技术领域
[0001] 本
发明一般地涉及
压缩点火发动机的控制，更特别地涉及例如
机车或航海类型发动机的具有大
排量气缸的四冲程压缩点火发动机中凸轮传感器的消除。 背景技术
[0002] 虽然各种消除凸轮传感器的技术已经设置于相对小的
火花点火发动机中，但是这类技术被认为不适宜于例如
柴油发动机的更大压缩点火发动机的独特设计。例如，大型16缸机车柴油发动机的单缸排气量可以是大约11升，而典型柴油
卡车的单缸排气量可以是大约仅2升/缸。因此大型机车发动机的单缸可以轻易地比大型柴油卡车的单缸大5倍。另外，典型卡车发动机具有6或8个气缸而典型机车发动机具有12或16个气缸，因此各气缸贡献总动
力的较小部分。这通常成为非常不同的设计约束条件，原因是高喷射压力
水平
3
(大约10-20k.p.s.i)需要与更高的燃油流量(100-1600mm/冲程)相结合来实现较大机车发动机的合适的燃烧。
[0003] 其它的差异同样影响可以使用在较大压缩点火发动机上的
燃油喷射系统的类型。例如，机车发动机特定地被设计以保持调节器的
稳定性，例如提供相对恒定的速度输出以使得用于驱动
车轮的大型分
电机提供稳定的动力产生源。同样，大型机车发动机由于例如
压缩机负荷、
风扇负荷以及客用列车的“卧车”动力负荷(用于以60Hz产生110V的
交流发电机)的大型附件负荷的改变而遭受急剧的负荷变化。驱动该种负荷或关闭该种负荷可以随时产生大约500
马力的负荷变化。
[0004] 一般与这种较大型发动机不同的另一种设计考虑因素是较低的
发动机转速(RPM)和减小的腔内空气移动。较小发动机典型地以几千RPM的发动机转速操作。然而，较大发动机一般在0-1050RMP之间进行操作。
活塞移动的速度一般会影响空气进气和/或
涡流。较低的RMP一般转化为较慢的进气。对于较小容积的气缸，在
做功冲程期间足够的腔内空气移动可实现燃 油空气混合物的适当雾化。然而，较大的气缸一般具有小得多的气缸空气移动，这将导致较大的停滞截留空气量。这一般需要施加更大的燃油喷射压力以克服缸内压缩并且将该截留空气量压为足够雾化的状态，使得雾沫(entrainment)产生空气/燃油混合物的均匀的、理想配比的燃烧。
[0005] 在传统的机车发动机设计中，
曲轴传感器使发动机调节器单元(EGU)与曲轴同步。然而，凸轮传感器确定发动机实际位于的冲程，也就是在不使用凸轮传感器的情况下，EGU不能确定压缩冲程和
排气冲程的不同。一旦凸轮
位置已知，那么由于通过检测曲轴齿的信息EGU就能够保持正确的凸轮检测，所以EGU一般不需要额外的凸轮数据。目前，在不使用凸轮传感器的情况下，还不能完全起动机车发动机。
[0006] 鉴于上述问题，因为目前凸轮传感器在机车中为单点故障，所以希望提供一种控制技术，该技术可以在甚至没有凸轮传感器存在的情况下可靠地提供机车的压缩点火发动机的受控起动。通过消除凸轮传感器得到的另一个可靠性提高是消除由噪音凸轮脉冲造成的EGU中的同步损失。还希望降低发动机的制造成本，因为如果能够消除凸轮传感器，那么也能消除对凸轮传感器盖和定时轮的机加工。此外，可以消除处理凸轮传感器
信号的EGU上的配线和
电路。另外，消除凸轮传感器可实现更简单的
制造过程，不需要耗时的和容易出错的凸轮传感器合断操作(gapping action)。
发明内容
[0007] 一般地，本发明通过在一个示例性
实施例提供的一种控制具有多个气缸的压缩点火发动机起动的方法来满足前述需要。每个气缸包括在各自顶和底位置之间沿气缸纵轴可往复移动的相应活塞。该方法包括为每个气缸提供相应的燃油输送组件；从
存储器取出一组燃油输送组件点火规则；基于传感器的输出假定凸轮位置；处理所述点火规则使得点火信号相对于假定凸轮位置被输送到每个燃油输送组件；以及监视至少一个发动机操作参数以使得如果发动机操作性能上升，那么所述假定凸轮位置被保持，并且如果发动机操作性能下降，那么所述假定凸轮位置被改变大约180度。
[0008] 该燃油输送组件还设置为不敏感于在最佳喷射时间期间之外所收到的任何点火信号以使得在最佳喷射时间期间之外不向各气缸输送任何燃油。
[0009] 本发明还通过在另一实施例中提供的一种控制具有多个气缸的压缩点火发动机起动的方法来满足前述需要。每个气缸包括在各自顶和底位置之间沿气缸纵轴可往复移动的相应活塞。所述方法包括：为每个气缸提供相应的燃油输送组件；从存储器取出一组燃油输送组件点火规则；基于传感器的输出假定凸轮位置；处理所述点火规则以使得点火信号在曲轴相对于所假定凸轮位置回转每隔一次时被输送至所述两组气缸的其中一组气缸中的每个燃油输送组件；以及处理所述点火规则以使得信号在曲轴相对于与所述假定凸轮位置相对大约180度的凸轮位置回转每隔一次时被输送到所述两组气缸的另一组气缸中的每个燃油输送组件。
[0010] 本发明还通过在又一实施例中提供一种控制具有分组成至少两组气缸的多个气缸的压缩点火发动机起动的方法来满足前述需要。每个气缸包括在各自顶和底位置之间沿气缸纵轴可往复移动的相应活塞。该方法可以为每个气缸设置相应的燃油输送组件。该方法还可以从存储器取出一组燃油输送组件点火规则。该方法还可以处理所述点火规则以使得点火信号在曲轴相对于所假定凸轮位置回转每隔一次时被输送到所述两组气缸的其中一组气缸中的每个燃油输送组件并且可以处理所述点火规则以使得信号在曲轴相对于与所述假定凸轮位置相对180度的凸轮位置时被输送到所述两组气缸的另一组气缸中的每个燃油输送组件。
[0011] 本发明还通过在又一实施例中提供一种用于在没有凸轮传感器的情况下控制压缩点火发动机起动的系统，所述发动机具有多个气缸，每个气缸包括在各自顶和底位置之间沿气缸纵轴可往复移动的相应活塞，所述系统包括：用于每个气缸的相应燃油输送组件；包括一组燃油输送组件点火规则的存储器；第一传感器，该第一传感器在发动机
曲柄转动过程中探测发动机特性，并且基于该发动机特性假定凸轮位置；处理器，用以处理所述点火规则以使得点火信号相对于所假定凸轮位置被输送到每个燃油输送组件；以及至少一个第二传感器，用于监视至少一个发动机操作参数以使得如果发动机操作性能上升，那么所述假定凸轮位置被保持，并且在发动机操作性能下降的情况下，使所述假定凸轮位置被改变大约180度。
附图说明
[0012] 图1是可受益于本发明的凸轮消除技术的示例性Vee类型柴油机车发动 机的透视图。
[0013] 图2是由实现如下图3-5内容所示的控制
算法的处理器进行控制的组合动力组件的局部剖视图。
[0014] 图3是在不使用凸轮传感器的情况下控制具有多个气缸的压缩点火发动机的起动的示例性实施例的
流程图。
[0015] 图4是在不使用凸轮传感器的情况下控制压缩点火发动机起动的另一示例性实施例的流程图。
[0016] 图5是在不使用凸轮传感器的情况下控制具有多个气缸的压缩点火发动机起动的又一示例性实施例的流程图。
[0017] 图6是在不使用凸轮传感器的情况下用于控制压缩点火的起动的处理器的简化方
框图。
[0018] 在对本发明的任何实施例做详细说明之前，应当理解，本发明不将其应用局限于下列
说明书提出的或附图所示的详细结构和部件布局。本发明能够具有其它的实施例并且以多种方法实行或实现。同样，应当理解，在此使用的用语和术语是出于说明的目的而不应被认为是限制性的。
具体实施方式
[0019] 图1一般描述采用根据本发明一个实施例的
电子燃料控制系统的示例性压缩点火柴油发动机10。发动机10可以是任何相对较大的柴油发动机，例如，柴油发动机型FDL-12、FDL-16，或HDL，其由位于PA的Grove City的通用电气公司生产。该种发动机包括
涡轮增压器12和一系列组合动力或燃料喷射组件14。例如，12缸发动机具有12个该种动力组件而16缸发动机具有16个该种动力组件。发动机10还包括空气进气
歧管16、将燃油供给各动力组件14的供油管线18、用于冷却发动机的进水歧管20、
润滑油泵22和水泵24，所有这些在本技术领域中已公知。连接到
涡轮增压器12上的
中间冷却器26有利于在涡轮增压空气进入动力组件14之一中的各个
燃烧室之前使之得以冷却。发动机可以是Vee类型或直列式，同样在本技术领域已公知。
[0020] 图2描述多个动力组件14之一，其包括气缸28和将燃油输送到气缸28中的燃烧室的对应燃油输送组件30。每个组合动力组件14还可包括使一般以34标示的多个
弹簧偏压气
门移动的气门
摇臂轴32。气门摇臂轴32通过气 门摇臂38连接于
气门推杆36。气门摇臂轴32连接于气门推杆36并且以本技术领域所公知的方式致动。
[0021] 每个组合动力组件14还包括可插入到发动机10的发动机组中的钻孔(未示出)内的气
缸套筒40。组合动力组件14包括用于罩住气缸28和相关构件的气缸罩或壳体。对于典型发动机10，例如可使用在机车中的发动机，喷射压力的典型范围在大约15-20k.
3
p.s.i之间。典型的燃油输送流量范围在大约100-1600mm/冲程之间。每个气缸排量的典型范围可以是从大约5.5升到大约11升。可以理解，本发明不局限于上述典型的范围。 [0022] 燃油输送组件30包括连接于高压喷射管线44的燃油喷射机构42，所述高压喷射管线
流体连接于例如燃油泵的
燃油压力产生单元46。该结构公知为泵-管线-
喷嘴结构。
燃油压力产生单元46通过燃油推杆48的致动来产生压力，所述燃油推杆48由专用于燃油输送致动的发动机
凸轮轴上的凸起部致动。燃油输送组件30包括用来从电子
控制器接受
电信号的电信号线50，这将在随后进行说明。电信号线50将
控制信号提供给形成为燃油输送组件30的一部分的电控
阀52。
[0023] 组合动力组件14通过下述事实得名，即，每个气缸和附加组件(或动力组件)可从发动机单独地拆卸下来以便于维修。因此，不需要拆卸或移位整个发动机以便于气缸和其相关组件的修理。可以理解，本发明的系统和技术不局限于组合动力组件。 [0024] 图3示出了实现本发明一方面内容的示例性方法的流程图。该方法允许在不使用凸轮传感器的情况下控制具有多个气缸的压缩点火发动机的起动。每个气缸包括在各自顶部和底部位置，即，
上止点(TDC)和
下止点(BDC)，之间沿气缸纵向轴可往复移动的相应活塞。如上所述，在开始步骤100之后，步骤102允许为每个气缸设置燃油输送组件，例如燃油输送组件30(图2)。步骤104允许从存储器取出一组燃油输送组件点火规则。步骤106允许在起动操作模式期间处理所取出的点火规则从而在曲轴每回转一次时将点火信号输送到每个燃油输送组件。本领域技术人员可以理解，依赖于凸轮传感器信息的标准发动机起动技术通常会在起动操作模式期间、曲轴回转每隔一次时输送点火信号，以代替曲轴每回转一次输送点火信号。步骤108允许布置燃油输送组件以使其响应于在压缩冲程期间上止点处所接收的任何点火信号，从而在由燃油凸轮凸起部的上升确定的喷射最佳时间(injection window) 期间向各气缸供油。例如，如果凸轮凸起部外形是上升的，那么燃油推杆48(图1)将被致动且与致动用于开启高压管线的螺线管的点火信号协作，然后将燃油输送至气缸。可以理解，由于该燃油输送通常继续到做功冲程，所以在喷射最佳时间期间内的燃油输送并不局限于只在压缩冲程内的燃油输送。例如，我们可以在上止点之前5度开始喷射并继续到上止点后25度。步骤110允许设置燃油输送组件以使该组件对最佳喷射时间期间之外接收的任何点火信号不灵敏，以使得在燃油最佳喷射时间期间之外燃油不会输送到气缸中。例如，如果凸轮凸出部的外形不再上升，那么燃油推杆48(图1)将不被致动以输送任何燃油，并且，由于燃油推杆在这种情况下不会被燃油凸轮凸起部致动，所以即使点火信号存在也不会导致燃油输送到气缸中。因而，该实施例利用了上述将燃油输送进气缸的双重相互关系：1)燃油推杆致动和2)存在点火信号。如果上述两动作的任何一个不发生，那么燃油输送不会发生。可以理解，前述相互关系包括建立在一个示例性实施例中的
电动机械的相互关系并且不需要通过
软件代码来实现。
[0025] 上述操作允许在起动操作模式期间使燃油输送组件中的一个或多个螺线管激发，如同每个气缸TDC对应于压缩冲程一样。如果气缸确实位于压缩冲程的TDC，那么这会导致气缸点火，然而，如果气缸位于排气冲程的TDC，那么燃油输送组件不会喷油，原因是在后者的情况中，油泵凸轮不会向上移动，因此将不会形成燃油流动并且甚至在存在点火信号的情况下气缸也不会点火。该实施例能够使带有所有气缸的发动机起动并且能无限期地继续。如果曲轴每回转一次
喷油器泵阀接收一次点火信号，那么可能会使喷油器泵阀的磨损增加，那么下述可选择的步骤可以用来使发动机同步。然而可以理解，如果不对喷油器阀的增加磨损的因素进行考虑，那么就不必要使用下列步骤。
[0026] 步骤112允许确定发动机是否达到预定的发动机状态，例如发动机RPM的范围从大约200到大约250RPM。如果发动机已经达到预定的发动机RPM，那么步骤114允许处理一组新的点火规则以使得点火信号在曲轴相对于假定的凸轮位置回转两圈时输送到每个燃油输送组件。如果发动机没有达到预定的发动机转速，那么该方法反复地在步骤106继续。经由连接
节点A到达的步骤116允许监视一个或多个表示发动机性能水平的发动机操作参数，例如，发动机转速、
加速度等。如判定框118所示，如果发动机性能水平下降，那 么步骤120允许在返回步骤122之前将假定凸轮位置改变大约180度。相反地，如果发动机性能水平上升，那么该方法进行到返回步骤122。这表示假定的凸轮位置对应于实际的凸轮位置。发动机的进一步同步将通过检测表示曲轴齿位置的信号进行保持，这可以由本领域技术人员容易地理解。
[0027] 图4表示实现本发明另一方面内容的示例性方法的流程图。该方法允许在不使用凸轮传感器的情况下控制具有多个气缸的压缩点火发动机的起动。每个气缸包括在各自顶和底位置，即，上止点(TDC)和下止点(BDC)之间沿气缸纵向轴可往复移动的相应活塞。如上所述，在开始步骤200之后，步骤202允许向每个气缸提供燃油输送组件，例如，燃油输送组件30(图2)。步骤204允许从存储器中取出一组燃油输送组件点火规则。步骤206允许在曲轴相对于假定凸轮位置回转每隔一次时处理所取出的点火规则以将点火信号输送到每个燃油输送组件。步骤208允许在每回转n次时重新处理点火规则以使得点火规则的定时相对于假定凸轮位置被改变大约180度。
[0028] 步骤210允许确定发动机是否达到预定的发动机状态，例如发动机RPM范围从大约200至大约250RPM。如果发动机已经达到预定的发动机RPM，那么该方法继续经由连接节点B到达的步骤212。如果发动机没有达到预定的发动机转速，那么该方法在步骤206重复地继续。步骤212允许监视一个或多个表示发动机性能水平的发动机操作参数，例如，发动机转速、加速度等。如判定框214所示，如果发动机性能水平下降，那么步骤216允许在返回步骤220之前将假定凸轮位置改变大约180度。相反地，如果发动机性能水平上升，那么该方法进行到返回步骤220。
[0029] 如上所述，该最后所述的实施例会尝试在n次回转中将发动机正确地点火，然后在n次回转中不正确地点火，这会给操作者造成发动机没有正确运转的
印象。可以认为，对操作者适当的培训可以避免该问题。另外，n应该选择为使发动机有足够的时间加速到确定速度。还有，该确定速度必须远超过起动速度以确保发动机事实上通过其自身动力达到该速度。
[0030] 在一个示例性实现方式中，n可以等于1。即，可以假定凸轮的位置(即，对应于压缩冲程或排气冲程)并尝试根据所假定的位置使发动机点火。如果发动机没有起动，那么将该假
定位置改变到其它位置并尝试根据该其它位置使发动机点火。有人考虑利用在机车发动机中普遍可用的传感器来表示正确获得第一次合适点火周期的概率。即，例如，不管在压缩冲程还是在排气冲 程，增大该假定位置与发动机实际状态相对应的概率。例如，有人使用歧管
压力传感器检测在起动期间的歧管压力特性，该压力特性表示发动机可能位于的循环。可以理解，能够同样有效地使用其它任何适合于测量表示位于压缩冲程还是排气冲程的概率的特征的传感器。另一种可用于改善第一次正确获得适当点火周期的概率的技术可以是使控制器根据可由发动机
位置传感器检测到的发动机上次操作位置记住上次点火周期。实际上，由于随着发动机
滑行至停止，典型发动机位置传感器的
分辨率倾向下降，所以该技术有一些难以实现。
[0031] 图5示出了实现本发明又一方面内容的示例性方法的流程图。该方法允许在不使用凸轮传感器的情况下控制具有多个气缸的压缩点火发动机的起动。每个气缸包括在各自顶和底位置，即上止点(TDC)和下止点(BDC)之间沿气缸纵向轴可往复移动的活塞。如上所述，在开始步骤300之后，步骤302允许向每个气缸提供燃油输送组件。步骤304允许从存储器取出一组燃油输送组件点火规则。步骤306允许将多个气缸分组成至少两个不同组的气缸。例如，在由两排(bank)八气缸构成的16缸发动机中，一排中的每个气缸构成一组气缸而另一排中的每个气缸构成第二组气缸。可以理解，其它分组也是可能的。例如，前8个气缸可以是一组而后8个气缸可以是另一组。所有偶数气缸可以是一组，奇数气缸在另一组。步骤308允许在曲轴相对于所假定的位置回转每隔一次时处理所取出的点火规则以将点火信号输送给两组气缸的其中一组气缸的每个燃油输送组件。步骤310允许在曲轴回转每隔一次与所假定的凸轮位置相对大约180度处理所取出的点火规则以将点火信号输送给两组气缸的另一组气缸中的每个燃油输送组件。
[0032] 可以理解，在该示例性实施例中，一半数量的气缸将在最佳点火时间期间接收点火信号并产生
能量。另一半数量的气缸将在排气/
进气冲程期间接收信号且不输送燃油。 [0033] 经由连接节点C到达的步骤312允许确定发动机是否达到预定的发动机状态，例如发动机RPM范围从大约200至大约250。如果发动机没有达到预定的发动机转速，那么该方法在经由连接节点D达到的步骤308反复继续。如果发动机已经达到预定的发动机RPM，那么步骤314允许监视一个或多个表示发动机性能水平的发动机操作参数，例如发动机转速、加速度等。如判定框316所指示，如果发动机性能水平下降，那么步骤318可以在返回步骤322之前将所假定的凸轮位置改变大约180度。相反地，如果发动机性能水平上升，那么步骤320可以在返回步骤322之前继续相对于所假定的凸轮位置保持点火信号。可以认为，该最近所述的技术在这一示例性实施例中具有某些优点，原因是其不需要对现有发动机控制设计做任何配线改变，并且可以还认为该实施例可更好地处理干式喷油器(dry-injector)的情况。
[0034] 图6示出了用于在没有凸轮传感器信息的情况下起动大型压缩点火发动机的示例性处理器400。存储器402被用来存储分别输送到各燃油输送组件30中的各种点火规则，如图3至5所述。如上所述，一旦确定了正确的凸轮定位，来自曲轴传感器的曲轴齿信号和表示例如周围
温度、
大气压力、发动机RPM、加速度等的各种操作和/或环境状况的信号一起被用来以本领域技术人员很好理解的方式确定用于有效地控制发动机操作的任何所期望的定时和燃油值要求。例如歧管压力传感器的传感器404可以用来检测表示当点火信号被第一次输送时对凸轮位置做出正确假设的概率的发动机指标。例如，歧管压力取决于发动机是否位于压缩冲程还是排气冲程而进行变化。
[0035] 可以理解，在此示出和描述的本发明特定实施例仅是示例性的。本领域技术人员在不脱离本发明本质和范围的情况下可进行许多的变动、改变、代替和等效变换。因此，在此说明的和在附图中所示所有主题内容应该被认为是示意性的而非限制性的，并且本发明的范围应该由所附的
权利要求唯一地确定。
