带滑动凸轮的减速气缸切断
阅读说明：本技术 带滑动凸轮的减速气缸切断 (Deceleration cylinder shut-off with sliding cam ) 是由 M·卡兹玛尔 M·A·史密斯 A·基奇 P·S·默西 J·M·摩尔 于 2021-03-25 设计创作，主要内容包括：本公开提供一种汽车顶置凸轮轴系统,该系统包括分别具有多个滑动凸轮轴筒的多个凸轮轴。这些凸轮轴筒的相反端分别具有零升程凸角。多个进气门是由凸轮轴中的第一个凸轮轴操纵,多个排气门是由凸轮轴中的第二个凸轮轴操纵。多个致动器在减速气缸切断(DCCO)模式中操作,以使凸轮轴筒可滑动地位移到使多个滑动凸轮轴筒中预定的一个滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部进气门或全部排气门中的至少一个接触的位置。(The present disclosure provides an automotive overhead camshaft system including a plurality of camshafts each having a plurality of sliding camshaft cylinders. The opposite ends of the camshaft barrels each have a zero lift lobe. A plurality of intake valves are operated by a first one of the camshafts and a plurality of exhaust valves are operated by a second one of the camshafts. The plurality of actuators operate in a Deceleration Cylinder Cutoff (DCCO) mode to slidably displace the camshaft cylinders to a position where the zero-lift lobe of a predetermined one of the plurality of sliding camshaft cylinders contacts at least one of all of the intake valves or all of the exhaust valves.)
技术领域
本公开涉及一种用于在燃料切断期间控制经过内燃机的空气流的系统和方法。
背景技术
具有顶置凸轮设计的内燃机包括可以由至少一个凸轮轴的凸轮凸角所致动的进气门和排气门。在一些构造中，凸轮轴是由滑动凸轮轴组件构成，其中滑动凸轮轴组件具有用于改变发动机门的升程距离的多个梯级。例如，三梯级滑动凸轮轴可包括：用于将发动机门提升至最大距离的高升程凸轮凸角位置、用于将发动机门提升至低于最大提升距离的低升程凸轮凸角位置、及主动燃料管理(AFM)或气缸停用凸角位置，以便使用少于全部的可用气缸进行操作，从而使燃料经济性最大化，由此可提供零升程距离。
至少一个滑动凸轮轴致动器被固定在内燃机上，用于在多个凸轮凸角之间改变位置。至少一个凸轮轴致动器的多个致动器销的作用是选择性地与构造于在滑动凸轮轴组件上所形成的凸轮轴筒的外周上的移位槽相接合。当凸轮轴组件旋转时，选择一个单独的致动器销使其移动到凸轮轴筒的移位槽中，由此导致滑动凸轮轴组件沿凸轮轴轴线位移到不同的位置。
当发动机在减速期间转变到燃料切断模式时，随着活塞继续在零燃料(0燃料)条件下的运行，含氧空气会进入发动机歧管。如果过量的氧气经过发动机到达下游的催化转化器，则氧气会使催化剂载体饱和。当发动机返回到加燃料操作时，氧饱和度会降低所符合的排放标准。
因此，虽然目前的用于实现完全发动机气缸停用的发动机系统已经实现了它们的预期目的，但需要一种用于在顶置凸轮轴内燃发动机中实现完全气缸停用的新的经改进的系统和方法。
发明内容
根据几个方面，机动车辆的顶置凸轮轴系统包括单独地具有多个滑动凸轮轴筒的多个凸轮轴。凸轮轴筒的相反端分别包括零升程凸角。多个进气门是由凸轮轴中的第一个凸轮轴操纵，并且多个排气门是由凸轮轴中的第二个凸轮轴操纵。多个致动器在减速气缸切断(DCCO)模式中操作，以使凸轮轴筒可滑动地位移到使多个滑动凸轮轴筒中的预定的一个滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部进气门或全部排气门中的至少一个接触的位置。
在本公开的另一个方面，凸轮轴筒的相反端包括位于零升程凸角附近的低升程凸角。
在本公开的另一个方面，凸轮轴筒的相反端包括位于靠近低升程凸角的高升程凸角。
在本公开的另一个方面，相对于零升程凸角，高升程凸角相反地位于低升程凸角附近。
在本公开的另一个方面，在DCCO模式中，多气缸发动机的所有气缸在气缸的燃料供应切断的情况下被停用。
在本公开的另一个方面，在DCCO模式中，多个致动器中的进气致动器使凸轮轴筒发生移位，使得限定进气门的多个阀中的所选定阀与零升程凸角接触，由此提供零升程，从而阻止经过气缸的空气流。
在本公开的另一个方面，在DCCO模式中，多个致动器中的排气致动器使凸轮轴筒发生移位，使得限定排气门的多个阀中的所选定阀与零升程凸角接触，由此提供零升程，从而阻止经过气缸的空气流。
在本公开的另一个方面，多个致动器在减速气缸切断(DCCO)模式中操作，以使凸轮轴筒可滑动地位移到使多个滑动凸轮轴筒中预定的滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部进气门和全部排气门接触的位置。
在本公开的另一个方面，在初始阶段，给全部气缸提供限定发动机的稳态运行的燃料，并且在第二阶段期间，以逐个气缸的方式切断燃料直到存在零气缸加燃料条件，从而启动DCCO模式。
在本公开的另一个方面，在DCCO模式期间，发生进入发动机歧管的空气泄漏，从而产生歧管压力，其中为了降低DCCO模式结束时的发动机歧管压力而将节气门关闭。
根据几个方面，顶置凸轮轴系统包括具有多个气缸的机动车辆的内燃机。多个凸轮轴包括进气凸轮轴和排气凸轮轴。多个凸轮轴分别具有多个滑动凸轮轴筒。凸轮轴筒的相反端分别具有零升程凸角。多个进气门是由进气凸轮轴操纵。多个进气致动器在减速气缸切断(DCCO)模式中运行，以使进气凸轮轴的凸轮轴筒可滑动地位移到使进气凸轮轴的多个滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部进气门接触的位置。
在本公开的另一个方面，多个排气门是由排气凸轮轴操纵。
在本公开的另一个方面，在减速气缸切断(DCCO)模式期间，多个排气致动器代替多个进气致动器操作，以使排气凸轮轴的凸轮轴筒可滑动地位移到使排气凸轮轴的多个滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部排气门接触的位置。
在本公开的另一个方面，在减速气缸切断(DCCO)模式期间，除了多个进气致动器以外多个排气致动器操作，以使排气凸轮轴的凸轮轴筒可滑动地位移到使排气凸轮轴的多个滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部排气门接触的位置，并且同时进气凸轮轴的多个滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部进气门接触。
在本公开的另一个方面，在初始时间段中，给全部气缸提供限定内燃发动机的稳态运行的燃料。
在本公开的另一个方面，在第二阶段时间段中，以逐个气缸的方式切断燃料，直到出现零气缸供油条件，从而启动DCCO模式。
在本公开的另一个方面，在DCCO模式结束时，将节气门关闭以降低发动机歧管压力。
根据几个方面，利用机动车辆的顶置凸轮轴系统来实现完全气缸停用的方法包括：将凸轮轴筒可滑动地安装在多个凸轮轴上；将零升程凸角定位于凸轮轴筒的相反端；连接多个进气门以便凸轮轴中的第一凸轮轴的操作，以及连接多个排气门以便凸轮轴中的第二个凸轮轴的操作；和对多个致动器进行编程以使其在减速气缸切断(DCCO)模式期间操作，从而使凸轮轴筒可滑动地位移到使多个滑动凸轮轴筒中的预定的滑动凸轮轴筒的零升程凸角与全部进气门或全部排气门中的至少一个接触的位置。
在本公开的另一个方面，该方法进一步包括：将低升程凸角定位于靠近零升程凸角的凸轮轴筒的相反端；和将高升程凸角定位于靠近低升程凸角的凸轮轴筒的相反端。
在本公开的另一个方面，该方法进一步包括：通过切断对所有气缸的燃料供应以启动DCCO模式，而停用多气缸发动机的气缸。
根据本文中所提供的描述，其他适用范围将变得显而易见。应当理解的是，该描述和具体实例只是用于说明的目的而并非意图限制本公开的范围。
附图说明
本文中所描述的附图只是为了说明的目的而并非意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据一个示例性方面的内燃机顶置凸轮轴系统的进气和排气滑动凸轮轴构造的前透视图；
图2是图1的系统的侧面正视图；
图3是图2的两个致动器的侧面正视图；
图4是用于图1的系统操作的方法步骤的图。
具体实施方式
以下的描述在本质上只是示例性的而并非意图限制本公开、其应用、或使用。
参照图1，根据一个示例性实施例的各方面，提供了用于示例性四缸内燃机顶置凸轮轴系统和操作方法10的进气和排气滑动凸轮轴构造。应当理解的是，该发动机的四缸实施例只是示例性的，并且在不超出本公开的范围的情况下针对减速气缸切断(下文中称为DCCO)的本公开可应用于其他多缸发动机凸轮轴系统构造，例如2缸、3缸、5缸、6缸、8缸、9缸或12缸。
机动车辆的顶置凸轮轴系统和操作方法10包括至少一个滑动凸轮轴，该滑动凸轮轴具有多个凸轮轴筒。根据几个方面，该顶置凸轮轴系统和操作方法10包括三(3)级进气滑动凸轮轴12及两(2)或三(3)级排气滑动凸轮轴14。凸轮轴致动器16包括至少一个致动器销，并且根据几个方面其包括第一致动器销18和第二致动器销20，它们单独地且选择性地是可伸长的和可伸缩的。第一致动器销18和第二致动器销20分别被接纳于多个槽22中的一个槽中，这些槽22形成于可滑动地设置在进气滑动凸轮轴12或排气滑动凸轮轴14中的一个滑动凸轮轴上的多个凸轮轴筒24的各个凸轮轴筒中。在凸轮轴的轴向旋转期间第一致动器销18或第二致动器销20中的一个致动器销的延伸导致凸轮轴筒24在第一方向26或者相反的第二方向28上的滑动运动。
为了转换三级进气12和排气滑动凸轮轴14的位置，而设置有至少一个致动器16，该致动器与凸轮轴选择性地连接并且由控制模块(例如，具有示例性四个气缸33的内燃机31的发动机控制模块30)发出开和关的命令。如本文中所述，在本公开的范围内，发动机31可具有多于或少于四个的气缸。特别是在此方面，顶置凸轮轴系统和操作方法10包括多个致动器16(1)至16(6)，其中致动器16(1)至16(4)起到使三级进气滑动凸轮轴12发生移位的作用，当发动机控制模块30发出指令时，至少两个致动器16(5)和16(6)起到使排气滑动凸轮轴14发生移位的作用。致动器16(1)至16(4)起到使至少一个进气门并且根据几个方面使一对进气门(如各汽缸中的一个气缸的示例性第一进气门32)发生移位的作用。致动器16(5)至16(6)类似地起到使至少一个排气门并且根据几个方面使各气缸中的一个气缸的一对排气门发生移位的作用。
参照图2并再次参照图1，单独的进气门凸轮轴筒(如凸轮轴筒24)可在凸轮轴筒24的相反端包括高升程凸角34、低升程凸角36、及DCCO或零升程凸角38。根据几个方面，高升程凸角34位于低升程凸角36附近，并且相对于零升程凸角38相反地位于低升程凸角36附近。基于凸轮轴筒24的轴向位置，进气门(如示例性的第一进气门32)可与凸轮轴筒24中的一个凸轮轴筒的高升程凸角34、低升程凸角36、或者DCCO或零升程凸角38接触。根据几个方面，四个进气致动器16(1)、16(2)、16(3)、16(4)可用于实现各模式的不同组合。例如，可在以设置在高升程凸角34处的高升程模式以及使升程小于设置在低升程凸角36处的高升程模式的低升程模式的操作期间使用第一和第四进气致动器16(1)、16(4)。也可独立地在设置在高升程凸角34处的高升程模式以及使升程小于设置在低升程凸角36处的高升程模式的低升程模式中使用第二和第三进气致动器16(2)、16(3)。
参照图3并再次参照图1和2，图中示出了在DCCO模式操作期间的第一进气致动器16(1)和第二进气致动器16(2)。第三进气致动器16(3)和第四进气致动器16(4)类似地操作，因此为了清楚起见未图示。就DCCO模式操作而言，停用所有四个气缸并且关闭向气缸的燃料供应。在DCCO模式操作中，进气致动器使凸轮轴筒(如第一凸轮轴筒24和第二凸轮轴筒40)发生移位，使得进气门接触DCCO凸角，由此提供阀零升程，从而阻止或最小化经过发动机气缸的空气流。
根据几个方面，为了实现DCCO模式操作，而使第一凸轮轴筒24发生移位，使得第一进气门32接触第一凸轮轴筒24的零升程凸角38的凸轮面42并且第二进气门44接触第一凸轮轴筒24的零升程凸角38'的凸轮面46。类似地并与此同时，使第二凸轮轴筒40发生移位，使得第三进气门48接触第二凸轮轴筒40的零升程凸角38”的凸轮面50，并且第四进气门52接触第二凸轮轴筒40的零升程凸角38”’的凸轮面54。
根据几个方面，在DCCO模式中，全部进气门中的单独进气门可被定位成与进气凸轮轴筒中的单独进气凸轮轴筒的零升程凸角中的一个接触。根据几个方面，在DCCO模式中，全部进气门中和全部排气门可定位成与排气凸轮轴筒中的单独凸轮轴筒的零升程凸角中的一个零升程凸角接触。根据其他方面，在DCCO模式中，全部进气门和全部排气门可单独地被定位成与进气凸轮轴筒或排气凸轮轴筒中的单独凸轮轴筒的零升程凸角中的一个零升程凸角接触。
除非命令阀升程发生移位，否则通常将凸轮轴致动器断电，由此在高升程模式、低升程模式和DCCO模式之间改变模式。给进气致动器的线圈通电以实现模式转换。
参照图4并再次参照图1至3，图56标示了多个元素，用以执行用于操作本公开的系统的方法。在初始时间段58中，给所有四个气缸提供限定发动机的稳态操作60的燃料。在第二时间段62期间，以逐个气缸的方式将燃料切断，直到存在零气缸加燃料条件64从而启动DCCO模式。在第三时间段66中的DCCO模式结束时，以逐个气缸的方式再导入燃料，直到发动机返回到全功率运行68。当发生第二时间段62的燃料切断时，启动未经控制的扭矩时间段70(其是由下降的扭矩曲线72所指示)，直到发生零扭矩运行74，其后经控制的扭矩时间段76以扭矩水平78转变成预定的扭矩。在DCCO模式结束时，作为第三时间段66，当重新导入燃料时启动扭矩增加80。作为扭矩请求信号的预测扭矩请求82具有第一部分84，该部分与下降扭矩曲线72平行，直到以预定的负扭矩88到达信号部分86，该预定的负扭矩被保持直到当再导入燃料时在第三时间段66开始时所发生的DCCO 90结束，其后限定了正趋势信号部分92。
节气门94的位移产生节气门信号，该节气门信号在以逐个气缸的方式切断燃料时在第二时间段62期间限定下降的节气门信号部分96。此后在整个DCCO模式中，保持指示无节气门变化或需求的节气门信号部分98。歧管绝对压力(MAP)信号100限定负趋势信号部分102直到DCCO模式开始104，该DCCO模式开始104是向所有气缸的燃料切断完成时在第二时段62结束时发生。在DCCO模式开始104之后，MAP信号限定稳定增加部分106，直到达到预定的最小发动机扭矩107，并且保持平坦直到DCCO 90的结束发生。应当指出的是，在DCCO模式期间，全部进气门、全部排气门、或者全部进气门和排气门都被关闭，然而发生进入发动机歧管的空气泄漏形成了发动机歧管压力108。为了在关闭步骤110中快速地减小DCCO 90结束时的发动机歧管压力108，可关闭节气门94以使排放到催化转化器(未图示)的氧气最小化。
系统控制器(如参照图1所描述的发动机控制模块30)收集系统操作数据。当存在允许DCCO模式的预定条件时，系统控制器(如发动机控制模块30)生成减速燃油切断(DFCO)请求信号112，并且在以逐个气缸的方式切断燃料时的第二时间段62期间经历梯度增加114。在DCCO模式的未定期间，DFCO请求信号112在稳态值116处保持平坦，并在DCCO 90结束时下降并返回到零值118。图示的实际VCE状态具有限定低升程条件的FTC状态120，该低升程条件限定例如在具有至少两个进气门的高升程状态的燃油切断的启动之前所发生的状态。FTC状态120通过将高升程状态进气门转变为低升程状态而转变为限定RCE状态122的低升程条件。然后，RCE状态122转变为DCCO模式或状态124。
本公开的顶置凸轮轴系统和操作方法10提供了若干优点。这些优点包括利用现有滑动凸轮发动机硬件完全地禁止经过发动机的空气流，由此在减速/滑行事件期间延长零加燃料状态。本发明的系统和方法利用滑动凸轮技术在进气和/或排气凸轮上形成零升程状态，以阻止经过内燃机的空气流。本发明的系统和方法减少/消除氧气经过发动机且穿过催化剂的运动，从而能够在氧气不使催化剂载体饱和的情况下实现延长的燃料切断操作。
本公开的描述在本质上只是示例性的，并且不背离本发明主旨的变更意图是在本发明的范围内。这种变更不应被视为脱离本发明的方案和范围。
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