用于可變凸輪正時裝置的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及用于操作具有可變凸輪正時(VCT)的發動機的方法。
【背景技術】
[0002]內燃發動機可使用可變凸輪正時(VCT)以改善車輛的燃料經濟性和排放性能。VCT裝置可包括受電機致動的滑閥控制的葉片式凸輪相位器。滑閥可引導液壓液體(諸如油)從葉片的一側流到另一側，諸如從延遲側到提前側。VCT裝置可包括將葉片的一側連接到另一側的多于一個油路，可引導液壓液體流過油路。相位器可以是油壓力致動的，其中相位器的致動依賴于在回路中的油壓力。可替代地，相位器可以是凸輪扭矩致動的，其中相位器的致動依賴于在凸輪致動期間生成的扭矩。
[0003]Smith等人在US 8，356，583中示出凸輪扭矩致動的VCT相位器的一個示例。在其中，VCT裝置在中間位置(在此也稱為中間鎖定位置)被配置有液壓啟動的鎖定銷。常規VCT裝置可包括在相位器范圍的一端處的鎖定銷。Smith的VCT裝置還采用兩個獨立的油路，在此稱為定相回路和制動回路。在Smith的中間鎖定VCT相位器中，相位器的轉子組件中包括導向閥，并且該導向閥可從第一位置移動到第二位置。當導向閥處于第一位置時，阻擋液壓液體流過導向閥。當導向閥處于第二位置時，允許液壓液體通過導向閥和共用管路在來自提前室的制動管路與來自延遲室的制動管路之間流動，使得轉子組件被移動到中間相位角位置并且相對于殼體組件保持在該中間相位角位置。當VCT相位器處于或靠近中間位置時，與提前室或延遲室連通的制動管路被阻塞。滑閥具有三個操作區域，即按照指定順序的制動(或自動鎖定)區域、延遲區域和提前區域。自動鎖定區域于此可被稱為制動區域(detent reg1n)。具體地，當命令滑閥到延遲區域或提前區域時，導向閥處于第一位置，并且阻擋液體流過制動回路管路。另外，液體可經由定相回路管路從葉片的一側流到另一側。當命令滑閥到制動區域時，導向閥處于第二位置，并且液體從提前室或延遲室自由地流過制動管路和導向閥，并且通過共用液體管路流入相對的腔室。另外，阻擋液體流過定相回路管路。
[0004]然而，發明人在此已經認識到使用此類VCT系統的潛在問題。在凸輪扭矩致動(CTA)的VCT的情況下，滑閥具有三個操作區域，即按照特定順序的自動鎖定區域、延遲區域和提前區域。如果命令滑閥從低延遲區域或提前區域到自動鎖定區域，則滑閥必須物理行進通過高延遲區域。在滑閥行進通過高延遲區域時經歷延遲的凸輪扭轉的實例中，緊接到達制動區域或自動鎖定之前，凸輪相位器可在延遲方向上改變其位置達若干度數。這可增加制動回路將凸輪相位器位置液壓調節到中立位置所需的時間，特別是如果在預期自動鎖定命令時凸輪相位器準備定位在中間鎖定位置。另外，這可在需要凸輪相位器在鎖定銷被接合的情況下被保持在適當位置中的隨后發動機命令中造成延遲。
【發明內容】
[0005]在一個示例中，上述問題可通過用于發動機的方法至少部分地被解決，該方法包括在凸輪軸的扭轉脈沖(tors1nal pulses)中間將凸輪扭矩致動的可變凸輪正時相位器的滑閥移動到制動區域。這樣，降低凸輪相位器位置移動上的延遲凸輪扭轉的效果。
[0006]作為示例，控制器可根據時間和曲軸位置映射凸輪扭轉事件。在當滑閥從提前區域或延遲區域被移動到自動鎖定位置時的狀況期間，基于凸輪扭轉事件的正時以及與滑閥的電動機械致動關聯的延遲，滑閥可被移動通過高延遲區域。具體地，在延遲凸輪扭轉事件之間的、到自動鎖定區域的進程中，滑閥可被命令行進通過高延遲區域。另外，可在延遲的凸輪扭轉事件期間禁用可移動滑閥的滑閥命令。因此，通過回避致動脈沖，可避免凸輪相位器的無意致動。
[0007]這樣，可以以較高的穩定性和準確性調節凸輪相位器位置。具體地，通過基于延遲的凸輪扭轉事件的正時移動滑閥，可減少來自延遲扭轉的無用位置調節。這允許發動機控制器能夠在不啟動鎖定銷的情況下首先將凸輪相位器命令到中間鎖定位置，并且將滑閥的移動定時到制動區域，在制動區域中接合鎖定銷，這樣一來，在命令期間凸輪相位器保持在中間鎖定位置。通過減少由延遲的凸輪扭轉事件引起的無用位置調節的發生，可使與接合VCT相位器的鎖定銷關聯的時間更一致。
[0008]應該理解，提供上述
【發明內容】
是為了以簡化形式引入所選概念，其將在【具體實施方式】中被進一步描述。這并非意味著確定所要求保護的主題的關鍵或基本特征，其保護范圍由隨附權利要求唯一地限定。此外，所要求保護的主題不限于解決以上的或本公開的任何部分中指出的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0009]圖1示出包括可變凸輪正時裝置的發動機系統。
[0010]圖2示出發動機油潤滑系統的方框圖。
[0011]圖3示出示例VCT相位器系統。
[0012]圖4示出用于發送VCT相位器命令以基于發動機工況調節凸輪正時的高級別流程圖。
[0013]圖5描繪經由對滑閥占空比命令的調節來調節凸輪位置的示例方法。
[0014]圖6描繪在發動機關閉之前將凸輪相位器調節到確定位置的示例方法。
[0015]圖7A-圖7B描繪用于確定是否將凸輪相位器在鎖定銷被接合或脫離的情況下保持在鎖定位置的示例方法。
[0016]圖7C示出響應于減小的系統油壓力的滑閥命令調節的示例。
[0017]圖8A描繪用于響應于凸輪相位器解鎖命令選擇如何移動滑閥離開閥門的制動區域的示例方法。
[0018]圖SB描繪使用對滑閥位置的預先定位調節來穩健地解鎖凸輪相位器的示例。
[0019]圖9描繪用于通過在凸輪軸扭轉脈沖期間或之間將滑閥選擇性移動到制動區域而鎖定凸輪相位器的示例方法。
[0020]圖1OA-圖1OB描繪在相位器定位上的凸輪軸扭轉脈沖的效果。
[0021]圖11-圖12描繪在凸輪軸延遲扭轉脈沖期間或之間滑閥運動到制動區域的預示性示例。
[0022]圖13描繪用于適時映射VCT相位器滑閥的禁飛區的方法。
[0023]圖14描繪滑閥禁飛區的示例映射和滑閥禁飛區的邊界的自適應獲悉。
[0024]圖15描繪用于響應于峰到峰凸輪扭矩幅值的變化指示VCT相位器的制動回路的劣化的示例方法。
【具體實施方式】
[0025]以下描述涉及用于控制車輛的發動機的系統和方法，該發動機具有可變汽缸氣門系統，諸如圖1-圖3的可變凸輪正時(VCT)。發動機控制器可經配置以調節命令到VCT相位器的滑閥的占空比以調節相位器位置，如在圖4-圖6處所討論的。在解鎖并且移動相位器時的狀況期間，控制器可選擇用于穩健地解鎖相位器的方法，同時減小定相誤差，諸如在圖7A-圖7C和圖8A-圖SB處所描繪的。控制器可同樣調節滑閥命令以能夠將相位器準確鎖定在一位置中，如在圖9-圖12處所討論的。控制器還可間歇性地映射滑閥以便自適應獲悉滑閥區域并且相應地更新用于相位器定位的占空比命令，如在圖13-圖14處所詳述的。更進一步，控制器可使用凸輪軸扭轉變化以及時識別VCT系統劣化，并且相應地執行緩和操作，如在圖15處所討論的。這樣，可減小定相誤差并且改善發動機性能和排氣排放。
[0026]圖1描繪內燃發動機10的燃燒室或汽缸的示例實施例。圖1示出發動機10可接收來自包括控制器12的控制系統的控制參數，以及經由輸入裝置192來自車輛操作員190的輸入。在該實例中，輸入裝置192包括加速器踏板和踏板位置傳感器194，踏板位置傳感器194用于生成成比例的踏板位置信號PP。
[0027]發動機10的汽缸(在此也稱為“燃燒室”)30可包括燃燒室壁32，其中活塞36定位在燃燒室壁30中。活塞36可被聯接到曲軸40，使得活塞的往復運動被轉化成曲軸的旋轉運動。曲軸40可經由變速器系統被聯接到客運車輛的至少一個驅動輪。進一步地，起動器馬達可經由飛輪被聯接到曲軸40以啟用發動機10的起動操作。曲軸40被聯接到油栗208 (圖2)以加壓發動機油潤滑系統200 (曲軸40到油栗208的聯接未示出)。殼體136經由正時鏈條或帶(未示出)被液壓地聯接到曲軸40。
[0028]汽缸30能夠經由進氣歧管或空氣通道44接收進氣空氣。除汽缸30以外，進氣空氣通道44能夠與發動機10的其他汽缸連通。在一些實施例中，進氣通道中的一個或多個可包括升壓裝置，諸如渦輪增壓器或機械增壓器。可沿著發動機的進氣通道提供包括節流板62的節氣門系統，以改變提供給發動機汽缸的進氣空氣的流率和/或壓力。在該特定示例中，節流板62被聯接到電動馬達94，使得橢圓形節流板62的位置通過控制器12經由電動馬達94進行控制。這種配置可被稱為電子節氣門控制(ETC)，電子節氣門控制也能夠在怠速控制期間被采用。
[0029]燃燒室30被示為經由各自的進氣門52a和52b (未示出)與排氣門54a和54b (未示出)與進氣歧管44和排氣歧管48連通。因此，盡管可使用每個汽缸四個氣門，但在另一個示例中，也可使用每個汽缸單個進氣門和單個排氣門。在另一個示例中，可使用每個汽缸兩個進氣門和一個排氣門。
[0030]除汽缸30以外，排氣歧管48能夠接收來自發動機10的其他汽缸的排氣。排氣傳感器76被示出為聯接到催化轉化器70的上游的排氣歧管48 (其中傳感器76能夠對應各種不同的傳感器)。例如，傳感器76可以為用于提供排氣空燃比指示的許多已知傳感器中的任何一種，諸如線性氧傳感器、UEG0、雙態氧傳感器、EGO、HEG0、或者HC或CO傳感器。排放控制裝置72被示出為定位在催化轉化器70的下游。排放控制裝置72可以為三元催化劑、NOx捕集器、各種其他排放控制裝置或它們的組合。
[0031]在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可包括用于開始燃燒的火花塞92。在選定的操作模式下，響應于來自控制器12的火花提前信號SA，點火系統88能夠經由火花塞92向燃燒室30提供點火火花。然而，在一些實施例中，火花塞92可以被省略，諸如在發動機10可通過自動點火或通過燃料噴射開始燃燒的情況下，如同可以是一些柴油發動機的情況一樣。
[0032]在一些實施例中，發動機10的每個汽缸可以被配置有一個或多個燃料噴射器，用于向汽缸提供燃料。作為非限制性示例，燃料噴射器66A被示為直接聯接到汽缸30，用于與信號dfpw的脈沖寬度成比例地向汽缸30直接噴射燃料，該信號dfpw經由電子驅動器68接收自控制器12。以這種方式，燃料噴射器66A提供被稱為到汽缸30的燃料的直接噴射(以下也稱為“DI”)。例如，燃料噴射器可被安裝在燃燒室的側面(如圖所示)或安裝在燃燒室的頂部(靠近火花塞)中。燃料可通過燃料系統被輸送到燃料噴射器66A，該燃料系統包括燃料箱、燃料栗和燃料軌。在一些實施例中，燃燒室30可以可替代地或另外地包括以一種配置被布置在進氣歧管44中的燃料噴射器，該配置提供被稱為到燃燒室30上游的進氣道的燃料的進氣道噴射。
[0033]控制器12被示為微型計算機，其包括:微處理器單元(CPU) 102、輸入/輸出端口(I/O) 104、在該特定示例中示為只讀存儲器(ROM) 106的用于可執行程序和校準值的電子存儲介質、隨機存取存儲器(RAM) 108、保活存儲器(KAM) 110和常規數據總線。控制器12被示為接收來自聯接到發動機10的傳感器的各種信號，除先前討論的那些信號外，還包括:來自聯接到節氣門20的質量空氣流量傳感器100的所引入的質量空氣流量(MAF)的測量值；來自聯接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發動機冷卻液溫度(ECT);來自聯接到曲軸40的霍爾效應傳感器118的表面點火感測信號(PIP);以及來自節氣門位置傳感器20的節氣門位置TP ;來自傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP ;來自爆震傳感器182的爆震指示；以及來自傳感器180的絕對環境濕度或相對環境濕度的指示。發動機轉速信號RPM由控制器12以常規方式從信號PIP生成，并且來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP提供進氣歧管中的真空或壓力的指示。在化學計量比操作期間，該傳感器能夠給出發動機載荷的指示。進一步地，該傳感器連同發動機轉速能夠提供引入到汽缸中的充氣(包括空氣)的估計。在一個示例中，還用作發動機轉速傳感器的傳感器118在曲軸每轉產生預定數目的等間隔脈沖。
[0034]在該特定示例中，催化轉化器70的溫度TMtl由溫度傳感器124提供，而排放控制裝置72的溫度TMt2由溫度傳感器126提供。在可替代的實施例中，溫度T ratl和溫度I\at2可由發動機操作進行推斷。
[0035]繼續參考圖1，其示出可變凸輪軸正時(VCT)系統19。在該示例中，圖示說明頂置凸輪系統，但可使用其他方法。具體地，發動機10的凸輪軸130被示為與搖臂132和134連通，用于致動進氣門52a、52b和排氣門54a、54b。在所描繪的示例中，VCT系統19是凸輪扭矩致動(CTA)的，其中VCT系統的凸輪軸相位器的致動經由凸輪扭矩脈沖來實現。在可替代的示例中，VCT系統19可以是油壓力致動(OPA)的。通過調節多個液壓閥從而引導液壓液體(諸如發動機油)進入凸輪軸相位器的腔室(諸如提前室或延遲室)，氣門正時可以被改變，即被提前或延遲。如在此進一步詳述的，液壓控制閥的操作可由各自的控制螺線管進行控制。具體地，發動機控制器可傳輸信號到螺線管以移動滑閥，滑閥調節通過相位器腔室的油的流動。如在此所用，凸輪正時的提前和延遲指的是相對凸輪正時，因為完全提前位置仍可提供關于上止點的延遲的進氣門打開，這僅是一個示例。
[0036]凸輪軸130被液壓地聯接到殼體136。殼體136形成具有多個齒138的齒輪。在示例實施例中，殼體136經由正時鏈條或帶(未示出)被機械地聯接到曲軸40。因此，殼體136和凸輪軸130以基本上彼此相等的速度旋轉并且與曲軸同步。在可替代的實施例中，例如在四沖程發動機中時，殼體136和曲軸40可被機械地聯接到凸輪軸130，使得殼體136和曲軸40可以以不同于凸輪軸130的速度(例如，2:1的比率，其中曲軸以凸輪軸兩倍的速度旋轉)同步旋轉。在可替代的實施例中，齒138可被機械地聯接到凸輪軸130。通過如在此描述的液壓聯接的操縱，凸輪軸130到曲軸40的相對位置能夠由在延遲室142和提前室144中的液壓壓力被改變。通過允許高壓液壓液體進入延遲室142，在凸輪軸130與曲軸40之間的相對關系被延遲。因此，進氣門52a、52b和排氣門54a、54b相對于曲軸40在遲于正常的時間打開和閉合。類似地，通過允許高壓液壓液體進入提前室144，在凸輪軸130與曲軸40之間的相對關系被提前。因此，進氣門52a、52b和排氣門54a、54b相對于曲軸40在早于正常的時間打開和閉合。
[0037]盡管該示例示出在其中同時控制進氣門和排氣門的系統，但可使用可變進氣凸輪正時、可變排氣凸輪正時、雙獨立可變凸輪正時、雙等可變凸輪正時或其他可變凸輪正時。進一步地，還可使用可變氣門升程。進一步地，凸輪軸廓線變換可用于在不同的工況下提供不同的凸輪廓線。更進一步，氣門機構可以為滾柱指輪隨動器、直接作用的機械斗、電動液壓件或搖臂的其他替換。
[0038]繼續參考可變凸輪正時系統，與凸輪軸130同步旋轉的齒138允許經由凸輪正時傳感器150測量相對凸輪位置，凸輪正時傳感器150提供信號VCT到控制器12。齒1、2、3和4可用于測量凸輪正時并且被等距間隔開(例如，在V-8雙排發動機中，這些齒被彼此間隔開90度)，而齒5可用于汽缸識別。另外，控制器12發送控制信號(LACT、RACT)到常規螺線管閥門(未示出)，以控制液壓液體流入延遲室142、提前室144或兩者都不。
[0039]相對凸輪正時能夠以各種方式進行測量。一般地說，在PIP信號的上升沿和接收來自殼體136上的多個齒138中的一個的信號之間的時間或旋轉角度給出相對凸輪正時的測量值。對于V-8發動機的特定示例，在具有兩個汽缸組和五齒齒輪的情況下，每次旋轉接收四次特定組的凸輪正時的測量值，其中額外的信號被用于汽缸識別。
[0040]如上所述，圖1僅示出多汽缸發動機中的一個汽缸，并且每個汽缸具有它自己的一組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
[0041]圖2示出發動機油潤滑系統200的示例實施例，其中油栗208被聯接到曲軸40 (未示出)，并且系統200包括各種油子系統(Sl-S3)216、218和220。油子系統可采用油的流動執行一些功能，諸如潤滑、致動致動器等。例如，油子系統216、218、220中的一個或多個可以為具有液壓致動器和液壓控制閥的液壓系統。進一步地，油子系統216、218、220可以為潤滑系統，諸如用于將油輸送到移動部件(諸如凸輪軸、汽缸氣門等)的通道。油子系統的更進一步的非限制性示例為凸輪軸相位器、汽缸壁、各式各樣的軸承等。
[0042]油通過供給通路被供應到油子系統，并且油通過返回通路返回。在一些實施例中，可以有更少或更多的油子系統。
[0043]繼續參考圖2，與曲軸40 (未示出)的旋轉關聯的油栗208通過供給通路206從儲存在油盤202中的油儲存器204吸油。使用壓力將油通過供給通路210和濾油器212從油栗208輸送至主油道(main galley) 2140在主油道214內的壓力為油栗208產生的力和分別通過供給通路214a、214b、214c進入每個油子系統216、218、220的油的流量的函數。油在大氣壓力下通過返回通路222返回油儲存器204。油壓力傳感器224測量主油道油壓力并且將壓力數據發送至控制器12 (未示出)。栗208可以為發動機驅動的栗，栗的輸出在更高的發動機轉速下更高并且在更低的發動機轉速下更低。
[0044]主油道油壓力的水平能夠影響油子系統216、218、220中的一個或多個的性能，例如液壓致動器生成的力與在主油道中的油壓力成正比例。當油壓力高時，致動器可以較多的響應；當油壓力低時，致動器可以較少的響應。低油壓力還可限制發動機油潤滑移動部件的有效性。例如，如果主油道油壓力低于閾值壓力，可輸送減小的潤滑油的流量，并且可發生部件劣化。
[0045]另外地，當無油流量或減小的油流量離開主油道時，主油道油壓力最高。因此，液壓致動器在油子系統中的泄漏能夠減小主油道油壓力。進一步地，漏油的一個特定來源能夠發生在可變凸輪正時相位器中，如關于圖3進一步詳細描述的。
[0046]圖3示出處于提前位置的VCT相位器300。在一個示例中，VCT相位器300可包括圖1的VCT相位器19。圖3進一步描繪被聯接到VCT相位器300的螺線管操作的滑閥309。作為非限制性示例，滑閥309被示為被定位在閥芯(spool)的提前區域。應該理解，滑閥可具有無數個中間位置，諸如在閥芯的提前區域、無效區域和制動區域中的位置(如以下所詳述)。滑閥的位