阅读说明：本技术 通过靴形气门升程曲线进行后处理温度管理 (Aftertreatment temperature management via boot valve lift curves ) 是由 詹姆斯·E·麦卡锡 马修·A·文斯 于 2018-04-30 设计创作，主要内容包括：一种用于在低负荷或怠速柴油机条件下推进气门致动以促进后处理升温的方法,该方法包括将凸轮移相器从标称升程位置切换到推进的升程位置以在标称之前打开附属气门。气门提升通过凸轮移相器来致动。气门朝向标称闭合降低,并且气门闭合通过致动闩锁移相器来中断。气门闭合延伸超过标称气门闭合。(A method for pushdown intake valve actuation to facilitate aftertreatment warm-up in low load or idle diesel engine conditions includes switching a cam phaser from a nominal lift position to an advanced lift position to open an auxiliary valve prior to nominal. Valve lift is actuated by a cam phaser. The valve is lowered toward nominal closure and valve closure is interrupted by actuation of the latch phaser. The valve closure extends beyond the nominal valve closure.)

通过靴形气门升程曲线进行后处理温度管理

技术领域

本专利申请提供了一种系统和致动方法，该系统和致动方法用于通过靴形气门升程曲线来管理柴油机系统中的后处理温度。

背景技术

冷后处理无法有效地过滤污染，从而导致高量的排气尾管排放。典型的柴油机系统可能需要600秒或更长的时间才能充分加热，以通过催化剂进行有效的污染管理。因此，期望快速加热后处理。

EEVO(早期排气门开启)可用于将排气温度增加约30至80度，但这样做会使燃料使用增加12％至22％的燃料损耗。EEVO的技术在Roberts、L.等人的“对早期排气门开启对压缩点火引擎排气后处理热管理和效率的影响进行建模(Modeling the Impact of EarlyExhaust Valve Opening on Exhaust Aftertreatment Thermal Management andEfficiency for Compression Ignition Engines)”(《国际引擎研究期刊(InternationalJournal of engine Research)》，2014年10月6日，10.1177/1468087414551616)和Roberts、L.等人的引擎“早期排气门开启对压缩点火引擎的排气后处理热管理和效率的影响(Impact of Early Exhaust Valve Opening on Exhaust Aftertreatment ThermalManagement and Efficiency for Compression Ignition Engines)”(SAE CV-0335，SAE商业车辆2014年大会，2014年10月，美国伊利诺伊州罗斯蒙德)中进行了讨论。

发明内容

本文所公开的方法和装置克服了上述缺点，并且通过用于在柴油内燃机中进行排气热管理的方法改进了本技术，所述方法包括在一对排气门中的一个排气门上实施晚期排气门闭合。打开进气门可提供负气门重叠，其中进气门和该一个排气门同时打开。内部排气门再循环可通过负气门重叠来实施。附属排气流的排气温度可通过内部排气门再循环来增加。

晚期排气门闭合可通过凸轮定相来实施。晚期排气门闭合可以以比一对排气门中的第二个排气门低的一个排气门的升程来实施。晚期排气门闭合可以以比一对排气门的标称升程曲线低的一个排气门的升程来实现。晚期排气门闭合的升程曲线被选择为防止废气完全释放。早期排气门开启可在该一个排气门上实施。或者，早期排气门开启可在一对排气门上实施。晚期排气门闭合可以定时成当一个排气门的活塞位于附属缸的上止点时实施。晚期排气门闭合可以被定时成当紧接着的进气门升程处于或接近其中点时完成。

一种用于电子排气门凸轮定相的设备可包括：引擎凸轮轴，其包括偏心凸角凸轮；联接以沿循偏心凸角凸轮的旋转的一组可致动排气门；以及通过连杆联接至引擎凸轮轴的闩锁移相器。另外，至少一个切换辊指从动件可包括可致动闩锁和用于将两个不同的升程曲线赋予一组排气门中的一个附属排气门的机构，该至少一个切换辊指从动件联接在偏心凸角凸轮中的一个偏心凸角凸轮和一个附属排气门之间，该至少一个切换辊指从动件进一步联接在闩锁移相器和可致动闩锁之间。

闩锁移相器可以是可控的以致动可致动闩锁。闩锁移相器可至少包括第二偏心凸轮凸角，该第二偏心凸轮凸角位于第二凸轮轨道上，并且当连杆将运动从引擎凸轮轴传递至闩锁移相器时，第二偏心凸轮凸角可以致动可致动闩锁。

该设备可包括齿轮，该齿轮位于第二凸轮轨道上。排气凸轮移相器可联接到引擎凸轮轴，其中闩锁移相器包括位于第二凸轮轨道上的齿轮，并且其中连杆位于排气凸轮移相器和第二凸轮轨道上的齿轮之间。第二凸轮轨道可以是可控的以致动可致动闩锁，并且其中，在第二凸轮轨道上没有旋转的情况下，可致动闩锁处于未闩锁位置，并且在一个附属排气门上产生标称排气曲线。第二凸轮轨道可以是可控的以致动可致动闩锁，并且其中，随着第二凸轮轨道的旋转，可致动闩锁处于闩锁位置，并且在一个附属排气门上产生晚期排气门闭合曲线。

连杆可包括步进机构，该步进机构被布置成使得引擎凸轮轴可在标称位置和早期排气门开启位置之间旋转，并且使得闩锁移相器可在闩锁接合位置和闩锁脱离位置之间移动。步进机构可通过连杆从引擎凸轮轴向闩锁移相器传递除1:1之外的相对运动的比率。

排气凸轮移相器可电子控制并且被配置成联接到车辆车载诊断模块。

晚期的排气门闭合曲线导致一个附属排气门上的升程量小于标称排气门曲线。

随着第二凸轮轨道的旋转，可致动闩锁处于闩锁位置，并且早期排气门开启与一个附属排气门上的晚期排气门闭合曲线相结合。

早期排气门开启具有比晚期排气门闭合轮曲线高的升程曲线。

一组排气门中的第二个排气门可被配置成沿循早期排气门开启曲线。一组排气门中的第二个排气门可被进一步配置为成从早期排气门开启曲线过渡到晚期排气门闭合曲线。

至少一个进气门可被配置成实施晚期进气门闭合曲线。至少一个进气门进一步被配置成从晚期进气门开启曲线过渡到晚期进气门闭合曲线。

一种用于在低负荷或怠速柴油机条件下推进气门致动以促进后处理升温的方法，该方法包括将凸轮移相器从标称升程位置切换到推进的升程位置以在标称之前打开附属气门。气门提升通过凸轮移相器来致动。气门被朝向标称闭合降低，并且气门闭合通过致动闩锁移相器来中断。气门闭合延伸超过标称气门闭合。

另外的目的和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从该描述中显而易见，或者可以通过实践本公开来学习。利用所附权利要求中特别指出的元件和组合，也将实现和达到这些目的和优点。

应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，并不是对要求保护的发明的限制。

附图说明

图1示出了气门致动系统的一部分。

图2A和图2B对比了在处于基圆处和处于内臂组件的完全致动时的气门机构中的摇臂。

图3为标称升程曲线的视图。

图4为根据历史的晚期排气门闭合(“LEVC”)技术覆盖有曲线的标称升程曲线的视图。

图5为根据本公开的靴形升程曲线的视图，其覆盖有根据历史的晚期排气门闭合(“LEVC”)技术的曲线。

图6至图8是根据本公开的可供选择的靴形升程曲线的视图。

具体实施方式

现在将详细参考在附图中示出的示例。只要有可能，在整个附图中将使用相同的附图标号来表示相同的或类似的部件。诸如“左”和“右”的方向参考是为了便于参考附图。

本文所公开的系统和方法克服了上述缺点，并且通过将排气温度增加约100度来改进本技术。一种包括通过连杆连接到凸轮移相器的机电闩锁的设备可用于实施加热技术。

另外，利用IEGR(内部废气再循环)技术可允许排气温度发生大约30度的变化。

提议将柴油机系统的排气温度增加约100摄氏度，并且在不会将附加的马达添加到引擎的情况下实施机电闩锁。该解决方案通过凸轮移相器上的技术启用了OBD(车载诊断)检测。

图1示意性地示出了可实施本文所公开的气门升程曲线的气门致动系统的一部分。电子控制单元(“ECU”)可为计算装置，该计算装置至少包括处理器、存储器和用于处理器执行的存储算法。算法可包括本文所公开的方法。ECU还可包括用于采集数据和命令的输入和用于发出命令的输出。如图所示，可从ECU向引擎凸轮轴1000的凸轮移相器4000发出命令。凸轮移相器4000可被控制为在标称升程位置和早期排气门开启(“EEVO”)位置之间移位凸轮轴1000。凸轮移相器4000可根据已知技术与引擎凸轮轴1000集成。

连杆5000被包括在凸轮移相器4000和闩锁移相器6000之间。连杆5000可为多种机构中的任何一种，诸如齿轮传动机构、链条传动机构、杠杆等等。连杆5000可包括用于改变从凸轮移相器4000传递至闩锁移相器6000的运动的比率的步进机构，诸如增速齿轮或其他装置。例如，凸轮移相器可根据所选择的早期排气门开启的程度而旋转5度或45度，或一些其他数量或度数。步进机构可以机械地将该运动的比率传递至闩锁移相器6000。

如图所示，闩锁移相器6000包括位于第二凸轮轨道6001上的闩锁定相凸轮凸角6002。齿轮或其他联接器可附连到第二凸轮轨道6001以使凸轮凸角6002旋转。如图所示，将第二凸轮轨道旋转90度可在按压在可致动闩锁900上的闩锁末端6010或6020与按压在可致动闩锁900的辊700上的未闩锁侧面6011或6021之间切换。

闩锁900可包括安装臂701，该安装臂用于安装可沿循闩锁定相凸轮6002的辊700。弹簧730安装到闩锁900并在保持架710中，使得当闩锁定相凸轮凸角处于闩锁位置时弹簧可伸展(图2A)。当闩锁定相凸轮凸角6002处于未闩锁位置时，弹簧730可在闩锁900和线圈上拉扯(图2B)。保持架710可跨过闩锁900，并且可装配在闩锁上的支座720中，并且装配在切换辊指从动件的主体111中的狭槽中。

其他闩锁机构和闩锁移相器可与本公开的教导内容一起使用。例如，致动器和闩锁机构，诸如在WO 2017/060496中所公开的。

切换辊指从动件(SRFF)或“摇臂”可构成多种构型，包括致动的闩锁和具有对应的单个凸角的单辊。或者，可使用诸如WO 2017/060496中所公开的构型等等。或者，闩锁滑块垫构型可被取代以与本文所公开的方法互补。

如图1、图2A和图2B中所示，三个偏心凸轮凸角、两个外凸角1001和1002、以及内凸角1003，可在II型引擎气门机构的凸轮轨道(引擎凸轮轴)1000上旋转。SRFF的致动器可包括机电闩锁或凸轮凸角等等。摇臂可安装在具有一个或多个凸轮轨道的II型顶置式凸轮气门机构中。或者，可为凸轮/无凸轮系统实施其他致动轨道，该系统具有一些凸***作和一些不具有凸轮的操作。摇臂(SRFF)的每个辊400、410、310可对应于凸轮凸角或其他致动器。

凸轮凸角1001、1002、1003的形状确定作为闩锁机构900的SRFF在枢转本体111中的运动是选择性致动的。

图3示出了标称排气门升程曲线和标称进气门升程曲线。排气门开启EVO1的定时相对于排气门闭合EVC1的定时示出。排气门闭合EVC1恰好发生在附属引擎气缸中的附属往复活塞的活塞行程的上止点TDC之后。进气门打开并关闭，同时进气门开启在活塞到达上止点TDC之前稍稍开始。存在许多用于推进或延迟进气门和排气门的升程曲线的技术，并且存在许多这样做的原因。然而，在所有操作条件下使用对气门升程曲线的特定推进或延迟并不是轻易显而易见的。同样，即使在一个引擎操作条件下使用了一个曲线，在不同的操作条件下(低负载、怠速、高负载等等)使用它也不是轻易显而易见的。

图4覆盖了在图3所示的标称升程曲线的顶部上的历史的晚期排气门闭合(“LEVC”)升程曲线。在历史上，通过使气门升程更高和更长来实现晚期排气门闭合。排气门闭合EVC2可以很好地延伸到进气门升程曲线，甚至超过进气门升程，以在进气门闭合期间完成。在一些操作条件下，结果是有益的。但是，当后处理为冷时，如当引擎处于怠速操作状态或低负荷预热状态时，过量的高度和气门开启时间是有害的。此外，可发生过度提升状态，从而导致活塞的气门间隙问题。大量废气逸出气缸，限制了内部废气再循环(iEGR)。并且，进气门和排气门同时以大的高度打开。对后处理的加热是有限的。

新的气门机构理念与汽油市场的应用相似。然而，至少由于后处理/颗粒/污染过滤技术的差异，应用这些技术在柴油机市场上的结果与汽油市场差别很大。

转到图5，一种方法将“靴”成型曲线添加到LEVC(晚期排气门闭合)曲线。使用此方法不存在过度提升的情况。另外，处于延伸的靴形的较低升程限制可逸出气缸的废气。内部废气再循环得到改善，因为较低升程在气缸中捕集更多的废气。

排气门可沿循标称升程曲线打开，并且在排气门闭合开始后的某个点处，闩锁900可被闩锁移相器移动，并且靴形曲线可以被过渡到该点。与在排气门闭合EVC1处的排气门闭合相反的是，排气门，在比历史的LEVC技术显著低的升程高度处达到排气门闭合EVC2。连杆5000中的适当选择的步进比率可联接在凸轮移相器4000和闩锁移相器6000之间，以将闩锁凸轮凸角6002旋转至致动位置从而启用延伸的升程曲线。

当凸轮1003在基圆处时，摇臂可解锁。这导致气门2000沿循外凸角1001、1002的标称升程曲线。控制闩锁移相器6000以致动闩锁机构900可回缩闩锁指906并允许内臂组件209在凸轮凸角1001、1002的偏心部分的最高点压靠辊310时向下摆动。外凸角1001和1002压在外辊400上，并且附属的气门2000沿循外凸角的升程曲线。

HLA或类似的机构可将SRFF连接到SRFF的枢转端部11上的引擎缸体。附加地或另选地，可将推杆联接到HLA 3000。SRFF的气门端部12可包括形式为气门托盘115或气门座600等形式的气门座，以用于安装气门的气门杆端部2001，使得气门头2003可打开和关闭以提供期望的气门曲线。

当SRFF闩锁时，可形成对应于“靴”形的“脚趾”的延伸的升程曲线。当凸轮移相器6000被致动以将闩锁900延伸到致动位置时，闩锁座901延伸以抓住内臂220。然后，内凸角1003在摇臂上按压延伸的升程曲线，以在排气门闭合EVC2处闭合气门2000。内凸轮凸角1003可设计有与外凸角1001、1002不同的凸轮升程曲线。可设计凸角的偏心度，使得当凸轮凸角旋转(显示为以度为单位的凸轮角度)离开这些凸轮凸角的基圆时，气门头2003可以不同定时、持续期间和程度中的一者或多者打开和关闭。外凸角1001、1002可以设计有比内凸角1003小的凸轮升程。在SRFF解闩的情况下，内凸角1003在联结到内臂200、210的内辊310上推动，并且外凸角1001、1002在外辊400、410上推动以产生标称升程曲线。如图2B所示，内臂向下摆动。当内臂组件209在枢转轴上枢转时，据称发生“空动”，并且内臂200、210可枢转以允许可变的气门升程事件。

图2A和图2B为示例性升程曲线。其他升程曲线是可能的，并且没有详尽地绘制。功能性可被颠倒，使得延伸的升程发生在外辊上，并且标称升程发生在内辊上。在这种情况下，闩锁900的偏置也可颠倒，使得闩锁被偏置闭合而不是偏置打开。如图所示，摇臂可包括三个辊400、410、310。两个外辊400、410安装于摇臂上的悬臂式外侧，以在外臂上的柱123、133上旋转。内辊310可安装在跨越内臂209之间的轴承轴300上。

第三辊(内辊)310可安装在内臂220、230之间的独立轴承轴(诸如第二轴300)上。内臂220、230可在枢转轴诸如第一轴302上枢转。枢转轴可将内臂组件209连接到外臂120、130的远侧端部。作为枢转轴的第一轴302还可将至少一个偏置机构、中心弹簧509连接到摇臂。

可通过对所公开的系统的修改启用其他技术，例如气缸停缸(CDA)(气门闭合)和早期或晚期气门技术，包括负气门重叠(NVO)、早期或晚期进气门开启或闭合(EIVC、LIVC、EIVO、LIVO)，或早期或晚期排气门开启或闭合(EEVO、EEVC、LEVO、LEVC)，尽管在后处理为冷或使用冲突的技术时并非所有另选方案都会被使用。

转到图6，其中示出了其中存在两个排气门和两个进气门的另选方案。两个排气门中的第一个排气门沿循图5的靴形曲线，以提供在EVO1处的标称排气门开启和在EVC2处的低升程晚期排气门闭合。第二个排气门沿循标称(标称)升程曲线，在EVO1和EVC1处开启和闭合。两个进气门都沿循标称升程曲线。

通过将凸轮移相器4000从针对图3至图5描述的标称升程位置致动到推进的升程位置，可以提供早期排气门开启(“EEVO”)。这可以在图7和图8中看到。联接在凸轮移相器4000和闩锁移相器6000之间的连杆5000可将闩锁凸轮凸耳6002旋转至致动位置以启用延伸的升程曲线。同时，凸轮移相器4000移动到启用EEVO的位置。ECU可发出命令以致动凸轮移相器，使得排气门开启时间被移动到排气门开启EVO2，其气门循环时间比EVO1(标称)早。以举例的方式，凸轮移相器可移动5至45度以调节排气门的开启时间。根据闩锁900是被偏置打开还是闭合，闩锁移相器6000可通过连杆5000连接以将凸轮凸角移动90度。如果移动卵形凸轮凸角，则可使用其他旋转量，诸如第二凸轮轨道的180度旋转。第二凸轮轨道的较少旋转可能是必要的，如同在移动杠杆或弹簧时一样，如WO 2017/060496中所公开的。

一种用于改进排气热管理的策略包括在一个排气门上使用LEVC“靴”对废气结合凸轮定相。凸轮定相将通过负气门重叠(NVO)提升IEGR。这意味着不允许所有废气离开气缸，使得废气保留在气缸中。LEVC通过使排气曲线回到TDC周围来帮助保持引擎的燃料经济性，同时较低的升程限制离开的排气量，从而促进IEGR。使用排气凸轮定相促进早期排气门开启(EEVO)，这会导致高排气温度。这种组合可在管理燃料经济性的同时，以约100摄氏度的提升产生较高的排气温度。

这些有益效果在图7中也适用，其中两个排气门中的第一个排气门沿循第一排气门升程曲线，该第一排气门升程曲线包括具有从EVO2开始的标称升程高度的早期排气门开启。通过控制闩锁移相器，延长的升程导致在EVC1处的标称排气门闭合。这避免了进气和排气门同时打开。两个排气门中的第二个排气门沿循标称升程曲线，该标称升程曲线在时间上移位以更早地发生。因此，早期排气门开启在EVO2处发生，并且随后早期排气门闭合在EVC3处发生。EVC3在气门循环中比在EVC1处的标称闭合早。本示例中的两个进气门都沿循标称升程曲线。

在图8中，延伸的低升程排气门闭合事件通过对应的凸轮凸角的形状来控制以在EVC2处在进气门升程曲线中良好地提供iEGR和气门闭合。凸轮移相器4000被控制以在排气门开启EVO2处提供EEVO。沿循标称升程高度和升程持续时间直到在完全排气门闭合之前的排气门闭合循环中的某点，此时闩锁900相对于内臂209定位，以便应用延伸的升程曲线(靴形)。晚期排气门闭合EVC2发生在标称排气门闭合EVC1之后。运行在气缸上的一对排气门中的第二个排气门可沿循标称升程高度和标称升程持续时间，但将标称升程曲线移位以提供EEVO和EEVC。

由于大部分排气门升程事件的持续时间没有改变，因此可实现自然负气门重叠，它仅仅用EEVO提前向上移动。在一个排气门上，不存在对NVO的惩罚，因为升程事件的持续时间是标称的。在另一个排气门上，在进气事件期间有意排气实现了iEGR，并且在冷启动、低负荷或怠速下，并且优选在柴油预热循环期间，净量具有更多的EGR和更高的加热后处理的功效。

在一个方面，改进将所有连杆联接到排气凸轮移相器。这将消除控制和附加硬件的复杂性。排气凸轮移相器连接到凸轮上的齿轮，使得：

·在没有凸轮定相的情况下，闩锁处于未闩锁位置，使得产生标称排气门曲线

·在凸轮定相的情况下，第二凸轮轨道6001被转动以锁住闩锁，使得发生与EEVO组合的LEVC。

有益效果：

·这是一种去除了马达但仍能为柴油机燃烧系统提供凸轮定相的机电系统。

·一旦被定相，凸轮移相器接合闩锁销以启用LEVC。

·引擎已经存在OBD(车载诊断)控制，并且OBD(车载诊断)控制已经与排气凸轮定相相关联。因此，如果凸轮被定相，则闩锁被锁住。现有的OBD技术可以以新的方式得到利用。

·此配置可应用于下列各项：

a.两个排气门上的EEVO+LEVC

b.一个排气门上的EEVO和另一个排气门上的EEVO+LEVC

c.一个或两个进气门上的LIVC(晚期进气门闭合)

d.一个或两个排气门上的个LIVO(晚期进气门开启)+LIVC

虽然附图未示出对进气门升程曲线的改变，并且进气门曲线显示为标称的，但应当理解，可调节升程曲线以允许LIVC和LIVO。

根据本公开的方法可包括感测打火事件、怠速事件或冷后处理状态，以及命令凸轮移相器4000将引擎凸轮轴移位到早期排气门开启位置。连杆5000可连接到闩锁移相器，以将针对摇臂上的延伸的排气门升程事件来定位闩锁。如果后处理低于150摄氏度或低于100摄氏度，则该方法可继续使用EEVO和延伸(靴形)升程曲线加热后处理。该模式具有高颗粒输出，因此其使用受到限制。例如，该模式可用于加热柴油后处理所需的600至650秒的前10秒。可以使用这种模式，直到后处理超过100摄氏度或直到后处理超过150摄氏度。然后，可以切换至另一个操作模式，例如气缸停缸，以继续对后处理的加热。另外，当引擎低于3巴BMEP时也可以使用此模式，因此将方法限制在低于3巴BMEP(“制动平均有效压力”)的引擎工作条件下。

考虑到本文公开的示例的说明书和实践，其他实现对于本领域技术人员将是显而易见的。