CN102465777A - 一种发动机连续气门可变升程机构的故障控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种连续可变气门升程的故障控制方法，其针对电机驱动气门升程位置调节机构以及转角传感器可能出现的故障状态，提出了切实可行的控制方法，可以降低系统的成本、大幅度提高系统的可靠性。

Description

一种发动机连续气门可变升程机构的故障控制方法

技术领域

概括地说，本发明涉及发动机连续气门可变升程机构领域；具体地说，本发明涉及一种发动机连续气门可变升程机构的故障控制方法。

背景技术

众所周知，在发动机的部分负荷工况下，发动机的比油耗(即单位功率输出的油耗)随负荷降低而增加。汽油机在负荷降低后需要用节气门进行进气节流，减小进气压力和流量，造成发动机泵气损失。如果采用连续气门可变升程机构控制发动机气门升程随需求工况变化而变化，直接控制进入发动机气缸的空气量，就可以减少泵气损失，降低发动机的整机油耗，提高发动机的转矩输出。

连续可变气门升程机构一般采用电机驱动气门升程位置调节机构来调节最大气门升程的位置。根据不同的设计，这种气门升程位置调节机构的具体形式可以为蜗轮-蜗杆机构、螺杆-螺套机构、丝杠-螺套机构或凸轮机构等。例如，图1和2示意性地示出了现有技术中的一种发动机连续气门可变升程机构，其中分别处于气门升程调节的第一位置和第二位置。从图中可以看出，该连续气门可变升程机构包括电机1、螺套2、螺杆3、连杆4和控制杆5，其中，电机驱动螺套2在螺杆3上横向连续移动带动连杆4从而转动控制杆5并最终影响气门升程，来实现气门升程的连续变化。在本例中，螺套2和螺杆3构成了核心的气门升程位置调节机构。在本上下文中，将其称为气门升程位置调节机构。

可以了解，由于这些连续可变气门机构较为复杂，如果出现故障(例如气门升程位置调节机构的锁止故障)则会严重影响发动机的正常工作。本发明针对连续可变气门升程机构提出了实际的故障诊断和控制方法，提高机构的工作的可靠性。

发明内容

本发明涉及一种发动机连续气门可变升程机构的故障控制方法，所述发动机连续气门可变升程机构包括气门升程位置调节机构和用于判断当前实际气门升程的转角传感器。在这种方法中，如果气门升程位置调节机构出现锁止故障，转角传感器正常，则由转角传感器判断当前的实际气门升程，当实际气门处于大升程位置时，通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行；当实际气门处于小升程位置时，通过保持电子节气门的最大开度、限制发动机的转速，保持发动机在低转速和低负荷的状态下运行，实现跛行回家的功能；如果气门升程位置调节机构正常，转角传感器出现失效故障，则使直流电机一直正转，直到电机正转电流超过上限值一段时间使得气门处于最大气门升程位置，然后通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行；如果气门升程位置调节机构出现锁止故障，同时转角传感器出现失效故障，则通过基于发动机流量传感器或者进气压力传感器的空气模型计算得到发动机当前实际空气流量，与存放在发动机控制器的标准空气流量表比较得到当前气门的实际升程，当实际气门处于大升程位置时，通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行；当实际气门处于小升程位置时，通过保持电子节气门的最大开度、限制发动机的转速，保持发动机在低转速和低负荷的状态下运行，实现跛行回家的功能。通过如上所述的方法，本发明针对电机驱动的连续可变气门升程机构的故障控制提出了切实可行的措施，在实际中，可以通过软件的方法通过编程实现上述故障控制或对气门升程位置调节机构锁止故障的判断和转角传感器失效判断，能够有效地可以降低系统的成本，大幅度提高系统的可靠性。

可选地，在如上所述的方法中，所述气门升程位置调节机构的故障判断方法为：监测驱动电流，如果所述驱动电流未超过限值，则判断所述气门升程位置调节机构未出现锁止故障；如果所述驱动电流超过限值，并且发现气门升程位置仍未发生变化时，则尝试切换电流方向，如果正反向电流都超过限值并且气门升程位置仍未发生变化，则判断所述气门升程位置调节机构出现锁止故障。通过如上所述的方法，这种故障判断简单并且有效。

可选地，在如上所述的方法中，所述转角传感器的故障判断方法为：通过转角传感器测量连续气门可变升程机构的实际气门升程，通过实际空气流量与发动机控制器中预存的不同转速和气门升程下标准流量表格进行比较，如果偏差超出限值，则判断转角传感器出现故障。

可选地，在如上所述的方法中，所述气门升程位置调节机构是蜗轮-蜗杆机构。

可选地，在如上所述的方法中，所述气门升程位置调节机构是螺杆-螺套机构。

可选地，在如上所述的的方法中，所述气门升程位置调节机构是丝杠-螺套机构。

可选地，在如上所述的方法中，所述气门升程位置调节机构是凸轮机构。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在限制本发明的保护范围。图中：

图1示意性地示出了现有技术中的一种发动机连续气门可变升程机构，其中处于气门升程调节的第一位置；

图2示意性地示出了图1中所示发动机连续气门可变升程机构，其中处于气门升程调节的第二位置；

图3示出了连续气门可变升程机构故障控制的流程图；以及

图4示意性地示出了根据本发明的连续气门可变升程机构的直流电机的驱动和诊断原理图。

具体实施方式

下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。附图中相同的附图标记用于标记相同的技术特征。如下的说明仅是说明性、示例性的。另外，虽然在此根据本发明的具体实施方式进行了说明，但是应当了解，这些具体实施方式的一些等同或类似的变型和改型也将落入在本发明的保护范围内。

图3示出了连续气门可变升程机构故障控制的流程图。这种发动机连续气门可变升程机构的故障控制方法的发动机连续气门可变升程机构包括气门升程位置调节机构和用于判断当前实际气门升程的转角传感器。

应当了解的是，上述的气门升程位置调节机构用于调节气门升程位置，而转角传感器则用于判断当前的实际气门升程。它们在不同的具体实施方式中呈不同的实现形式。例如，在图1、2中所示的连续可变气门升程机构中，气门升程位置调节机构是为螺杆-螺套机构，它们进而控制控制杆5。在其它具体实施方式中，这种气门升程位置调节机构也可以是蜗轮-蜗杆机构、丝杠-螺套机构或凸轮机构等。转角传感器可以与连续可变气门升程机构中驱动气门挺杆的转动机构相连从而检测其转动状态。例如，在图1、图2的实施方式中，转角传感器可以与控制杆5相连从而检测其角度。在以蜗轮-蜗杆机构为连续可变气门升程机构的情况下，由于是通过蜗杆调节蜗轮而对气门挺杆进行控制从而连续改变气门升程的，所以转角传感器可以与蜗轮连接从而测量蜗轮的转角。由于驱动气门挺杆以实现连续可变气门升程的转动机构的不同的转角对应不同的气门升程，所以通过试验测试标定可以将其转换成表格存储在控制器中，从而在实际应用中可以与转角传感器的测量值进行比较来确定当前的气门升程状态。

下文详细描述的控制分别针对了气门升程位置调节机构和/或转角传感器的不同故障状态，即气门升程位置调节机构故障而转角传感器正常、气门升程位置调节机构正常而转角传感器故障以及气门升程位置调节机构故障同时转角传感器故障这三种状态(在气门升程位置调节机构和转角传感器均正常的情况下发动机正常运转不需额外控制)。

在本发明的这种方法中，在发动机工作之后，车辆启动执行连续气门可变升程机构故障控制的控制程序。

首先，在步骤S01程序开始后，执行步骤S02判断气门升程位置调节机构是否正常。如果在步骤S02中判断结果为“是”，即气门升程位置调节机构工作正常，没有发生锁止故障，则程序进行到步骤S03，在此步骤中进一步判断转角传感器是否正常。如果在步骤S03中判断结果为“是”，即转角传感器也处于正常工作状态，没有任何故障发生，则在这种情况下发动机按照正常工作进行，不进行额外的故障调整，在步骤S13中结束此次循环，进行下一循环继续进行实时监控。如果在步骤S03中的判断结果为“否”，即判断到转角传感器发生故障不能正常工作，则执行步骤S05通过开环控制使得直流电机一直正转，直到电机正转电流超过上限值(例如持续一段时间)使得气门处于最大气门升程位置，然后通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行，继而在步骤S13中结束此次循环，进行下一循环继续进行实时监控。

如果步骤S02的判断结果为“否”，即气门升程位置调节机构不能正常工作，出现锁止故障，则程序进行到步骤S04进一步判断转角传感器是否正常。如果在步骤S04的判断结果为“是”，即转角传感器正常没有出现故障，则执行步骤S06由转角传感器判断当前的实际气门升程，并判断实际气门是否处于大升程位置。如果在步骤S06中判断结果为“是”，即说明实际气门处于大升程位置，则执行步骤S08通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行，并在步骤S13中结束此次循环，进行下一循环继续进行实时监控；如果在步骤S06中判断结果为“否”，则表示实际气门处于小升程位置，此时执行步骤S09通过保持电子节气门的最大开度、限制发动机的转速，保持发动机在低转速和低负荷的状态下运行，实现跛行回家的功能，最后在步骤S13中结束此次循环，进行下一循环继续进行实时监控。

如果在步骤S04中判断结果为“否”，则说明转角传感器出现失效故障，此时执行步骤S07通过基于发动机流量传感器或者进气压力传感器的空气模型计算得到发动机当前实际空气流量，与存放在发动机控制器的标准空气流量表做比较查询得到当前气门的实际升程，并继而进一步执行步骤S10判断当前的实际气门升程是否处于大升程位置。如果在步骤S10中判断结果为“是”，则说明实际气门处于大升程位置，此时执行步骤S11通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行，并在步骤S13中结束此次循环，进行下一循环继续进行实时监控；如果在步骤S10中判断结果为“否”，则说明实际气门处于小升程位置，此时执行步骤S12通过保持电子节气门的最大开度、限制发动机的转速，保持发动机在低转速和低负荷的状态下运行，实现跛行回家的功能，并在步骤S13中结束此次循环，进行下一循环继续进行实时监控。

可以了解，在发动机安装了流量传感器(例如在进气门附近)的情况下可以直接得到当前发动机的空气流量，如果发动机安装了进气压力传感器，可以通过速度密度法计算得到当前发动机的空气流量；然后通过与标准空气流量表相对应则可以判断当前的发动机工作状态以及气门的升程状态。标准空气流量表记录了气门升程正常时各个工况下的空气流量数据。

通过如上所述的方法，本发明针对电机驱动的连续可变气门升程机构的故障控制提出了切实可行的措施，在实际中，可以通过软件的方法通过编程实现上述故障控制或对气门升程位置调节机构锁止故障的判断和转角传感器失效判断，能够有效地可以降低系统的成本，大幅度提高系统的可靠性。

一般来说，发动机在安装了上述的连续气门可变升程机构后仍需要保留电子节气门，从而在怠速状况采用电子节气门的调节来保证发动机怠速的稳定。在发动机其它工作状态下，可以保持电子节气门全开，发动机依靠直流电机驱动连续气门可变升程机构来调节气门升程，实现不同负荷下发动机工作所需的空气量。从而，在本发明的控制方法中，在适当的情况下有利地通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行。

在具体的实施方式中，气门升程位置调节机构的故障判断方法可以为通过监测驱动电流实现的。如果所述驱动电流未超过限值，则判断所述气门升程位置调节机构未出现锁止故障；如果所述驱动电流超过限值，并且发现气门升程位置仍未发生变化时，则尝试切换电流方向，如果正反向电流都超过限值并且气门升程位置仍未发生变化，则判断所述气门升程位置调节机构出现锁止故障。通过如上所述的方法，这种故障判断简单并且有效。

另外，在具体的实施方式中，转角传感器的故障判断可以用如下方法进行：通过转角传感器测量连续气门可变升程机构的实际气门升程，通过实际空气流量与发动机控制器中预存的不同转速和气门升程下标准流量表格进行比较，如果偏差超出限值，则判断转角传感器出现故障。

图4示意性地示出了根据本发明的连续气门可变升程机构的直流电机的驱动和诊断原理图。

从图4中可以看出，直流电机M有4个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)F1、F2、F3、F4组成的H桥电路驱动。当控制芯片输出1、4引脚为高电平而2、3引脚为低电平时，MOSFET F1、F4处于开启状态，F2、F3处于关闭状态，直流电机M正转(图中通过直流电机M的电流方向为正级+到负极-)，同时R2为采样电阻，可以从6引脚上通过AD采样得到R2上的电压，再计算得到直流电机的正转电流。当控制芯片输出1、4引脚为低电平而2、3引脚为高电平时，MOSFET F1、F4处于关闭状态，F2、F3处于开启状态，直流电机M反转(图中通过直流电机M的电流方向为负极-到正级+)，同时R1为采样电阻，可以从5引脚上通过AD采样得到R1上的电压，再计算得到直流电机的反转电流。

发动机控制器根据发动机的工况运行要求，计算得到目标的气门升程，通过转角传感器计算得到实际的气门升程，实际气门升程与目标气门升程进行PID控制，对H桥电路输出不同占空比的PWM波形控制直流电机进行正转或者反转，使得实际气门升程达到目标值。连续可变气门机构，直流电机驱动螺杆转动从而带动螺套移动，进而使得控制杆5转动来调节气门最大升程位置。螺杆、螺套、控制杆传动机构在实际发动机运行过程中，有可能因为振动过大、润滑不足而导致螺套在某个位置锁止而无法移动，因此无法继续调节气门升程。针对这种故障，可以通过主动控制H桥电路驱动和测量驱动电流立即判断出故障，当发现目标升程变化，而气门实际升程经过特定时间并没有达到目标升程时，采用主动控制H桥电路的方法，首先控制F1、F4开启，F2、F3关闭，通过电机正转电流，同时从引脚6采样得到电机正转电流，当驱动电流达到设定的上限值时，如果实际升程仍然没有变化，控制F2、F3关闭，F1、F4开启，通过电机反转电流，同时从引脚5采样得到电机反转电流，当驱动电流达到设定的上限值时，如果实际升程仍然没有变化，则判断目前螺杆-螺套机构处于锁止状态，连续气门可变升程机构进入故障状态。

如上所述，参照附图对本发明的具体实施方式进行了详细的说明。应当了解，本申请并非意在使这些具体细节来构成对本发明保护范围的限制。在说明书上下文中所提出的不同的方法步骤，在不违背本发明的原理的情况下均可以随意进行自由组合使用而构成新的实施方式，这无疑将也落入本发明所附的权利要求书确定的保护范围内。在不背离根据本发明的精神和范围的情况下，可对这些方法进行等同或类似的改变或者这些方法可以改变为应用在其它类似的连续可变气门升程机构上，而这些改变将也落在本发明所附的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种发动机连续气门可变升程机构的故障控制方法，所述发动机连续气门可变升程机构包括气门升程位置调节机构和用于判断当前实际气门升程的转角传感器，

其特征是，

如果气门升程位置调节机构出现锁止故障，转角传感器正常，则由转角传感器判断当前的实际气门升程，当实际气门处于大升程位置时，通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行；当实际气门处于小升程位置时，通过保持电子节气门的最大开度、限制发动机的转速，保持发动机在低转速和低负荷的状态下运行，实现跛行回家的功能；

如果气门升程位置调节机构正常，转角传感器出现失效故障，则使直流电机一直正转，直到电机正转电流超过上限值一段时间使得气门处于最大气门升程位置，然后通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行；

如果气门升程位置调节机构出现锁止故障，同时转角传感器出现失效故障，则通过基于发动机流量传感器或者进气压力传感器的空气模型计算得到发动机当前实际空气流量，与存放在发动机控制器的标准空气流量表比较得到当前气门的实际升程，当实际气门处于大升程位置时，通过调节电子节气门的开度来实现发动机不同转速和负荷下的运行；当实际气门处于小升程位置时，通过保持电子节气门的最大开度、限制发动机的转速，保持发动机在低转速和低负荷的状态下运行，实现跛行回家的功能。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述气门升程位置调节机构的故障判断方法为：

监测驱动电流，如果所述驱动电流未超过限值，则判断所述气门升程位置调节机构未出现锁止故障；如果所述驱动电流超过限值，并且发现气门升程位置仍未发生变化时，则尝试切换电流方向，如果正反向电流都超过限值并且气门升程位置仍未发生变化，则判断所述气门升程位置调节机构出现锁止故障。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述转角传感器的故障判断方法为：

通过转角传感器测量连续气门可变升程机构的实际气门升程，通过实际空气流量与发动机控制器中预存的不同转速和气门升程下标准流量表格进行比较，如果偏差超出限值，则判断转角传感器出现故障。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，所述气门升程位置调节机构是蜗轮-蜗杆机构。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，所述气门升程位置调节机构是螺杆-螺套机构。

6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，所述气门升程位置调节机构是丝杠-螺套机构。

7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，所述气门升程位置调节机构是凸轮机构。

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