CN103225528B

CN103225528B - 基于发动机加速的油压计划

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Publication number: CN103225528B
Application number: CN201310035233.0A
Authority: CN
Inventors: J·E·罗林杰; 倪学海; D·K·比德纳
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103225528A; US9260986B2; DE102013201263B4; DE102013201263A1; US20130192557A1; RU2609919C2; RU2013102068A

Abstract

本发明公开了一种用于调节供应至发动机部件的油压的系统和方法。在一个示例方法中，用于控制发动机中油流的方法包含基于发动机加速调节供应至发动机的油压。例如，发动机加速可用于预测将来的发动机润滑要求使得可以相应地计划油压调节。

Description

基于发动机加速的油压计划

【技术领域】

本发明涉及在活塞往复运动的内燃发动机中供应机油的系统和方法。

【背景技术】

为发动机提供机油供给系统是众所周知的，该机油供给系统用于从存贮器（通常指油底壳）向发动机上需要机油供给的多个部件（比如轴承、活塞、液压阀装置以及活塞冷却喷嘴）供应机油。

已知有基于发动机转速（RPM）调节供应至发动机多个部件的油压的方法。例如，响应于发动机转速的增加而增加油压以克服发动机曲轴的离心力同时满足发动机润滑要求。

然而，发明人在此已经认识到在某些工况期间发动机转速可能迅速改变而基于发动机转速的油压调节由于机油供给系统部件（比如机油泵或阀）的响应时间而实现的太迟。例如，取决于机油泵的状况，通常的发动机机油压力响应是0.2到1秒。因此，在某些状况基于当前发动机转速的油压调节可能会延迟，这可能导致发动机部件（例如其依赖于精确的油压调节）劣化。

【发明内容】

于是，本发明公开的系统和方法至少部分地解决了上述问题。在一个示例方法中，提供了一种用于控制发动机中油流（oil flow）的方法。方法包含基于发动机加速调节供应至发动机的油压。例如，发动机加速可以用于预测将来的发动机润滑要求使得可以相应地计划油压调节。

这样，可以相应地计划油压调节以考虑例如油压响应时间、发动机响应时间和/或执行器响应时间，使得可以在不同的发动机工况下满足发动机部件的润滑要求。此外，由于以及时的方式满足了发动机当前的油压需要而不是以延迟的方式实施，可以减少发动机部件的劣化。

根据本发明，提供一种用于控制发动机中油流的方法，包含：响应于发动机加速的增加而增加供应至发动机的油压而响应于发动机加速的减小而减小油压。

根据本发明的一个实施例，发动机加速是基于之前的发动机转速和当前的发动机转速。

根据本发明的一个实施例，响应于凸轮正时控制中的误差而进一步调节油压。

根据本发明的一个实施例，进一步包含：在第一发动机工况期间响应于加速将油压增加第一量，而在第二发动机运转工况期间响应于加速将油压增加第二量，其中第一量不同于第二量。

根据本发明另一方面，提供一种用于活塞往复运动的内燃式发动机的机油供给系统，该系统包含：电子控制单元；机油存贮器；泵，用于以一定压力将机油从存贮器供应至包括至少一个需要机油供给的活塞冷却喷嘴的部件；其中电子控制单元包括具有指令的存储器，指令用于基于发动机加速而调节泵的工况以调节从存贮器供应至部件的油压。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步包括具有指令的存储器用于基于发动机加速预测将来的发动机转速并基于将来的发动机转速计划将来的油压调节。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步控制具有指令的存储器，指令用于响应于加速的增加而增加油压以及响应于加速的减小而减小油压。

根据本发明的一个实施例，电子控制单元进一步包括具有指令的存储器，指令用于：在第一发动机工况期间响应于加速而将油压增加第一量，而在第二发动机工况期间响应于加速将油压增加第二量，其中第一量不同于第二量。

应理解，提供上述概要用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。

【附图说明】

图1显示了部分发动机及相关系统的视图；

图2显示发动机机油润滑系统的框图；

图3显示了发动机运转期间发动机转速和发动机加速的示例图表；

图4显示了说明基于当前的和之前的发动机转速怎样确定发动机加速的图表；

图5显示了根据本发明用于控制发动机中油流的示例方法。

【具体实施方式】

下文的描述涉及用于控制发动机（比如图1中描述的发动机）中油流的系统和方法。可以基于发动机加速（例如图3中显示的方法）调节供应自发动机润滑系统（例如图2显示的）的油压。这样，发动机转速和加速（例如图4中显示的）的改变可用于预测将来的发动机润滑要求（例如图5中显示的）使得可以相应地计划油压调节。

图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。图1显示了发动机10可以从包括控制器12的控制系统接收控制参数，以及接收来自车辆驾驶员190经由输入设备192的输入。例如，控制器12可以是电子控制单元（ECU）。在该示例中，输入设备192包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器194。

发动机10的汽缸（本文中也称为“燃烧室”）30可包括带有位于其中的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可和曲轴40相连使得将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可通过传动系统和乘用车的至少一个驱动轮相连。此外，起动马达可通过飞轮和曲轴40相连以实现发动机10的起动运转。曲轴40连接至油泵208以对发动机机油润滑系统200增压（未显示曲轴40和油泵208的连接）。壳体136通过正时链条或皮带（未显示）液压地连接至曲轴40。可以调节油泵208以增加或减小油压。

汽缸30能通过进气歧管或空气通道44接收进气。进气通道44可以和发动机10的除汽缸30之外的其它汽缸连通。在一些实施例中，一个或多个进气通道可包括增压装置，比如涡轮增压器或机械增压器。包括节流板62的节气门系统可沿发动机的进气通道设置用于改变提供至发动机汽缸的进气的流率和/或压力。在该特定示例中，节流板62连接至电动马达94使得可以经由电动马达94通过控制器12控制椭圆形节流板62的位置。这种配置可以称为电子节气门控制（ETC），其还可以在怠速控制期间使用。

燃烧室30显示为分别通过进气门52a和52b（未显示）以及排气门54a和54b（未显示）与进气歧管44和排气歧管48连通。因此，尽管一个汽缸可以使用四个气门，但是在另一个示例中每个汽缸还是可以使用单个进气门和单个排气门。在又一示例中，每个汽缸可以使用两个进气门和一个排气门。

排气歧管48能接收来自发动机10除了汽缸30之外的其它汽缸的排气。排气传感器76显示为和催化转化器70上游的排气歧管48相连（其中传感器76可对应于多种不同的传感器）。例如，传感器76可以是用于提供排气空燃比指示的多种已知的传感器中的任何传感器，比如线性氧传感器、UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器、EGO（排气氧传感器）、HEGO（加热型EGO）或碳氢化合物（HC）或一氧化碳（CO）传感器。排放控制装置72显示为位于催化转化器70的下游。排放控制装置72可以是三元催化剂（TWC）、NOx（氮氧化合物）捕集器、各种其它的排放控制装置或它们的组合。

在一些实施例中，发动机机10的每个汽缸可包括用于发起燃烧的火花塞92。在选择的运转模式下，点火系统88可响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。然而，在一些实施例中，可省略火花塞92，比如发动机10可以通过自动点火或燃料的喷射而发起燃烧，通常这可以是一些柴油发动机中的情形。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以配置有一个或多个燃料喷射器用于向其中提供燃料。作为非限制性示例，燃料喷射器66A显示为直接连接至汽缸30以经由电子驱动器68与来自控制器12的信号dfpw的脉冲宽度成比例地直接向其中喷射燃料。这样，燃料喷射器66A提供了已知为燃料进入汽缸30的直接喷射（此后还称为“DI”）。

发动机10可进一步包括压缩装置比如涡轮增压器或机械增压器的，该涡轮增压器或机械增压器至少包括沿压缩器通道44设置的压缩器162，该通道可包含增压传感器以测量空气压力。对于涡轮增压器，可至少部分通过沿排气通道48设置的涡轮164（例如经由轴）驱动压缩器162。对于机械增压器，可通过发动机和/或电机至少部分地驱动压缩器162，并且可以不包括涡轮。因此，可通过控制器12改变经由涡轮增压器或机械增压器提供至发动机一个或多个汽缸的压缩量。

控制器12显示为微型计算机，包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、用于执行程序和校准值的电子存储媒介（在该特定示例中显示为只读存储器（ROM）芯片106、随机存取存储器（RAM）108、不失效（keep alive）存储器（KAM）110）以及常规数据总线。控制器12显示为接收来自和发动机10相连的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自与节气门62连接的空气质量流量传感器100的吸入的空气质量流量（MAF）的测量值；来自和冷却套筒114连接的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT）；来自与曲轴40连接的霍尔效应传感器118的表面点火感测（PIP）信号；以及来自节气门位置传感器20的节气门位置TP；来自传感器122的歧管绝对压力信号MAP；来自爆震传感器182的爆震的指示；以及来自传感器180的绝对或相对环境湿度的指示。通过控制器12以常规的方式从信号PIP产生发动机转速信号RPM，并且来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP提供了进气歧管中真空或压力的指示。在化学计量运转期间，该传感器能给出发动机负荷的指示。此外，该传感器和发动机转速一起能提供吸入汽缸的充气（包括空气）的估算值。在一个示例中，传感器118（其也用作发动机转速传感器）对曲轴的每个旋转产生预订数目的等距脉冲。如下文描述的，来自发动机转速传感器的发动机转速测量值可用于确定曲轴的加速。

在该特定示例中，催化转化器70的温度T_cat1由温度传感器124提供而排放控制装置72的温度T_cat2由温度传感器126提供。在替代的实施例中，可从发动机运转推断温度T_cat1和温度T_cat2。

继续图1，显示了可变凸轮轴正时（VCT）系统19。尽管可以使用其它的方法，但是在该示例中显示为顶置凸轮系统。具体地，发动机10的凸轮轴130显示为与摇臂132和134连通以驱动进气门52a、52b和排气门54a、54b。VCT系统19可以是油压驱动的（OPA）、凸轮扭矩驱动的（CTA）或者其组合驱动。通过调节多个液压阀门从而将液压流体（比如发动机机油）导入凸轮轴相位器的空腔（比如提前室或延迟室），可以改变气门正时使其提前或延迟。如此处进一步详细说明的，可通过各自的控制螺线管来控制液压控制阀的运转。具体地，发动机控制器可传输信号至螺线管以移动用于调节穿过相位器空腔的机油流的滑阀。如此处所使用的，凸轮正时的提前和延迟指相对的凸轮正时，仅作为一个示例，其中完全的提前位置仍然可以提供相对上止点的延迟的进气门打开。

凸轮轴130液压地连接至壳体136。壳体136形成具有多个齿138的齿缘轮。在该示例实施例中，壳体136经由正时链条或皮带（未显示）机械地连接至曲轴40。所以，壳体136和凸轮轴130彼此以基本相等的速度旋转并且与曲轴同步。在替代的实施例中，例如在四冲程发动机中，壳体136和曲轴40可以机械地连接至凸轮轴130使得壳体136和曲轴40可以不同于凸轮轴130的速度（例如2：1的比率，其中曲轴旋转的速度是凸轮轴的两倍）同步旋转。在替代实施例中，齿138可以机械地连接至凸轮轴130。通过本说明书描述的液压连接的操纵，可通过延迟室142和提前室144（在图3中未显示，但是显示在图1中）中的液压压力改变凸轮轴130与曲轴40的相对位置。通过允许高压液压流体进入延迟室142，延迟了凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系。从而，进气门52a、52b和排气门54a、54b打开和关闭的时间比相对于曲轴40的正常时间更早。类似的，通过允许高压液压流体进入提前室144，提前了凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系。从而，进气门52a、52b和排气门54a、54b打开和关闭的时间比相对于曲轴40的正常时间更晚。

虽然该示例显示了同时控制进气和排气门正时的系统，但是还可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、两个独立的可变凸轮正时、两个相等的可变凸轮正时或其它可变的凸轮正时。此外，还可以使用可变气门升程。此外，可使用凸轮廓线变换系统以在不同的工况下提供不同的凸轮廓线。更进一步地，气门系可以是滚轮指状式从动件（rollerfinger follower）、直接作用式机械斗（mechanical bucket）、电子液压式或摇臂的其它替代物。

继续可变凸轮正时系统，与凸轮轴130同步旋转的齿138允许经由提供信号VCT至控制器12的凸轮正时传感器150测量相对凸轮位置。齿1、2、3和4可用于凸轮正时的测量并且是等距的（例如，在V8双汽缸组发动机中，彼此之间相距90度）而齿5可用于汽缸识别。此外，控制器12发送控制信号（LACT、RACT）至常规的电磁阀（未显示）以控制液压流体流入延迟室142、提前室144或不流入这两者。

可以使用多种方式测量相对凸轮正时。大体上，PIP信号的上升沿（risingedge）与从壳体136上多个齿138中的一个齿接收的信号之间的时间或旋转角度给出了相对凸轮正时的测量。对于其中具有两个汽缸组以及五齿缘轮的V8发动机的特定示例，每个旋转接收四次特定汽缸组的凸轮正时的测量，而额外的信号用于汽缸识别。

如上所述，图1仅显示了多缸发动机中的一个汽缸，并且其每个汽缸具有它自身的一套进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

图2显示了具有连接至曲轴40（未显示）的油泵208的发动机机油润滑系统200的示例实施例，并且该系统包括多个机油子系统216、218、220。机油子系统可利用油流来执行一些功能，比如润滑、驱动执行器等。例如，机油子系统216、218、220中的一者或多者可以是具有液压执行器和液压控制阀的液压系统。此外，机油子系统216、218、220可以是润滑系统，比如用于传输机油以使部件（比如凸轮轴、汽缸气门等）移动的通道。更进一步的非限制性示例中，机油子系统是凸轮轴相位器、汽缸壁、各种各样的轴承等。

通过供给通道将机油供应至机油子系统并且通过返回通道返回机油。在一些实施例中，可以有更少或更多的机油子系统。

继续图2，与曲轴40（未显示）的旋转相关联的油泵208通过供给通道206从机油存储器204汲取机油，机油存储在机油盘202中。将带有压力的机油从油泵208输送穿过供给通道210和机油滤清器212到达主通道214。主通道214内的压力是油泵208产生的力和分别通过供给通道214a、214b、214c进入每个机油子系统216、218、220的机油流量的函数。机油通过返回通道222返回至处于大气压力的机油存储器204。油压传感器224测量主通道机油压力并将压力数据发送至控制器12（未显示）。例如，响应于从控制器12接收的信号通过分别增加或减小油泵208产生的力可以增加或减小主通道内的压力。

主通道油压的水平能影响机油子系统216、218、220中的一者或多者的性能，例如液压执行器产生的力直接与主通道中的油压成比例。当油压较高时，执行器可能反应更加积极（responsive）；当油压较低时，执行器反应可能更加不积极。较低的油压也可能限制发动机机油用于润滑移动部件的有效性。例如，如果主通道油压低于阈值压力，可能传输减少的润滑流，并且部件可能出现劣化。

如上文描述的，在某些发动机工况（例如响应于节气门改变）期间发动机转速可能迅速地改变。作为一个示例，图3显示了在示例发动机运转期间302处的发动机转速的示例图表以及304处对应的发动机加速的图表是时间的函数。在基本上恒定的发动机转速期间（例如306、308以及310显示的区域）发动机油压可以保持基本上恒定。然而，在某些状况下，发动机转速可能迅速地改变。例如，在312处（例如响应于发动机操作者的请求）发动机转速迅速增加，而在314处发动机转速迅速地减小。

由于机油供给系统部件（其可能有大约一秒的迟延）的响应时间，当发动机转速正在迅速改变时（例如312处和314处指示的时间间隔期间）基于发动机转速的油压调节可能实现的太迟。因此，在某些状况下，发动可能不能以及时的方式满足发动机润滑要求，其可能导致多个发动机部件的劣化。

因此，在某些发动机工况期间基于发动机加速而不是发动机转速来调节供应至发动机部件的油压可能是有利的。例如，图4显示了图表400，该图表说明了基于当前的和之前的发动机转速怎样来确定发动机加速以及随后怎样将加速用于预测将来的或随后的发动机润滑要求使得可以相应地计划油压改变。图4中曲线402显示了发动机转速随时间增加。时间t₁处的当前发动机转速和在时间t₀处之前的发动机转速可用于基于时间t₀和t₁之间发动机转速曲线的斜率404来确定发动机加速。基于斜率404可以预测t₂处将来的或随后的发动机转速。这个预测的发动机转速然后可用于基于机油供给子系统的响应时间来计划油压调节。例如，如果机油供给子系统的响应时间是1秒，那么可以基于从t₂之前的发动机转速确定的加速来计划机油压力调节以在达到时间t₂前的1秒启动。

现在转向图5，显示了基于发动机加速而调节供应至发动机的油压的示例方法500。

在502处，方法500包括确定是否满足进入条件，例如，进入条件可以基于油温、油压、环境压力和/或多种其它的发动机工况。在一些示例中，例如，发动机从停机冷起动之后或者在发动机怠速、牵引模式、巡航模式或者发动机转速没有非常迅速地改变的其它状况期间，方法可以退出，因为发动机的状态相当稳定并且可预测地可以及时的方式满足油压需要。

在502处如果满足进入条件，方法500前进至504。在504处，方法500包括确定发动机加速。例如，方法500可包括通过传感器118以及如上关于图4描述的可以基于当前的发动机转速（RPM）和一个或多个之前的发动机转速确定曲轴加速。

在506处，方法500可选地可包括确定发动机加速是否高于阈值。例如，在发动机转速没有迅速改变的发动机工况期间（例如，当发动机加速低于阈值时）可以第一速率经由传感器118取样发动机转速读数。然而，在一些示例中，在发动机转速迅速改变的发动机工况期间（例如，当发动机加速高于阈值时）增加发动机转速的取样速率可能是有利的。因为如上文所述是基于发动机转速读数来确定加速的，增加该取样速率可增加对加速预测的精确度使得可以计划将来的油压调节以满足润滑要求。

因此，在506处如果发动机加速高于阈值，方法500前进至508以增加发动机转速的取样速率。如果在506处加速不高于阈值或者在508处在增加发动机转速的取样速率之后，方法500前进至510。

在510处，方法500包括基于加速调节油压。例如，可通过调节液压地与油泵连接的电磁阀来调节油压。在一些示例中，该调节可以进一步基于当前的发动机转速。例如，如上文关于图4描述的，可以与一个或多个之前的发动机转速（例如时间t₀处的）一致地使用时间t₁处当前的发动机转速以确定基于其进行油压调节的加速。

例如，油压可以响应于预测的发动机转速的增加而增加以及响应于预测的发动机转速的减小而减小。作为另一个示例中，油压可以响应于加速的增加而增加以及响应于加速的减小而减小。在又一些其它示例中，响应于正的发动机加速（例如增加的发动机转速）当前高于阈值发动机加速而可以暂时地增加油压并且随后减小，而仅在响应于负的发动机加速（例如减小的发动机转速）当前小于负的阈值发动机加速时而减小油压。

此外，在不同的发动机工况期间可以区别地调节油压。例如，在第一发动机工况期间基于加速可将油压调节第一量而在第二发动机工况期间基于加速将油压调节第二量，其中即使对于相同水平的加速而言第一量也不同于第二量。例如，冷起动之后当油温较低且机油较黏时，可以增加油压，但是其增加的小于当发动机暖机且油温高于阈值时的状况期间所增加的。因此，在第一状况期间响应于发动机加速高于阈值可以将发动机油压增加第一量，而在第二状况期间响应于发动机加速高于阈值可将发动机油压增加第二、更小的量，其中第二状况代表比第一状况更冷的发动机冷机状况。作为其它示例，可根据其它的发动机工况（比如发动机是否增压、环境温度等）来区别地调节油压。例如，在增压状况期间，响应于正的发动机加速的阈值水平而提供的发动机油压的增加比非增压状况期间的更加激进。

在又一些其它示例中，油压调节可以基于发动机加速的水平和可变凸轮正时（VCT）工况。例如，响应于发动机加速高于阈值并且VCT误差的绝对值（例如，期望的VCT位置和实际的VCT位置之间的差异）高于阈值，增加油压。

在512处，方法500包括基于加速而调节其它的发动机运转参数。例如，加速还可用于计划用于其它发动机子系统（比如VCT执行器）的油压调节。

本领域内的技术人员应理解，通过示例的方式参考一个或多个实施例提供了描述，但是不限于所公开的实施例，并且不脱离本发明在权利要求书中陈述的范围可以构建针对公开的实施例或替代实施例的一个或多个变型。

本领域内的一个普通技术人员所理解的，图3-5中描述的方法代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的各个步骤和功能可以描述的顺序、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本文描述的目标、功能和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。即使没有明确地描述，本领域内的普通技术人员可理解根据使用的特定策略可反复执行一个或多个描述的步骤或功能。

应当理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施例或示例不应当认为是限制，因为可预期多种的变型。例如，上述技术能应用到V6、I4、I6、V12、对置4缸以及其它种类的发动机。本发明的主题包括所有在此公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见的组合。

权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等效。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。

Claims

1.一种用于控制发动机中油流的方法，包含：

基于发动机加速而调节供应至所述发动机的油压，其中所述发动机加速基于之前的发动机转速和当前的发动机转速；并且

基于所述发动机加速预测将来的发动机转速并基于所述将来的发动机转速计划将来的油压调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机加速是发动机曲轴加速并且所述调节进一步基于当前的发动机转速。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含响应于所述发动机加速高于阈值而增加发动机转速的取样速率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节供应至所述发动机的油压包括响应于预测的发动机转速的增加而增加油压以及响应于预测的发动机转速的减小而减小油压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调节供应至所述发动机的油压包括调节液压地与油泵连接的电磁阀。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含基于所述发动机加速调节发动机运转参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发动机加速调节供应至所述发动机的油压包括响应于所述加速的增加而增加油压以及响应于所述加速的减小而减小油压。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发动机加速调节供应至所述发动机的油压包括：在第一发动机工况期间响应于所述加速而将油压调节第一量，而在第二发动机工况期间响应于所述加速将油压调节第二量，其中所述第一量不同于所述第二量。