用于动态跳过点火发动机中的安全阀启动的系统和方法
阅读：643发布：2022-01-28
专利汇可以提供用于动态跳过点火发动机中的安全阀启动的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了多种用于在跳过点火操作过程中控制 内燃机 中的进气 阀 和排气阀的操作的方法和装置。在不同的 实施例 中，一个排气阀监控器或其他合适的机构被用来检测排气阀致动故障。当检测到一个特定 气缸 的一个排气阀致动故障时，该相应进气阀在它本应被启动时的情况下被停用(或未被启动)，以便防止该进气阀通向包含高压燃烧气体的一个气缸。所描述的途径在以下情况时尤其有益：跳过点火操作与气缸停用结合，这样使得在这些所跳过工作循环过程中空气不被 泵 送穿过这些气缸。，下面是用于动态跳过点火发动机中的安全阀启动的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一种控制内燃机的运转的方法，该内燃机具有至少一个气缸，每个气缸具有一个相关联的进气阀和一个相关联的排气阀，该方法包括：
指令该内燃机的跳过点火操作；
确定一个排气阀致动故障是否已经发生，在该排气阀致动故障中，与一个选定气缸相关联的该排气阀在该内燃机的该跳过点火操作过程中的一个选定工作循环过程中未能开启；并且
当确定一个排气阀致动故障已经发生时，响应于检测到该排气阀致动故障，在与该选定气缸相关联的该进气阀本应已经被致动的一个随后的工作循环过程中停用该进气阀。
2.一种控制以跳过点火模式运转的内燃机的进气阀的方法，该内燃机具有至少一个气缸，每个气缸至少具有一个进气阀和一个排气阀，该方法包括：
使该内燃机以具有多个活动工作循环和所跳过工作循环的一种跳过点火模式运转，其中在该所跳过工作循环的至少一部分的过程中，一个相关联的气缸被停用，这样使得空气在该所跳过工作循环过程中不被泵送穿过该相关联的气缸；并且
在跳过点火操作过程中，仅在确保或验证与一个选定气缸相关联的该排气阀已经在上一个工作循环中开启之后才开启与该选定气缸相关联的该进气阀，以便确保该进气阀在该选定气缸包含高压燃烧气体时不开启。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中该排气阀致动故障是至少部分地基于对曲轴的转速、曲轴的角加速度以及曲轴的角加速度变化中的至少一项的分析来检测。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中该排气阀致动故障是至少部分地基于对感测该排气阀的移动的一个接近度传感器的输出的分析来检测。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中该排气阀致动故障是至少部分地基于对选自下组的至少一项的分析来检测，该组由以下各项组成：
驱动该排气阀的一个曲轴的角速度、加速度或加速度变化；
该选定气缸内的气体的电性质；
监控该内燃机的一个加速度计、麦克风或爆震传感器的输出；
排气歧管压力；排气流速；以及排气氧含量。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中该进气阀本应已经被致动的该随后的工作循环是紧接在检测到该排气阀致动故障的工作循环之后的工作循环。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中该进气阀本应已经被致动的该随后的工作循环是在检测到该排气阀致动故障的工作循环之后的第二工作循环。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中与该选定气缸相关联的该进气阀在该进气阀本应通向包含高压燃烧气体的该选定气缸的每个随后的工作循环过程中被停用。
9.如权利要求2所述的方法，其中该进气阀在每个进气事件之后被停用并且为了起始一个随后的进气事件而必须被重新启动。
10.如权利要求9所述的方法，其中该进气阀仅在已经检测到与该选定气缸中的紧邻的上一个活动工作循环相关联的一个排气致动事件之后才被启动用于一个活动工作循环，以便帮助确保该进气阀不通向包含高压燃烧气体的该选定气缸。
11.如权利要求1或2所述的方法，其中该进气阀在检测到一个排气阀致动故障之后被确实地停用。
12.如权利要求1或2所述的方法，其中这些进气阀和排气阀在大多数所跳过工作循环过程中被停用，以便防止空气在此类所跳过工作循环过程中被泵送穿过这些相关联的气缸。
13.一种内燃机，包括：
一个发动机控制器，该发动机控制器被安排成用于使该内燃机以一种跳过点火模式运转；至少一个能够选择性地启动的气缸，每个能够选择性地启动的气缸具有一个相关联的进气阀和一个相关联的排气阀，其中与每个能够选择性地启动的气缸相关联的该排气阀能够在一个选定工作循环过程中选择性地打开或保持闭合，以便帮助促进在发生在该内燃机的跳过点火操作过程中的多个所跳过工作循环过程中停用该气缸，这样使得空气在这些所跳过工作循环过程中不被泵送穿过该气缸；并且
一个阀控制系统，该阀控制系统被安排成用于确保在跳过点火操作过程中，该进气阀在该能够选择性地启动的气缸包含高压燃烧气体时不开启，该阀控制系统包括一个排气阀运动验证模块，该排气阀运动验证模块被安排成用于检测该排气阀的开启以排放燃烧气体。
14.如权利要求13所述的内燃机，其中该阀控制系统被安排成用于仅在该排气阀运动验证模块已经检测到该排气阀的开启之后才启动该进气阀。
15.如权利要求13或14所述的内燃机，其中该排气阀运动验证模块使用曲轴转速或其基于时间的一个导数来检测排气阀开启。
16.一种内燃机，包括：
一个发动机控制器，该发动机控制器被安排成用于使内燃机以一种跳过点火模式运转；
至少一个凸轮轴，该至少一个凸轮轴被安排成用于致动这些进气阀和排气阀；以及至少一个能够选择性地启动的气缸，每个能够选择性地启动的气缸具有一个相关联的进气阀、一个相关联的排气阀以及一个相关联的空动装置，该相关联的空动装置被安排成用于促进该相关联的进气阀和该相关联的排气阀的选择性停用，其中与每个能够选择性地启动的气缸相关联的该排气阀能够在一个选定工作循环过程中选择性地开启或保持关闭，以便帮助促进在发生在该内燃机的跳过点火操作过程中的多个所跳过工作循环过程中停用该气缸，这样使得空气在这些所跳过工作循环过程中不被泵送穿过该气缸；并且一个阀控制系统，该阀控制系统被安排成用于确保在跳过点火操作过程中，该进气阀在该能够选择性地启动的气缸包含高压燃烧气体时不开启。
17.如权利要求16所述的内燃机，其中每个空动装置是由液体压力控制的一个可折叠挺杆。
18.如权利要求16或17所述的内燃机，其中该阀控制系统被安排成用于针对每个所希望的进气事件确实地启动该进气阀并且在每个进气事件之后确实地停用该进气阀。
19.如权利要求16或17所述的内燃机，其中一个选定工作循环之前的一个进气阀启动状态基于该相关联的气缸的紧邻的上一个工作循环的该进气阀启动状态而可以是活动的或被停用的。
20.如权利要求16或17所述的内燃机，其中该阀控制系统包括：
一个排气阀接近度传感器，该排气阀接近度传感器生成验证该排气阀的运动的一个信号；以及
一个安全电路，该安全电路从该排气阀接近度传感器接收一个信号，该安全电路被安排成用于至少部分地基于从该排气阀接近度传感器接收的该信号来检测一个排气阀致动故障并且在检测到一个排气阀致动故障时停用该进气阀。
21.如权利要求16或17所述的内燃机，进一步包括一个排气阀接近度传感器，该排气阀接近度传感器被安排成用于生成指示该排气阀的运动的一个信号，其中该发动机控制器：
接收该排气阀传感器信号；并且
仅在至少部分地基于该排气阀传感器信号验证该排气阀已经开启之后才指令进气阀的启动。
22.如权利要求16或17所述的内燃机，其中：
该阀控制系统包括一个进气阀螺线管和一个进气阀可折叠挺杆，并且
开启该进气阀螺线管致使该进气阀可折叠挺杆进入一个可压缩状态，由此该进气阀被停用。
23.如权利要求16或17所述的内燃机，其中该阀控制系统包括：
一个进气阀可折叠挺杆；一个排气阀可折叠挺杆；以及
一个螺线管，该螺线管被用来启动和停用该进气阀可折叠挺杆和该排气阀可折叠挺杆两者。
24.一种用于在以跳过点火模式运转的内燃机中使用的阀控制系统，该内燃机包括多个能够停用的气缸和一个凸轮轴，每个气缸具有一个相关联的进气阀和一个相关联的排气阀，该凸轮轴被安排成用于致动这些进气阀和排气阀，其中针对每个能够停用的气缸，该阀控制系统包括：
一个可折叠挺杆，该可折叠挺杆被安排成用于通过启动和停用与该气缸相关联的该进气阀和该排气阀来启动和停用该气缸，该可折叠挺杆是能够液压致动的；
一个螺线管阀，该螺线管阀被安排成用于控制将一种高压液压流体施加到该可折叠挺杆上；
其中该螺线管阀和该可折叠挺杆被安排成用于仅在开启该排气阀之后才允许开启该进气阀。
25.如权利要求24所述的阀控制系统，其中针对每个能够停用的气缸，该气缸的启动在一个发动机循环的一个相关联的指定部分过程中被禁止。
26.如权利要求24或25所述的阀控制系统，进一步包括一个排气阀运动验证模块，该排气阀运动验证模块被安排成用于检测该排气阀的开启以排放燃烧气体。
27.如权利要求26所述的阀控制系统，其中该排气阀运动验证模块被要求来在该进气阀的启动之前检测该排气阀的开启。
28.如权利要求26所述的阀控制系统，其中该排气阀运动验证模块使用曲轴转速或其多个时间导数来检测排气阀开启。
用于动态跳过点火发动机中的安全阀启动的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年9月18日提交的美国临时专利申请号61/879,481和2013年10月14日提交的美国临时专利申请号61/890,671的优先权，这两个申请的标题都是“用于抑制进气阀启动的系统(SYSTEM FOR INHIBITING INTAKE VALVE ACTIVATION)”。本申请还要求以下各项的优先权：2014年1月8日提交的标题为“内燃机的气缸中的高压排气弹簧的测定(DETERMINATION OF A HIGH PRESSURE EXHAUST SPRING IN A CYLINDER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE)”的美国临时专利申请号61/925,157；2014年5月23日提交的标题为“排气阀故障检测(EXHAUST VALVE FAULT DETECTION)”的美国临时专利申请号62/002,
762；以及2013年10月30日提交的标题为“缺火检测系统(MISFIRE DETECTION SYSTEM)”的美国临时专利申请号61/897,686。上述申请中的每个通过引用结合在此。
762；以及2013年10月30日提交的标题为“缺火检测系统(MISFIRE DETECTION SYSTEM)”的美国临时专利申请号61/897,686。上述申请中的每个通过引用结合在此。
技术领域
[0003] 本发明涉及使用跳过点火控制对一个内燃机的进气阀和排气阀进行控制。
背景技术
[0004] 内燃机的燃料效率可以通过改变发动机的排量来实质性地改善。这允许在需要时可获得最大扭矩，也可以在不需要最大扭矩时，通过使用较小排量来显著地减少泵送损失并提高热效率。现今实现一个可变排量发动机的最常见的方法是基本上同时停用一组气缸。在这种途径中，当希望跳过一个燃烧事件时，与所停用气缸相关联的进气阀和排气阀保持关闭并且没有燃料被喷射。例如，一个八缸可变排量发动机可以停用这些气缸中的一半(即，四个气缸)，这样使得仅使用剩余的四个气缸进行运转。现今可获得的可商购可变排量发动机典型地仅支持两种或至多三种排量。
[0005] 改变发动机的有效排量的另一种发动机控制途径被称为“跳过点火”发动机控制。总的来说，跳过点火发动机控制设想在选定点火时机过程中选择性地跳过某些气缸的点火。因此，一个特定气缸可以在一个发动机循环过程中被点火并且然后可以在下一个发动机循环过程中被跳过，并且然后在下一个发动机循环过程中被选择性地跳过或点火。以此方式，对有效发动机排量的甚至更细化控制是可能的。例如，对一个四缸发动机中的每隔两个气缸进行点火将提供最大发动机排量的1/3的有效排量，这是通过简单地停用一组气缸所不能获得的一个分式排量。美国专利号8,131,445(由本申请的受让人提交并且出于所有目的通过引用以其全文结合在此)教示了多种跳过点火发动机控制实现方式。
发明内容
[0006] 描述了多种用于在跳过点火操作过程中控制内燃机中的进气阀和排气阀的操作的方法和装置。在不同的实施例中，一个排气阀监控器或其他合适的机构被用来检测排气阀致动故障。当检测到一个特定气缸的一个排气阀致动故障时，该相应进气阀在它本应被启动时的情况下被停用(或未被启动)，以便防止该进气阀通向包含高压燃烧气体的一个气缸。所描述的途径在以下情况时尤其有益：跳过点火操作与气缸停用结合，这样使得在这些所跳过工作循环过程中空气不被泵送穿过这些气缸。
[0007] 排气阀致动故障可以基于多种不同参数来检测。在一些实施例中，该故障是基于对曲轴的转速或其基于时间的导数、诸如曲轴的角加速度或角加速度变化的分析来检测。在其他实施例中，该排气阀致动故障可以是基于对感测该排气阀的移动的一个接近度传感器的输出的分析来检测。在再其他实施例中，多种其他输入和/或多种不同输入可以被用来推断一个排气阀致动故障。在一些情况下，最受关注的工作循环可能是紧接在一个排气阀致动故障之后的下一个工作循环，而在其他情况下，下面接着和/或随后的工作循环可能受到更多关注或显著关注。
[0008] 描述了适用于实现这些所描述的阀控制方案的多种阀控制系统。在一些实施例中，每个可停用阀可以具有被安排以促进该阀的停用的一个相关联空动装置。通过举例，该空动装置可以采取一个液压致动可折叠挺杆的形式。在一个具体实施例中，一个单螺线管可以被用来启动和停用一个进气阀可折叠挺杆和一个排气阀可折叠挺杆两者。附图说明
[0009] 参考结合附图进行的以下说明可以最佳地理解本发明及其优点，在附图中：
[0010] 图1A是示出一个发动机系统的一部分的示意性示例图。
[0011] 图1B是示出一个进气阀和一个排气阀的开启和关闭的示例性时序图。
[0012] 图1C是示出一个发动机控制系统的示意性示例图。
[0013] 图2A是根据一个第一实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸的一个阀控制系统的示意图。
[0014] 图2B是根据一个实施例的结合到一个排气阀螺线管中的一个安全电路的示意图。
[0015] 图2C是根据一个实施例的结合到具有一个进气阀螺线管和一个排气阀螺线管两者的一个组件中的一个安全电路的示意图。
[0016] 图2D是根据一个实施例的结合在具有多个进气阀螺线管和排气阀螺线管的一个组件中的一个安全电路的示意图。
[0017] 图3是根据一个特定实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸中的一个阀控制系统的示意图。
[0018] 图4A是根据一个特定实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸中的一个阀控制系统的示意图。
[0019] 图4B是根据本发明一个特定实施例的低压弹簧模式下的跳过点火操作的时序图。
[0020] 图4C是根据本发明一个特定实施例的高压弹簧模式下的跳过点火操作的时序图。
[0021] 图5是根据一个特定实施例的抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸中的一个阀控制系统的示意图。
[0022] 图6是根据本发明一个特定实施例的一个阀控制系统的示意图，该阀控制系统使用一个独立门极控制来抑制一个进气阀通向包含高压气体的一个气缸。
[0023] 图7是根据本发明一个特定实施例的时序图。
具体实施方式
[0025] 当在跳过点火控制下操作时，总体上希望以比这些气缸一直启动的情况更复杂的方式来控制这些进气阀和排气阀。确切地说，在不同应用中，这些进气阀和/或排气阀可以在一个所跳过工作循环过程中保持关闭以便最小化泵送损失。这与依靠所有气缸运转的一个发动机形成对照，在该发动机中，这些进气阀和排气阀在每个工作循环中开启和关闭。对于凸轮操作的阀，一种用于停用一个阀的方法是将控制一个可折叠阀挺杆的一个螺线管结合到阀系中。为了启动该阀，该挺杆保持其完全伸开，并且为了停用该阀，该挺杆被折叠。
[0026] 这种控制类型的一个潜在问题在于：如果与一个气缸点火相关联的燃烧气体由于某种原因而尚未从该气缸被排放，那么尝试开启该进气阀可能因为该气缸中所包含的高压而损坏该阀或推杆。如果一种控制方法和设备可以被设计以防止在这些情况下无意地开启该进气阀，那么是所希望的。
[0027] 本发明总体上涉及用于在跳过点火操作过程中控制一个内燃机的进气阀和排气阀的操作的方法和装置。在不同的实施例中，这些阀是使用一个偏心凸轮开启和关闭这些阀来控制。一个可折叠阀挺杆被结合在该阀系中以便允许在一个所跳过点火循环过程中停用这些阀。该可折叠挺杆是使用一个螺线管来控制。该螺线管允许将一种工作流体(诸如电动机润滑油)引进到该可折叠挺杆中，以便强迫该挺杆保持处于其完全伸开(固定状态)位置，抑或允许该挺杆折叠(可压缩状态)、从而使该阀处于一个关闭位置。包括多个油通路的一个油道可以被用来将加压油从该螺线管递送到该可折叠挺杆。在许多情况下，该工作流体转移该可折叠挺杆中的一个锁销的位置，以便使该可折叠挺杆在其固定状态与可压缩状态之间转移。施加到该销上的加压油允许该可折叠挺杆压缩，从而导致该阀的停用。也就是说，该阀将保持关闭，只要加压流体被施加到与该阀相关联的该可折叠挺杆上。为了转换该锁销位置，该阀必须处于其关闭状态。一旦该阀已经开始从其关闭位置移动，即，开始移动离开该凸轮的基圆，阀弹簧就向该锁销施加足够的力，这样使得该锁销不能移出适当的位置，即使施加了最大油压也是如此。油压取决于发动机转速(rpm，每分钟转数)并且可以由一个压力释放阀组典型地限制在3-4巴下。虽然以上描述涉及使用可折叠挺杆来实现气缸停用，但是也可以使用其他方法。可折叠挺杆是其中凸轮旋转并不导致阀运动的普通类别的空动系统的一种形式。另外地，一个无凸轮系统可以被用来移动这些阀。该阀运动可以通过电磁、液压或气压装置来实现。任何这些阀运动系统可以与本发明一起使用。
[0028] 对于使用一个螺线管和可折叠挺杆的一个阀控制系统，停用该进气阀或排气阀所需的时间由以下四个分量组成：
[0029] 1.产生足够的电流以开始将该螺线管阀移动到一个开启位置中所需的时间[0030] 2.完全开启该螺线管的时间
[0031] 3.用加压油填充该油道的时间
[0032] 4.向该锁销施加足够的压力并将其移动到一个解锁位置中的时间。
[0033] 与所有这些步骤相关联的时间可以根据油压和可供用来驱动该螺线管的供电电压而改变。虽然时间可以改变，但是10ms是现有阀停用系统的一个代表性启动时间τact。停用该螺线管并因此启动该阀所必须的时间相当于或稍微少于该启动时间τact。应当注意，以曲轴旋转度为单位的阀定时通常随发动机速度而改变。针对一个固定的时间段，更高的发动机速度导致更大的曲轴旋转。总体上，当控制阀启动时，考虑与所有这些启动步骤相关联的时间及其可变性。总的来说，所希望的是根据其他系统约束条件、诸如成本来最小化该启动时间。短的启动时间允许一个快速的系统响应，这在以高发动机速度运转时尤其重要。
[0034] 总的来说，跳过点火发动机控制设想在选定点火时机过程中选择性地跳过某些气缸的点火。因此，例如，一个特定气缸可以在一个点火时机过程中被点火并且然后可以在下一个点火时机过程中被跳过，并且然后在下一个点火时机过程中被选择性地跳过或点火。点火/跳过决定可以逐个点火时机地做出。此决定典型地在点火事件之前的一定数量的点火时机做出，以便给予该控制系统时间来针对一个跳过抑或点火事件正确地配置该发动机。跳过点火控制与常规可变排量发动机运转形成对照，在常规可变排量发动机运转中，在某些低负荷运转条件的过程中停用固定的一组气缸。
[0035] 当一个可变排量发动机中的一个气缸被停用时，该气缸的活塞典型地仍然往复，然而，空气或燃料都不被递送到该气缸，因此该活塞在其动力冲程过程中并不递送来自燃烧的任何动力。由于“被停掉”的气缸不递送任何净动力，所以成比例地增加了剩余气缸上的负载，由此允许这些剩余气缸以提高的热力学效率操作。在跳过点火控制下，就以下意义上而言，气缸还优选地在所跳过工作循环过程中被停用：在所跳过工作循环过程中，空气不被泵送穿过该气缸并且没有燃料被递送。这要求一个阀停用机构，其中一个气缸的进气阀和排气阀在一个工作循环过程中保持关闭。在这种情况下，在所跳过工作循环过程中，没有空气被引入到该所停用气缸，由此减少泵送损失。
[0036] 在一个停用循环中，该进气阀保持关闭，所以没有空气可以从进气歧管流动到该气缸中。燃料也被阻断，这样使得没有燃料被供应到该所停用气缸。这在其中燃料被直接喷射到气缸中的一个直接喷射式发动机中尤其重要。在直接喷射式发动机中，该气缸中的未燃烧液态流体可以导致顶缸(hydrolock)，从而永久地损坏该发动机。该排气阀也可以在一个所停用气缸中保持关闭；然而，如果该排气阀关闭，那么其相对于进气阀关闭的关闭时间是重要的。如果该排气阀在一个燃烧事件之后保持关闭，那么高压燃烧气体被截留在该气缸中，从而形成一个高压弹簧。这可以是可接受的，只要该进气阀保持关闭。如果该排气阀继该燃烧事件之后被开启并且然后被关闭，那么燃烧气体被排放并且该气缸中所剩下的气体处于低压，从而形成一个低压弹簧。如果这些燃烧气体保持被截留在该气缸中，该进气阀或其相关联机械机构可能因尝试抵抗所截留燃烧气体的高压开启而被损坏。安全进气阀开启仅可以在气缸压力低时发生，如果该气缸已经在进气之前通过该排气阀排放，气缸压力低得以确保。以下实施例描述了用于控制进气阀和排气阀以避免抵抗一个高压弹簧启动该进气阀的系统和方法。
[0037] 图1A展示了一个示例性内燃机，该内燃机包括一个161、一个活塞163、一个进气歧管165以及一个排气歧管169。气缸空气通过一个进气阀185被引入到气缸161中。燃烧气体通过一个排气阀187从气缸161被排放。节流阀171控制空气从一个空气过滤器或其他空气源到该进气歧管中的流入量。来自燃烧的膨胀气体增加了该气缸中的压力并且向下驱动该活塞。该活塞的往复直线运动由一个连接杆189转化为旋转运动，该连接杆连接到一个曲轴183上。一个四冲程发动机进行720度的两个曲轴回转以便完成一个工作循环。
[0038] 图1B示出了展示进气阀191和排气阀192与一个发动机气缸的三个循环相关联的开启和关闭的示例性时序图。在这个实例中，该气缸在所有循环中被点火，尽管在跳过点火操作中情况并不总是这样。在图1B中，一个高位置对应于阀正开启并且一个低位置与阀正关闭相对应。应当理解的是，在实践中，这些阀以一种模拟的方式开启和关闭，这样使得接近阀开启阶段的开始和结束时，阀开度是小的。此外，阀开启的开始/结束时的阀加速/减速可能是小的，以便最小化该阀对阀座的撞击。由于气体动力学，进气阀和排气阀开启停留时间通常大于180度，以便最大化进入和离开该气缸的气体交换。在进气冲程过程中，进气阀191可以开启持续近似240度曲轴回转的一段时间。对于一个四冲程发动机，在该进气冲程之后，该气缸然后经历压缩和动力冲程，在这段时间内，该进气阀和该排气阀两者都是关闭的。在该动力冲程之后的排气冲程过程中，排气阀192可以开启持续近似240度曲轴回转的一段时间。在实践中，该阀开启停留时间可以在240度左右改变。进气阀191可以在接近或稍早于活塞的TDC(上止点)位置时开启。排气阀192可以在接近或稍晚于活塞的TDC(上止点)位置时关闭。因此，如果该气缸将在其下一个点火时机被点火，那么进气阀191可以在排气阀192关闭的同时或不久之后开启，如图1B中所示。这使力图在开启该进气阀之前验证该排气阀的正确操作的任何控制系统变复杂。对于以3000rpm运转的一个四冲程发动机，任何给定气缸的点火时机之间的时间是40毫秒并且进气阀和排气阀各自开启持续近似13ms。由于以上所论述的控制螺线管和可折叠挺杆的有限响应时间，提供在防止该进气阀通向一个高压气缸的同时确保适当的阀操作的一种控制系统和方法是具有挑战性的。
[0039] 如图1B中所示，开启该进气阀基本上与关闭该排气阀同时或紧接在其后。由于这些以及其他原因，高压排气截留(在排气事件之前停用)总体上已经在已经使用气缸停用的不同生产式系统中被采用，诸如主动燃料管理系统(AFM)、随选排量(DOD)、多排量系统(MDS)以及可变气缸管理系统(VCM)。这些可变排量发动机总体上并不关注由于通向一个高压气缸而造成的进气阀损坏，因为使一个气缸在活动状态与非活动状态之间切换仅很少地发生，即，在许多发动机循环之后发生。初始可能被截留在该气缸中的高压排气将缓慢地冷却并泄露越过这些活塞环，以便不再对开启进气阀造成风险。
[0040] 接下来参考图1C，将描述一种具有一个跳过点火发动机控制器的发动机系统。发动机系统100包括结合到一个发动机控制单元(ECU)140中的一个跳过点火控制器110。该ECU也可以被称为一个发动机控制模块(ECM)。在其他实施例中，跳过点火控制单元110的功能性可以与ECU 140分离。ECU 140接收指示一个所希望发动机输出的一个输入信号111。信号111可以从一个加速踏板位置传感器(APP)163或其他适合的源、诸如巡航控制器、扭矩计算器等接收或得到。跳过点火控制单元110被安排以生成点火命令序列122，该点火命令序列沿着信号线124被引导以便致使一个发动机150使用一种跳过点火途径提供所希望输出。虽然发动机150被描述为具有8个气缸，但本发明可适用于具有任何数量的气缸的一个发动机。ECU 140和/或跳过点火控制单元110可以包括一个或多个定时事件控制器130。定时事件控制器130可以在不使整个ECU140或跳过点火控制单元110参加的情况下处置不同的时间临界处理任务。定时事件控制器130可以被编程以便在该定时事件开始之前的近似540度曲轴旋转时进行操作。定时事件可以对应于一个工作循环的开始，该开始可以近似匹配进气阀开启。该ECU中可以存在多个定时事件控制器；例如，一个定时事件控制器可以控制该进气阀并且另一个定时事件控制器可以控制该排气阀。发动机150可以沿着信号线126向ECU 140传达关于不同状况指示器的信息。信号线126上的信息可以包括关于与该发动机中的每个气缸相关联的进气阀和排气阀(图1C中未示出)的状况的信息。该信息还可以包括关于从一个曲轴传感器(图1C中未示出)得到的曲轴位置以及从一个凸轮轴传感器(图1C中未示出)得到的凸轮轴位置的信息。虽然在图1C中指示了一个单通信信道，但应当理解的是，可以存在通到ECU 140的不同部分的多个通信信道。
[0041] 图2A中示出了一个阀控制系统200的一个第一实施例。此实施例使用主动式控制，这意味着该进气阀在每个进气事件之后被停用并且为了起始一个随后的进气事件而必须被重新启动。该系统可以使用安装在一个发动机邻近这些阀的阀盖中的接近度传感器来实现。该发动机可以是任何类型的，诸如具有任何数量气缸的V型、直列式或对置气缸发动机。该系统每气缸使用两个接近度传感器：监控进气阀的位置的一个210以及监控排气阀的位置的一个220。这些接近度传感器可以检测量很小的阀运动。例如，这些接近度传感器可以检测近似13mm的总阀升程中的近似1.5mm的一个阀升程。因此，这些接近度传感器可以提供表示大部分阀开启停留时间的一个信号。
[0042] 来自这些接近度传感器的信号在一个安全电路222中触发一个响应，该安全电路连接到进气阀螺线管234上。安全电路222可以包括一个锁存器224和一个或门226。在操作中，在接收来自进气阀接近度传感器210的一个信号时，锁存器输出端228可以转到“高”态。锁存器224保持处于这种状态，直到它从排气阀接近度传感器220接收了强迫其转到“低”态的重置信号为止。锁存器输出端228将保持处于低态，直到一个信号从进气阀接近度传感器
210被接收为止。锁存器输出端228连接到或门226的一个输入端上，如同来自ECU的进气阀控制线232那样。如果这两根线中的任一根是“高”，那么进气阀螺线管234被启动，从而开启该高压流体储罐与该进气阀可折叠挺杆之间的连接。高压流体的应用致使该可折叠挺杆变得可压缩，从而停用该进气阀。安全电路222因此强迫该进气阀保持被停用，直到锁存器224由来自排气阀接近度传感器220的一个信号清零为止。如果该排气阀还未移动，那么进气阀动作将由安全电路222阻断，从而保证该进气阀保持被停用并且不尝试抵抗燃烧室中的高压气体开启，直到所停用气缸上发生一个排气事件为止。该进气阀由来自排气阀接近度传感器220的信号重新启动，该信号指示该排气阀的运动的开始。虽然上文已经描述了控制逻辑的一种具体实现方式，但应当理解的是，可以使用不同的逻辑常规、机制和/或系统配置来实现等效或类似功能性。
210被接收为止。锁存器输出端228连接到或门226的一个输入端上，如同来自ECU的进气阀控制线232那样。如果这两根线中的任一根是“高”，那么进气阀螺线管234被启动，从而开启该高压流体储罐与该进气阀可折叠挺杆之间的连接。高压流体的应用致使该可折叠挺杆变得可压缩，从而停用该进气阀。安全电路222因此强迫该进气阀保持被停用，直到锁存器224由来自排气阀接近度传感器220的一个信号清零为止。如果该排气阀还未移动，那么进气阀动作将由安全电路222阻断，从而保证该进气阀保持被停用并且不尝试抵抗燃烧室中的高压气体开启，直到所停用气缸上发生一个排气事件为止。该进气阀由来自排气阀接近度传感器220的信号重新启动，该信号指示该排气阀的运动的开始。虽然上文已经描述了控制逻辑的一种具体实现方式，但应当理解的是，可以使用不同的逻辑常规、机制和/或系统配置来实现等效或类似功能性。
[0043] 该ECU还通过排气阀控制线236和排气阀螺线管238来控制该排气阀的开启。在此实施例中，对于安全电路222的操作，不要求知道这些参数。该安全电路仅要求对如由排气阀接近度传感器220测量的该排气阀的运动进行验证。
[0044] 这些阀停用机构可以具有其他约束条件，诸如最大安全运转发动机速度、最小油压以及最小螺线管工作电压。随着发动机速度的增加，由于点火时机之间的时间减少，该阀停用必须更快地发生。高于某一发动机速度，例如像3800rpm，停用这些阀可能不再安全并且阀停用可能被禁止。阀停用的最大发动机速度可以高于或低于这个值，并且可以随如下文所描述的其他发动机参数而改变。另外，如果供电电压是低的，那么阀停用响应减缓并且可能不能安全地停用这些阀。类似地，如果油压是低的，那么阀停用响应减缓并且可能不能安全地停用这些阀。因此，该安全电路可以包括一个最大运转中发动机速度、最小供电电压以及最小运转中发动机油压锁闭(图2A中未示出)。除了握手信号，这些信号可以在ECU与安全电路之间交换以便提供被控操作和同步。
[0045] 这些锁闭水平可以是不同参数的一个函数并且不必是固定水平。例如，如果油压是高的，从而提供快速响应，那么停用锁闭之前的可允许发动机速度可以增加。该可允许发动机运转速度范围可能受到液压系统设计(储能器行为)、油发泡、油污染(销摩擦)、销退化问题、归因于制造的油压比RPM变化以及油泵中的磨损变化限制。在确定这些锁闭水平时，可以将所有这些变量考虑在内。
[0046] 如果任何锁闭参数被超过并且气缸停用被禁止，那么必须以一种安全且适当的方式执行该系统禁止。一种可能的方法是首先断开来自这些排气阀螺线管的供电电压。这可以针对该发动机中的所有排气阀螺线管同时完成。在断开该供电电压之后，该发动机被允许进行至少两个曲轴旋转以确保所有这些气缸已经经历了一个排气事件。用于这些进气阀螺线管的供电电压然后可以被断开。这确保一个排气事件总是在一个进气事件之前发生，如安全操作和恢复常规的、全缸的发动机运转所要求的那样。
[0047] 停用模式可以由一个类似过程实现，例如，通过反转以上事件顺序。在这种途径中，第一步骤是启动用于这些进气阀螺线管的供电电压。该系统然后在启动到这些排气阀螺线管的供电电压之前等待至少2个曲轴回转。停用允许状态与禁止状态之间的滞后可以被用来避免这两种状态之间的过度循环。例如，如果阀停用发动机速度锁闭水平是3800rpm，那么一旦发动机速度返回到低于3500rpm，可以阀停用被允许。
[0048] 图2A中所示的实施例的一个优点在于：它可以根据由该ECU产生的任何阀停用控制信号自主地操作。如果ECU 140由于任何原因在其控制中出现故障，无论是硬件故障还是软件故障，安全电路222将防止发动机中的推杆或阀由于进气阀尝试通向一个高压气缸而损坏。
[0049] 图2A中所示的系统可以用许多方式来机械地配置。图2B中示出了一种构型240。一个安全电路242物理地坐落在排气螺线管258上或其附近，以便形成一个排气螺线管组件259。该安全电路可以具有至少三个电输入端、一根供电电压线、来自该ECU的一根信号线和来自排气阀接近度传感器220的一根信号线、通向进气螺线管254的至少一个电输出端253，以及一根接地线。这些线可以使用一个连接器257来连接到安全电路242上。该安全电路可以被机械地整合到进气螺线管258抑或连接器257中。安全电路242仅在从排气阀接近度传感器220接收该排气阀已经开启的一个信号之后允许进气螺线管258的停用(并因此开启该进气阀)。
[0050] 图2C中示出了一种替代构型290，其中排气螺线管298和进气螺线管294可以与安全电路292机械地安装在一起，从而形成包括安全地启动和停用一个气缸所必须的这些部件的一个整合式封装件291。整合式封装件291可以被称为一个单气缸螺线管组件。这些部件可以一起安装在一个引线框架、电路板或某种类型的机械构件299上。该引线框架可以具有彼此电绝缘的多个导电性构件，并且具有足够的机械刚度以便为所有螺线管提供一个安装表面。与连接器297配对的一个插座295也被安装在机械构件299上。连接器297可以包括电源与地线连接以及来自这些阀接近度传感器、发动机和ECU的信号。
[0051] 对于多缸发动机，多个进气阀螺线管、排气阀螺线管以及安全电路可以远离一个公共机械结构被安装，以便形成如图2D中所示的一个螺线管组件281。图2D示出了安装在一个公共框架279上的四个进气阀螺线管274a、274b、274c、274d和四个排气阀螺线管278a、278b、278c、278d。每对螺线管可以控制一个气缸的操作，从而允许其如由该ECU所指令地被启动和停用，即，螺线管274a和278a控制气缸“a”，螺线管274b和278b控制气缸“b”等等。一个安全电路282可以被安装在框架279上以便防止开启任何进气阀，除非该相应气缸上的排气阀已经被开启以排放燃烧气体。用于所有气缸的安全电路功能性可以被约束到单个模块，或该安全电路功能性可以沿着框架279被分布在不同地点。这些对应排气阀已经开启的验证可以经由信号线280a、280b、280c和280d来获得，这些信号线传输来自与每个气缸相关联的排气阀接近度传感器(图2C中未示出)的信号。单个连接器277可以被用来向螺线管组件281提供所要求的这些控制信号和电功率。连接器277可以包括信号线280a、280b、280c和
280d以及来自该ECU的一根或多个根信号线、一根电力线以及一根接地线。连接器277中还可以包括其他线。该连接器可以插入安装在框架279上的插头275中。在一些实施例中，螺线管组件281可以在不具有来自排气阀接近度传感器的信号线280a、280b、280c和280d的情况下操作。在这种情况下，该排气阀被假设为在开启该相关联气缸上的该进气阀之前已经响应于来自该ECU的指令而开启。在一些实施例中，安全电路282可以被安装在位于该发动机内的这种接口或互连结构上而不结合到螺线管组件281中。虽然螺线管组件281被示出为具有对应于四个气缸的八个螺线管，但是螺线管组件281可以被配置成与任何数量的气缸一起工作。
280d以及来自该ECU的一根或多个根信号线、一根电力线以及一根接地线。连接器277中还可以包括其他线。该连接器可以插入安装在框架279上的插头275中。在一些实施例中，螺线管组件281可以在不具有来自排气阀接近度传感器的信号线280a、280b、280c和280d的情况下操作。在这种情况下，该排气阀被假设为在开启该相关联气缸上的该进气阀之前已经响应于来自该ECU的指令而开启。在一些实施例中，安全电路282可以被安装在位于该发动机内的这种接口或互连结构上而不结合到螺线管组件281中。虽然螺线管组件281被示出为具有对应于四个气缸的八个螺线管，但是螺线管组件281可以被配置成与任何数量的气缸一起工作。
[0052] 所有以上机械构型都可以将另外的功能性结合到该安全电路中或该组件上的别的地方。例如，气缸控制的不同方面、诸如点火/跳过决定可以由该安全电路中的一个微处理器来执行。这种体系结构将减少对该ECU的处理需求以及ECU 140与发动机150(参见图1C)之间的信号线连接的数量。
[0053] 图3中示出了一个阀控制系统300的另一个实施例。此实施例也使用主动式控制，这意味着该进气阀在每个进气事件之后被停用并且为了起始一个随后的进气事件而必须被重新启动。此实施例将一个阀动作感测和阀停用系统整合到ECU 140中，以便在跳过点火操作过程中控制气缸停用。此实施例对每个发动机气缸的排气阀使用一个接近度传感器220，但是该进气阀上不要求有接近度传感器。
[0054] 该排气阀接近度传感器由排气阀监控线310连接到ECU 140上。ECU 140由一根进气阀控制线232连接到一个进气阀螺线管234上。ECU 140由一根排气阀控制线236连接到一个排气阀螺线管238上。进气阀螺线管232控制将来自该高压流体储罐的工作流体施加到一个进气阀可折叠挺杆。排气阀螺线管236控制将来自该高压流体储罐的工作流体施加到一个排气阀可折叠挺杆。ECU 140在帮助提供进气阀和排气阀的控制的非易失性固件上操作。
[0055] 该系统使用这些进气阀控制螺线管和排气阀控制螺线管的软件控制来实现。接近度传感器220被安装以便检测该排气阀的运动。该发动机中的每个气缸可以具有一个排气阀接近度传感器220。在有效使用一个进气阀之后，进气阀控制螺线管232被启动以便在该可折叠挺杆返回到凸轮凸角的基圆时停用该进气阀。该进气阀保持被停用，直到该ECU从那个气缸的相关联排气阀接近度传感器检测到该排气阀的运动为止。如果未检测到排气阀运动，那么进气阀动作将由该ECU阻断，从而保证该进气阀保持被停用并且不尝试抵抗燃烧室中的高压气体开启，直到所停用气缸上发生一个排气事件为止。
[0056] 通过接近度传感器220检测到一个排气阀运动信号在ECU 140中触发一个响应以便允许重新启动该进气阀。该进气阀可以针对一个点火事件被启动，或留下该螺线管是被启动的，以防一个有意的跳过事件。该序列是自身安全的，因为ECU 140不允许重新启动该进气阀，除非在该排气阀上检测到前一个运动。螺线管的切断总体上比它们的接通更快。这种控制方法权衡了螺线管的这种特征，因为螺线管切断快得足以允许在相当高的发动机速度下重新启动。如果重新启动未针对下一个阀事件及时发生，那么在不同的实施例中，它可以简单地在接下来的事件时被启动。总的来说，偶然错过一个进气事件不是问题，因为它并不对该发动机造成损坏。即使燃料被喷射到该气缸中并且由于缺少空气而未被燃烧，在任何工作循环中被喷射的燃料也不足以造成发动机损坏。
[0057] 另外，阀停用系统300可以具有该ECU在其计算定时事件以及跳过点火模式下的操作是否适当时可以考虑的一个最大安全运转发动机速度、一个最小工作电压以及一个最小运转发动机油压。
[0058] 基本上，不同于在请求一次跳过时主动地命令气缸的停用，气缸将在使用后一直被停用并且仅根据点火命令被启动。这是主动式控制的一个实例，这意味着该进气阀在每个进气事件之后被停用并且为了起始一个随后的进气事件而必须被重新启动。
[0059] 此实施例的一个优点在于：针对每个气缸仅要求使用单个接近度传感器来监控该排气阀。并不要求一个接近度传感器验证进气阀运动。当与每气缸要求有两个接近度传感器的系统相比时，这可以降低系统成本。
[0060] 图4A中示出了一个阀控制系统400的另一个实施例。此实施例使用反应式控制，这意味着进气阀状态在一个进气事件前可能是活动的抑或被停用的。为了避免损坏该进气阀，该控制系统验证：一个排气事件在下一个进气事件之前发生。如果一个排气事件还未发生并且该进气阀未被停用，那么该进气阀立即被停用以便防止对该进气阀、推杆、挺杆的损坏或运动机构的其他损失。一个排气阀接近度传感器可以被用来验证该排气阀的指示一个排气事件的操作。错过排气事件的确定可以通过测量凸轮包角以及其中应当已经检测到接近度传感器信号的一个适当凸轮包角保护带来实现。
[0061] 如在先前的实施例中，该排气阀接近度传感器由排气阀监控线310连接到ECU 140上。ECU 140由一根进气阀控制线232连接到一个进气阀螺线管234上。ECU 140由一根排气阀控制线236连接到一个排气阀螺线管238上。进气阀螺线管232控制将来自该高压流体储罐的工作流体施加到一个进气阀可折叠挺杆。排气阀螺线管236控制将来自该高压流体储罐的工作流体施加到一个排气阀可折叠挺杆。此实施例与先前实施例之间的差别在于：一个曲轴位置信号410被输入到ECU 140中。此信号是使用ECU 140中存在的硬件、固件抑或软件进行进气阀的故障安全操作所要求的。
[0062] 此系统可以在高压弹簧模式抑或低压弹簧模式下操作。下文通过参考图4B中示出的示例性时序图来描述低压弹簧模式下的操作。此图示出了进气阀开启461和排气阀开启462在比一个工作循环稍长的一个时间段内的相对时序。该发动机速度被假设为3000rpm，从而允许以时间为单位来表达横轴，而不是以如图1B中所使用的曲轴转角为单位来表达。
排气阀462开启持续在时间T1处开始的停留时间τ1。如先前所讨论的，在3000rpm的发动机速度下，一个代表性排气阀开启停留时间τ1可以是13ms。如先前所讨论的，停用该进气阀所要求的时间可以是近似10ms，在图4B中被标示为停用时间τact。如果该进气阀在图4B中所示的第二循环时开启，该进气阀将在时间T2处开启。开启该进气阀的决定必须在T3之前做出，其中T3比该进气阀开启时间领先了停用时间τact。在T3处的开启该进气阀的决定之前，该系统必须验证该排气阀已经开启。在常规条件下，将检测T1处的排气阀开启。ECU 140在其所预期的T1处的开启周围监控排气接近度传感器持续一段时间。如果该开启被验证，那么该进气阀被允许在T2处开启(假设该气缸有待被点火)。如果该排气阀运动未被验证，那么该ECU立即命令进气阀螺线管234启动，从而停用该进气阀并且防止可能的机械损坏。在此实例中，做出停用该进气阀的决定的决定时间段δτ是近似3ms。应当注意，此时间必须包括补偿任何所测量系统参数和系统响应中的不确定性的任何时间保护带。
排气阀462开启持续在时间T1处开始的停留时间τ1。如先前所讨论的，在3000rpm的发动机速度下，一个代表性排气阀开启停留时间τ1可以是13ms。如先前所讨论的，停用该进气阀所要求的时间可以是近似10ms，在图4B中被标示为停用时间τact。如果该进气阀在图4B中所示的第二循环时开启，该进气阀将在时间T2处开启。开启该进气阀的决定必须在T3之前做出，其中T3比该进气阀开启时间领先了停用时间τact。在T3处的开启该进气阀的决定之前，该系统必须验证该排气阀已经开启。在常规条件下，将检测T1处的排气阀开启。ECU 140在其所预期的T1处的开启周围监控排气接近度传感器持续一段时间。如果该开启被验证，那么该进气阀被允许在T2处开启(假设该气缸有待被点火)。如果该排气阀运动未被验证，那么该ECU立即命令进气阀螺线管234启动，从而停用该进气阀并且防止可能的机械损坏。在此实例中，做出停用该进气阀的决定的决定时间段δτ是近似3ms。应当注意，此时间必须包括补偿任何所测量系统参数和系统响应中的不确定性的任何时间保护带。
[0063] 该系统还可以在一种高压弹簧模式下操作。在这种情况下，该排气阀在一个燃烧事件之后保持关闭，并且这些燃烧气体保持被截留在该气缸中。高压弹簧模式下的操作可以借助于图4C来解释，该图示出了这种情况的一个示例性时序图。在此实例中，一个点火事件在进气阀461关闭之后的时间Tf1处发生，该时间近似地对应于压缩冲程的结束。不同于图4B中所示的情况，排气阀462在随后的排气时机时保持关闭(即，被停用)，从而将高压气体截留在该气缸中。为了避免对该进气阀的损坏，要开启的下一个阀是排气阀462并且因此进气阀461在接下来的进气时机时保持关闭。这对应于其中进气阀和排气阀两者已经保持关闭的一个所跳过工作循环。在这种情况下，该决定时间δτ长得多，大约为在此实例中对应于一个工作循环的长度或40ms的τ跳过。在此实例中，第二点火在时间Tf2处发生。
[0065] 反应式实施例、即在高压弹簧模式抑或低压弹簧模式下操作的另一个优点在于：它们减少螺线管和可折叠挺杆锁定机构的循环数量。该可折叠挺杆保持处于其原来所处于的无论什么状态，启动或停用，直到由该ECU指令该可折叠挺杆改变。这减少对这些可折叠挺杆以及进气螺线管和排气螺线管的磨损，并且可以增加系统工作寿命和可靠性。
[0066] 图5中示出了一个阀控制系统500的另一个实施例。此实施例的一个关键方面是每气缸利用一个公共机构、即单个停用装置534实施气缸停用来实现气缸停用。单个停用装置534结合其他实施例中所描述的进气阀螺线管和排气阀螺线管的功能，尽管它可呈以螺线管除外的形式。类似于先前实施例，此实施例可以被用于高压弹簧操作模式抑或低压弹簧操作模式。此外，此实施例提供了安全的重新启动，从而避免可能由尝试抵抗一个高压气缸开启该进气阀所引起的弯曲的推杆或损坏的阀梃柱的可能性。
[0067] 一个排气阀运动验证模块520由排气阀监控线510连接到ECU 140上。一个凸轮轴位置信号410被输入到ECU 140中。ECU 140由一根进气/排气阀控制线532连接到一个停用装置534上。停用装置534控制将一个控制信号或致动信号应用到该进气阀和该排气阀。例如，该致动信号可以是将来自一个高压流体储罐的工作流体施加到一个进气阀可折叠挺杆和一个排气阀可折叠挺杆两者。在此实施例中，该进气阀和该排气阀必须基本上同时被启动或停用，尽管在一些实施例中，相当于与曲柄角有关的相移的短时间延迟可以被结合在该系统中。在一些实施例中，诸如先前所描述的使用一个带凸轮可折叠挺杆致动的阀的那些，停用仅可以在该阀处于关闭状态时发生。如果一个启动信号在该阀开启时被应用，那么该启动信号对那个循环中的阀运动没有作用，直到该挺杆返回到该凸轮的基圆为止。考虑到这一点，单独的阀停用可以通过停用装置534的准确定时来实现。例如，在该排气阀开始移动之后启动停用装置534将仅导致停用该进气阀。
[0068] 一个低压弹簧模式停用序列可以通过利用由排气阀监控线510向ECU 140发送的检测该排气阀的移动的一个信号来触发。到该螺线管的停用信号可以紧接在检测该排气阀的移动之后被发起。可替代地，一个独立的门极控制可以被用来控制螺线管阀启动。如果被实现为用于到停用装置534的停用命令的一个单独门，那么它避免该ECU中的处理延迟，即，该ECU的停用命令输出将预先被设置并且排气阀监控线510将触发停用装置534。这确保该气缸处于低压并且因此重新启动是自身安全的，因为该气缸中没有高压燃烧气体。
[0069] 图6中示出了具有一个独立的门极和单个螺线管停用装置的一个实施例。门控610经由进气/排气阀控制线532连接到ECU 140上。门控610由排气阀运动验证模块520经由排气阀传感器信号线510触发并且驱动单个螺线管534。这帮助避免ECU 140中的处理延迟并且帮助确保该螺线管在一个最佳时间被触发。一个凸轮轴位置信号410被输入到ECU140中，以便帮助限定用于感测该排气阀的开启的一个适当的定时窗口并且防止在一个不适当的时间发送停用。
[0070] 如果在该凸轮的每圈旋转时的一个停用信号是所不希望的，以便减少该螺线管和该锁闭销的循环数量，那么一个锁存功能可以被实现以便维持停用。ECU 140将重置该锁存器的状态以便促进该气缸的重新启动。这也可以仅仅通过由一个微处理器控制或利用由一个独立的电路(图6中未示出)实现的锁存功能来实现。该单独的锁存电路实现一种故障安全模式，该故障安全模式将在ECU 140出错的情况下保护进气阀结构(mechanics)。
[0071] 可替代地，如果ECU 140具有精确的凸轮角信息，该单个螺线管停用还可以在不具有排气阀运动验证的情况下实现。凸轮相典型地由一个低分辨率(每凸轮回转4个脉冲)传感器感测。可能要求有一个更准确的编码器以便避免触发停用脉冲中的过度保守或填补。
[0072] 此实施例的优点在于：因为每个气缸仅要求有单个螺线管，它提供了一个较低成本系统。在一些实施例中，不要求有排气阀运动验证系统。此外，因为单个螺线管操作两个阀，仅要求有单个ECU驱动电路。如果该系统是在一种低压弹簧模式下操作，该实施例还提供该进气阀的一个故障安全重新启动。故障安全操作可以通过在该工作循环的某些部分过程中锁闭该螺线管的停用的适当ECU控制来在该高压弹簧模式下实现。
[0073] 还应当理解，在此描述的任何适合的操作或过程可以用可执行计算机代码的形式存储在一个适合的计算机可读介质中。当一个处理器执行计算机代码时，这些操作被实行。此类操作包括但不限于由该安全电路和该ECU执行的任何操作。
[0074] 在一些实施例中，除了抑或替代接近度传感器，其他类型的传感器可以被用来验证阀运动。一些传感器直接感测运动阀运动或实质上与阀运动有关的一个参数。例如，一个压力开关或变换器可以被放置在该螺线管与该可折叠挺杆之间的油道上。该开关或变换器可以记录与关闭该螺线管相关联的、指示该阀的启动的压力减小。此开关或压力传感器可以被直接结合到该螺线管中以便减少零件计数和成本。该螺线管线圈的磁阻也可以被测量，该磁阻指示该螺线管是处于打开位置还是处于关闭位置。气缸内压力的直接测量还可以被用来推断该排气阀是否已经使该气缸排放。在一些实施例中，不要求有传感器指示器来验证阀操作。该阀操作被假设为已经如由该ECU所指令地发生。因此，仅需要在该ECU中实现适当的控制逻辑，以便确保该进气阀未通向一个高压气缸。
[0075] 在其他实施例中，阀运动或缺少阀运动可以根据与总发动机运转有关的一个参数的测量来推断。例如，提升一个排气阀轻微地给该凸轮轴加负载，从而减缓该凸轮轴的旋转速率。因此，凸轮轴转速上的变化可以被用来验证该排气阀的运动。类似地，指示一个关闭的排气阀的一个高压排气弹簧的存在给该曲轴加负载。因此，曲轴转速上的变化可以被用来验证该排气阀的运动。具体地，一个预期的排气排放过程中与稍晚于该预期的排气排放的曲轴转速、加速度和/或加速度变化的比较可以被用来推断一个高压排气弹簧的存在。稍早于和稍晚于TDC，一个高压排气弹簧对曲轴旋转的影响是最大的，因为这里的气缸扭矩是最高的，并且因此测量可以集中在曲轴角的这些区域上。
[0076] 废燃烧气体与空气或未被燃烧的燃料/空气混合物具有不同的电性质。一个气缸内的这些气体的电性质的测量因此可以被用来确定燃烧气体是否已经通过一个开启的排气阀从该气缸被排放。与该排气阀的开启和/或一个高压弹簧的存在相关联的声音或振动可以由一个装在发动机上的加速度计或麦克风、诸如爆震传感器或类似装置来检测。该排气阀的开启因此可以通过一个装在发动机上的加速度计或麦克风来推断。开启该排气阀将热燃烧排气引进到该排气歧管中。该排气阀的开启因此可以根据该排气歧管压力或流速的测量来推断。在一些情况下，排气的存在以及因此一个开启的排气阀可以通过在该排气系统中使用一个氧气传感器来确定。关于这些检测方法的更多细节在以下申请中给出：美国临时专利申请号61/925,157、62/002,762和61/897,686以及美国专利申请号14/207,109，这些申请中的每个通过引用完全结合在此。
[0077] 另外地，如果一个进气阀不抵抗一个高压排气弹簧开启，这些热排气将流动到该进气歧管中。此事件可以使用一个进气歧管压力传感器或进气歧管流速传感器来检测。虽然这种类型的检测在基于凸轮的系统中可能没用，但是它可以在具有更快的致动器的系统、诸如电磁致动的阀中有用。这里的阀运动可以被快速地停止，从而防止阀损坏。
[0078] 相对定时，即一个发动机循环中的一定时间(在该时间内，以上方法中的每种检测一个排气阀未能开启)随方法而改变。排气阀运动的最早推断源自来自ECU 140或指令排气阀运动的类似控制单元的信号的测量。阀运动的最早直接测量很可能是通过使用一个接近度传感器。根据误差信号和阀停用系统的定时，在此描述的这些安全控制系统可以被适配成用于提供适当的保护以避免使一个进气阀通向一个高压弹簧。
[0079] 图7示出了展示一个代表性控制系统用于防止一个进气阀抵抗一个高压弹簧开启的的操作的时序图。图7展示了在1440°的曲轴旋转、即一个完整发动机循环和两个其他循环的一半内的操作。TDC和BDC对应地是指上止点和下止点。该发动机的这四个冲程中的进气被指定为“I”，排气为“E”、压缩为“C”，并且这四个冲程根据在动力冲程过程中是发生燃烧、即“P”还是被跳过、即“S”被指定为“P”抑或“S”。用于停用进气阀和排气阀两者的单个螺线管阀710的位置如同进气阀712和排气阀714的位置那样被示出。为了简单起见，进气阀712和排气阀714被示出为开启持续90°的曲轴旋转；然而，在实践中，这不是所要求的。在图
7中，轨迹710、712和714的“高”位置指示该阀是开启的，而“低”位置指示该阀是关闭的。图7中还示出了排气阀运动验证信号716。当“高”时，此信号指示该排气阀已经开启并且启动该进气阀是安全的。
7中，轨迹710、712和714的“高”位置指示该阀是开启的，而“低”位置指示该阀是关闭的。图7中还示出了排气阀运动验证信号716。当“高”时，此信号指示该排气阀已经开启并且启动该进气阀是安全的。
[0080] 图7从近似0°处的点火721开始，该点火引起在0°与90°的曲轴旋转之间的间隔中的一个动力冲程722。进气阀712和排气阀714两者在此间隔过程中都保持关闭。螺线管阀710也是关闭的，因为此发动机循环是活动的，即，该气缸被点火。在此实例中，下一个循环、即循环2是一个所跳过循环，所以螺线管710移动到高位置，从而为循环2停用进气阀712(进气阀停用被标示为虚线712)。螺线管710保持处于开启位置、直到近似900°的曲轴旋转之后为止，在近似900°的曲轴旋转时，该螺线管关闭，从而允许进气阀712在开始于1080°的曲轴旋转的第三循环733时开启。排气阀运动验证信号716一开始处于低态，并且然后一旦检测到该排气阀的运动，就升高到高态。如先前所描述的，许多类型的传感器和方法可以被用来推断排气阀运动。在此实例中，排气阀运动验证信号716在指示该阀的运动的边缘718处升高。根据用来推断排气阀运动的方法，边缘718可以在时间窗口t感测中的任何时间发生。一旦螺线管710返回到一个低位置从而启动该气缸，排气阀运动验证信号716就可以被重置为低的。
[0081] 由于在此实施例中存在单个停用装置，对该进气阀的损坏可以通过使用如先前所描述的适当定时逻辑来防止。对该进气阀的损坏可以通过确保该排气阀在该进气阀之前开启来防止。控制逻辑可以禁止螺线管710在时间窗口tfor中开启。此窗口近似地对应于该排气阀在被点火循环的结束时开启的时间。如果该控制逻辑和所有阀致动器正确地工作，那么抑制进气阀在此窗口中启动消除了进气阀损坏的可能性。
[0082] 然而，可能的是可能发生故障，因此可以使用额外的控制系统来最小化进气阀损坏的风险。一种类型的故障是螺线管710阀在0°处可能不关闭。在这种情况下，该第一循环将最有可能不是点火(即，因为螺线管710是高的，该气缸应当被停用)，因此高压气体将不被截留在该气缸中并且该进气阀将不被损坏，即使该进气阀是开启的。另一个可能的故障是该排气阀在点火721后未能开启。在这种情况下，因为进气阀712由螺线管710停用，该进气阀在该第二循环中将不被损坏。当螺线管710降落到一个低位置从而启动进气阀712时，第一次可能对进气阀712造成损坏将在第三循环中发生。然而，在这种情况下，排气阀运动验证信号716可以被询问以便验证排气阀运动已经发生。此信号仅需要在近似900°的曲轴旋转之前到达以便提供排气阀运动的验证。单个螺线管操作的一个重要方面在于：一个排气阀未能开启不需要在排气阀开启窗口的开始时或甚至与其同时被检测。因为在第二循环的进气阀712已经由螺线管710停用，一个排气阀未能开启可以稍后在该第二循环中发生。进气阀712可以保持处于一种停用状态，直到排气阀运动验证信号716升高到一个高水平从而指示该排气阀的开启以及该气缸的排放为止。
[0083] 虽然如果螺线管710在900°与1080°之间的窗口中移动成为低的，以便启动这些阀，则是所希望的，但这不是所要求的。只要螺线管710在禁用时间段tfor中，即在紧接在一次点火之后的排气冲程中，不移动成为低的，那么阀启动将是无害的。根据该定时，排气阀714可以在进气阀712之前开启；然而，这不是问题，因为该气缸已经被排放。开启排气阀714以允许气体从该排气歧管往回流动到该气缸中也不是问题。
[0084] 虽然已经详细描述了本发明的几个实施例，但应当理解，本发明可以在不背离本发明的精神或范围的情况下以许多其他形式来实施。虽然已经使用电子操作的螺线管总体上描述了本发明，但这不是所要求的。替代电子控制的螺线管，也可以使用气动或液压启动的螺线管。替代或除了电子控制电路，可以在气动或液压回路中实现控制逻辑。具体地，可以使用一个液压操作的往复阀，这确保在无一个介入排气事件的情况下，一次进气阀开启并不是在一个点火事件之后进行。在此描述的阀控制系统仅可以用在一个发动机中的这些气缸中的一些上。在这种情况下，剩余气缸可以用类似于常规发动机控制的一种始终活动的模式运转。禁止螺线管供电致使该发动机以常规模式运转，从而减少这些停用部件的循环计数。
[0085] 已经主要地在一种跳过点火控制安排的背景下描述了本发明，在该安排中，在所跳过工作循环过程中通过停用进气阀和排气阀两者、以便防止空气在所跳过工作循环过程中被泵送穿过气缸来停用这些气缸。然而，应当理解，一些跳过点火阀致动方案想到仅停用排气阀或仅停用这些进气阀来有效地停用这些气缸并且防止空气被泵送穿过这些气缸。所描述途径中的若干途径同样地适用于此类应用。此外，尽管总体上优选的是停用气缸，并且因此防止空气在所跳过工作循环过程中穿过这些所停用气缸，但是存在可能希望在一个选定的所跳过工作循环过程中使空气穿过一个气缸的一些特定时间。通过举例，这可能是希望进行发动机制动时所希望的，和/或比排放设备相关的诊断或操作要求所希望的。所描述的阀控制途径同样地适用于此类应用。因此，本发明实施例应当被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明不限于在此给出的这些细节。
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