具有快速打开式气门正时的发动机控制系统的制作方法
具有快速打开式气门正时的发动机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机控制系统，更具体地涉及一种具有快速打开式气门正时的发动机控制系统。
【背景技术】
[0002]发动机如柴油发动机和双燃料发动机包括调节空气、燃料和排气进入和离开发动机气缸的端口和气门。一些单向流动扫气式二冲程双燃料发动机的气缸包括通过活塞的移动而打开并允许导入空气和气态燃料的进气口，和用于从气缸除去燃烧后的排气的一个或多个排气门。排气门循环地开闭以控制排气从各气缸的流出。排气门相对于曲轴角的打开/关闭曲线作为气门正时是普遍已知的。气门正时一一包括气门相对于曲轴角的打开程度(例如，升程量)一一可被描绘为升程曲线。
[0003]已知传统排气门正时和升程曲线导致一些双燃料发动机中的窜漏(窜气，blow-by)。窜漏是排气恰好在进气口打开时从气缸经进气口向进气箱的反向流动。当空气从压缩机出口流经进气箱并从各气缸通过时，空气被在窜漏期间从气缸逸出的热排气加热。在一些情况下，这可能形成沿进气箱的大约5-20° F的温差。在一些发动机中，该温差会导致离压缩机最远的气缸中的气态燃料由于较高的温度而提前点燃。在提前点燃期间，气态燃料在液态燃料喷射到燃烧室内之前燃烧。因而，提前点燃会导致发动机低效地运转。
[0004]一些发动机包括构造成根据不同参数来调节柴油发动机的排气门正时的可变气门正时装置。例如，1983年9月9日公开的日本专利文献JP S58-152140( “’ 140文献”)公开了一种根据发动机的运转状况来控制排气门的打开的可变气门正时装置。具体地，该可变气门正时装置包括被致动以改变排气门打开的时间的致动器。
[0005]尽管’ 140文献的可变气门正时装置可允许调节排气门打开的时刻以改变燃烧之后的峰值气缸压力，但它可能不适用于抑制窜漏所引起的气态燃料的提前点燃。特别地，由于’ 140文献的可变气门正时装置不允许具体地在进气门打开的时刻控制气缸压力，所以它依然易于形成允许窜漏的压力差。换言之，即使可通过’ 140文献的装置来调节峰值气缸压力，但窜漏发生(例如，进气口打开)时的气缸压力不受控制。’140文献不包括将会允许这种控制的控制系统和/或排气系统。
[0006]本文所公开的燃料系统针对于克服上述问题中的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。
【发明内容】
[0007]在一个方面，本发明涉及一种运转发动机的方法。该发动机可包括气缸、可滑动地配置在气缸中的活塞以及构造成开闭(打开和关闭)排气口的排气门。该方法可包括将空气和燃料引导到气缸内，并且使空气和燃料燃烧以在TDC位置与BDC位置之间推动/迫压(force)活塞。该方法还可包括根据第一气门正时在活塞移动期间循环地开闭排气门。该方法还可包括接收指示与空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号，并且至少基于该信号而选择性地使排气门根据第二气门正时来开闭。此外，在第二气门正时下，排气门可在比第一气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。
[0008]在另一方面，本发明涉及一种用于双燃料发动机的控制系统。该双燃料发动机可包括气缸、可滑动地配置在气缸内的活塞和排气门。该控制系统可包括构造成选择性地调节排气门的开闭的可变气门正时装置。该控制系统还可包括构造成产生指示与气缸内的空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号的传感器，以及与可变气门正时装置和传感器通信的控制器。该控制器可构造成控制可变气门正时装置以基于所述信号而选择性地启用传统气门正时或快速打开式气门正时。在快速打开式气门正时下，排气门可在比传统气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。
[0009]在又一个方面，本发明涉及一种双燃料发动机。该双燃料发动机可包括气缸，该气缸至少部分地限定出燃烧室并且包括与燃烧室流体连接的进气口和排气口。该双燃料发动机还可包括气态燃料喷射器和柴油喷射器，该气态燃料喷射器构造成经进气口将气态燃料沿径向喷射到燃烧室内，该柴油喷射器构造成将柴油沿轴向喷射到燃烧室内。该双燃料发动机还可包括活塞，该活塞可滑动地配置在气缸内并且构造成压缩燃料和空气以引起产生排气的燃烧并且在TDC位置与BDC位置之间移动。该双燃料发动机还可包括排气门，该排气门构造成在活塞处于TDC之前大约9-13°时从关闭位置移动，在活塞处于TDC之后大约63-65°时达到最大升程位置，并且在活塞处于TDC之后大约167-171°时下降回到关闭位置。
【附图说明】
[0010]图1是示例性双燃料发动机的截面图；
[0011]图2是可结合图1的发动机使用的示例性气门操作组件的截面图；
[0012]图3是示出了由图2的气门操作组件执行的示例性操作的曲线图；
[0013]图4是可结合图2的气门操作组件使用的示例性凸轮装置的图示；
[0014]图5是可结合图2的气门操作组件使用的另一示例性凸轮装置的图示。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了示例性内燃发动机10。发动机10被示出和描述为二冲程双燃料发动机。然而，应该理解的是，发动机10可以是任何其它类型的内燃发动机，包括柴油发动机或气态燃料发动机。发动机10可包括至少部分地限定出多个气缸16 (仅示出一个)的发动机缸体12，每个气缸都具有相关的气缸盖20。在各发动机气缸16内可配置气缸套18，并且气缸盖20可封闭气缸套18的一端。活塞24可以可滑动地配置在各气缸套18内。
[0016]各气缸套18、气缸盖20和活塞24可共同限定出从安装在发动机10上的燃料系统14接收燃料的燃烧室22。发动机10可包括具有对应的燃烧室22的任何数量的发动机气缸16。在一不例性实施例中，发动机10可以是十六缸发动机，包括两列八个气缸16。燃料系统14可包括用于各气缸16的液态燃料喷射器26 (例如，柴油喷射器)和一个或多个气态燃料喷射器28 (例如，天然气喷射器)。液态燃料喷射器26可至少部分地位于各气缸盖20内，并且构造成沿轴向将液态燃料喷射到各燃烧室22的顶部中。一个或多个气态燃料喷射器28可邻近各气缸套18位于进气箱30内并且构造成沿径向将气态燃料喷射到各燃烧室22内。
[0017]在发动机气缸套18内，活塞24可构造成在下止点(BDC)或者说最下部的位置与上止点(TDC)或者说最上部的位置之间往复运动。特别地，活塞24可以是包括与连杆34枢转连接的活塞头(活塞顶)32的组件，连杆34又可与曲轴36枢转连接。发动机10的曲轴36可以可旋转地配置在发动机缸体12内，并且各活塞24通过连杆34与曲轴36联接成使得各活塞24在气缸套18内的滑动运动引起曲轴36的旋转。类似地，曲轴36的旋转可引起活塞24的滑动运动。当曲轴36旋转约180度时，活塞头32和连杆34可在BDC与TDC之间移动通过一个完整的冲程。为二冲程发动机的发动机10可具有包括做功/排气/进气冲程(TDC至BDC)和进气/压缩冲程(BDC至TDC)的完整循环。
[0018]在上述做功/排气/进气冲程的最后阶段，空气可经由位于气缸套18的侧壁内的一个或多个换气口(例如，进气口)38从进气箱30被吸入燃烧室22内。特别地，随着活塞24在衬套18内向下移动，最终将到达进气口 38不再被活塞24阻塞而是代之以与燃烧室22流体连通的位置。当进气口 38与燃烧室22流体连通并且进气口 38处的空气压力大于燃烧室22内的压力时，空气将经进气口 38进入燃烧室22内。在诸如发动机10之类的双燃料发动机中，气态燃料喷射器28可在进气口 38打开时将气态燃料(例如，甲烷、天然气等)经至少一个进气口 38喷射到燃烧室22内(例如沿径向喷射)。气态燃料可与空气混合而在燃烧室22内形成燃料/空气混合物。
[0 019]最终，活塞24将开始向上移动而阻塞进气口 38并压缩空气/燃料混合物。随着燃烧室22内的空气/燃料混合物被压缩，混合物的温度可上升。在活塞24接近TDC的时点，液态燃料(例如，柴油或其它基于石油的液态燃料)可经由液态燃料喷射器26喷射到燃烧室22内。液态燃料可通过压燃而被点燃，产生经气态燃料蔓延的火焰，使两类燃料燃烧并在燃烧室22内引起化学能量呈温度和压力尖峰的形式释放。在做功/排气/进气冲程的第一阶段期间，燃烧室22内的压力尖峰可向下推动活塞24，由此向曲轴36赋予机械动力。在TDC与BDC之间的该向下移行期间的特定时点，位于气缸盖20内的一个或多个换气口(例如，排气口)40可打开，以允许燃烧室22内的加压排气离开，并且该循环将重新开始。
[0020]一个或多个排气门42可设置成在各发动机循环期间开闭排气口 40。各排气门42可包括气门元件44。该气门元件配置在气缸盖20中的排气口 40内并且构造成选择性地接合座46。具体地，气门元件44可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置气门元件44接合座46以防止流体相对于排气口 40的流动(例如，关闭位置)，在所述第二位置气门元件44从座46移开以允许流体(例如，排气)相对于排气口 40的流动(例如，最大升程位置)。各排气门42可根据气门正时而循环地在第一位置与第二位置之间(包括从第二位置回到第一位置)移动。
[0021]图2示出了与发动机10操作性地相关以使气门元件44移动通过其气门正时的示例性气门操作组件48。应该指出的是，发动机10的各气缸盖20可包括一个或多个相关的排气口 40和排气门42。例如，十六缸双燃料发动机的各气缸盖20可包括两个排气门，共计三十二个。发动机10可包括用于各气缸盖20的气门操作组件48，其构造成操作该气缸盖20的所有排气门42。还设想到，如果希望的话，单个气门操作组件48可以操作与多个气缸盖20相关的排气门42。还应该理解的是，气门操作组件48是示例性的，并且可以设置其它气门操作组件。
[0022]各气门操作组件48可包括摇臂50、气门弹簧52、凸轮装置54和凸轮从动件56。凸轮装置54可旋转以使凸轮从动件56以循环方式平移，凸轮从动件56的平移引起摇臂50的枢转和随后气门元件44在第一位置与第二位置之间的移动。
[0023]摇臂50可机械地使气门元件44在第一位置与第二位置之间移动。具体地，摇臂50可包括第一端58、第二端60和枢转点62。摇臂50的第一端58可与凸轮从动件56操作性地接合，而第二端60可通过气门杆64与气门元件44操作性地接合。摇臂50绕枢转点62的旋转可使气门元件44从第一位置移动到第二位置。气门弹簧52可通过锁紧螺母66作用在气门杆64上。特别地，气门弹簧52可将气门元件44偏压到第一位置，在该第一位置，气门元件44接合座46以防止流体相对于排气口 40的流动。
[0024]凸轮装置54可采用对本领域的技术人员来说显而易见的任何方式与发动机10的曲轴36操作性地接合，其中曲轴36的旋转将引起凸轮装置54的相应旋转。例如，凸轮装置54可通过使凸轮装置54的旋转速度减速至相对于凸轮轴的合适速度的齿轮系(未示出)与曲轴36连接。如图2所示，凸轮装置54可包括与凸轮轴70固定地连接的凸轮凸部68。凸轮凸部68的形状和旋转速度可至少部分地决定发动机10通常运转期间气门元件44的气门正时和升程。
[0025]凸轮从动件56可适配成在凸轮凸部68与凸轮轴70 —起旋转时顺从(follow)凸轮凸部68的轮廓，并且将相应的往复运动传递到摇臂50。特别地，凸轮从动件56可从凸轮装置54延伸到摇臂50的第一端58，并且包括至少一个挺杆或滚子式突起72。突起72可接合并顺从凸轮凸部68的轮廓。随着凸轮装置54旋转，凸轮凸部68的轮廓可引起突起72和相连的凸轮从动件56升降，由此产生摇臂50绕枢转点62的枢转运动。因而，凸轮装置54的旋转可引起气门元件44从第一位置移动到第二位置(和回到第一位置)以形成与凸轮凸部68的轮廓对应的升程曲线。在一示例性实施例中，凸轮装置54可构造成引起气门元件44根据与快速打开式气门正时相关的升程曲线而移动。
[0026]在一示例性实施例中，发动机10的气门操作组件48可设置成使得每个气缸16都构造成具有相同的排气门正时。然而，应该理解的是，在各气缸16之中排气门正时可以不同。例如，一个或多个气缸16可包括根据第一排气门正时工作的排气门42，而一个或多个气缸16可包括根据第二排气门正时工作的排气门42。
[0027]在一些实施例中，气门操作组件48可与可变气门正时装置74可操作地连接以进一步控制排气门42的操作。特别地，可变气门正时装置74可构造成借助于气门操作组件48动态地调节排气门42的正时。可变气门正时装置74可以是构造成至少控制气门操作组件48和因而发动机10的排气门正时的控制系统的构件。
[0028]可变气门正时装置74可以是构造成选择性地改变排气门42的气门正时的任何装置。例如，可变气门正时装置74可包括凸轮相位器、致动器、凸轮开关或本领域中已知的任何其它可变气门正时装置。在一示例性实施例中，可变气门正时装置74可以是构造成调节凸轮装置54的旋转速度的装置。可变气门正时装置74可根据特定可变气门正时装置74的设置而与气门操作组件48的任何构件可操作地连接。例如，凸轮相位器可以可操作地连接在曲轴36与凸轮装置54之间。
[0029]应该理解的是，可变气门正时装置74可构造成控制与发动机10的气缸16中的任何气缸或所有气缸相关的气门正时。例如，可变气门正时装置74可构造成一致地改变与各气缸16相关的气门正时，改变仅一些气缸16的气门正时，分别改变各气缸16或成组的气缸16的气门正时，等等。这样，可变气门正时装置74可构造成独立地或集中地控制各气缸16的特定气门正时，包括使气门正时在所有气缸16之间变化。
[0030]可变气门正时装置74可与控制器76电子地连接。控制器76可以是构造成电子地控制可变气门正时装置74的计算装置。特别地，控制器76可构造成管理可变气门正时装置74以选择性地控制排气门42的气门正时。在一示例性实施例中，控制器76可构造成通过经由与可变气门正时装置74电子通信而控制凸轮装置54的旋转速度来控制排气门42的气门正时。
[0031]在一些实施例中，控制器76可与传感器78电子地连接。传感器78可设置成监视发动机10的性能参数，并且将该信息传输到控制器76。例如，传感器78可监视空气温度、发动机负荷、发动机转速(例如，凸轮装置54的旋转速度)和/或与排气门正时有关的任何另一个性能参数。传感器78可以是温度传感器、负荷传感器、转速传感器或本领域中已知的其它传感器，并且构造成测量与该类型的传感器78特定相关的性能参数。
[0032]控制器76可构造成至少部分地基于来自传感器78的信息来控制可变气门正时装置74。这样，控制器76可构造成至少基于该性能参数来选择性地控制排气门42的气门正时。例如，控制器76可指示可变气门正时装置74控制气门操作组件48以在特定条件(例如，特定的发动机转速范围、低于阈值的发动机负荷等)下根据第一气门正时来操作排气门42并且在其它条件(例如，另一个发动机转速范围、高于阈值的发动机负荷等)下根据第二气门正时来操作排气门42。
[0033]在一示例性实施例中，发动机10构造成使得至少一个排气门可根据快速打开式气门正时QVT来工作。图3示出了，除传统气门正时CVT外，对于示例性公开的QVT而言气门升程对(vs.)发动机正时、排气冲程进度(例如，TDC与BDC之间的排气冲程的完成百分比)和升程进度(例如，排气门打开的时间段的完成百分比)的曲线图。
[0034]图4示出了可用来实施Q VT的示例性凸轮装置54。特别地，凸轮装置54可包括凸轮凸部68，其具有成形为引起气门操作组件48根据QVT来开闭排气门42的凸轮轮廓。在一示例性实施例中，图4的凸轮凸部68可包括上升面凸轮凸部80，其可引起气门操作组件48在上升面轮廓82期间从关闭位置提升到最大升程位置。图4的凸轮凸部68还可包括下降面凸轮凸部84，其可引起气门操作组件48使排气门在下降面轮廓86期间从最大升程位置下降回到关闭位置。图5示出了可用来实施诸如扩展的快速打开式气门正时之类的替换气门正时的另一个示例性凸轮装置54。凸轮装置54可包括凸轮凸部68，其具有与上升面轮廓90对应的上升面凸轮凸部88和与下降面轮廓94对应的下降面凸轮凸部92。
[0035]下面将更详细地讨论图3以及图4和5的凸轮装置54的构型以说明所公开的概念。
[0036]工业话用件
[0037]示例性公开的控制系统可适用于包括具有换气阀的气缸的任何发动机。所公开的快速打开式气门正时可特别适用于二冲程发动机(例如，双燃料或气态燃料发动机)，其包括沿径向定位的进气口以及循环地开闭的排气门。现将说明发动机10的运转。
[0038]在运转期间，气态燃料可在进气口 38打开的时间段从气态燃料喷射器28喷射。此时，空气可从进气箱30流入燃烧室22内。随着活塞24从BDC向上移动，活塞头32将逐渐关闭进气口 38，直至它们完全关闭，从而将空气-燃料混合物捕集在燃烧室22内。在气态燃料喷射并且进气口 38关闭之后，活塞头32可继续压缩空气-燃料混合物。在TDC附近的点，液态燃料(例如，柴油)可喷射到燃烧室22内。当活塞24完成其压缩冲程时，所喷射的液态燃料可引起全部燃料混合物的燃烧，从而赋予使活塞24移动通过膨胀/做功/排气冲程并重新开始该循环的力。
[0039]在给定循环期间，各排气门42可在燃烧时刻左右由气门操作组件48打开以允许燃烧后的排气从燃烧室22流出。排气门42可在进气口 38由活塞头32打开的时刻左右由气门操作组件48关闭。排气门42的位置可对应于可影响排气从燃烧室22的流出的升程曲线。亦即，气门元件44从座46提升的程度可进一步限定发动机10的运转方式。
[0040]图3示出了与示例性升程曲线相关的、气门升程对发动机正时的曲线图。图3示出了传统排气门正时CVT和根据所公开的实施例的示例性快速打开式气门正时QVT两者。然而，应该理解的是，图3所示的QVT是快速打开排气门正时的一个示例。包括QVT的变型的快速打开式气门正时被视为处于本发明的范围内。在一示例性实施例中，QVT通过抑制发动机10的一个或多个气缸16中的气态燃料的提前点燃来允许二冲程发动机(例如，双燃料或气态燃料发动机)更有效地运转。
[0041]气态燃料的提前点燃可由从进气口 38反向流出而不是经排气口 40流出的窜漏排气引起。热的窜漏排气被吹向进气箱30的远端，从而加热从远端进入气缸16的空气并引起一个气缸列的气缸16之间的温度梯度。在一些情况下，进入气缸16的空气可被加热至引起气态燃料过早点燃(例如，在液态燃料喷射之前点燃)的温度。该提前点燃是非期望的，导致低效燃烧和增加的排放，以及其它问题。根据CVT运转的二冲程双燃料发动机可由于在进气口 38打开时燃烧室22内的压力高于进气压力而发生窜漏。另一方面，所公开的实施例的QVT在进气口 38打开时可允许燃烧室22内的压力迅速降至低于进气压力的值，从而抑制排气经进气口 38从燃烧室22反向流出。
[0042]如图3所示，用于示例性QVT的升程曲线可包括与CVT相同或相似的打开正时(例如，排气门42开始打开的发动机正时)和关闭正时(例如，排气门42关闭的发动机正时)。特别地，QVT和CVT两者都可包括TDC之前大约9-13°的打开正时和TDC之后大约167-171°的关闭正时。在排气门42打开时，气门元件44可达到最大升程位置，文中所用的最大升程位置可对应于气门元件44处于其升程曲线的最高点的位置，并且不一定是排气门42可达到的最高可能的升程位置。
[0043]如图3所示，根据是使用QVT还是使用CVT，气门元件44可在不同时刻达到最大升程位置。特别地，与CVT相比，QVT可对应于相对快速打开时段(例如，在QVT中排气门在比在CVT情况下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置)。在一示例性实施例中，QVT可包括气门元件44在活塞24处于TDC之后大约35-37°的时点达到其最大升程位置的大约50%并且在活塞24处于TDC之后大约63-65°的时点达到其最大升程位置的正时。换而言之，在QVT期间，排气门42可耗费排气门42打开的全部时间段的大约41 %来从关闭位置移动到其最大升程位置(例如，如图3所示从0%至41%的升程进度)。
[0044]另一方面，CVT可包括气门元件44在活塞24处于TDC之后大约47_49°的时点达到其最大升程位置的大约50%并且在活塞24处于TDC之后大约84-86°的时点达到其最大升程位置的气门正时。在CVT期间，排气门42可耗费排气门42打开的全部时间段的大约54%来从关闭位置移动到其最大升程位置(例如，如图3所示从0%至54%的升程进度)。
[0045]为了确保在给定的发动机循环期间足量排气离开燃烧室(例如，足量的质量)，QVT可包括与CVT相比相对慢的关闭时段。特别地，QVT可包括气门元件44在活塞24处于TDC之后大约99-101°的时点下降到其最大升程位置的大约75%并且在活塞24处于TDC之后大约126-128°的时点下降到其最大升程位置的大约25%的气门正时。换而言之，在QVT期间，排气门42耗费排气门42打开的全部时间段的大约59%来从其最大升程位置移动到关闭位置(例如，如图3所示从41%至100%的升程进度)。
[0046]另一方面，CVT可包括更快地关闭的排气门42。特别地，在已在TDC之后大约84-86°达到其最大升程位置之后，气门元件44可在活塞24处于TDC之后大约111-113°的时点下降到其最大升程位置的约75%并且在活塞24处于TDC之后大约131-133°的时点下降到其最大升程位置的约25 %。在CVT期间，排气门42可耗费排气门42打开的全部时间段的大约46%来从其最大升程位置移动到关闭位置(例如，如图3所示从54%至100%的升程进度)。
[0047]在一些实施例中，在发动机10运转期间QVT可被用作用于气缸16的专用气门正时，其可包括由所有气缸16或仅一些气缸16 (例如，一些气缸16使用QVT工作且其它气缸16使用CVT工作)使用。在这些实施例中，凸轮装置54的一个或多个构件(例如，凸轮凸部68)可成形为引起气门操作组件48根据QVT来开闭排气门42。例如，图4的凸轮装置54可用来实施QVT。
[0048]如图4所示，上升面凸轮凸部80可包括构造成引起气门操作组件48在对应于上升面轮廓82的时间段将排气门42快速提升至最大升程位置的陡斜区段。在一示例性实施例中，上升面轮廓82可对应于凸轮装置54从关闭位置到最大升程位置的约74°的旋转。另一方面，下降面凸轮凸部84可包括构造成引起气门操作组件48相对较缓慢地将排气门42下降到关闭位置的较平缓区段。因此，下降面轮廓86可对应于凸轮装置54从最大升程位置到关闭位置的约108.5°的旋转。
[0049]在一些实施例中，可实施另一可选的快速打开式气门正时作为专用气门正时。例如，可利用图5所示的凸轮装置54实施扩展的快速打开式气门正时。该凸轮装置54可包括与图4所示的凸轮凸部68相似的凸轮凸部68，然而，下降面凸轮凸部92可成形为引起气门操作组件48延迟排气门42的关闭。例如，下降面凸轮凸部92可引起气门操作组件48使排气门42停留在最大升程位置约10°。这样，下降面轮廓94可对应于凸轮 装置54从最大升程位置经所述停留时段最终到关闭位置的约118.5°的旋转。图5的凸轮装置54的扩展的快速打开式气门正时可允许另外的优点，例如对应的气缸的压缩压力的降低，其可进一步抑制气态燃料的提前点燃。
[0050]在其它实施例中，可变气门正时装置74可控制气门操作组件48根据一个或多个气门正时——包括QVT和CVT——选择性地操作排气门42。这样，发动机10可构造成根据发动机10的特定状态而在至少第一和第二气门正时之间切换。
[0051]在一示例性实施例中，可变气门正时装置74可控制气门操作组件48在发动机10起动之后根据第一排气门正时来操作排气门42。当发动机10运转时，传感器78可产生指示诸如发动机负荷、进气温度、气缸压力和/或发动机转速之类的性能参数的信号，并且将该信号传输到控制器76。控制器76可至少基于该信号来选择性地控制气门操作组件48将排气门42的气门正时从第一排气门正时改变为第二排气门正时。
[0052]在一些实施例中，控制器76可构造成基于指示与提前点燃——如气态燃料的提前点燃——相关的条件的来自传感器78的信号来选择性地实施QVT0例如，控制器76可接收来自传感器78的温度测量值并在温度达到阈值时实施QVT。在一示例性实施例中，该阈值可以是这样的温度，即在该温度和/或该温度之上存在气态燃料的提前点燃的风险。控制器76同样可基于指示提前点燃的附加或替换条件，如高于阈值的发动机负荷和/或转速、燃料流动性的检测、特定排气成分的检测等，来选择性地控制气门正时。这样，控制器76可选择性地切换抑制一个或多个气缸16内的提前点燃的正时。
[0053]在至少一个实施例中，可变气门正时装置74可动态地控制凸轮装置54的转速以根据通过传感器78测得的发动机负荷来改变排气门42的气门正时。例如，发动机10可根据QVT来运转，直至可变气门正时装置74通过对凸轮装置54的旋转速度的控制来选择性地实施另一气门正时。
[0054]控制器76也可选择性地实施扩展的快速打开式气门正时。如上文关于图5所述，在扩展的快速打开式气门正时期间，气门操作组件48可构造成在与QVT相同的时间内将排气门42提升到最大升程位置，然后使排气门42停留在最大升程位置附近以延迟排气门42的关闭，因而与QVT相比延长排气门42被提升的时间段。这样，可降低相关气缸16内的后续压缩压力。压缩压力的降低可引起气缸16内的温度降低且因而还有助于抑制气态燃料的提前点燃。然而，应该理解的是，根据发动机10的要求，可在特定条件下选择和使用任何其它气门正时。
[0055]示例性公开的实施例可用来在受益于这种正时的使用的发动机中实施快速打开式气门正时。例如，双燃料发动机可实施QVT以抑制窜漏排气恰好在进气口打开时经进气口从燃烧室逸出。这可以通过快速打开式气门正时来实现，该快速打开式气门正时通过排气门的快速打开以使得燃烧室内的压力快速下降并且在进气门打开时燃烧室内的压力低于进气箱的压力而实现。此时的压力差可有助于确保流体将经进气口流入燃烧室而不是流出燃烧室，由此抑制窜漏。这样，可防止进气箱内的空气的异常加热，从而降低一个或多个气缸内的提前点燃的风险并带来发动机的更有效的运转。此外，在实施可变气门正时装置的实施例中，QVT的使用可仅在特定条件下优化，从而允许——例如在不需要快速打开式气门正时或具有不同升程曲线的快速打开式气门正时更适合的条件下一一使用一个或多个其它气门正时。
[0056]对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以对所公开的发动机控制系统作出各种改型和变型。根据本说明书和所公开的发动机控制系统的实践，其它实施例对本领域的技术人员来说将显而易见。应该认为说明书和示例仅为示范性的，真实范围通过以下权利要求和它们的等效物来指明。
【主权项】
1.一种运转发动机的方法，所述发动机具有气缸、可滑动地配置在所述气缸中的活塞以及构造成开闭排气口的排气门，所述方法包括: 将空气和燃料引导到所述气缸内； 使所述空气和燃料燃烧以在TDC位置与BDC位置之间推动所述活塞； 根据第一气门正时在活塞移动期间循环地开闭所述排气门； 接收指示与所述空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号； 至少基于所述信号根据第二气门正时来选择性地开闭所述排气门， 其中，在所述第二气门正时下，所述排气门在比所述第一气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，按照所述第二气门正时打开所述排气门包括在所述活塞处于TDC之后大约35-37°时将所述排气门打开至最大升程位置的约50%。3.根据权利要求2所述的方法，其中，按照所述第二气门正时打开所述排气门还包括在所述活塞处于TDC之后大约63-65°时将所述排气门打开至所述最大升程位置。4.根据权利要求3所述的方法，其中，按照所述第二气门正时关闭所述排气门包括在所述活塞处于TDC之后大约99-101°时将所述排气门下降至所述最大升程位置的约75 %。5.根据权利要求4所述的方法，其中，按照所述第二气门正时关闭所述排气门还包括在所述活塞处于TDC之后大约126-128°时将所述排气门下降至所述最大升程位置的约25%。6.根据权利要求1所述的方法，其中，按照所述第二气门正时打开所述排气门包括使所述排气门在所述排气门打开的时间段的大约41%内从关闭位置移动到最大升程位置。7.根据权利要求1所述的方法，其中，将空气和燃料引导到所述气缸内包括经进气口沿径向将气态燃料喷射到所述气缸内。8.一种双燃料发动机，包括: 气缸，所述气缸至少部分地限定出燃烧室并且包括与所述燃烧室流体连接的进气口和排气口 ； 气态燃料喷射器，所述气态燃料喷射器构造成经所述进气口沿径向将气态燃料喷射到所述燃烧室内； 柴油喷射器，所述柴油喷射器构造成沿轴向将柴油喷射到所述燃烧室内； 活塞，所述活塞可滑动地配置在所述气缸内且构造成压缩燃料和空气以引起产生排气的燃烧，并且在TDC位置与BDC位置之间移动；和 排气门，所述排气门构造成在所述活塞处于TDC之前大约9-13°时从关闭位置移动，在所述活塞处于TDC之后大约63-65。时达到最大升程位置，并且在所述活塞处于TDC之后大约167-171°时下降回到所述关闭位置。9.根据权利要求8所述的双燃料发动机，其中，所述排气门构造成选择性地延迟所述排气门的关闭以降低所述气缸内的压缩压力。10.根据权利要求8所述的双燃料发动机，还包括成形为引起所述排气门移动到所述最大升程位置并且下降回到所述关闭位置的凸轮凸部，所述凸轮凸部包括: 陡斜区段，所述陡斜区段构造成使所述排气门从所述关闭位置移动到所述最大升程位置；和平缓区段，所述平缓区段构造成使所述排气门从所述最大升程位置下降回到所述关闭位置。
【专利摘要】公开了一种具有快速打开式气门正时的发动机控制系统。发动机可具有气缸、可滑动地配置在气缸中的活塞以及构造成开闭排气口的排气门。发动机的运转可包括将空气和燃料引导到气缸内，并且使空气和燃料燃烧以在TDC位置与BDC位置之间推动活塞。运转还可包括根据第一气门正时在活塞移动期间周期性地开闭排气门。运转还可包括接收指示与空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号，并且至少基于该信号而根据第二气门正时选择性地开闭排气门。在第二气门正时下，排气门可在比第一气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。
【IPC分类】F01L1/34
【公开号】CN104895633
【申请号】CN201510100331
【发明人】D·班德亚帕德耶, V·库马尔
【申请人】易安迪机车公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】DE102015002706A1, US20150252695
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机控制系统，更具体地涉及一种具有快速打开式气门正时的发动机控制系统。
【背景技术】
[0002]发动机如柴油发动机和双燃料发动机包括调节空气、燃料和排气进入和离开发动机气缸的端口和气门。一些单向流动扫气式二冲程双燃料发动机的气缸包括通过活塞的移动而打开并允许导入空气和气态燃料的进气口，和用于从气缸除去燃烧后的排气的一个或多个排气门。排气门循环地开闭以控制排气从各气缸的流出。排气门相对于曲轴角的打开/关闭曲线作为气门正时是普遍已知的。气门正时一一包括气门相对于曲轴角的打开程度(例如，升程量)一一可被描绘为升程曲线。
[0003]已知传统排气门正时和升程曲线导致一些双燃料发动机中的窜漏(窜气，blow-by)。窜漏是排气恰好在进气口打开时从气缸经进气口向进气箱的反向流动。当空气从压缩机出口流经进气箱并从各气缸通过时，空气被在窜漏期间从气缸逸出的热排气加热。在一些情况下，这可能形成沿进气箱的大约5-20° F的温差。在一些发动机中，该温差会导致离压缩机最远的气缸中的气态燃料由于较高的温度而提前点燃。在提前点燃期间，气态燃料在液态燃料喷射到燃烧室内之前燃烧。因而，提前点燃会导致发动机低效地运转。
[0004]一些发动机包括构造成根据不同参数来调节柴油发动机的排气门正时的可变气门正时装置。例如，1983年9月9日公开的日本专利文献JP S58-152140( “’ 140文献”)公开了一种根据发动机的运转状况来控制排气门的打开的可变气门正时装置。具体地，该可变气门正时装置包括被致动以改变排气门打开的时间的致动器。
[0005]尽管’ 140文献的可变气门正时装置可允许调节排气门打开的时刻以改变燃烧之后的峰值气缸压力，但它可能不适用于抑制窜漏所引起的气态燃料的提前点燃。特别地，由于’ 140文献的可变气门正时装置不允许具体地在进气门打开的时刻控制气缸压力，所以它依然易于形成允许窜漏的压力差。换言之，即使可通过’ 140文献的装置来调节峰值气缸压力，但窜漏发生(例如，进气口打开)时的气缸压力不受控制。’140文献不包括将会允许这种控制的控制系统和/或排气系统。
[0006]本文所公开的燃料系统针对于克服上述问题中的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。
【发明内容】
[0007]在一个方面，本发明涉及一种运转发动机的方法。该发动机可包括气缸、可滑动地配置在气缸中的活塞以及构造成开闭(打开和关闭)排气口的排气门。该方法可包括将空气和燃料引导到气缸内，并且使空气和燃料燃烧以在TDC位置与BDC位置之间推动/迫压(force)活塞。该方法还可包括根据第一气门正时在活塞移动期间循环地开闭排气门。该方法还可包括接收指示与空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号，并且至少基于该信号而选择性地使排气门根据第二气门正时来开闭。此外，在第二气门正时下，排气门可在比第一气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。
[0008]在另一方面，本发明涉及一种用于双燃料发动机的控制系统。该双燃料发动机可包括气缸、可滑动地配置在气缸内的活塞和排气门。该控制系统可包括构造成选择性地调节排气门的开闭的可变气门正时装置。该控制系统还可包括构造成产生指示与气缸内的空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号的传感器，以及与可变气门正时装置和传感器通信的控制器。该控制器可构造成控制可变气门正时装置以基于所述信号而选择性地启用传统气门正时或快速打开式气门正时。在快速打开式气门正时下，排气门可在比传统气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。
[0009]在又一个方面，本发明涉及一种双燃料发动机。该双燃料发动机可包括气缸，该气缸至少部分地限定出燃烧室并且包括与燃烧室流体连接的进气口和排气口。该双燃料发动机还可包括气态燃料喷射器和柴油喷射器，该气态燃料喷射器构造成经进气口将气态燃料沿径向喷射到燃烧室内，该柴油喷射器构造成将柴油沿轴向喷射到燃烧室内。该双燃料发动机还可包括活塞，该活塞可滑动地配置在气缸内并且构造成压缩燃料和空气以引起产生排气的燃烧并且在TDC位置与BDC位置之间移动。该双燃料发动机还可包括排气门，该排气门构造成在活塞处于TDC之前大约9-13°时从关闭位置移动，在活塞处于TDC之后大约63-65°时达到最大升程位置，并且在活塞处于TDC之后大约167-171°时下降回到关闭位置。
【附图说明】
[0010]图1是示例性双燃料发动机的截面图；
[0011]图2是可结合图1的发动机使用的示例性气门操作组件的截面图；
[0012]图3是示出了由图2的气门操作组件执行的示例性操作的曲线图；
[0013]图4是可结合图2的气门操作组件使用的示例性凸轮装置的图示；
[0014]图5是可结合图2的气门操作组件使用的另一示例性凸轮装置的图示。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了示例性内燃发动机10。发动机10被示出和描述为二冲程双燃料发动机。然而，应该理解的是，发动机10可以是任何其它类型的内燃发动机，包括柴油发动机或气态燃料发动机。发动机10可包括至少部分地限定出多个气缸16 (仅示出一个)的发动机缸体12，每个气缸都具有相关的气缸盖20。在各发动机气缸16内可配置气缸套18，并且气缸盖20可封闭气缸套18的一端。活塞24可以可滑动地配置在各气缸套18内。
[0016]各气缸套18、气缸盖20和活塞24可共同限定出从安装在发动机10上的燃料系统14接收燃料的燃烧室22。发动机10可包括具有对应的燃烧室22的任何数量的发动机气缸16。在一不例性实施例中，发动机10可以是十六缸发动机，包括两列八个气缸16。燃料系统14可包括用于各气缸16的液态燃料喷射器26 (例如，柴油喷射器)和一个或多个气态燃料喷射器28 (例如，天然气喷射器)。液态燃料喷射器26可至少部分地位于各气缸盖20内，并且构造成沿轴向将液态燃料喷射到各燃烧室22的顶部中。一个或多个气态燃料喷射器28可邻近各气缸套18位于进气箱30内并且构造成沿径向将气态燃料喷射到各燃烧室22内。
[0017]在发动机气缸套18内，活塞24可构造成在下止点(BDC)或者说最下部的位置与上止点(TDC)或者说最上部的位置之间往复运动。特别地，活塞24可以是包括与连杆34枢转连接的活塞头(活塞顶)32的组件，连杆34又可与曲轴36枢转连接。发动机10的曲轴36可以可旋转地配置在发动机缸体12内，并且各活塞24通过连杆34与曲轴36联接成使得各活塞24在气缸套18内的滑动运动引起曲轴36的旋转。类似地，曲轴36的旋转可引起活塞24的滑动运动。当曲轴36旋转约180度时，活塞头32和连杆34可在BDC与TDC之间移动通过一个完整的冲程。为二冲程发动机的发动机10可具有包括做功/排气/进气冲程(TDC至BDC)和进气/压缩冲程(BDC至TDC)的完整循环。
[0018]在上述做功/排气/进气冲程的最后阶段，空气可经由位于气缸套18的侧壁内的一个或多个换气口(例如，进气口)38从进气箱30被吸入燃烧室22内。特别地，随着活塞24在衬套18内向下移动，最终将到达进气口 38不再被活塞24阻塞而是代之以与燃烧室22流体连通的位置。当进气口 38与燃烧室22流体连通并且进气口 38处的空气压力大于燃烧室22内的压力时，空气将经进气口 38进入燃烧室22内。在诸如发动机10之类的双燃料发动机中，气态燃料喷射器28可在进气口 38打开时将气态燃料(例如，甲烷、天然气等)经至少一个进气口 38喷射到燃烧室22内(例如沿径向喷射)。气态燃料可与空气混合而在燃烧室22内形成燃料/空气混合物。
[0 019]最终，活塞24将开始向上移动而阻塞进气口 38并压缩空气/燃料混合物。随着燃烧室22内的空气/燃料混合物被压缩，混合物的温度可上升。在活塞24接近TDC的时点，液态燃料(例如，柴油或其它基于石油的液态燃料)可经由液态燃料喷射器26喷射到燃烧室22内。液态燃料可通过压燃而被点燃，产生经气态燃料蔓延的火焰，使两类燃料燃烧并在燃烧室22内引起化学能量呈温度和压力尖峰的形式释放。在做功/排气/进气冲程的第一阶段期间，燃烧室22内的压力尖峰可向下推动活塞24，由此向曲轴36赋予机械动力。在TDC与BDC之间的该向下移行期间的特定时点，位于气缸盖20内的一个或多个换气口(例如，排气口)40可打开，以允许燃烧室22内的加压排气离开，并且该循环将重新开始。
[0020]一个或多个排气门42可设置成在各发动机循环期间开闭排气口 40。各排气门42可包括气门元件44。该气门元件配置在气缸盖20中的排气口 40内并且构造成选择性地接合座46。具体地，气门元件44可在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置气门元件44接合座46以防止流体相对于排气口 40的流动(例如，关闭位置)，在所述第二位置气门元件44从座46移开以允许流体(例如，排气)相对于排气口 40的流动(例如，最大升程位置)。各排气门42可根据气门正时而循环地在第一位置与第二位置之间(包括从第二位置回到第一位置)移动。
[0021]图2示出了与发动机10操作性地相关以使气门元件44移动通过其气门正时的示例性气门操作组件48。应该指出的是，发动机10的各气缸盖20可包括一个或多个相关的排气口 40和排气门42。例如，十六缸双燃料发动机的各气缸盖20可包括两个排气门，共计三十二个。发动机10可包括用于各气缸盖20的气门操作组件48，其构造成操作该气缸盖20的所有排气门42。还设想到，如果希望的话，单个气门操作组件48可以操作与多个气缸盖20相关的排气门42。还应该理解的是，气门操作组件48是示例性的，并且可以设置其它气门操作组件。
[0022]各气门操作组件48可包括摇臂50、气门弹簧52、凸轮装置54和凸轮从动件56。凸轮装置54可旋转以使凸轮从动件56以循环方式平移，凸轮从动件56的平移引起摇臂50的枢转和随后气门元件44在第一位置与第二位置之间的移动。
[0023]摇臂50可机械地使气门元件44在第一位置与第二位置之间移动。具体地，摇臂50可包括第一端58、第二端60和枢转点62。摇臂50的第一端58可与凸轮从动件56操作性地接合，而第二端60可通过气门杆64与气门元件44操作性地接合。摇臂50绕枢转点62的旋转可使气门元件44从第一位置移动到第二位置。气门弹簧52可通过锁紧螺母66作用在气门杆64上。特别地，气门弹簧52可将气门元件44偏压到第一位置，在该第一位置，气门元件44接合座46以防止流体相对于排气口 40的流动。
[0024]凸轮装置54可采用对本领域的技术人员来说显而易见的任何方式与发动机10的曲轴36操作性地接合，其中曲轴36的旋转将引起凸轮装置54的相应旋转。例如，凸轮装置54可通过使凸轮装置54的旋转速度减速至相对于凸轮轴的合适速度的齿轮系(未示出)与曲轴36连接。如图2所示，凸轮装置54可包括与凸轮轴70固定地连接的凸轮凸部68。凸轮凸部68的形状和旋转速度可至少部分地决定发动机10通常运转期间气门元件44的气门正时和升程。
[0025]凸轮从动件56可适配成在凸轮凸部68与凸轮轴70 —起旋转时顺从(follow)凸轮凸部68的轮廓，并且将相应的往复运动传递到摇臂50。特别地，凸轮从动件56可从凸轮装置54延伸到摇臂50的第一端58，并且包括至少一个挺杆或滚子式突起72。突起72可接合并顺从凸轮凸部68的轮廓。随着凸轮装置54旋转，凸轮凸部68的轮廓可引起突起72和相连的凸轮从动件56升降，由此产生摇臂50绕枢转点62的枢转运动。因而，凸轮装置54的旋转可引起气门元件44从第一位置移动到第二位置(和回到第一位置)以形成与凸轮凸部68的轮廓对应的升程曲线。在一示例性实施例中，凸轮装置54可构造成引起气门元件44根据与快速打开式气门正时相关的升程曲线而移动。
[0026]在一示例性实施例中，发动机10的气门操作组件48可设置成使得每个气缸16都构造成具有相同的排气门正时。然而，应该理解的是，在各气缸16之中排气门正时可以不同。例如，一个或多个气缸16可包括根据第一排气门正时工作的排气门42，而一个或多个气缸16可包括根据第二排气门正时工作的排气门42。
[0027]在一些实施例中，气门操作组件48可与可变气门正时装置74可操作地连接以进一步控制排气门42的操作。特别地，可变气门正时装置74可构造成借助于气门操作组件48动态地调节排气门42的正时。可变气门正时装置74可以是构造成至少控制气门操作组件48和因而发动机10的排气门正时的控制系统的构件。
[0028]可变气门正时装置74可以是构造成选择性地改变排气门42的气门正时的任何装置。例如，可变气门正时装置74可包括凸轮相位器、致动器、凸轮开关或本领域中已知的任何其它可变气门正时装置。在一示例性实施例中，可变气门正时装置74可以是构造成调节凸轮装置54的旋转速度的装置。可变气门正时装置74可根据特定可变气门正时装置74的设置而与气门操作组件48的任何构件可操作地连接。例如，凸轮相位器可以可操作地连接在曲轴36与凸轮装置54之间。
[0029]应该理解的是，可变气门正时装置74可构造成控制与发动机10的气缸16中的任何气缸或所有气缸相关的气门正时。例如，可变气门正时装置74可构造成一致地改变与各气缸16相关的气门正时，改变仅一些气缸16的气门正时，分别改变各气缸16或成组的气缸16的气门正时，等等。这样，可变气门正时装置74可构造成独立地或集中地控制各气缸16的特定气门正时，包括使气门正时在所有气缸16之间变化。
[0030]可变气门正时装置74可与控制器76电子地连接。控制器76可以是构造成电子地控制可变气门正时装置74的计算装置。特别地，控制器76可构造成管理可变气门正时装置74以选择性地控制排气门42的气门正时。在一示例性实施例中，控制器76可构造成通过经由与可变气门正时装置74电子通信而控制凸轮装置54的旋转速度来控制排气门42的气门正时。
[0031]在一些实施例中，控制器76可与传感器78电子地连接。传感器78可设置成监视发动机10的性能参数，并且将该信息传输到控制器76。例如，传感器78可监视空气温度、发动机负荷、发动机转速(例如，凸轮装置54的旋转速度)和/或与排气门正时有关的任何另一个性能参数。传感器78可以是温度传感器、负荷传感器、转速传感器或本领域中已知的其它传感器，并且构造成测量与该类型的传感器78特定相关的性能参数。
[0032]控制器76可构造成至少部分地基于来自传感器78的信息来控制可变气门正时装置74。这样，控制器76可构造成至少基于该性能参数来选择性地控制排气门42的气门正时。例如，控制器76可指示可变气门正时装置74控制气门操作组件48以在特定条件(例如，特定的发动机转速范围、低于阈值的发动机负荷等)下根据第一气门正时来操作排气门42并且在其它条件(例如，另一个发动机转速范围、高于阈值的发动机负荷等)下根据第二气门正时来操作排气门42。
[0033]在一示例性实施例中，发动机10构造成使得至少一个排气门可根据快速打开式气门正时QVT来工作。图3示出了，除传统气门正时CVT外，对于示例性公开的QVT而言气门升程对(vs.)发动机正时、排气冲程进度(例如，TDC与BDC之间的排气冲程的完成百分比)和升程进度(例如，排气门打开的时间段的完成百分比)的曲线图。
[0034]图4示出了可用来实施Q VT的示例性凸轮装置54。特别地，凸轮装置54可包括凸轮凸部68，其具有成形为引起气门操作组件48根据QVT来开闭排气门42的凸轮轮廓。在一示例性实施例中，图4的凸轮凸部68可包括上升面凸轮凸部80，其可引起气门操作组件48在上升面轮廓82期间从关闭位置提升到最大升程位置。图4的凸轮凸部68还可包括下降面凸轮凸部84，其可引起气门操作组件48使排气门在下降面轮廓86期间从最大升程位置下降回到关闭位置。图5示出了可用来实施诸如扩展的快速打开式气门正时之类的替换气门正时的另一个示例性凸轮装置54。凸轮装置54可包括凸轮凸部68，其具有与上升面轮廓90对应的上升面凸轮凸部88和与下降面轮廓94对应的下降面凸轮凸部92。
[0035]下面将更详细地讨论图3以及图4和5的凸轮装置54的构型以说明所公开的概念。
[0036]工业话用件
[0037]示例性公开的控制系统可适用于包括具有换气阀的气缸的任何发动机。所公开的快速打开式气门正时可特别适用于二冲程发动机(例如，双燃料或气态燃料发动机)，其包括沿径向定位的进气口以及循环地开闭的排气门。现将说明发动机10的运转。
[0038]在运转期间，气态燃料可在进气口 38打开的时间段从气态燃料喷射器28喷射。此时，空气可从进气箱30流入燃烧室22内。随着活塞24从BDC向上移动，活塞头32将逐渐关闭进气口 38，直至它们完全关闭，从而将空气-燃料混合物捕集在燃烧室22内。在气态燃料喷射并且进气口 38关闭之后，活塞头32可继续压缩空气-燃料混合物。在TDC附近的点，液态燃料(例如，柴油)可喷射到燃烧室22内。当活塞24完成其压缩冲程时，所喷射的液态燃料可引起全部燃料混合物的燃烧，从而赋予使活塞24移动通过膨胀/做功/排气冲程并重新开始该循环的力。
[0039]在给定循环期间，各排气门42可在燃烧时刻左右由气门操作组件48打开以允许燃烧后的排气从燃烧室22流出。排气门42可在进气口 38由活塞头32打开的时刻左右由气门操作组件48关闭。排气门42的位置可对应于可影响排气从燃烧室22的流出的升程曲线。亦即，气门元件44从座46提升的程度可进一步限定发动机10的运转方式。
[0040]图3示出了与示例性升程曲线相关的、气门升程对发动机正时的曲线图。图3示出了传统排气门正时CVT和根据所公开的实施例的示例性快速打开式气门正时QVT两者。然而，应该理解的是，图3所示的QVT是快速打开排气门正时的一个示例。包括QVT的变型的快速打开式气门正时被视为处于本发明的范围内。在一示例性实施例中，QVT通过抑制发动机10的一个或多个气缸16中的气态燃料的提前点燃来允许二冲程发动机(例如，双燃料或气态燃料发动机)更有效地运转。
[0041]气态燃料的提前点燃可由从进气口 38反向流出而不是经排气口 40流出的窜漏排气引起。热的窜漏排气被吹向进气箱30的远端，从而加热从远端进入气缸16的空气并引起一个气缸列的气缸16之间的温度梯度。在一些情况下，进入气缸16的空气可被加热至引起气态燃料过早点燃(例如，在液态燃料喷射之前点燃)的温度。该提前点燃是非期望的，导致低效燃烧和增加的排放，以及其它问题。根据CVT运转的二冲程双燃料发动机可由于在进气口 38打开时燃烧室22内的压力高于进气压力而发生窜漏。另一方面，所公开的实施例的QVT在进气口 38打开时可允许燃烧室22内的压力迅速降至低于进气压力的值，从而抑制排气经进气口 38从燃烧室22反向流出。
[0042]如图3所示，用于示例性QVT的升程曲线可包括与CVT相同或相似的打开正时(例如，排气门42开始打开的发动机正时)和关闭正时(例如，排气门42关闭的发动机正时)。特别地，QVT和CVT两者都可包括TDC之前大约9-13°的打开正时和TDC之后大约167-171°的关闭正时。在排气门42打开时，气门元件44可达到最大升程位置，文中所用的最大升程位置可对应于气门元件44处于其升程曲线的最高点的位置，并且不一定是排气门42可达到的最高可能的升程位置。
[0043]如图3所示，根据是使用QVT还是使用CVT，气门元件44可在不同时刻达到最大升程位置。特别地，与CVT相比，QVT可对应于相对快速打开时段(例如，在QVT中排气门在比在CVT情况下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置)。在一示例性实施例中，QVT可包括气门元件44在活塞24处于TDC之后大约35-37°的时点达到其最大升程位置的大约50%并且在活塞24处于TDC之后大约63-65°的时点达到其最大升程位置的正时。换而言之，在QVT期间，排气门42可耗费排气门42打开的全部时间段的大约41 %来从关闭位置移动到其最大升程位置(例如，如图3所示从0%至41%的升程进度)。
[0044]另一方面，CVT可包括气门元件44在活塞24处于TDC之后大约47_49°的时点达到其最大升程位置的大约50%并且在活塞24处于TDC之后大约84-86°的时点达到其最大升程位置的气门正时。在CVT期间，排气门42可耗费排气门42打开的全部时间段的大约54%来从关闭位置移动到其最大升程位置(例如，如图3所示从0%至54%的升程进度)。
[0045]为了确保在给定的发动机循环期间足量排气离开燃烧室(例如，足量的质量)，QVT可包括与CVT相比相对慢的关闭时段。特别地，QVT可包括气门元件44在活塞24处于TDC之后大约99-101°的时点下降到其最大升程位置的大约75%并且在活塞24处于TDC之后大约126-128°的时点下降到其最大升程位置的大约25%的气门正时。换而言之，在QVT期间，排气门42耗费排气门42打开的全部时间段的大约59%来从其最大升程位置移动到关闭位置(例如，如图3所示从41%至100%的升程进度)。
[0046]另一方面，CVT可包括更快地关闭的排气门42。特别地，在已在TDC之后大约84-86°达到其最大升程位置之后，气门元件44可在活塞24处于TDC之后大约111-113°的时点下降到其最大升程位置的约75%并且在活塞24处于TDC之后大约131-133°的时点下降到其最大升程位置的约25 %。在CVT期间，排气门42可耗费排气门42打开的全部时间段的大约46%来从其最大升程位置移动到关闭位置(例如，如图3所示从54%至100%的升程进度)。
[0047]在一些实施例中，在发动机10运转期间QVT可被用作用于气缸16的专用气门正时，其可包括由所有气缸16或仅一些气缸16 (例如，一些气缸16使用QVT工作且其它气缸16使用CVT工作)使用。在这些实施例中，凸轮装置54的一个或多个构件(例如，凸轮凸部68)可成形为引起气门操作组件48根据QVT来开闭排气门42。例如，图4的凸轮装置54可用来实施QVT。
[0048]如图4所示，上升面凸轮凸部80可包括构造成引起气门操作组件48在对应于上升面轮廓82的时间段将排气门42快速提升至最大升程位置的陡斜区段。在一示例性实施例中，上升面轮廓82可对应于凸轮装置54从关闭位置到最大升程位置的约74°的旋转。另一方面，下降面凸轮凸部84可包括构造成引起气门操作组件48相对较缓慢地将排气门42下降到关闭位置的较平缓区段。因此，下降面轮廓86可对应于凸轮装置54从最大升程位置到关闭位置的约108.5°的旋转。
[0049]在一些实施例中，可实施另一可选的快速打开式气门正时作为专用气门正时。例如，可利用图5所示的凸轮装置54实施扩展的快速打开式气门正时。该凸轮装置54可包括与图4所示的凸轮凸部68相似的凸轮凸部68，然而，下降面凸轮凸部92可成形为引起气门操作组件48延迟排气门42的关闭。例如，下降面凸轮凸部92可引起气门操作组件48使排气门42停留在最大升程位置约10°。这样，下降面轮廓94可对应于凸轮 装置54从最大升程位置经所述停留时段最终到关闭位置的约118.5°的旋转。图5的凸轮装置54的扩展的快速打开式气门正时可允许另外的优点，例如对应的气缸的压缩压力的降低，其可进一步抑制气态燃料的提前点燃。
[0050]在其它实施例中，可变气门正时装置74可控制气门操作组件48根据一个或多个气门正时——包括QVT和CVT——选择性地操作排气门42。这样，发动机10可构造成根据发动机10的特定状态而在至少第一和第二气门正时之间切换。
[0051]在一示例性实施例中，可变气门正时装置74可控制气门操作组件48在发动机10起动之后根据第一排气门正时来操作排气门42。当发动机10运转时，传感器78可产生指示诸如发动机负荷、进气温度、气缸压力和/或发动机转速之类的性能参数的信号，并且将该信号传输到控制器76。控制器76可至少基于该信号来选择性地控制气门操作组件48将排气门42的气门正时从第一排气门正时改变为第二排气门正时。
[0052]在一些实施例中，控制器76可构造成基于指示与提前点燃——如气态燃料的提前点燃——相关的条件的来自传感器78的信号来选择性地实施QVT0例如，控制器76可接收来自传感器78的温度测量值并在温度达到阈值时实施QVT。在一示例性实施例中，该阈值可以是这样的温度，即在该温度和/或该温度之上存在气态燃料的提前点燃的风险。控制器76同样可基于指示提前点燃的附加或替换条件，如高于阈值的发动机负荷和/或转速、燃料流动性的检测、特定排气成分的检测等，来选择性地控制气门正时。这样，控制器76可选择性地切换抑制一个或多个气缸16内的提前点燃的正时。
[0053]在至少一个实施例中，可变气门正时装置74可动态地控制凸轮装置54的转速以根据通过传感器78测得的发动机负荷来改变排气门42的气门正时。例如，发动机10可根据QVT来运转，直至可变气门正时装置74通过对凸轮装置54的旋转速度的控制来选择性地实施另一气门正时。
[0054]控制器76也可选择性地实施扩展的快速打开式气门正时。如上文关于图5所述，在扩展的快速打开式气门正时期间，气门操作组件48可构造成在与QVT相同的时间内将排气门42提升到最大升程位置，然后使排气门42停留在最大升程位置附近以延迟排气门42的关闭，因而与QVT相比延长排气门42被提升的时间段。这样，可降低相关气缸16内的后续压缩压力。压缩压力的降低可引起气缸16内的温度降低且因而还有助于抑制气态燃料的提前点燃。然而，应该理解的是，根据发动机10的要求，可在特定条件下选择和使用任何其它气门正时。
[0055]示例性公开的实施例可用来在受益于这种正时的使用的发动机中实施快速打开式气门正时。例如，双燃料发动机可实施QVT以抑制窜漏排气恰好在进气口打开时经进气口从燃烧室逸出。这可以通过快速打开式气门正时来实现，该快速打开式气门正时通过排气门的快速打开以使得燃烧室内的压力快速下降并且在进气门打开时燃烧室内的压力低于进气箱的压力而实现。此时的压力差可有助于确保流体将经进气口流入燃烧室而不是流出燃烧室，由此抑制窜漏。这样，可防止进气箱内的空气的异常加热，从而降低一个或多个气缸内的提前点燃的风险并带来发动机的更有效的运转。此外，在实施可变气门正时装置的实施例中，QVT的使用可仅在特定条件下优化，从而允许——例如在不需要快速打开式气门正时或具有不同升程曲线的快速打开式气门正时更适合的条件下一一使用一个或多个其它气门正时。
[0056]对本领域的技术人员来说显而易见的是，可以对所公开的发动机控制系统作出各种改型和变型。根据本说明书和所公开的发动机控制系统的实践，其它实施例对本领域的技术人员来说将显而易见。应该认为说明书和示例仅为示范性的，真实范围通过以下权利要求和它们的等效物来指明。
【主权项】
1.一种运转发动机的方法，所述发动机具有气缸、可滑动地配置在所述气缸中的活塞以及构造成开闭排气口的排气门，所述方法包括: 将空气和燃料引导到所述气缸内； 使所述空气和燃料燃烧以在TDC位置与BDC位置之间推动所述活塞； 根据第一气门正时在活塞移动期间循环地开闭所述排气门； 接收指示与所述空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号； 至少基于所述信号根据第二气门正时来选择性地开闭所述排气门， 其中，在所述第二气门正时下，所述排气门在比所述第一气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，按照所述第二气门正时打开所述排气门包括在所述活塞处于TDC之后大约35-37°时将所述排气门打开至最大升程位置的约50%。3.根据权利要求2所述的方法，其中，按照所述第二气门正时打开所述排气门还包括在所述活塞处于TDC之后大约63-65°时将所述排气门打开至所述最大升程位置。4.根据权利要求3所述的方法，其中，按照所述第二气门正时关闭所述排气门包括在所述活塞处于TDC之后大约99-101°时将所述排气门下降至所述最大升程位置的约75 %。5.根据权利要求4所述的方法，其中，按照所述第二气门正时关闭所述排气门还包括在所述活塞处于TDC之后大约126-128°时将所述排气门下降至所述最大升程位置的约25%。6.根据权利要求1所述的方法，其中，按照所述第二气门正时打开所述排气门包括使所述排气门在所述排气门打开的时间段的大约41%内从关闭位置移动到最大升程位置。7.根据权利要求1所述的方法，其中，将空气和燃料引导到所述气缸内包括经进气口沿径向将气态燃料喷射到所述气缸内。8.一种双燃料发动机，包括: 气缸，所述气缸至少部分地限定出燃烧室并且包括与所述燃烧室流体连接的进气口和排气口 ； 气态燃料喷射器，所述气态燃料喷射器构造成经所述进气口沿径向将气态燃料喷射到所述燃烧室内； 柴油喷射器，所述柴油喷射器构造成沿轴向将柴油喷射到所述燃烧室内； 活塞，所述活塞可滑动地配置在所述气缸内且构造成压缩燃料和空气以引起产生排气的燃烧，并且在TDC位置与BDC位置之间移动；和 排气门，所述排气门构造成在所述活塞处于TDC之前大约9-13°时从关闭位置移动，在所述活塞处于TDC之后大约63-65。时达到最大升程位置，并且在所述活塞处于TDC之后大约167-171°时下降回到所述关闭位置。9.根据权利要求8所述的双燃料发动机，其中，所述排气门构造成选择性地延迟所述排气门的关闭以降低所述气缸内的压缩压力。10.根据权利要求8所述的双燃料发动机，还包括成形为引起所述排气门移动到所述最大升程位置并且下降回到所述关闭位置的凸轮凸部，所述凸轮凸部包括: 陡斜区段，所述陡斜区段构造成使所述排气门从所述关闭位置移动到所述最大升程位置；和平缓区段，所述平缓区段构造成使所述排气门从所述最大升程位置下降回到所述关闭位置。
【专利摘要】公开了一种具有快速打开式气门正时的发动机控制系统。发动机可具有气缸、可滑动地配置在气缸中的活塞以及构造成开闭排气口的排气门。发动机的运转可包括将空气和燃料引导到气缸内，并且使空气和燃料燃烧以在TDC位置与BDC位置之间推动活塞。运转还可包括根据第一气门正时在活塞移动期间周期性地开闭排气门。运转还可包括接收指示与空气和燃料的提前点燃相关的条件的信号，并且至少基于该信号而根据第二气门正时选择性地开闭排气门。在第二气门正时下，排气门可在比第一气门正时下短的时间内从关闭位置移动到最大升程位置。
【IPC分类】F01L1/34
【公开号】CN104895633
【申请号】CN201510100331
【发明人】D·班德亚帕德耶, V·库马尔
【申请人】易安迪机车公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月6日
【公告号】DE102015002706A1, US20150252695
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