用于可變凸輪正時裝置的方法和系統(tǒng)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(fā)動機的方法。
【背景技術】
[0002]內燃發(fā)動機可使用可變凸輪正時(VCT)以改善車輛的燃料經(jīng)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?；y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(guī)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(qū)域，即按照指定順序的制動或自動鎖定區(qū)域、延遲區(qū)域和提前區(qū)域。具體地，當命令滑閥到延遲區(qū)域或提前區(qū)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(jīng)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(qū)域(detent reg1n)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(fā)明人在此已經(jīng)認識到使用此類VCT系統(tǒng)的潛在問題。如果凸輪相位器在鎖定銷被接合的情況下被保持在中間鎖定位置，并且發(fā)動機控制器命令凸輪相位器調節(jié)到新位置，則在試圖在鎖定銷從相位器完全脫離之前致動凸輪相位器的情況下，鎖定銷可在鎖定銷殼體中變得被側加載。這種情形可防止定相請求的執(zhí)行或使其嚴重延時，這可導致發(fā)動機性能劣化。另外，過度的應力可被引入到鎖定機械。

【發(fā)明內容】

[0005]在一個示例中，上述問題可通過一種方法得到解決，該方法包括:響應于用于使凸輪扭矩致動的可變凸輪正時相位器從鎖定位置定相的命令，使滑閥從制動區(qū)域跳轉到無效區(qū)域以外；并且使滑閥斜變(ramping)通過無效區(qū)域，同時監(jiān)測遠離鎖定位置的凸輪正時移動。這樣，鎖定銷可以在凸輪相位器的位置被改變之前可靠地脫離，從而減少鎖定銷的側加載。
[0006]作為示例，當在鎖定銷被接合的情況下VCT裝置的凸輪相位器被保持在中間鎖定位置時，發(fā)動機控制器可將相位調節(jié)命令到提前位置。響應于相位調節(jié)命令，可控制滑閥的螺線管占空比以減少相位器致動，同時鎖定銷脫離。具體地，由于期望相位位置為提前位置，所以占空比可首先從自動鎖定區(qū)域跳轉到從無效區(qū)域稍微延遲的位置。然后，占空比可通過無效區(qū)域朝向提前區(qū)域緩慢地向上斜變。斜變可繼續(xù)直到檢測到定相運動，定相運動指示鎖定銷的釋放。
[0007]這樣，僅當在占空比正命令最小量的相位調節(jié)(如果有任何量的話)時，凸輪相位器的鎖定銷可脫離。另外，確保鎖定銷在占空比重新開始正常定相操作之前脫離。因此，實現(xiàn)鎖定銷的可靠脫離并且減少在脫離期間由于相位調節(jié)造成的側加載?？偟膩碚f，氣門正時控制被改善。
[0008]應該理解，提供上述
【發(fā)明內容】
是為了以簡化形式引入所選概念，這些概念將在【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，其保護范圍由隨附的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(fā)動機系統(tǒng)。
[0010]圖2示出發(fā)動機油潤滑系統(tǒng)的方框圖。
[0011]圖3示出示例VCT相位器系統(tǒng)。
[0012]圖4示出用于發(fā)送VCT相位器命令以基于發(fā)動機工況調節(jié)凸輪正時的高級別流程圖。
[0013]圖5描繪經(jīng)由對滑閥占空比命令的調節(jié)來調節(jié)凸輪位置的示例方法。
[0014]圖6描繪在發(fā)動機關閉之前將凸輪相位器調節(jié)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(tǒng)油壓力的滑閥命令調節(jié)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(qū)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(jié)來穩(wěn)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(qū)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(qū)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(qū)的方法。
[0023]圖14描繪滑閥禁飛區(qū)的示例映射和滑閥禁飛區(qū)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(fā)動機的系統(tǒng)和方法，該發(fā)動機具有可變汽缸氣門系統(tǒng)，諸如圖1-圖3的可變凸輪正時(VCT)。發(fā)動機控制器可經(jīng)配置以調節(jié)命令到VCT相位器的滑閥的占空比以調節(jié)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(wěn)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?？刂破骺赏瑯诱{節(jié)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?？刂破鬟€可間歇性地映射滑閥以便自適應獲悉滑閥區(qū)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(tǒng)劣化，并且相應地執(zhí)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(fā)動機性能和排氣排放。
[0026]圖1描繪內燃發(fā)動機10的燃燒室或汽缸的示例實施例。圖1示出發(fā)動機10可接收來自包括控制器12的控制系統(tǒng)的控制參數(shù)，以及經(jīng)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(fā)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?；钊?6可被聯(lián)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(jīng)由變速器系統(tǒng)被聯(lián)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(jīng)由飛輪被聯(lián)接到曲軸40以啟用發(fā)動機10的起動操作。曲軸40被聯(lián)接到油栗208 (圖2)以加壓發(fā)動機油潤滑系統(tǒng)200 (曲軸40到油栗208的聯(lián)接未示出)。殼體136經(jīng)由正時鏈條或帶(未示出)被液壓地聯(lián)接到曲軸40。
[0028]汽缸30能夠經(jīng)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(fā)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?？裳刂l(fā)動機的進氣通道提供包括節(jié)流板62的節(jié)氣門系統(tǒng)，以改變提供給發(fā)動機汽缸的進氣空氣的流率和/或壓力。在該特定示例中，節(jié)流板62被聯(lián)接到電動馬達94，使得橢圓形節(jié)流板62的位置通過控制器12經(jīng)由電動馬達94進行控制。這種配置可被稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)，電子節(jié)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(jīng)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(fā)動機10的其他汽缸的排氣。排氣傳感器76被示出為聯(lián)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(tài)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(fā)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(tǒng)88能夠經(jīng)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(fā)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(fā)動機的情況一樣。
[0032]在一些實施例中，發(fā)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(lián)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(jīng)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(tǒng)被輸送到燃料噴射器66A，該燃料系統(tǒng)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(zhí)行程序和校準值的電子存儲介質、隨機存取存儲器(RAM) 108、?；畲鎯ζ?KAM) 110和常規(guī)數(shù)據(jù)總線?？刂破?2被示為接收來自聯(lián)接到發(fā)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(lián)接到節(jié)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(lián)接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機冷卻液溫度(ECT);來自聯(lián)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(jié)氣門位置傳感器20的節(jié)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(huán)境濕度或相對環(huán)境濕度的指示。發(fā)動機轉速信號RPM由控制器12以常規(guī)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(fā)動機載荷的指示。進一步地，該傳感器連同發(fā)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(fā)動機轉速傳感器的傳感器118在曲軸每轉產(chǎn)生預定數(shù)目的等間隔脈沖。
[0034]在該特定示例中，催化轉化器70的溫度Teatl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(fā)動機操作進行推斷。
[0035]繼續(xù)參考圖1，其示出可變凸輪軸正時(VCT)系統(tǒng)19。在該示例中，圖示說明頂置凸輪系統(tǒng)，但可使用其他方法。具體地，發(fā)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(tǒng)19是凸輪扭矩致動(CTA)的，其中VCT系統(tǒng)的凸輪軸相位器的致動經(jīng)由凸輪扭矩脈沖來實現(xiàn)。在可替代的示例中，VCT系統(tǒng)19可以是油壓力致動(OPA)的。通過調節(jié)多個液壓閥從而引導液壓液體(諸如發(fā)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(fā)動機控制器可傳輸信號到螺線管以移動滑閥，滑閥調節(jié)通過相位器腔室的油的流動。如在此所用的，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(lián)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(jīng)由正時鏈條或帶(未示出)被機械地聯(lián)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(fā)動機中時，殼體136和曲軸40可被機械地聯(lián)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(lián)接到凸輪軸130。通過如在此描述的液壓聯(lián)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(tǒng)，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(xù)參考可變凸輪正時系統(tǒng)，與凸輪軸130同步旋轉的齒138允許經(jīng)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(fā)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(fā)送控制信號(LACT、RACT)到常規(guī)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(fā)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(fā)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(fā)動機油潤滑系統(tǒng)200的示例實施例，其中油栗208被聯(lián)接到曲軸40 (未示出)，并且系統(tǒng)200包括各種油子系統(tǒng)(Sl-S3)216、218和220。油子系統(tǒng)可采用油的流動執(zhí)行一些功能，諸如潤滑、致動致動器等。例如，油子系統(tǒng)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(tǒng)。進一步地，油子系統(tǒng)216、218、220可以為潤滑系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)。
[0043]繼續(xù)參考圖2，與曲軸40 (未示出)的旋轉關聯(lián)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(chǎn)生的力和分別通過供給通路214a、214b、214c進入每個油子系統(tǒng)216、218、220的油的流量的函數(shù)。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(shù)據(jù)發(fā)送至控制器12 (未示出)。栗208可以為發(fā)動機驅動的栗，栗的輸出在更高的發(fā)動機轉速下更高并且在更低的發(fā)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(tǒng)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(fā)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(fā)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(tǒng)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(fā)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(lián)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(qū)域。應該理解，滑閥可具有無數(shù)個中間位置，諸如在閥芯的提前區(qū)域、無效區(qū)域和制動區(qū)域中的位置(如以下所詳述)?；y的位置不僅可以控制VCT相位器運動的方向，而且還可以根據(jù)分立式閥芯位置控制VCT相位器運動的速率。
[0047]內燃發(fā)動機已經(jīng)采用各種機構來改變在凸輪軸與曲軸之間的角度，以改善發(fā)動機性能或減少排放。這些可變凸輪軸正時(VCT)機構的大多數(shù)在發(fā)動機的凸輪軸(或在多個凸輪軸發(fā)動機中的多個凸輪軸)上使用一個或多個“葉片式相位器”，諸如VCT相位器300。VCT相位器300可具有帶一個或多個葉片304的轉子305，