CN101883914B - 用于带机械居中锁止的液压凸轮轴调节器的发动机控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于具有机械居中锁止的液压凸轮轴调节器(1)的发动机控制策略，凸轮轴调节器具有至少一个转子(2)和定子(3)，在至少一个转子与定子之间设置有能够液压加载的腔A和腔B。在转子(2)中设置以能够轴向移动的方式支承的锁止活塞(6-10)以用于机械地居中锁止。设置液压系统和可电子控制的电磁阀，电磁阀由发动机控制器以受控的方式加以电流，发动机控制器在发动机停止时获得“点火终止”信号以及至少一个关于凸轮轴调节器(1)的实时角位置的信号，将所述角位置与至少一个存储在发动机控制器中的区定义进行比较，据此形成控制指令并发送给电控的电磁阀。

Description

用于带机械居中锁止的液压凸轮轴调节器的发动机控制策略
技术领域
本发明涉及一种发动机控制策略，其用于具有机械居中锁止的液压凸轮轴调节器，尤其是根据叶片腔原理(Flügelzellenprinzip)的凸轮轴调节器。
背景技术
内燃机的凸轮轴通常由曲轴通过链条或齿形皮带驱动并且在此在封闭的调节回路中被连续地调节，其中，典型的调节范围为40°至60°曲柄角。需要调节的曲柄角存储在特性曲线族中。调节是以例如液压的方式从发动机油回路通过可电子操控的控制阀馈给的方式进行的，并能够通过发动机负载及发动机转速实现优化的阀门调节时间。视发动机设计以及调节器数量的不同，能够实现明显降低燃耗和废气排放量以及提高功率与转矩的目的。
凸轮轴以及与其固定相连的液压凸轮轴调节器的转子在非液压张紧状态下由于凸轮轴上的变化力矩容易导致声学上显著的振动。这种振动可通过将转子与定子机械地相连并因而与曲柄轴相连而加以防止。此种机械连接的一种公知方式是被锁止在中间，即被锁止在末端止挡“晚”
Figure GSB00000812727500011
和“早”
Figure GSB00000812727500012
之间的凸轮轴调节器。两个在转子中能够轴向移动的锁止活塞(也公知地称为销(Pin))可以借助于弹簧力压入到锁止槽(Verriegelungskulisse)中，所述锁止槽以对置的方式安设在轴向布置的锁止罩中，所述锁止罩与定子固定地紧拧在一起，因而就将转子和定子互相抗扭转地锁止。解锁是借助于来自发动机的润滑油循环的油压以液压方式实现的，通过对电磁阀以受控的方式加以电流将所述油压引向锁止活塞，并将所述锁止活塞轴向从锁止槽中移出到转子中，从而使转子与定子能够相对旋转。
非液压张紧状态对于发动机启动是典型的，在发动机启动时，油泵的低转速以及在发动机的润滑油循环中的相应低油压对于一个将转子相对定子的位置保持住的油压可能是不足够的。当发动机转数升高时，产生在凸轮轴上的与其旋转方向相反的摩擦力矩，所述凸轮轴摩擦力矩在凸轮轴调节器的转子被停止在居中锁止位置(MVP，Mittenverriegelungsposition)和“早”末端止挡之间时有助于居中锁止。但是，如果凸轮轴调节器的转子在发动机停止时被停止在“晚”末端止挡和居中锁止位置(MVP)之间，转子的调节通过摩擦力矩仅沿“晚”方向进行，而且，由于油压不足，转子将不能达到居中锁止位置(MVP)。
US-6,450,137 B2公开了一种凸轮轴调节器，其转子相对于定子能够以液压的方式压到“早”止挡或“晚”止挡上。电子控制阀切换到与处于泵的压力下的油的接通状态，而在交替地向着“早”止挡或“晚”止挡的情况下则切换到至贮油器的无压力回流状态。所述电子控制阀由控制装置调节。为抑制来自凸轮轴调节器的噪声，曲柄轴的转子在发动机启动时应以这样的方式机械地相对于定子转动，即，使得转子能够与定子在中间被锁止住。但是，如果在发动机停止时，凸轮轴调节器的转子被停止在“晚”止挡与MVP之间，转子的调节通过摩擦力矩仅能沿“晚”方向进行，并且MVP只能通过绕道到达而且还不一定能够可靠到达，这样就无法避免凸轮轴出现声学上显著的振动。
如果在发动机启动期间将凸轮轴调节器液压锁止，那么油温、转子与定子之间的贮油室中的余油、摩擦力矩和凸轮轴变化力矩之间的关联性是不利的，因为，将凸轮轴调节器锁止在中间需要一定的时间，而发动机控制器在发动机启动之前必须等待这段时间，其中，可能在居中锁止之前会出现声学上的异常，而且由于在凸轮轴未被锁止的状态下出现振动，可能使附加的负荷作用到控制器传动机构、凸轮轴以及连接的构件上。
US-6,684,835 B2公开了一种液压凸轮轴调节器，其居中锁止是在发动机停止时进行的。电子控制单元探测到在发动机停止时产生的信号以及反映定子相对转子的状态的信号。电子控制阀具有5个端口，其中一个端口泵容纳从发动机的润滑油回路流入到电磁阀的油流，端口腔A将控制阀与凸轮轴调节器的腔A连通，端口腔B将电磁阀与凸轮轴调节器的腔B连通，端口“销”(Pins)将电磁阀与凸轮轴调节器中所有的锁止活塞连接，端口油箱将电磁阀的排油与发动机的润滑油回路连接，这样，现有技术中的这一凸轮轴调节器公开了至腔A、腔B以及所有锁止活塞的各一个独立油管。对于凸轮轴调节器在MVP中的液压锁止，可以使用适合于发动机运行的油温，而且发动机控制器可以立即点燃发动机，其中，这一策略所需的参量是转子在凸轮轴调节器中在信号“点火终止”前的角位置并且相对于传统发动机而言不需要额外的测量技术。根据US-6,684,835 B2的教导，在居中锁止之前，腔A、腔B和销(Pins)由电磁阀无压力地加以调节，且定子和转子的在中间的锁止应通过凸轮轴的自发运动进行，所述凸轮轴的自发运动将转子旋转到相对于定子的适当位置中。由于在居中锁止之前缺少液压张紧而引起的明显的声学上的异常，以及由于在凸轮轴调节器未被锁止住的状态下出现的振动而导致的作用到控制器传动机构、凸轮轴以及连接的构件的上的附加负荷，利用US-6,684,835 B2的方法学是不能被避免的。
发明内容
本发明的目的在于实现一种用于液压凸轮轴调节器的发动机控制策略，利用该策略，能够以受约束且无振动的方式实现居中锁止。
解决方案通过一种用于具有机械居中锁止的液压凸轮轴调节器，尤其用于根据叶片腔原理的液压凸轮轴调节器的发动机控制策略得以实现，所述发动机控制策略如下所述。本发明的其他有利实施方案也在下文中述及。
根据本发明，提出了一种用于具有机械居中锁止的液压凸轮轴调节器的发动机控制策略，该凸轮轴调节器具有至少一个转子和定子，在所述至少一个转子与定子之间设置有能够液压加载的腔A和腔B，以便使转子与定子能够彼此相对地能控制地旋转。至少两个以能够轴向移动的方式支承在所述转子中的锁止活塞能够借助于弹簧力压入到锁止槽中，以用于将转子与定子机械地居中锁止。液压系统设有至少各一根从至少一个可电子控制的电磁阀至腔A、至腔B及至锁止活塞的油管，其中，所述锁止活塞能够通过有控制地对电磁阀通电而被以如下方式加载，以使得锁止活塞能够被从锁止槽压出，以便将转子和定子机械地解除关联。至少一个发动机控制器在发动机停止时获得至少一个“点火终止”信号和至少一个关于凸轮轴调节器的实时角位置信号，并将所述角位置与存储在发动机控制器中的比较值进行比较，由此形成控制指令并将控制指令发送给电控电磁阀。根据本发明，存储在发动机控制器中的比较值被划分为四个区(Zone)，在aN区中，凸轮轴调节器的转子相对MVP在“晚”方向上具有≥α的角度，在该区中电磁阀被完全通电，以便将凸轮轴调节器的转子在“早”方向上调节并将锁止活塞连接到油箱，以用于在MVP中的锁止；在AR区中，凸轮轴调节器的转子相对MVP在“晚”方向上具有＜α的角度，在该区中电磁阀首先不被通电，以便使凸轮轴调节器的转子沿“晚”方向调节到AN区，然后电磁阀被完全通电，以便将凸轮轴调节器的转子再次向“早”方向调节并将锁止活塞连接到油箱，以用于在MVP中的锁止；在Br区中，凸轮轴调节器的转子相对MVP在“早”方向上具有＜β的角度，在该区中电磁阀首先被完全通电，以便将凸轮轴调节器的转子沿“早”方向调节到BN区，在该BN区中，凸轮轴调节器的转子相对MVP在“早”方向上具有≥β的角度，然后电磁阀不被通电，以便将凸轮轴调节器的转子沿“晚”方向调节并将锁止活塞连接到油箱，以用于在MVP中的锁止；在Bn区，电磁阀不被通电，以便将凸轮轴调节器的转子沿“晚”方向调节并将锁止活塞连接到油箱以用于在MVP中的锁止。在任何时刻均以液压受控的方式有利地实现到MVP中的锁止，从而使转子以受控的方式被引入MVP中，并能够在MVP中实现锁止，而不会有明显的声学异常，也不会由于在凸轮轴调节器未被张紧的状态下出现振动而产生作用到控制器传动机构、凸轮轴以及连接的构件上的附加的负荷。特别地，利用在发动机停止时余油压力，使得在MVP中的锁止能够不依赖于凸轮轴调节器中的转子在发动机停止之前的空载转速下的角位置。
根据本发明的一个优选实施例，设置有例如设计成液压式蓄油压器的蓄能器以用于锁止凸轮轴调节器的转子，该蓄能器在发动机运行中能够被加载，并能够在发动机停止过程期间用于调节的油压不足时被接入以提供支持。
根据本发明的另一优选设计方案，如果在发动机停止时的锁止时间过短，则在发动机启动时将凸轮轴调节器的转子锁止到MVP中，其中，在发动机启动时以TV＝0％或者以TV＝100％进行锁止是取决于凸轮轴调节器1的转子2在“点火终止”信号之前位于AN、AR或者BN、BR区中的哪一个来实行的。有利的是，仅当在发动机启动期间进行锁止到MVP中时，才去测定在具有极低的发动机转速的发动机启动中的凸轮调节器的角位置。
根据本发明的另一优选设计方案，对于转子与定子的机械居中锁止，设置有轴向的多重卡合锁止(Mehrfachrasterverriegelung)以进一步加快转子与定子的锁止，其中，在角位置在空转运行下位于“晚”与居中锁止位置之间且油压足够的情况下，在发动机停止期间的进行机械居中锁止不用轴向多重卡合锁止也能够以稍微更长的锁止时间正常工作。
附图说明
下面借助于一个优选实施例对本发明进行阐述。其中：
图1是用于根据本发明的发动机停止策略的凸轮轴调节器的剖面图，
图2是用于根据本发明的发动机停止策略的电磁阀的控制特性曲线和工作位置图，
图3是用于根据本发明的发动机停止策略的调节角范围的分布图，以及
图4是根据本发明的发动机停止策略的流程图。
具体实施方式
图1：液压凸轮轴调节器1具有转子2和定子3，在转子和定子之间设置了多个被叶片4分隔开且在圆周上均匀分布的腔A和腔B。转子2能够相对于定子3旋转。支承在转子2中的叶片4与均匀地分布在定子3的内圆周上的“早”和“晚”止挡5共同作用。在转子2中设置有轴向可移动支承的锁止活塞6-10，所述锁止活塞能够借助于弹簧(未示出)压入定子3的锁止槽中，以便确保在MVP中将转子2和定子3不致旋转地连接起来。在定子3的整个圆周上设置有径向向外定向的链轮齿11，用于引导到曲柄轴上的链条。
用于居中锁止的两个在转子中能够轴向移动的锁止活塞6和7，其根据转子2相对定子3的角位置或者接合进或者不接合进锁止罩中对置的锁止槽中，其中，锁止活塞6在“晚”方向上锁止，锁止活塞7在“早”方向上锁止。
从可电子控制的电磁阀(未示出)出发，油管12从端口A引导至腔A，油管13从端口B引导至腔B，油管14从端口“销”(Pins)引导至锁止活塞6-10，所述锁止活塞能够借助于来自端口“销”的油压进行解锁。通过泵(未示出)对电磁阀加载具有压力的油。通过回流管(未示出)，油可以无压力地从电磁阀流出到贮油器中。
图2：可电子控制的电磁阀被划分有三个描绘在曲线图横坐标上的区域。停止I适用于在“晚”方向上调节的发动机停止策略，工作区适用于在发动机运行期间的调整，停止II适用于在“早”方向上调节的发动机停止策略。所有的锁止活塞6-10在停止I和停止II的区域内连接至油箱，从而使转子能够在发动机停止时将凸轮轴调节器锁止在MVP中。连接到锁止活塞6的管道中的油压在停止I区中为：0...0.5bar，在工作区中＞0.5bar，且在停止II区中为：0.5...0bar，其中根据本实施例的设计，对于凸轮轴调节器1在整个角度范围内的可调节性与可调整性，仅在0.5bar以上时，锁止活塞6、7才是完全解锁的。相应地，对于具有用于锁止活塞6-10的其他锁止弹簧、其他锁止活塞质量、锁止活塞面积等的其他设计，相应地会产生其他油压界限。
在油压低于0.5bar时，凸轮轴调节器1的转子2不能调节到MVP上，因为锁止活塞6-10是连接到油箱的，并且因而在通过MVP时能够锁止。
在将电磁阀切换成使得泵对腔A起作用，同时腔B与油箱连接在一起时，换气阀配气相位被向着“早”方向调节，而在电磁阀切换成使得泵对腔B起作用，同时腔A与油箱连接在一起时，换气阀配气相位被向着“晚”方向调节。
图3：对于发动机的停止策略，转子2在凸轮轴调节器1中的所有调节角区域分布在AN、AR、BN和BR这4个区中。AN区是腔A中的中性区。若转子2位于AN区中，则它到MVP的距离足以在油管14中的压力下降时将锁止活塞6-10可靠地锁止在锁止槽中。当转子2位于AR区中时，它在“晚”方向上到MVP的距离α过小，不能在油管14中的压力下降时将锁止活塞6-10可靠地锁止在锁止槽中，因而转子2保持在可相对于定子3旋转的状态。角度α可以是8°-12°，例如10°。当转子2位于BN区中时，它到MVP的距离足以在油管14中的压力下降时将锁止活塞6-10可靠地锁止在锁止槽中，而在转子2位于BR区中时，它在“早”方向上到MVP的距离β过小，不能在油管14中的压力下降时将锁止活塞6-10可靠地锁止在锁止槽中，因而转子2保持在可相对于定子3旋转的状态。角度β可以是6°-10°，例如8°；其中α＞β，这是因为凸轮轴上的摩擦力矩在“晚”方向上起作用，因而在“晚”方向上的调节速度通常更大。
图4：在发动机以空载转速正常运行时，发动机停止过程期间的拴锁过程随时间进行如下：
司机关闭发动机，信号“点火终止”被传送给发动机控制器。发动机控制器计算出转子2在凸轮轴调节器1中的实时角位置并将其与已存储的区定义(Zonendefinition)作比较。根据探测到的区，发动机控制器将其中一个预先确定的占空比(TV，
Figure GSB00000812727500081
)发送给电磁阀。
若转子2在发动机停止时位于An区，则电磁阀被施加以最大电流(TV＝100％；区域：停止II)，从而将凸轮轴调节器1的转子2向“早”方向调节。由此，转子2得以与定子3在MVP中锁止，因为锁止活塞6-10无压力地连接到油箱。
若转子2在发动机停止时位于AR区，则电磁阀首先停留在无电流状态(TV＝0％；区域：停止I)，以便将凸轮轴调节器1的转子2在“晚”方向上调节到中性区中；然后，电磁阀被施加以最大电流(TV＝100％；区域：停止II)，从而将凸轮轴调节器1的转子2向“早”方向调节。由此，转子2得以与定子3在MVP中锁止，因为锁止活塞6-10连接到油箱。
若转子2在发动机停止时位于Br区，则电磁阀首先被施加以最大电流(TV＝100％；区域：停止II)，以便将凸轮轴调节器1的转子2在“早”方向上调节到中性区中，然后使电磁阀断电(TV＝0％；区域：停止I)，以便将凸轮轴调节器1的转子2向“晚”方向调节。由此，转子2得以与定子3在MVP中锁止，因为锁止活塞6-10连接到油箱。
若转子2在发动机停止时位于Bn区，则电磁阀首先停留在断电状态(TV＝0％；区域：停止I)，以便将凸轮轴调节器1的转子2向“晚”方向调节。由此，转子2得以与定子3在MVP中锁止，因为锁止活塞6-10连接到油箱。
转子2与定子3在转速下降时在MVP中锁止是在充分利用发动机中的剩余油压下实行的。
凸轮轴调节器1通常在发动机静止之前就已被锁止住。但是，假如锁止时间在发动机停止时过短，则在发动机启动时实行锁止，亦即以TV＝0％或者以TV＝100％是取决于凸轮轴调节器1的转子2在“点火终止”信号之前处于AN、AR或者BN、BR中的哪一个来实行的。如果凸轮轴调节器1的转子在“点火终止”信号之前处于AN、AR区中，也就是说处在“晚”与MVP之间，则在电磁阀上施加TV＝100％。如果探测到凸轮轴调节器1的转子2在“点火终止”信号之前处于BN、BR区中，也就是说处在MVP与“早”之间，则施加TV＝0％，从而使油压总是向MVP方向作用，也就是附加于凸轮轴摩擦力矩或卡合锁止地进行作用。同时，余油从贮油室中流出，所述贮油室能够阻止沿MVP方向的调节。

Claims (5)

1.发动机控制策略，用于带机械居中锁止的液压的凸轮轴调节器(1)，所述凸轮轴调节器具有：
至少一个转子(2)和定子(3)，在所述至少一个转子和定子之间设置有能够液压加载的腔A和腔B，以便以能控制的方式使转子(2与定子(3)彼此相对旋转；
至少两个在所述转子(2)中轴向能移动地支承的锁止活塞(6-10)，所述锁止活塞能够弹性地压入到锁止槽中，用以将转子(2)与定子(3)机械地居中锁止住；
至少一个液压系统，所述液压系统具有至少各一根从至少一个能电子控制的电磁阀至腔A、至腔B及至锁止活塞(6-10)的油管(12-14)，其中，所述锁止活塞(6-10)能够通过受控制地对所述电磁阀通电而被以如下方式加载，从而所述锁止活塞能够被从所述锁止槽压出，以便将转子(2)和定子(3)分离；
具有至少一个发动机控制器，所述发动机控制器在发动机停止时获得至少一个“点火终止”信号和至少一个关于所述凸轮轴调节器(1)的实时的角位置的信号，将所述角位置与存储在所述发动机控制器中的区定义进行比较，据此形成控制指令并发送到所述电磁阀，
其特征在于，在AN区中所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)相对于居中锁止位置在“晚”方向上具有≥α的角度，在所述AN区中所述电磁阀被完全通电，以便将所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)向“早”方向上调节并将所述锁止活塞(6-10)连接到油箱，用以锁止在居中锁止位置上；在AR区中所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)相对所述居中锁止位置在“晚”方向上具有＜α的角度，在所述AR区中所述电磁阀首先不被通电，以便将所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)向“晚”方向调节到所述AN区中，并且然后所述电磁阀被完全通电，以便将所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)再次向“早”方向上调节并将所述锁止活塞(6-10)连接到油箱，用以锁止在居中锁止位置上；在BR区中所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)相对所述居中锁止位置在“早”方向上具有＜β的角度，在所述BR区中所述电磁阀首先被完全通电，以便将所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)向“早”方向调节到BN区中，在所述BN区中，所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)相对所述居中锁止位置在“早”方向上具有≥β的角度，并且然后所述电磁阀不被通电，以便将所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)向“晚”方向调节并将所述锁止活塞(6-10)连接到油箱，用以锁止在居中锁止位置上；在所述BN区中，所述电磁阀不被通电，以便将所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)向“晚”方向调节并将所述锁止活塞(6-10)连接到油箱，用以锁止在居中锁止位置上。
2.根据权利要求1所述的发动机控制策略，其特征在于，所述凸轮轴调节器(1)能够在发动机启动时被锁止到居中锁止位置上，其中，在发动机启动时以占空比＝0％或者以占空比＝100％进行锁止是取决于下述内容来实行的，即：所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)在所述“点火终止”信号之前位于所述AN、AR或者BN、BR区中的哪一个。
3.根据权利要求1所述的发动机控制策略，其特征在于，在下降的转速的情况下，所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)在居中锁止位置上的锁止总是利用发动机中的剩余油压来实行的。
4.根据权利要求1所述的发动机控制策略，其特征在于，作为辅助设置有蓄能器，用于锁止所述凸轮轴调节器(1)的所述转子(2)。
5.根据权利要求1所述的发动机控制策略，其特征在于，为所述转子(2)与所述定子(3)的所述机械居中锁止而设置有轴向多重卡合锁止。
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