CN101881196A - 用于控制凸轮移相器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制凸轮移相器的方法和系统。一种方法和控制模块包括产生控制保持占空因数信号的控制保持占空因数模块和产生电压校正信号的电压校正模块。所述控制模块还包括校正模块,所述校正模块基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号且基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号。所述控制模块还包括力确定模块,所述力确定模块基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制移相器操作器的占空因数。

Description

用于控制凸轮移相器的方法和系统
技术领域
本发明涉及可变阀致动系统,且更具体地涉及用于可变阀致动系统的系统。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息,且可能不构成现有技术。
车辆包括产生驱动扭矩的内燃机。更具体地,进气阀被选择性地开启以将空气抽吸到发动机的气缸中。空气与燃料混合以形成燃烧混合物。燃烧混合物在气缸内被压缩和燃烧以在气缸内驱动活塞。排气阀被选择性地开启以允许排气气体在燃烧之后从气缸离开。
旋转凸轮轴调节进气阀和排气阀的开启和关闭。凸轮轴包括与凸轮轴一起旋转的多个凸轮凸角。凸轮凸角的型面确定阀升程排定表。更具体地,阀升程排定表包括阀开启的时间量(持续时间)和阀开启的幅度或程度(升程)。
可变阀致动(VVA)技术通过根据发动机操作条件来修改阀升程事件、定时和持续时间而改进燃料经济性、发动机效率和/或性能。两级VVA系统包括可变阀组件,例如液压控制的可切换摇臂指形物随动件(SRFF)。SRFF允许进气阀和/或排气阀的两个独立阀状态(例如,低升程状态或高升程状态)。
参考图1,更详细地示出了液压提升机构(即,SRFF机构)10。本领域技术人员可以理解的是,SRFF机构10本质上仅仅是示例性的。SRFF机构10枢转地安装在液压游隙调节器12上且接触入口阀16的阀杆14,入口阀16选择性地开启和关闭至气缸20的入口通道18。发动机入口阀16响应于入口凸轮轴22的旋转选择性地提升和降低,多个凸轮凸角(例如,低升程凸轮凸角24和高升程凸轮凸角26)安装在入口凸轮轴22上。入口凸轮轴22绕入口凸轮轴轴线28旋转。虽然示例性实施例描述了在发动机入口阀16上操作的SRFF机构10,但是本领域技术人员可以理解,SRFF机构可类似地在排气阀30上操作。
控制模块基于所需发动机速度和负载使SRFF机构从低升程状态过渡至高升程状态,反之亦然。例如,以升高发动机速度(例如4000转每分(RPM))操作的发动机通常需要SRFF机构以高升程状态操作以避免对内燃机的潜在硬件损坏。
液压凸轮移相器移动和定位通过控制至凸轮致动器(例如移相器)的油流量来实现。流量控制借助于阀来完成,阀能够将油供应给移相器中的叶片一侧上的体积,同时为叶片另一侧上的体积提供路径以引通至箱或返回至箱。油流速率是被暴露的流端口的面积的函数。流量控制通过改变施加到阀槽的力的量来实现,所述力可从螺线管获得。螺线管与电力源连通。在车辆(甚至配备有调节电压控制的车辆也是如此)操作期间,供应电压可变化。例如,由电压供应源供应的电压可在11.5和14.5伏之间变化。改变供应电压影响供应给移相器的油的准确性。
发明内容
本发明控制由油控制阀的螺线管提供的力,以在供应电压变化时保持几乎恒定。
在本发明的一个方面,一种方法包括:通过具有操作器的油控制阀控制至凸轮移相器的油流;使用来自于电压供应源的电压在操作器处产生力;改变来自于电压供应源的电压;基于电压产生电压校正因子并使用所述校正因子来保持操作器上的力。
在本发明的又一方面,一种控制凸轮移相器的方法包括:产生控制保持信号;产生电压校正信号;产生比例校正信号;基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号;产生积分校正信号;基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号;以及基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制移相器操作器的占空因数。
在本发明的又一方面,一种控制模块包括产生控制保持占空因数信号的控制保持占空因数模块和产生电压校正信号的电压校正模块。所述控制模块还包括校正模块,所述校正模块基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号且基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号。所述控制模块还包括力确定模块,所述力确定模块基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制凸轮操作器的占空因数。
方案1.一种方法,包括:
通过具有操作器的油控制阀来控制至凸轮移相器的油流;
使用来自于电压供应源的电压在操作器处产生力;
改变来自于电压供应源的电压;
基于电压产生电压校正因子;以及
使用所述校正因子来在操作器上保持力。
方案2.根据方案1所述的方法,其中,保持力包括控制操作油控制阀的操作器的占空因数。
方案3.根据方案2所述的方法,其中,控制占空因数包括响应于校正的比例校正信号、校正的积分校正信号和控制保持信号来控制占空因数。
方案4.根据方案3所述的方法,还包括基于实际电压产生电压校正信号以及基于实际电压产生校正的积分校正信号和校正的比例校正信号。
方案5.一种控制凸轮移相器的方法,包括:
产生控制保持信号;
产生电压校正信号;
产生比例校正信号;
基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号;
产生积分校正信号;
基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号;以及
基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制移相器操作器的占空因数。
方案6.根据方案5所述的方法,其中,产生电压校正信号包括基于标称系统电压和实际系统电压来产生电压校正信号。
方案7.根据方案5所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于螺线管电压来产生控制保持信号。
方案8.根据方案7所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于螺线管线圈温度信号来产生控制保持信号。
方案9.根据方案8所述的方法,其中,产生控制保持信号包括基于进气空气温度、发动机冷却剂温度信号、变速器温度信号、发动机油温度信号和车辆速度信号中的至少一个来产生螺线管温度信号。
方案10.根据方案5所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于发动机速度信号来产生控制保持信号。
方案11.根据方案5所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于发动机油温度信号来产生控制保持信号。
方案12.根据方案5所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于凸轮移相器位置信号来产生控制保持信号。
方案13.根据方案5所述的方法,其中,确定控制保持信号包括响应于标称系统电压来确定控制保持信号。
方案14.根据方案5所述的方法,其中,控制移相器操作器的占空因数包括控制操作油控制阀的螺线管的占空因数。
方案15.一种控制模块,包括:
产生控制保持占空因数信号的控制保持占空因数模块;
产生电压校正信号的电压校正模块;
校正模块,所述校正模块基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号,且基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号;以及
力确定模块,所述力确定模块基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制移相器操作器的占空因数。
方案16.根据方案15所述的控制模块,还包括用于产生电压校正信号的查询表。
方案17.根据方案15所述的控制模块,其中,所述电压校正模块基于标称系统电压和实际系统电压来确定电压校正信号。
方案18.根据方案15所述的控制模块,其中,所述控制保持信号模块响应于螺线管电压、螺线管线圈温度信号、发动机速度、发动机油温度信号、凸轮移相器位置信号、凸轮移相器角度信号和标称系统电压中的至少一个来确定控制保持信号。
方案19.一种系统,包括:
根据权利要求15所述的控制模块;
操作性地连接到凸轮移相器的油控制阀;以及
响应于占空因数操作的阀操作器。
方案20.根据方案20所述的系统,其中,阀操作器包括螺线管。
进一步的应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是,详细说明和具体示例仅为说明的目的且并没有意图限制本发明的范围。
附图说明
本文所述的附图仅仅用于图示目的,且不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据现有技术的示例性液压提升机构的截面图;
图2是包括根据本发明的控制系统的示例性车辆的功能框图;
图3是油控制阀和控制模块74的详细示意性框图;
图4是图2和3的控制模块的示意性框图;
图5是示出了根据本发明的用于控制螺线管力的方法的流程图;和
图6A和6B是根据本发明的替代油流量对比占空因数曲线。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见,在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的,致动指的是使用所有发动机气缸的操作。停用指的是使用少于所有发动机气缸的操作(一个或多个气缸不工作)。如在此所使用的,术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、或提供所述功能的其他合适的部件。
现在参考图2,发动机系统40包括发动机42,发动机42燃烧空气和燃料混合物以产生驱动扭矩。空气通过节气门46抽吸到进气歧管44。节气门46调节进入进气歧管44的空气质量流量。进气歧管44内的空气被分配给气缸48。虽然示出了6个气缸48,但是应当理解的是,本发明的诊断系统可在具有多个气缸的发动机中实施,包括但不限于2、3、4、5、8、10或12个气缸。
燃料喷射器(未示出)喷射燃料,燃料在空气通过进气端口抽吸到气缸48中时与空气结合。燃料喷射器可以是与电子或机械燃料喷射系统、汽化器的喷嘴或端口、或使燃料与进气空气混合的其它系统相关联的喷射器。燃料喷射器被控制以在每个气缸48内提供期望空气-燃料(A/F)比。
进气阀52被选择性地开启和关闭以允许空气/燃料混合物进入气缸48。进气阀位置由进气凸轮轴54调节。活塞(未示出)在气缸48内压缩空气/燃料混合物。火花塞56启动空气/燃料混合物的燃烧,从而在气缸48中驱动活塞。活塞驱动曲轴(未示出)以产生驱动扭矩。当排气阀58处于开启位置时,气缸48内的燃烧排气被强制排出排气端口。排气阀位置由排气凸轮轴60调节。排气在排气系统中被处理。虽然示出了单个进气阀52和排气阀58,但是可以理解的是,发动机42可以每个气缸48包括多个进气阀52和排气阀58。
发动机系统40可包括分别调节进气凸轮轴54和排气凸轮轴60的旋转定时的进气凸轮移相器62和排气凸轮移相器64。更具体地,相应进气凸轮轴54和排气凸轮轴60的定时或相位角可以相对于彼此或者相对于活塞在气缸48内的位置或者相对于曲轴位置延迟或提前。
由此,进气阀52和排气阀58的位置可以相对于彼此或者相对于活塞在气缸48内的位置进行调节。通过调节进气阀52和排气阀58的位置,调节被摄取到气缸48内的空气/燃料混合物的量,从而调节发动机扭矩。
凸轮移相器62可以包括被电动致动或液压致动的移相器致动器65。例如,液压致动的移相器致动器65包括电控流体控制阀(OCV)66,OCV 66控制流入或流出移相器致动器65的流体供应。
此外,低升程凸轮凸角(未示出)和高升程凸轮凸角(未示出)安装到每个进气凸轮轴54和排气凸轮轴60。低升程凸轮凸角和高升程凸轮凸角与进气凸轮轴54和排气凸轮轴60一起旋转,且与液压提升机构(例如切换式摇臂指形物从动件(SRFF)机构,如图1所示)操作性地接触。通常,独立的SRFF机构在每个气缸48的每个进气阀52和排气阀58上操作。在本实施方式中,每个气缸48包括两个SRFF机构。
每个SRFF机构为一个进气阀52和排气阀58提供两个水平的阀升程。两个水平的阀升程包括低升程和高升程,且分别基于低升程凸轮凸角和高升程凸轮凸角。在“正常”操作(即,低升程操作或低升程状态)期间,低升程凸轮凸角使得SRFF机构根据低升程凸轮凸角的指定几何形状枢转至第二位置,从而使得进气阀52和排气阀58中的一个开启第一预定量。在高升程操作(即,高升程状态)期间,高升程凸轮凸角使得SRFF机构根据高升程凸轮凸角的指定几何形状枢转至第三位置,从而使得进气阀52和排气阀58中的一个开启第二预定量,所述第二预定量大于所述第一预定量。
位置传感器68感测凸轮移相器62的位置且产生指示凸轮移相器62的位置的凸轮移相器位置信号。压力传感器70产生压力信号,所述压力信号指示供应给凸轮移相器62的移相器致动器65的流体供应的压力。可以设想的是,可以实施一个或多个压力传感器70。发动机速度传感器72响应于发动机42的旋转速度且产生发动机速度信号(单位:转每分(RPM))。
控制模块74包括处理器和存储器,例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或其它合适的电子存储装置。控制模块74与位置传感器68、压力传感器70和发动机速度传感器72通信。控制模块74可从示例性车辆40的其它传感器76接收输入,所述其它传感器76包括但不限于氧气传感器、发动机冷却剂温度传感器和/或空气质量流量传感器。
控制模块74执行本发明的诊断系统。诊断系统至少基于分别从速度传感器72和压力传感器70传输的发动机速度和压力信号来检测发动机42的SRFF机构中的一个的故障状态。更具体地,诊断系统识别与故障SRFF机构相关联的一个气缸48,从而允许控制模块74命令补救动作(例如,限制发动机速度),以便防止对发动机42的损坏。
油温度传感器80也可以与控制模块74通信。油温度传感器产生与发动机42内的油温度相对应的油温度信号。
冷却剂温度传感器82也可以与控制模块74通信。冷却剂温度传感器82产生与发动机42内的冷却剂温度相对应的冷却剂温度信号。虽然设置了独立的传感器80和82,但是冷却剂温度或油温度传感器可以是基于各种传感器输入使用模型确定的信号。
油控制阀66可以由具有实际电压输出的调节电压控制模块84提供动力。来自于调节电压控制模块84的典型或额定电压可以称为标称电压,而调节电压控制模块84的实际输出电压可随时间变化。调节电压控制模块84可具有例如在11.5和14.5伏之间的范围。调节电压控制模块的输出电压的变化可导致施加到操作油控制阀66的螺线管上的力不同。油控制阀电路的细节在下文的图3中示出。
发动机42可以与变速器90通信。变速器90可包括变速器油温度传感器92,变速器油温度传感器92将变速器油温度信号传输给控制模块74。变速器90还可以包括车辆速度传感器94,车辆速度传感器94产生车辆速度信号且将车辆速度信号传输给控制模块74。当然,车辆速度信号94的其它位置可以并入到车辆中,包括车轮速度传感器。
位于空气进气中的入口空气温度传感器96产生与入口空气温度相对应的入口温度信号。入口温度信号被传输给控制模块74。
现在参考图3,示出了相对于移相器62的控制模块74和油控制阀66的简化图。控制模块74使用脉宽调制(PWM)信号控制开关110。油控制阀66通过致动螺线管114来计量控制流体,例如,来自于油供应源112的油。螺线管114基于通过相应线圈116的电流电平来定位。电流基于来自于RVC的实际电压。控制信号可以是脉宽调制信号。当脉宽调制信号使通过线圈116的电流增加时,螺线管114开启以允许液压压力传输给移相器62。通过线圈116的电流量受到来自于调节电压控制模块84的电压波动的影响。
现在参考图4,更详细地示出了控制模块74。控制模块74可包括控制保持占空因数模块210。控制保持占空因数可接收各种信号,包括用于控制螺线管114的实际电压信号(Vact)。实际电压信号(Vact)可以与调节电压控制模块84提供的标称电压信号不同。
控制保持占空因数模块210还可以接收与螺线管温度相对应的温度信号。螺线管温度可使用温度传感器或使用螺线管模型模块220直接确定。螺线管模型模块220可使用各种输入来确定螺线管温度,包括进气空气入口温度、发动机冷却剂温度、变速器油温度、发动机油温度、车辆速度和任何对应的偏差项。上述各种条件中的一个或多个可以用于确定螺线管温度。
控制保持占空因数模块210还可以从发动机速度传感器接收发动机速度信号。发动机速度信号可从曲轴位置传感器产生。
控制保持占空因数模块210还可以接收与发动机油温度相对应的温度信号。油温度模型模块222可产生油温度信号。油温度模型模块还可以使用各种输入,例如车辆速度和负载条件,用于确定油温度。直接传感器也可用于油温度。
控制保持占空因数模块210还可以接收与凸轮轴位置相对应的凸轮位置信号。更具体地,凸轮位置信号可对应于移相器距凸轮销接合时的驻车位置的目标凸轮位置(单位:凸轮度数)。控制保持占空因数模块210产生控制保持占空因数信号且将控制保持占空因数信号传输给力确定模块230。
控制模块74可以是比例积分模块(PI)。控制保持占空因数因而可以使用比例校正值(DCprop)和积分校正值(DCint)来校正。校正模块232接收比例校正值和积分校正值。
校正模块232还可以与电压校正模块234通信。电压校正模块234可接收实际电压(VACT)和标称电压(Vnom)并产生与电压校正值相对应的输出k。组合框235可将实际和标称电压算术组合。电压校正值k允许比例校正值和积分校正值基于实际电压被校正为校正的比例校正信号和校正的积分校正信号。因而,校正模块的输出是校正的比例校正信号和校正的积分校正信号,两者均提供给力确定模块230。
作为替代,示出了使用电压校正模块234’来校正电压的第二种方式。在该实施例中,实际电压Vact用于从查询表240查询信号。同样,电压校正模块234’的输出是电压校正值k。如下文进一步描述的那样,电压校正值的平方可用于校正模块232。电压校正值k的平方可以在电压校正模块(例如,框236处)内或者在校正模块232内发生。
力确定模块230确定施加到油控制阀驱动器模块250的力。油控制阀驱动器模块250示出在控制模块74内。然而,油控制阀驱动器模块250也可以是独立部件或者包括在油控制阀66内。力确定模块230的目的是保持螺线管的力,而与实际电压的波动无关。即,当实际电压从标称电压变化时,电压校正模块234或234’产生用于积分校正值和比例校正值的校正因子,从而校正的比例校正值和校正的积分校正值允许在螺线管处提供大致一致的力。
现在参考图5,阐述了用于操作油控制阀的螺线管的方法。在步骤310中,确定车辆和发动机操作条件。各种车辆和发动机操作条件可包括来自于各种传感器(如图2所阐述的传感器)的输入。各种传感器信号可用于确定下文所述的各种计算。
在步骤310中,确定用于电压供应源的标称电压。标称电压可以设定为预定电压电平或者系统的学习电压电平。标称电压是预期由系统提供的电压。
在步骤314中,确定由电压系统(例如,调节电压控制模块)供应的实际电压。
在步骤316中,确定第一力,所述第一力对应于由于流经螺线管的电流、物理属性和电流操作状态引起的力。力可以对应于以下方程:
F = I 2 2 dL dx (方程1)
其中,F是螺线管上的力,I是螺线管电流,L是螺线管电感,X是螺线管位置,V是螺线管电压,R是螺线管线圈电阻。使用欧姆定律,V=IR。力方程变为:
F = V 2 2 R 2 dL dx (方程2)
实际操作电压Vact与标称值的关系阐述如下:
Vact=kVnom    (方程3)
在被简化时,
F act = V act 2 2 R 2 dL dx (方程4)
F act = ( kV nom ) 2 2 R 2 dL dx (方程5)
F nom = F act k 2 = ( V nom ) 2 2 R 2 dL dx (方程6)
力对应于控制占空因数乘以电压。因而,力可由以下关系阐述:
F∝(DCprop+DCint+DCch)*V     (方程7)
其可简化为:
F=(DCprop+DCint)*V+(DCch*V) (方程8)
结合方程5和6,方程8可以改写为:
F nom = F act k 2 = ( DC prop + DC int ) k 2 * V act + ( DC ch * V act ) (方程9)
其中,DCprop是比例校正值,DCint是积分校正值,DCch是控制保持占空因数。
回到步骤318,控制保持占空因数DCch可以使用图4中的控制保持占空因数模块210的各个输入来计算。
在步骤320,可确定积分校正值DCint。在步骤322,还可以产生比例校正值DCprop
在步骤326,供应电压变化234可用于产生电压校正值(k)。
在步骤328,使用在步骤326中确定的电压校正值来确定校正的积分校正因子。在步骤330,使用来自于步骤326的电压校正值来确定校正的比例校正值。在步骤332,螺线管以通过使用校正的积分校正值、比例积分校正值和控制保持占空因数的力操作。比例校正值和积分校正值均改变控制保持占空因数,以便针对电压变化进行调节。如方程9所示,校正因子的平方可用于校正所述校正的比例校正因子和校正的积分校正因子的总和。但是用来自于步骤332的力操作螺线管,占空因数被调节以获得期望力。
现在参考图6A,示出了占空因数对比油流量的曲线。
在图6B中,油控制流量针对提供零条形区域380的占空因数示出。可以看出,油流量的斜率在本发明中显著地允许这种较高机械增益系统。图6A和6B所示的两个系统都具有中间驻车位置。在图6A中,中间驻车位置围绕50%或者在50%占空因数处对中。图6B具有在50%和100%占空因数之间的中间驻车位置。
现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到,本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此,尽管本发明结合其特定的示例进行描述,由于当研究附图、说明书和所附权利要求书时,其他修改对于技术人员来说是显而易见的,所以本发明的真实范围不应如此限制。

Claims (10)

1.一种方法,包括:
通过具有操作器的油控制阀来控制至凸轮移相器的油流;
使用来自于电压供应源的电压在操作器处产生力;
改变来自于电压供应源的电压;
基于电压产生电压校正因子;以及
使用所述校正因子来在操作器上保持力。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,保持力包括控制操作油控制阀的操作器的占空因数。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,控制占空因数包括响应于校正的比例校正信号、校正的积分校正信号和控制保持信号来控制占空因数。
4.根据权利要求3所述的方法,还包括基于实际电压产生电压校正信号以及基于实际电压产生校正的积分校正信号和校正的比例校正信号。
5.一种控制凸轮移相器的方法,包括:
产生控制保持信号;
产生电压校正信号;
产生比例校正信号;
基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号;
产生积分校正信号;
基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号;以及
基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制移相器操作器的占空因数。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,产生电压校正信号包括基于标称系统电压和实际系统电压来产生电压校正信号。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于螺线管电压来产生控制保持信号。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,产生控制保持信号包括响应于螺线管线圈温度信号来产生控制保持信号。
9.一种控制模块,包括:
产生控制保持占空因数信号的控制保持占空因数模块;
产生电压校正信号的电压校正模块;
校正模块,所述校正模块基于比例校正信号和电压校正信号来产生校正的比例校正信号,且基于积分校正信号和电压校正信号来产生校正的积分校正信号;以及
力确定模块,所述力确定模块基于控制保持信号、校正的比例校正信号和校正的积分校正信号来控制移相器操作器的占空因数。
10.一种系统,包括:
根据权利要求9所述的控制模块;
操作性地连接到凸轮移相器的油控制阀;以及
响应于占空因数操作的阀操作器。
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