CN102022212A - 用于减少可变气门致动系统中的操作误差的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于减少可变气门致动系统中的操作误差的方法和系统。一种方法和用于控制发动机的控制模块，控制模块包括升程指令模块，所述升程指令模块在检测发动机关闭信号之后指令第一升程状态；以及关闭延迟确定模块，所述关闭延迟确定模块确定关闭延迟时段，即在关闭延迟时段之前继续火花和燃料控制并且在关闭延迟时段之后结束火花和燃料控制以关闭发动机。

Description

用于减少可变气门致动系统中的操作误差的方法和系统
技术领域
本发明涉及可变气门致动系统，且更具体地涉及用于减少可变气门致动系统中的操作误差的系统。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能会或可能不会构成现有技术。
车辆包括内燃机，内燃机产生驱动扭矩。更具体地，进气门选择性地开启以将空气抽吸到发动机的气缸内。空气与燃料混合以形成燃烧混合物。燃烧混合物在气缸内压缩且被燃烧以驱动气缸内的活塞。排气门选择性地开启以允许排气在燃烧之后从气缸排出。
旋转凸轮轴调节进气门和排气门的开启和关闭。凸轮轴包括随凸轮轴一起旋转的多个凸轮凸角。凸轮凸角的轮廓确定气门升程进度。更具体地，气门升程进度包括气门开启的时间量(持续时间)和气门开启的幅度或程度(升程)。
可变气门致动(VVA)技术通过根据发动机操作条件来修改气门升程事件、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系统包括可变气门组件，例如液压控制的可切换摇臂指形物从动件(SRFF)。SRFF允许进气门和/或排气门上的两个分立气门状态(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升程机构(即，SRFF机构)10。本领域技术人员可理解的是，SRFF机构10本质上仅仅是示例性的。SRFF机构10可枢转地安装到液压间隙调节器12且接触进气门16的气门杆14，进气门16选择性地开启和关闭至气缸20的进气通道18。发动机进气门16响应于进气凸轮轴22的旋转而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)安装到进气凸轮轴22。进气凸轮轴22绕进气凸轮轴轴线28旋转。虽然示例性实施例描述了在发动机进气门16上操作的SRFF机构10，本领域技术人员可理解的是，SRFF机构可类似地在排气门30上操作。
控制模块基于所指令的发动机速度和负载将SRFF机构从低升程状态过渡到高升程状态，且反之亦然。例如，以升高的发动机速度(例如，4000转每分(RPM))操作的内燃机通常需要SRFF机构以高升程状态操作以提供期望的进气空气流。此外，气门系在高发动机速度下以低升程状态操作时可能会被损坏。通过控制到凸轮致动器(例如，移相器)的油流量实现液压凸轮移相器移动和定位。通过阀来完成该流量控制，该阀能够将油供应到移相器叶片的一侧上的体积中且同时提供对于该叶片的另一侧上体积的路径以排空或返回至油箱中。油的流率根据暴露的流端口的面积而变化。流量的控制通过改变施加到阀芯的力的大小来实现，该力从螺线管获得。
当关闭发动机时，气门可处于各种状态。当发动机再发动时，如果气门处于各种升程状态或未知升程状态，发动时间可增加且可由于来自于未受控的升程改变的潜在重要变换而产生对气门部件的磨损。
发明内容
本发明提供一种在停用发动机的同时同步升程改变的系统和方法，使得随后的起动将从默认升程状态开始。
在本发明的一个方面，控制发动机的方法包括检测发动机关闭信号；且之后，指令第一升程状态。该方法还包括确定关闭延迟时段；以及在关闭延迟时段之前，继续火花和燃料控制。该方法还包括在关闭延迟时段之后结束火花和燃料控制以关闭发动机。
在本发明的另一方面，控制模块包括升程指令模块，所述升程指令模块在检测发动机关闭信号之后指令第一升程状态；以及关闭延迟确定模块，所述关闭延迟确定模块确定关闭延迟时段，在关闭延迟时段之前继续火花和燃料控制并且在关闭延迟时段之后结束火花和燃料控制以关闭发动机。
本发明涉及下述技术方案。
1.一种控制发动机的方法，所述方法包括：
检测发动机关闭信号；
之后，指令第一升程状态；
确定关闭延迟时段；
在关闭延迟时段之前，继续火花和燃料控制；以及
在关闭延迟时段之后，结束火花和燃料控制以关闭发动机。
2.根据方案1所述的方法，其中，检测发动机关闭信号包括从点火系统检测发动机关闭信号。
3.根据方案1所述的方法，其中，在指令第一升程状态之后，停用附件负载。
4.根据方案1所述的方法，其中，在指令第一升程状态之后，减少泵送负载。
5.根据方案1所述的方法，其中，确定关闭延迟时段包括基于旋转减速事件时段确定关闭延迟时段。
6.根据方案5所述的方法，其中，旋转减速事件时段基于发动机速度、摩擦扭矩、泵扭矩、发动机附件扭矩、变速器档位以及发动机气缸数量中的至少一个。
7.根据方案5所述的方法，其中，旋转减速事件时段基于发动机速度、摩擦扭矩、泵扭矩、发动机附件扭矩、变速器档位以及发动机气缸数量。
8.根据方案1所述的方法，其中，确定关闭延迟时段包括基于硬件事件偏移时段确定关闭延迟时段。
9.根据方案8所述的方法，其中，硬件事件偏移时段包括最小低升程事件时段与当前低升程事件时段的差。
10.根据方案1所述的方法，其中，确定关闭延迟时段包括基于旋转减速事件时段、硬件事件偏移时段以及最大低升程至高升程事件时段来确定关闭延迟时段。
11.一种用于发动机的控制系统，所述系统包括：
升程指令模块，所述升程指令模块在检测发动机关闭信号之后指令第一升程状态；以及
关闭延迟确定模块，所述关闭延迟确定模块确定关闭延迟时段，在关闭延迟时段之前继续火花和燃料控制并且在关闭延迟时段之后结束火花和燃料控制以关闭发动机。
12.根据方案11所述的控制系统，其中，发动机停用模块产生发动机关闭信号。
13.根据方案11所述的控制系统，还包括附件负载控制模块，所述附件负载控制模块在升程指令模块指令第一升程状态之后停用附件负载。
14.根据方案11所述的控制系统，还包括附件负载控制模块，所述附件负载控制模块在升程指令模块指令第一升程状态之后减少泵送负载。
15.根据方案11所述的控制系统，其中，关闭延迟确定模块基于旋转减速事件时段确定关闭延迟时段。
16.根据方案15所述的控制系统，其中，旋转减速事件时段基于发动机速度、摩擦扭矩、泵扭矩、发动机附件扭矩、变速器档位以及发动机气缸数量中的至少一个。
17.根据方案1所述的控制系统，其中，旋转减速事件时段基于发动机速度、摩擦扭矩、泵扭矩、发动机附件扭矩、变速器档位以及发动机气缸数量。
18.根据方案11所述的控制系统，其中，关闭延迟时段基于硬件事件偏移时段。
19.根据方案18所述的控制系统，其中，硬件事件偏移时段包括最小低升程事件时段与当前低升程事件时段的差。
20.根据方案11所述的控制系统，其中，关闭延迟时段基于旋转减速事件时段、硬件事件偏移时段以及最大低升程至高升程事件时段。
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
本文所述的附图仅用于图示说明的目的，且不打算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升程机构的截面图；
图2是根据本发明的包括控制系统的示例性车辆的功能框图；
图3是控制模块74的详细框图的示意图；以及
图4是根据本发明的用于保护硬件的非侵入式方法的流程图。
具体实施方式
优选实施例的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。如本文所使用的，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。
现参考图2，发动机系统40包括发动机42，所述发动机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的质量流量(MAF)。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和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。
进气门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。进气门位置由进气凸轮轴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。当排气门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。排气门位置由排气凸轮轴60调节。排气在排气系统中被处理。虽然示出了单个进气门52和排气门58，但是可以理解的是，发动机42可以每个气缸48包括多个进气门52和排气门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的旋转正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的正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的位置延迟或提前。
由此，进气门52和排气门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。通过调节进气门52和排气门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包括电控流体油控制阀(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的每个进气门52和排气门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机构为进气门52和排气门58中的一个提供两个水平的气门升程。两个水平的气门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，从而使得进气门52和排气门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，从而使得进气门52和排气门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。升程控制阀(LCV)86液压地或使用其它方法来调节气门升程的量。
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。发动机速度和位置传感器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))。曲轴的位置也可由传感器72确定。
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以及发动机速度传感器72通信。控制模块74可从示例性车辆的其它传感器76接收输入，所述其它传感器包括但不限于氧气传感器和/或发动机冷却剂温度传感器。
控制模块74执行关闭发动机的方法，以便气门在再起动发动机时处于预定状态。
OCV 66可由具有实际电压输出的调节电压控制模块84来供电。来自于调节电压控制模块84的典型电压或额定电压可被称为标称电压，而调节电压控制模块的实际输出电压可随着时间而变化。调节电压控制模块84可具有范围，例如在11.5伏至14.5伏之间。调节电压控制模块的输出电压的变化可导致施加给操作OCV 66的螺线管的不同力。
现在参考图3，更详细地示出了控制模块74。控制模块74可包括发动机停用模块100，其产生发动机停用信号或发动机关闭信号。发动机停用信号可从各个源产生，包括从运行(RUN)位置移动到停止(OFF)位置的点火开关。在无钥匙车辆中，发动机停用模块可从PUSH按钮等来产生发动机停用信号。
控制模块74还可包括升程指令模块110。升程指令模块110可产生升程指令。在下述示例中，发动机的默认模式是高升程状态。当然，低升程状态也可能是默认模式。升程指令模块产生升程指令以将凸轮部件(包括SRFF)移动到特定状态。发动机停用模块100可将发动机停用信号提供给升程指令模块110。响应于发动机停用信号，升程指令模块110可将气门部件指令到高升程状态或低升程状态中。
旋转减速事件模块112可产生旋转减速事件时段信号，该旋转减速事件时段信号根据发动机速度、由摩擦引起的扭矩、由泵引起的扭矩、与任何附件有关的扭矩、变速器档位和气缸的数量而变化。旋转减速事件时段相应于与由摩擦引起的使发动机停止有关的时间，同时考虑上述变量。旋转减速事件模块112还可接收来自于附件负载控制模块120的附件负载状态。
硬件输入/输出(I/O)事件偏移模块114产生硬件事件偏移时段信号，该硬件事件偏移时段信号相应于凸轮硬件在回复到高升程状态之前被强制停留在低升程状态的最小时间量。硬件I/O事件偏移时段可相应于一个常数，该常数对应于最小低升程事件减去当前低升程事件。也就是说，该常数是保持在低升程事件内的最大延迟时间。当凸轮升程硬件已经从低升程时间向高升程事件时，当前低升程事件变量可将其考虑。因此，硬件I/O事件偏移是最小低升程事件减去当前低升程事件的差。
控制模块74还可包括附件负载控制模块120。附件负载控制模块120可指令所有的附件负载，例如空气调节、发电机等等，以便于操作。与发电机有关的任何泵也可停止，以减少发动机上的阻力，从而发动机更自由地旋转。节气门位置和凸轮定相可被调节以减少发动机泵送损失。发动机停用模块100可将发动机停用信号提供给附件负载控制模块120。
关闭延迟确定模块130可从发动机停用模块100接收发动机停用信号。关闭延迟确定模块130还可从升程指令模块110接收升程指令信号。关闭延迟确定模块130还可从旋转减速事件模块112接收旋转减少事件时段信号。关闭延迟确定模块130还可从硬件I/O事件偏移模块114接收硬件I/O事件偏移时段信号。
关闭延迟确定模块130可基于来自于模块100-114的各种输入来确定关闭延迟。关闭延迟可根据最大低升程至高升程事件时段而变化，最大低升程至高升程事件时段是低升程事件与高升程事件之间的最大时间数量。该数量通过硬件I/O事件时段而增加。可将旋转减速事件时段从最大低升程至高升程事件时段与硬件I/O事件时段的和中减去。
关闭延迟确定模块130可产生关闭延迟信号，关闭延迟信号递减以便在预定时间量内防止发动机关闭。通过等待预定的时间量，气门的位置可改变至默认状态，例如在该情形中的高升程状态。在发动机完全停止之前，关闭时间允许升程状态的同步改变，且仅当发动机在合适的安全切换曲轴角下具有足够的动量来完成升程状态改变时停用燃料和气缸上的火花。关闭延迟确定模块在关闭延迟时间时段期间将通过控制燃料和火花控制模块134来继续燃料和火花。在关闭延迟时间时段之后，燃料和火花控制模块将被指令停止至发动机的燃料和火花。
现参考图4，阐述了一种用于在发动机关闭时同步两步凸轮升程停用的方法。在步骤210中，启动发动机关闭。如上所述，发动机关闭可通过将钥匙转动至OFF位置或通过在无钥匙系统中选择按钮来启动发动机关闭。
在步骤212，确定气门是否处于低升程状态。在步骤212，如果气门处于低升程状态，那么步骤214将升程机构指令至高升程状态。在该示例中，在发动机关闭之前期望高升程状态。在步骤216，附件负载关闭且泵送损失减少。例如，可关闭各种附件，例如空气调节、发电机和动力转向泵等等。通过改变凸轮定向或节气门位置可减少泵送损失。
在步骤218，确定旋转减速事件时段。旋转减速事件时段可相应于与基于发动机的各个物理条件来旋转减速发动机有关的时间。例如，旋转减速事件时段可根据发动机速度、与发动机的摩擦有关的扭矩、与发动机的泵送有关的扭矩、附件扭矩、诸如驻车、空档或行车的档位位置以及发动机气缸的数量而变化。
在步骤220，确定硬件I/O事件偏移时段。如上所述，硬件I/O事件偏移时段可相应于在将开关启动回到高升程状态之前必须维持低升程状态的时间量。硬件I/O事件偏移时段可相应于最小低升程事件时段，其可以是针对具体发动机配置的常数减去当前低升程事件时段或从最小低升程事件的相对正时。当前低升程事件时段是从最小低升程事件时段开始之后的时间量。
在步骤222，关闭延迟相应于最大低升程至高升程事件时段，该最大低升程至高升程事件时段是对应于与从低升程过渡到高升程事件时段相关的时间段的固定数值。关闭延迟还可根据步骤220中所确定的硬件I/O事件偏移而变化，硬件I/O事件偏移被加到最大低升程至高升程事件时段。将在步骤220中所确定的旋转减速事件从最大低升程至高升程事件时段与硬件I/O事件偏移的和中减去。在步骤224，将关闭延迟与零相比较。当关闭延迟大于零时，在步骤226，燃料和火花继续被提供给发动机。关闭延迟时段在步骤228中递减。在步骤228之后，步骤224再次核查关闭延迟并确定其是否大于零。如果关闭延迟不大于零，那么在步骤230停止将燃料和火花提供给发动机。发动机仍具有足够的动量来完成过渡到期望升程状态的正确同步。在该情形中，升程机构的默认模式是高升程状态。在步骤232，升程序列被设定为独立的，其去除了排气至进气升程顺序依赖性，且因而允许更快过渡到期望升程状态。仅当在发动机被供应燃料时改变发动机升程状态的情况下需要该依赖性。在步骤234，关闭延迟结束。
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)

1.一种控制发动机的方法，所述方法包括：
检测发动机关闭信号；
之后，指令第一升程状态；
确定关闭延迟时段；
在关闭延迟时段之前，继续火花和燃料控制；以及
在关闭延迟时段之后，结束火花和燃料控制以关闭发动机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，检测发动机关闭信号包括从点火系统检测发动机关闭信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在指令第一升程状态之后，停用附件负载。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在指令第一升程状态之后，减少泵送负载。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定关闭延迟时段包括基于旋转减速事件时段确定关闭延迟时段。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，旋转减速事件时段基于发动机速度、摩擦扭矩、泵扭矩、发动机附件扭矩、变速器档位以及发动机气缸数量中的至少一个。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，旋转减速事件时段基于发动机速度、摩擦扭矩、泵扭矩、发动机附件扭矩、变速器档位以及发动机气缸数量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，确定关闭延迟时段包括基于硬件事件偏移时段确定关闭延迟时段。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，硬件事件偏移时段包括最小低升程事件时段与当前低升程事件时段的差。
10.一种用于发动机的控制系统，所述系统包括：
升程指令模块，所述升程指令模块在检测发动机关闭信号之后指令第一升程状态；以及
关闭延迟确定模块，所述关闭延迟确定模块确定关闭延迟时段，在关闭延迟时段之前继续火花和燃料控制并且在关闭延迟时段之后结束火花和燃料控制以关闭发动机。
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