CN101353985B - 用于提高再生效率的凸轮相位控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于提高再生效率的凸轮相位控制系统，包括凸轮位置计算模块，其确定发动机运行期间的进气凸轮位置和排气凸轮位置，其中所述发动机包括再生和燃料切断(FCO)模式。凸轮位置调整模块在所述再生和FCO模式期间产生替代进气和排气凸轮位置。凸轮定位模块在所述再生和FCO模式期间，基于所述进气和排气凸轮位置以及所述替代进气和排气凸轮位置中的较低值分别定位所述进气凸轮和排气凸轮。

Description

用于提高再生效率的凸轮相位控制系统
本申请要求于2007年7月27日提交的美国临时申请No.60/952,437的优先权。上述申请的内容通过参考并入本文。
技术领域
本公开涉及发动机控制系统，尤其涉及用于提高再循环效率的凸轮相位控制系统。
背景技术
这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并可以不构成现有技术。
混合动力系通常包括第一扭矩发生器(例如，内燃机(ICE))、第二扭矩发生器(例如，电机(EM))。这两者都可给传动系提供驱动车辆的扭矩。
在全混合动力系中，EM无需通过ICE的组件传递扭矩就可直接驱动传动系。在轻度混合动力系中，EM通过附件传动与ICE相连。EM产生的扭矩通过ICE传递到传动系。典型的轻度混合动力系可包括带式交流电机起动机(BAS)系统。在BAS系统中，EM通过传统的传动带和带轮结构连接到ICE上，其驱动其它附属设备(包括，但不限于，泵和压缩机)。
发明内容
控制系统包括凸轮位置计算模块，其确定发动机运行期间的进气凸轮位置和排气凸轮位置。所述发动机还运行于再生和燃料切断(FCO)模式中。凸轮位置调整模块在所述再生和FCO模式期间产生替代进气和排气凸轮位置。凸轮定位模块在所述再生和FCO模式期间，基于所述进气和排气凸轮位置以及所述替代进气和排气凸轮位置中的较低值分别定位所述进气凸轮和排气凸轮。
在其它特征中，再生检测模块检测所述发动机何时处在所述再生和FCO模式中。所述替代进气和排气凸轮位置设定为驻停或非驻停位置。所述替代进气和排气凸轮位置设定为小于或等于约4度。所述替代进气和排气凸轮位置设定为小于或等于约3度。所述替代进气和排气凸轮位置设定为小于或等于约2度。
车辆包括所述控制系统，还包括：包括进气和排气凸轮相位器的发动机；传动带/带轮；以及电机，其通过所述传动带/带轮连接到所述发动机。
车辆包括所述控制系统，还包括：包括进气和排气凸轮相位器的发动机；以及传动带交流电机起动机系统。
从本文所提供的描述，可清楚其应用性的其它方面。应当理解，其描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
附图说明
本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。
图1示出了根据本公开的传动带交流电机起动机(BAS)混合动力系统；
图2进一步详细示出了图1的发动机；
图3为示出燃料切断(FCO)/再生期间控制进气门和排气门位置的方法的流程图；
图4为示出FCO/再生期间根据本公开调整的凸轮位置与正常凸轮位置之间区别的曲线图；
图5示出由于根据本公开的凸轮调整而在减速时的区别；
图6示出典型控制模块。
具体实施方式
实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而不是限制本公开及其应用或使用。应当理解，所有附图中，相同的附图标记来表示相同或相应的部分和特征。
如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。本公开减小了起用燃料切断(FCO)和再生时传动带交流电机起动机(BAS)混合动力车辆的发动机旋转损耗。旋转损耗的减小对给定减速速率往往允许更加有效的再生。没有相应再生增大情况下旋转损耗减小改善了操纵性能。
运行期间，发动机控制模块计算进气和排气凸轮相位器的进气和排气凸轮位置值。FCO/再生期间，本公开将进气和排气凸轮位置限制为调整后的凸轮位置值。调整后的凸轮位置值可在标定期间确定。例如，凸轮位置值可选择为使得凸轮位于驻停或驻停附近，以对给定MAP值获得减小泵气损失的效果。在某些情形下，调整后的凸轮位置值可设定在靠近驻停的值，以防止凸轮接合驻停销。
本公开监测混合动力车辆中的FCO/再生状态。当FCO/再生状态有效时，本公开主动将凸轮位置(进气和排气)限制为驻停或靠近驻停的调整凸轮位置值。例如，如果调整后的凸轮位置值为2度，那么在进入再生和FCO之后，当正常所需的凸轮位置值大于调整后的凸轮位置值时，凸轮将被限制为2度。
当FCO结束时(例如，当起用喷射器的数量＞0时)，凸轮返回到正常凸轮位置。另外，调整后的凸轮位置值可选择为低的非零值(例如2度)。为调整凸轮位置值选择的值可选择为使得凸轮将移至驻停或靠近驻停的位置。靠近驻停的位置可用于防止接合驻停销。使用该方法减少了驻停销的循环，有助于提高耐用性。
现在参考图1，详细描述典型的混合动力系10。虽然该典型动力系10图示为后轮驱动(RWD)动力系，但是本发明可应用于任何其它动力系结构。典型动力系10包括推进系统12和传动系统14。推进系统12包括发动机16和电机(EM)18。
推进系统还可包括辅助设备，包括但不限于，A/C压缩机20和转向泵22。EM 18和辅助设备使用传动带和带轮系统24传动地连接到发动机16上。传动带和带轮系统24包括固定在EM 18、辅助设备和发动机16的曲轴26上用以旋转的多个带轮，以及传动带，以便能够将扭矩从曲轴26传递到EM 18和/或辅助设备，或者从EM 18和/或辅助设备传递到曲轴26。该结构称为传动带交流电机起动机(BAS)系统。
发动机16的曲轴26驱动传动系统14。传动系统14包括波形板或飞轮(未示出)、液力变矩器或其它联接装置30、变速器32、传动轴34、差速器36、车轴38、制动器40和驱动轮42。发动机16的曲轴26输出的推进扭矩通过传动系统组件传递，以在车轴38提供驱动车轮42的车轴扭矩。更具体地，推进扭矩乘以由联接装置30、变速器32和差速器36提供的几个传动比，以在车轴38提供车轴扭矩。
动力系10还包括调节动力系10的运行的控制模块54。驾驶员输入62传递到控制模块54。驾驶员输入62可包括，但不限于，加速踏板和/或巡航控制系统。驾驶员界面64还提供对控制模块54的输入。驾驶员界面64包括，但不限于，变速器档位选择器(例如，PRNDL杆)。
现在参考图2，示出了发动机16的其它部分。发动机16包括进气歧管64和排气歧管66。发动机16燃烧空气与燃料混合物以产生驱动扭矩。更具体地，空气通过节气门68吸入进气歧管64。虽然典型的发动机系统包括节气门68，但是应当清楚，本公开的教导可使用在不包括节气门的发动机系统中。
空气与燃料混合，以形成由气缸70内的活塞(未示出)压缩的燃烧混合物。虽然只示出了两个气缸70，但是发动机可包括额外的气缸70。空气，在某些情形下燃烧混合物，通过进气口(未示出)进入气缸70，所述进气口通过进气门(未示出)有选择地打开。
在气缸70内引起燃烧混合物的燃烧(例如，通过火花塞的火花或压缩的热量)。在燃烧事件之后，产生的气体通过排气口(未示出)从气缸70排出，所述排气口通过排气门(未示出)有选择地打开。应当理解，发动机系统可包括一个或多个进气口和/或排气口，这些排气口和排气口具有各自的进气门和排气门。
进气门和排气门的运动由各自的进气凸轮轴72和排气凸轮轴74引起，所述进排气凸轮轴72、74由曲轴76通过正时装置78可旋转地驱动。更具体地，曲轴76包括正时链轮80，进排气凸轮轴包括各自的正时链轮82、84。正时连接86传动地互连正时链轮70、72、74。例如，正时连接86可包括正时链。应当理解，还可使用正时齿轮、带轮和正时带、和/或其它传动机构。
曲轴76可旋转地驱动进排气凸轮轴72、74，以根据所需发动机事件正时通过相应的气门打开和关闭进排气口。更具体地，相对于活塞在气缸70内的线性位置和特定的活塞冲程来正时进排气口的打开和关闭。
发动机系统可包括进气凸轮相位器87和排气凸轮相位器89，以虚线示出。凸轮相位器87、89调节进排气凸轮轴72、74相对于曲轴76角度位置的角度位置。这样，可独立调整进排气门的打开和关闭事件，以获得所需的发动机运行。
控制模块54监测进排气凸轮轴72、74以及曲轴76的旋转。传感器92、94分别监测进气凸轮轴72和排气凸轮轴74中每个的旋转位置。传感器96监测曲轴76的旋转位置。
更具体地，各自的目标轮(未示出)固定在各自的进排气凸轮轴72、74和曲轴76上以与其一起旋转，所述目标轮每个都包括已知数量的齿。当目标轮通过各自的传感器92、94、96时，各传感器92、94、96检测其各自的目标轮的齿缘的上升和下降边缘，并且传感器92、94、96基于此产生脉冲序列。所述脉冲序列提供为控制模块54的信号。各目标轮可包括间隙(例如，缺少一个或两个齿)，和/或更宽/更窄的齿，每个间隙或者更宽/更窄的齿用作确定各自进排气凸轮轴72、74和曲轴76的旋转位置的参考点。
现在参考图3，控制于步骤100开始，继续步骤104，其中控制确定是否起用FCO/再生。如果不，那么在步骤106中将进排气凸轮位置设定为正常所需值。如果步骤104为是，那么控制确定FCO/再生期间所需的进气凸轮位置是否大于预定最大进气凸轮位置(IMCV)。如果步骤108为是，那么控制将进气凸轮位置设定为IMCV。IMCV可设定为等于驻停或低的非零值。如果步骤108为否，那么控制从步骤108继续至步骤112，或从步骤110继续至步骤112。在步骤112中，控制确定FCO/再生期间所需的排气凸轮位置是否大于预定最大进气凸轮位置(EMCV)。EMCV可设定为驻停或低的非零值。如果步骤112为是，那么控制将排气凸轮位置设定为EMCV。控制从步骤106、114和112返回步骤104。
现在参考图4，对于固定的歧管绝对压力(MAP)，最低监测扭矩往往发生在凸轮驻停时(最低气门重叠)。示出了1600rpm时监测扭矩随着歧管相对压力(MRP)(其为有效歧管绝对压力(MAP)-气压计)的变化。其它rpm值具有类似的关系。图4中，菱形表示驻停/驻停凸轮位置(靠近在FCO/再生时的目标位置的凸轮位置)的监测扭矩。这表示对于给定MRP的最低扭矩。三角形表示对于正常指令凸轮位置(未使用本发明的凸轮位置)的监测扭矩。方形表示凸轮在最大提前位置的监测扭矩。
对于固定的歧管绝对压力(MAP)，最低监测扭矩往往发生在凸轮驻停时(最低气门重叠)。因此，如果混合动力车辆在FCO期间目标为25KPa的MAP，那么可确定监测扭矩的差(驻停凸轮VS预定凸轮位置值)。例如，对于某些发动机，扭矩差可为2Nm。
关于FCO，较低的MAP往往在减小压缩跳动中更好，更重要地，允许顺利地补充燃料。FCO期间，目标为固定的质量空气流量(MAF)，其有效地产生约25KPa的MAP。减小发动机监测负荷的效果在于对于给定的减速率具有更大的再生潜力，更多的动力可回收至电池。因此，如果保持再生水平，那么则可改善操纵性能。
现在参考图5，示出了FCO/再生期间具有凸轮限制和没有凸轮限制的从预定速度向下滑行的两个相同向下滑行曲线。对于速度A与B之间(例如，从91KPH至71KPH)的测试部分，可获得下列估计值：            驻停凸轮  非驻停减速时间    10.75s    10.52s再生量      47.5KJ    46.4KJ
现在参考图6，所示典型控制模块54包括在发动机运行期间确定进排气凸轮位置的凸轮位置计算模块200。发动机可有选择地运行在再生和燃料切断(FCO)模式。在上述再生和FCO模式期间，凸轮位置调整模块204产生替代进气凸轮位置和排气凸轮位置(IMCV和EMCV)。
在再生和FCO模式期间，凸轮定位模块206基于进排气凸轮位置和替代进排气凸轮位置值的较低值分别定位进气凸轮和排气凸轮。再生检测模块208检测发动机何时在再生和FCO模式。
运行期间，凸轮位置调整模块206可将替代进排气门凸轮位置设定为驻停或非驻停位置。凸轮位置调整模块206可将替代进排气门凸轮位置设定为小于或等于约4度。凸轮位置调整模块206可将替代进排气门凸轮位置设定为小于或等于约3度。凸轮位置调整模块206可将替代进排气门凸轮位置设定为小于或等于约2度。凸轮位置调整模块206可将替代进排气门凸轮位置设定为小于或等于约1度。如本文所使用的，“约”指的是+/-0.5度。
靠近驻停/驻停(进气/排气凸轮)位置的位置可用于提供不与凸轮相位器锁止销接触的最小气门重叠量。气门重叠最小减小了对于给定MRP(歧管相对压力)的泵气损耗，所述给定MRP可为FCO期间的目标。
例如，凸轮可移到出现最小气门重叠而不接触锁止销的位置(约2度)。进排气凸轮位置可参考驻停位置确定。对于两个凸轮，驻停/驻停可称为0度。对于进气凸轮，更高的位置表示进气门相对于固定活塞位置打开得更早。进气凸轮位置可按提前角度数测量。相反，对于排气凸轮，更高的位置可用于表示排气门相对于固定活塞位置打开得更晚(并关闭得更晚)。排气凸轮位置可按延迟角度数测量。
进气凸轮位置可按提前角度数测量，并且排气凸轮位置可按延迟角度数测量。驻停/驻停或位置(0度，0度)表示最小气门重叠点。FCO期间的目标位置可选择为驻停位置(对于最小重叠)或者靠近驻停，使得气门重叠最小至受凸轮相位器锁止销接合限制的角度(例如，2度)。

Claims (16)

1.一种凸轮相位控制系统，包括：
凸轮位置计算模块，其确定发动机运行期间的进气和排气凸轮位置，其中所述发动机包括再生和燃料切断模式；
凸轮位置调整模块，其在所述再生和燃料切断模式期间产生替代进气和排气凸轮位置；
凸轮定位模块，其在所述再生和燃料切断模式期间，基于所述进气和排气凸轮位置以及所述替代进气和排气凸轮位置中的较低值分别定位所述进气凸轮和排气凸轮。
2.如权利要求1所述的控制系统，还包括再生检测模块，其检测所述发动机何时处在所述再生和燃料切断模式中。
3.如权利要求1所述的控制系统，其中所述凸轮位置调整模块将所述替代进气和排气凸轮位置设定为非驻停位置。
4.如权利要求1所述的控制系统，所述替代进气和排气凸轮位置小于或等于4度。
5.如权利要求1所述的控制系统，所述替代进气和排气凸轮位置小于或等于3度。
6.如权利要求1所述的控制系统，所述替代进气和排气凸轮位置小于或等于2度。
7.如权利要求1所述的控制系统，所述替代进气和排气凸轮位置为驻停位置。
8.一种车辆，包括如权利要求1所述的控制系统，还包括：
包括进气和排气凸轮相位器的发动机；
传动带/带轮；以及
电机，其通过所述传动带/带轮连接到所述发动机。
9.一种车辆，包括如权利要求1所述的控制系统，还包括：
包括进气和排气凸轮相位器的发动机；以及
传动带交流电机起动机系统。
10.一种控制凸轮相位的方法，包括：
确定发动机运行期间的进气和排气凸轮位置，其中所述发动机包括再生和燃料切断模式；
在所述再生和燃料切断模式期间产生替代进气和排气凸轮位置；以及
在所述再生和燃料切断模式期间，基于所述进气和排气凸轮位置以及所述替代进气和排气凸轮位置中的较低值分别定位所述进气凸轮和排气凸轮。
11.如权利要求10所述的方法，还包括检测所述发动机何时处在所述再生和燃料切断模式中。
12.如权利要求10所述的方法，还包括将所述替代进气和排气凸轮位置设定为非驻停位置。
13.如权利要求10所述的方法，还包括将所述替代进气和排气凸轮位置设定为小于或等于4度。
14.如权利要求10所述的方法，还包括将所述替代进气和排气凸轮位置设定为小于或等于3度。
15.如权利要求10所述的方法，还包括将所述替代进气和排气凸轮位置设定为小于或等于2度。
16.如权利要求10所述的方法，还包括将所述替代进气和排气凸轮位置设定为驻停位置。
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