动功率。例如，为了实现减小的制动功率模式，控制器可以以仅操作压缩释放制动子系统的一部分的方式操作压缩释放制动子系统。因此，在一个实施例中，并非所有汽缸都可以根据压缩释放发动机制动技术进行操作。在另一个实施例中，在可能的情况下，可以修改在压缩释放制动期间打开排气阀的时机，使得这些排气阀不会在峰值汽缸压力的时间段处或附近打开，从而减小否则将被施加在阀机构的负载。

在又一个实施例中，在可能的情况下，控制器还可以将排气系统的一个或多个部件(除排气制动子部件之外)配置为增加排气系统中的背压。例如，并且参考图3，如果涡轮增压器334是本领域已知的所谓的可变几何涡轮增压器(VGT)，则可以调节涡轮增压器的构造(例如，涡轮336中的涡轮叶片的纵横比)以增加排气系统330的背压。

此外，即使在框406处未检测到故障并且如在框410处所述的激活压缩释放制动，也可能期望如框412所示地继续检查排气制动子系统的故障。在即使激活压缩释放制动子系统之后也检测到这种故障的情况下，可以在框414处继续进行处理，其中如上所述地采用减小的制动功率操作模式。

尽管已经示出和描述了特定的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本教导的情况下可以进行改变和修改。因此，可以预期，上述教导的任何和所有修改、变化或等同物都落入上文公开并在此要求保护的基本原理的范围内。

Claims (10)

1.在用于与可操作地连接至排气系统的内燃发动机一起使用的控制器中，其中所述排气系统包括排气制动子系统，并且其中所述控制器与所述排气制动子系统连通，一种用于确定所述排气制动子系统的故障的方法包括：

由所述控制器接收激活所述排气制动子系统的请求；

响应于激活所述排气制动子系统的所述请求，由所述控制器激活所述排气制动子系统；

由所述控制器确定所述排气系统、所述内燃发动机的进气子系统或两者中的至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳；以及

当所述至少一个参数与所述至少一个阈值的比较不佳时，由所述控制器确定所述排气制动子系统已经发生故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少一个参数与所述至少一个阈值的比较不佳还包括：

由所述控制器确定所述排气系统中的背压低于背压阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述背压低于所述背压阈值还包括：

由所述控制器确定所述背压的多个样本的平均值以提供平均背压；以及

由所述控制器将所述平均背压与所述背压阈值进行比较。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少一个参数与所述至少一个阈值的比较不佳还包括：

由所述控制器确定进气子系统中的升压压力高于阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述升压压力高于所述阈值还包括：

由所述控制器确定所述升压压力的多个样本的平均值以提供平均升压压力；以及

由所述控制器将所述平均升压压力与所述阈值进行比较。

6.一种用于与可操作地连接到排气系统的内燃发动机一起使用的控制器，其中所述排气系统包括排气制动子系统，并且其中所述控制器与所述排气制动子系统连通，所述控制器包括：

至少一个处理装置；以及

存储器，其上存储有可执行指令，当由所述至少一个处理装置执行时，所述可执行指令使得所述至少一个处理装置：

接收激活所述排气制动子系统的请求；

响应于激活所述排气制动子系统的所述请求激活所述排气制动子系统；

确定所述排气系统、所述内燃发动机的进气子系统或两者中的至少一个参数与至少一个阈值的比较不佳；以及

当所述至少一个参数与所述至少一个阈值的比较不佳时，确定所述排气制动子系统已经发生故障。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中，使得所述至少一个处理器确定所述至少一个参数与所述至少一个阈值的比较不佳的那些可执行指令还能够操作为使得所述至少一个处理器：

确定所述排气系统中的背压低于背压阈值。

8.根据权利要求7所述的控制器，其中，使得所述至少一个处理器确定所述背压低于所述背压阈值的那些可执行指令还能够操作为使得所述至少一个处理器：

确定所述背压的多个样本的平均值以提供平均背压；以及

将所述平均背压与所述背压阈值进行比较。

9.根据权利要求6所述的控制器，其中，使得所述至少一个处理器确定所述至少一个参数与所述至少一个阈值的比较不佳的那些可执行指令还能够操作为使得所述至少一个处理器：

确定进气子系统中的升压压力高于阈值。

10.根据权利要求9所述的控制器，其中，使得所述至少一个处理器确定所述背压低于所述背压阈值的那些可执行指令还能够操作为使得所述至少一个处理器：

确定所述升压压力的多个样本的平均值以提供平均升压压力；以及

将所述平均增压压力与所述阈值进行比较。