CN103362656A - 发动机停机和起动期间的可变凸轮正时控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于控制电动可变凸轮正时（VCT）执行器的方法。所述方法包括，在发动机停机期间，用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置，施加第一电流给电动VCT执行器以保持目标起动位置，和在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用之前，施加第二电流给电动VCT执行器以保持目标起动位置。

Description

发动机停机和起动期间的可变凸轮正时控制

背景技术

可变凸轮正时(VCT)系统可以实施在发动机中以调节凸轮轴位置，所述凸轮轴位置引起凸轮轴正时的提前或延迟。通过用VCT系统控制凸轮正时，进气/排气门正时可以根据发动机工况变化，例如发动机负载和发动机转速。与具有固定凸轮轴的发动机相比，这种可变控制促进了提高的发动机性能，减少的排放以及增加的燃料效率。

更具体地说，当发动机起动转动并且不发生点火事件时，电动VCT系统提供凸轮轴定位功能。换句话说，在发动机起动期间，电动VCT系统可以移动凸轮轴至第一点火事件的理想位置。在一个示例中，电动VCT系统根据基于曲轴位置和凸轮轴表面点火感测(PIP)信号计算的闭环反馈来调节凸轮轴位置。在发动机转速达到最小阈值之前，这些信号可能是不可用和/或不可靠的。相应地，在发动机转速达到最小阈值之前，凸轮轴的闭环控制是不可用的。一种避免该问题的方法是，在发动机停机之前，将凸轮轴移至第一点火事件的理想位置。通过这种方式，当发动机起动时，凸轮轴能够位于所述理想位置。

然而，本发明者认识到这些途径的问潜在题。例如，VCT系统可能不包括当VCT系统被断电时将凸轮轴保持在理想位置的锁紧销。在这种情况下，在发动机停机期间发动机转速下降至低于某个阈值时并且在发动机起动期间发动机转速高于另一个阈值之前，闭环反馈不可用。因此，由于在非受控阶段中的摩擦阻力效应，凸轮轴的位置可以移至延迟位置，并且因此不会保持在第一发动机点火事件的理想位置。

发明内容

因此，在一个示例中，上述一些问题可以通过用于控制电动VCT执行器的方法解决。所述方法包括，在发动机停机期间，用电动VCT执行器调节凸轮轴至目标起动位置，施加第一电流至电动VCT执行器以保持目标起动位置，和在发动机起动期间凸轮轴反馈变为可用之前，施加第二电流至电动VCT执行器以保持目标起动位置。第一电流可以是与条件无关的固定电流水平，或第一电流可以根据所述条件调节至各种不同的水平。类似地，第二电流也可以是与条件无关的固定电流水平，或第二电流可以根据条件调节至各种不同的水平，但是其在给定的发动机起动过程中不同于第一电流。

在一个示例中，通过在发动机停机和起动期间凸轮轴测量不可用时为VCT执行器提供指定电流，可用基本防止凸轮轴从目标起动位置偏移。在一些实施例中，在发动机起动和停机之间施加给VCT执行器的电流可以不同，因为在发动机起动期间和停机期间施加给凸轮轴的气门机构扭矩可以不同。而且，当凸轮轴位置反馈变为可用时，可以确认凸轮轴位置相对于目标起动位置的精确度。在凸轮轴位置不在目标起动位置的情况下，可以控制电动VCT执行器以快速调节凸轮轴位置至目标起动位置，因为凸轮轴很可能靠近目标起动位置。因此，在重新获得反馈控制之后，凸轮轴到达目标起动位置所需的时间相对于当凸轮轴位置反馈不可用时对于不同条件不提供不同电流水平的电动VCT系统可以充分减小，或在理想的情况下减小至零。

在另一个示例中，一种系统包括：发动机，所述发动机包括至少一个汽缸；连接至所述至少一个汽缸的凸轮轴，所述凸轮轴可执行为操作所述至少一个汽缸的进气门和/或排气门；可操作地连接至所述凸轮轴的电动VCT执行器，所述电动VCT执行器可操作为定位所述凸轮轴；以及控制器，所述控制器包括处理器和具有指令的计算机可读介质，当由所述处理器执行所述指令时：在发动机停机期间，用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置；施加第一电流给电动VCT执行器，以保持所述目标起动位置；和在发动机起动期间凸轮轴位置反馈可用之前，施加第二电流给电动VCT执行器，以保持所述目标起动位置。

在另一个示例中，所述计算机可读介质还包括指令，当由所述处理器执行所述指令时：响应于发动机起动之后凸轮轴位置反馈变为可用，确认凸轮轴的位置；并且如果凸轮轴不在所述目标起动位置，则用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置。

在另一个示例中，所述计算机可读介质还包括指令，当由所述处理器执行所述指令时：响应于凸轮轴位置距离所述目标起动位置大于阈值，调节施加给电动VCT执行器的第一电流和第二电流中的一个或两个，以将凸轮轴保持在目标起动位置以用于下一次发动机起动。

在另一个示例中，响应于在发动机停机期间发动机自旋时凸轮轴位置反馈变为不可用，施加第一电流。

在另一个示例中，第一电流被设置为与条件无关的固定电流水平，并且第二电流被设置为与条件无关的固定电流水平。

在另一个示例中，第一电流小于第二电流。

在另一个示例中，一种方法包括：在发动机停机期间，用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置；响应于在发动机停机期间发动机自旋时凸轮轴位置信号变为不可用，施加第一电流给电动VCT执行器，以保持所述目标起动位置；和将施加给电动VCT执行器的电流从第一电流增加至大于所述第一电流的第二电流，以补偿发动机停机期间气门机构的瞬态惯性负载；以及在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用之前，施加第三电流给电动VCT执行器，以保持所述目标起动位置。

在另一个示例中，该方法还包括：响应于发动机起动之后凸轮轴位置反馈变为可用，确认凸轮轴位置；和如果凸轮轴不在所述目标起动位置，则用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置。

在另一个示例中，该方法还包括：响应于凸轮轴位置距离所述目标起动位置大于阈值，调节施加给电动VCT执行器的第一电流和第二电流中的一个或两个以将凸轮轴保持在目标起动位置以用于下一次发动机起动。

在另一个示例中，第一电流小于第三电流，并且其中第三电流被施加给电动VCT执行器，直到发动机转速大于速度阈值。

在另一个示例中，一种方法包括，在包括停机和随后立即起动转动并且加速运转的非燃烧发动机操作的不同条件期间凸轮轴位置反馈不可用时，施加不同的电流水平给发动机的电动VCT执行器。

应当理解，提供上述发明内容以便以简单的形式介绍将在下面的具体实施方式中进一步详细描述的选择的概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征，所附权利要求限定的保护范围。而且，要求保护的主题不限于解决上面或本发明的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了根据本发明的发动机系统的实施例。

图2示出了根据本发明的电动可变凸轮正时(VCT)系统的实施例。

图3A和图3B示出了用可变凸轮正时执行器调节凸轮轴位置的方法的实施例。

图4示出了表征在各种工况期间施加给电动VCT执行器的电流的图示。

具体实施方式

本发明提供了用电动可变凸轮正时(VCT)系统调节发动机(例如图1所示的发动机)的凸轮轴的位置的方法和系统。更具体地说，在发动机停机期间，凸轮轴位置可以调节至目标起动位置，从而为接下来的发动机起动的第一点火事件做准备。而且，在发动机停机期间和随后的发动机起动期间当凸轮轴位置反馈不可用时，凸轮轴可以保持在目标起动位置，例如，在理想正时的度的一定范围内(例如5度或更小)保持在目标起动位置。例如，当凸轮轴反馈不可用时，通过施加预设电流给电动VCT执行器(例如图2所示的电动VCT执行器)以补偿发动机停机和发动机起动期间施加给凸轮轴的气门机构扭矩，凸轮轴可以保持在目标起动位置。控制器可以构造成在发动机停机和起动期间当凸轮轴位置反馈不可用时执行控制例程，例如图3的示例性例程，以保持凸轮轴位置在目标起动位置。通过施加预设电流(例如图4所示的电流)给电动VCT执行器，凸轮轴位置可以保持在目标起动位置。以这种方式，在发动机停机和发动机起动期间当凸轮轴位置反馈不可用时，可以防止凸轮轴从目标起动位置偏移。

图1是示出可以包括在汽车的推进系统中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和从车辆操作员132经由输入装置130的输入控制。在这个示例中，输入装置130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134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可以包括具有设置在其中的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可以连接到曲轴40，使得所述活塞的往复运动被变换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统连接至车辆的至少一个主动轮。而且，起动机马达可以经由飞轮连接至曲轴40，以使发动机10能够进行起动操作。

燃烧室30可以经由进气道42从进气歧管46接收进气并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管46和排气道48可以经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。

在这个示例中，进气门52和排气门54可以经由各自的凸轮驱动系统51和53通过凸轮驱动来控制。凸轮驱动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮并且可以利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个以改变气门操作。图2进一步详细示出了用于改变气门操作的凸轮驱动系统。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可选实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电动气门驱动控制。例如，汽缸30可以可选地包括经由电动气门驱动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的排气门。

燃料喷射器66被示出为直接连接至燃烧室30，以用于经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号FPW的脉宽成比例地直接将燃料喷射到燃烧室30中。以这种方式，燃料喷射器66提供公知为到燃烧室30中的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可以安装在燃烧室侧面或燃烧室顶部。燃料可以通过包括燃料箱、燃油泵和燃油轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可选地或额外地包括以某种配置布置在进气歧管46中的燃料喷射器，所述配置为提供公知为将燃料喷射到燃烧室30上游的进气管道中的进气道喷射。

进气道42可以包括具有节流板64的节气门62。在这个具体的示例中，节流板64的位置可以通过提供给电动马达或包括节气门62的执行器(通常称作电子节气门控制(ETC)的配置)的信号由控制器12改变。以这种方式，可以操作节气门62以改变提供给其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气道42可以包括用于提供相应信号MAF和MAP给控制器12的质量空气流量传感器120和歧管绝对压力传感器122。

在选择的操作模式下，点火系统88可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92提供点火火花给燃烧室30。尽管示出了火花点火部件，但是在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或多个其他燃烧室可以在具有或不具有点火火花的情况下以压缩点火模式操作。

排气传感器126被示出为连接至排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可以是用于提供排气空气燃料比指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他排放控制装置，或其组合。在一些实施例中，在发动机10的操作期间，排放控制装置70可以通过在特定的空燃比内操作发动机的至少一个汽缸而被周期性地重置。

发动机10还可以包括压缩装置，例如至少包括沿着压缩机通道44设置的压缩机162的涡轮增压器或机械增压器，压缩机通道44可以包括用于测量空气压力的升压传感器123。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿着排气道48设置的涡轮164驱动(例如，经由轴)。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分地由发动机和/或电动机械驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或多个汽缸的压缩量可以通过控制器12改变。

而且，在公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统(未示出)可以经由EGR通道将希望的排气部分从排气道48输送至升压道44和/或进气道42。提供给升压道44和/或进气道42的EGR的量可以经由EGR阀由控制器12改变。而且，EGR传感器可以设置在EGR通道内并且可以提供压力、温度和排气浓度中的一个或多个的指示。

图1所示的控制器12是微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在这个具体的示例中示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据以及参与但未具体列出的其他变量编程，所述计算机可读数据表示用于执行下面描述的方法的由处理器102可执行的指令。

控制器12可以从连接至发动机10的传感器接收各种信号，除了之前讨论的那些信号，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量；来自连接至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)的测量；来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)的测量；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)的测量；和来自传感器122的歧管绝对压力信号(MAP)的测量。发动机转速信号(RPM)可以通过控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。应当指出，可以利用上述传感器的各种组合，例如无MAP传感器的MAF传感器，反之亦然。在一些条件下，MAP传感器可以给出发动机扭矩的指示。而且，这个传感器连同检测到的发动机转速和其他信号一起可以提供引进到汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，同样用作发动机转速传感器的传感器118可以在曲轴的每转内产生预定数量的等间隔脉冲。

如上所述，图1只示出了多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸均可以类似地包括其具有的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。然而，一些或全部汽缸可以共享一些部件，例如用于控制气门操作的凸轮轴。以这种方式，共用的凸轮轴可以用来控制两个或多个汽缸的气门操作。

图2示出了发动机200的示例性实施例，该实施例包括构造成调节发动机的一个或多个凸轮轴的凸轮轴位置的电动VCT系统201。发动机200被示出为具有构造成向多个汽缸202提供进气和/或燃料的进气歧管204和构造成从多个汽缸排出燃烧产物的排气歧管206。环境气流可以通过进气道208进入进气系统。进入进气歧管204的进气流率可以至少部分由定位在进气道208中的主节气门(未示出)控制。所述多个汽缸202中的每个可以使用一个或多个气门。在本示例中，每个汽缸包括对应的进气门210和排气门212。如下所述，发动机200包括一个或多个凸轮轴214和216，其中的每个可以被驱动以操作连接至共用凸轮轴的多个汽缸的进气门和/或排气门。

每个进气门210在允许进气进入相应汽缸的打开位置和基本上阻止进气进入该汽缸的关闭位置之间可驱动。所述多个汽缸202的进气门210可以由共用的进气凸轮轴214驱动。进气凸轮轴214包括进气凸轮218，该进气凸轮218具有用于打开进气门210一段限定的进气持续时间的凸轮凸角廓线。在一些实施例(未示出)中，凸轮轴可以包括额外的进气凸轮，该额外的进气凸轮具有允许进气门210打开替换的持续时间的替换的凸轮凸角廓线(这里也称作凸轮廓线变换系统)。根据额外凸轮的凸角廓线，替换的持续时间可以长于或短于进气凸轮218的限定的进气持续时间。凸角廓线可以影响凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。控制器220能够通过纵向移动进气凸轮轴214和在凸轮廓线之间变换来变换进气门持续时间。在一个示例中，控制器220与图1的控制器12相同。

以相同的方式，每个排气门212在允许排气排出对应汽缸的打开位置和基本上保持气体在汽缸内的关闭位置之间可驱动。所述多个汽缸202的排气门212可以由共用的排气凸轮轴216驱动。排气凸轮轴216包括具有用于打开排气门212一段限定的排气持续时间的凸轮凸角廓线的排气凸轮222。在一些实施例(未示出)中，凸轮轴可以包括具有替换的凸轮凸角廓线的额外排气凸轮，该凸轮凸角廓线允许排气门212打开替换的持续时间。根据额外凸轮的凸角廓线，所述替换的持续时间可以长于或短于排气凸轮222的限定的排气持续时间。凸角廓线可以影响凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。控制器220能够通过纵向移动排气凸轮轴216和在凸轮廓线之间变换来变换排气门持续时间。

应当理解，虽然所示的示例示出了连接至每个汽缸的进气门210的共用的进气凸轮轴214和连接至每个汽缸的排气门212的共用的排气凸轮轴216，但是在可选实施例中，凸轮轴可以连接至汽缸子集，并且可以具有多个进气凸轮轴和/或排气凸轮轴。例如，第一进气凸轮轴可以连接至汽缸的第一子集的进气门，而第二进气凸轮轴可以连接至汽缸的第二子集的进气门。同样，第一排气凸轮轴可以连接至汽缸的第一子集的排气门，而第二排气凸轮轴可以连接至汽缸的第二子集的排气门。而且，一个或多个进气门和排气门可以连接至每个凸轮轴。连接至凸轮轴的汽缸的子集可以基于其沿着汽缸体的位置、其点火次序、发动机配置等。

在一些实施例中，凸轮轴和关联的部件还可以与推杆、摇臂、挺柱等相互作用以驱动进气/排气门。这种装置和特征可以通过将凸轮的旋转运动转换成气门的平移运动来控制进气门210和排气门212的驱动。如上所述，气门还可以经由凸轮轴上的额外凸轮凸角廓线驱动，其中不同气门之间的凸轮凸角廓线可以提供变化的凸轮升程高度、凸轮持续时间和/或凸轮正时。然而，如果需要，可以利用可替换的凸轮轴(顶置式和/或推杆)设置。而且，在一些示例中，多个汽缸202中的每个可以具有多于一个的排气门和/或进气门。在其他示例中，一个或多个汽缸的每个排气门和进气门可以由共用的凸轮轴驱动。再进一步地，在一些示例中，一些排气门和/或进气门可以由其自己独立的凸轮轴或其他驱动装置驱动。

电动VCT系统201包括可操作地连接到进气凸轮轴214的电动VCT进气执行器224和可操作地连接到排气凸轮轴216的电动VCT排气执行器226。进气凸轮轴214的位置可以经由控制器220用进气执行器224调节。同样，排气凸轮轴216的位置可以经由控制器220用排气执行器226调节。电动VCT系统201可以构造成通过提前或延迟凸轮正时来提前或延迟气门正时，并且可以由控制器220经由信号线控制。

在一些实施例中，电动VCT系统201可以是双级独立可变凸轮轴正时系统，用于独立地改变彼此的进气门正时和排气门正时。例如，电动VCT系统201可以构造成独立于曲轴地旋转进气凸轮轴214和/或排气凸轮轴216以提前或延迟气门正时。在一些实施例中，电动VCT系统201可以是构造成快速改变凸轮正时的凸轮扭矩驱动的装置。在一些实施例中，诸如进气门关闭(IVC)和排气门关闭(EVC)的气门正时可以通过连续可变的气门升程(CVVL)装置来改变。

上面描述的气门/凸轮控制装置和系统可以是电动的，但是在一些实施方式中，至少一个凸轮轴可以经由电动执行器调节，而另一个凸轮轴可以经由液压执行器调节。在一个示例中，凸轮轴的位置可以经由电动执行器(例如，电驱动的凸轮相位器)的凸轮相位调节而改变，其精确度超过大多数液压操作的凸轮相位器。信号线可以发送控制信号至电动VCT系统201并且接收来自电动VCT系统201的凸轮正时和/或凸轮选择测量。

控制器220可以根据闭环反馈控制给定的凸轮轴的凸轮轴位置。在一个示例中，凸轮轴位置反馈可以根据用于该凸轮轴的曲轴位置信号和凸轮轴PIP信号来确定。例如，电动VCT系统201可以构造成根据凸轮轴位置反馈和工况来调节凸轮轴位置，以在第一操作模式期间打开第一气门达第一持续时间。在一个具体示例中，第一操作模式发生在发动机负载低于部分发动机负载阈值时。而且，电动VCT系统可以构造成在第二操作模式期间，打开第一气门达第二持续时间，该第二持续时间短于第一持续时间。在一个具体示例中，第二操作模式发生在发动机负载高于发动机负载阈值并且发动机转速低于发动机转速阈值时(例如，在低发动机转速至中等发动机转速期间)。

这种闭环控制是不可行的，直至发动机转速达到最小速度阈值。而且，在这种低旋转速度下反馈信号的更新速率和分辨率可能是不可靠的。例如，，4齿PIP轮每180曲轴角度提供一个更新的凸轮位置，其在200RPM时为150ms。然而，在一些情况下，电动VCT系统201被希望在500ms内移动凸轮轴至目标位置。在低发动机转速下缺少凸轮轴位置反馈可以使发动机停机和发动机起动期间的凸轮轴位置控制特别困难。而且，控制器220可以构造成用电动VCT系统201调节凸轮轴位置至目标起动位置以用于发动机起动的第一点火事件。具体说，凸轮轴位置可以从起始位置调节至除结束停止(end-stop)位置以外的状态，以便在第一点火事件期间减小进给气体(FG)排放物。

应当注意，由于电动VCT系统201由电力供给动力，所以电动VCT系统201可以在低发动机转速下(例如，在发动机停机期间)调节凸轮轴位置，其中液压驱动的VCT系统不能进行这种调节。

在一个示例中，控制器220构造成在发动机停机期间根据凸轮轴位置反馈调节凸轮轴位置至目标起动位置，以用于下一次发动机起动。通过这种方式，当发动机起动时，凸轮轴可以根据凸轮轴位置反馈精确地定位在目标起动位置。然而，本文的发明者已经认识到，由于在没有动力供给电动VCT系统时，各种机构可能不具有将凸轮轴保持在适当位置的锁紧销，所以凸轮轴位置可以因在不受控阶段期间的摩擦阻力效应而向着延迟位置移动，并且将不会保持在用于第一发动机点火事件的目标起动位置。换句话说，在用于电动VCT系统的电动VCT执行器的闭环控制的凸轮轴反馈(例如在低发动机转速下)不可用的时间段中，凸轮轴位置可以从目标起动位置偏移。

在一个示例中，控制器220包括处理器228和具有指令的计算机可读介质230，当由所述处理器执行所述指令时：在发动机停机期间，用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置，施加第一电流至电动VCT执行器以保持目标起动位置，并且在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用之前，施加第二电流至电动VCT执行器以保持目标起动位置。通过当用于闭环控制的凸轮轴位置反馈可用时施加电流给电动VCT执行器，VCT执行器可以被调节以抵消在发动机停机和发动机起动期间的这种不受控阶段期间施加给凸轮轴的气门机构摩擦扭矩。以这种方式，当凸轮轴位置反馈不可用时，可以防止凸轮轴位置从目标起动位置偏移。

在一些实施例中，第一和第二电流是预设电流，其可以通过在低发动机转速下测量气门机构扭矩并且已知起动和停机发动机转速廓线和VCT惯性负载而针对给定发动机配置被预定。换句话说，第一电流可以被设置为与条件无关的固定电流水平，而第二电流可以被设置为与条件无关的固定电流水平。

在其他实施例中，第一和/或第二电流可以从一个停机和起动事件变化到下一个停机和起动事件。例如，一旦在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用，如果凸轮轴位置距离目标起动位置远于阈值，则对于下一次发动机停机，可以调节一个或两个保持电流水平，使得凸轮轴位置保持成更接近目标起动位置。换句话说，该保持电流可以从一个发动机停机/起动事件到下一个发动机停机/起动事件自适应地学习。在一个示例中，在发动机停机和发动机起动期间，一个或两个保持电流可以根据冷却剂温度而校正。在另一个示例中，在发动机停机和发动机起动期间，一个或两个保持电流可以根据机油温度而校正。具体说，保持电流的自适应学习可以根据发动机停机温度和发动机起动温度，因为基于发动机停机和下一次发动机起动之间的持续时间，温度可以不同。

在一些实施例中，可以通过将发动机控制在预设的低速条件和最小扭矩而经验地确定第一和第二电流以防止凸轮轴延迟，并且通过将发动机控制在最大扭矩而经验地确定第一和第二电流以防止凸轮轴提前。在一些实施例中，第一电流小于第二电流，因为在起动期间施加给凸轮轴的惯性扭矩可以大于发动机停机期间施加的扭矩。

在一些实施例中，可以响应于当发动机停机期间发动机自旋时凸轮轴位置反馈变为不可用而施加第一电流。在一些实施例中，目标起动位置可以基于从曲轴位置和凸轮轴PIP信号获得的凸轮轴位置信号。

应当注意，在发动机为了起动而开始自旋之前、自旋期间或紧接着自旋之后均可以首先施加第二电流。而且，在一些实施例中，可以保持第二电流，直到反馈传感器变成足以支持闭环控制。

而且，在一些实施例中，控制器220的计算机可读介质230还包括指令，当由处理器228执行该指令时：将施加给电动VCT执行器的电流从第一电流增加至大于所述第一电流的第三电流，以补偿发动机停机期间气门机构的瞬态惯性负载。换句话说，预设电流可以增加第二裕度，以便补偿在被命令的发动机停止和当发动机停止自旋时之间的某点发生的瞬态惯性负载。应当理解，电流可以以任何合适的方式增加，而不脱离本公开的范围。例如，电流可以从第一电流步进增加到第二电流。作为另一个示例，电流可以从第一电流跃升到第二电流。而且，应当理解，电流可以在被命令的发动机停机和发动机停止之间的任何合适的时间被调节，而不脱离本发明的范围。

而且，在一些实施例中，控制器220的计算机可读介质230还包括指令，当由处理器228执行该指令时：响应于在发动机起动之后凸轮轴位置反馈变为可用，确认凸轮轴的位置，并且如果凸轮轴未处于目标起动位置，则用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置。换句话说，在发动机起动期间，当凸轮轴位置反馈首先变为可用时(例如，发动机转速变为大于速度阈值)，可以确认凸轮轴位置相对于目标起动位置的精度。在凸轮轴未处于目标起动位置或处于预定义容差内的情况下，由于凸轮轴可能靠近目标起动位置，因此闭环VCT控制能够快速调节凸轮轴位置至目标起动位置。因此，相对于在凸轮轴位置反馈不可用的时间段中不施加预设电流给VCT执行器的方法，在重新获得反馈控制之后凸轮轴到达目标起动位置所需的时间可以明显地减小，或在理想的情况下可以减小至零。

在一些实施例中，控制器220的计算机可读介质230还包括指令，当由处理器228执行该指令时：在包括停机和随后立即起动转动并且加速的非燃烧发动机操作的不同条件期间凸轮轴位置反馈不可用时，施加不同的电流水平给电动VCT执行器。例如，不同的凸轮轴保持电流可以包括自旋减速期间的第一电流水平和起动转动期间的不同的第二电流水平。在一些实施方式中，不同的电流水平可以是预设的和与工况无关的固定的。在一些实施方式中，不同的电流水平可以响应于发动机是否自旋减速至停止或从停止开始自旋加速而改变。在一些实施方式中，不同的电流水平可以响应于工况而改变。例如，电流水平可以从一个发动机停机/起动事件到下一个发动机停机/起动事件自适应地学习或调节。例如，可以根据发动机停机和起动期间的温度或其他合适的操作参数而调节电流水平。

如上所述，图2示出了内燃发动机和关联的进气系统和排气系统的非限制性的示例。应当理解，在一些实施例中，发动机可以具有更多或更少的燃烧汽缸、控制阀、节气门和压缩装置，等等。示例性发动机可以具有以“V”型配置布置的汽缸。而且，第一共用凸轮轴可以控制第一排上的第一组汽缸的阀，同时第二凸轮轴可以控制第二排上的第二组汽缸的进气门。也就是说，凸轮驱动系统(例如，电动VCT系统)的共用的凸轮轴可以用于控制一组汽缸的阀操作。而且，电动VCT系统可以控制发动机的一个或更多个凸轮轴的位置。

上面说明的配置使用于控制电动VCT系统的各种方法能将凸轮轴保持在理想的目标起动位置以用于发动机起动后的第一点火事件。因此，现在通过以示例的方式继续参考上述配置来说明一些这样的方法。但是，应当理解，这些方法和完全在本发明范围内的其他方法也可以通过其他配置实现。

图3示出了用电动VCT系统的电动VCT执行器控制凸轮轴位置的方法300的实施例。例如，该方法可以由图1的控制器12或图2的控制器220执行。

在302，方法300包括确定工况。确定工况可以包括，例如，凸轮轴位置、曲轴位置、发动机转速、扭矩需要、车辆速度、环境条件、发动机温度、排气催化剂温度、MAP、MAF等。

在304，方法300包括确定发动机是否被命令停机。如果命令发动机停机，则方法300移动至306。否则，方法300返回至其他操作。

在306，方法300包括用电动VCT执行器调节凸轮轴至目标起动位置。例如，可以根据包括曲轴位置和凸轮轴位置的凸轮轴位置反馈以闭环方式调节凸轮轴位置。在一个示例中，目标起动位置是基于凸轮轴位置信号的。

在308，方法300包括确定凸轮轴位置反馈是否可用以及发动机是否正在自旋。在一个示例中，该确定可以基于发动机转速变成小于速度阈值来作出。如果凸轮轴位置反馈不可用并且发动机正在自旋，则方法300移动至310。否则，方法300返回至308。

在310，方法300包括施加第一电流给电动VCT执行器以保持凸轮轴在目标起动位置。在一个示例中，可以响应于发动机停机期间发动机正在自旋时凸轮轴位置反馈变为不可用而施加第一电流。在一些实施方式中，可以施加第一电流，直到发动机停止。

在一些实施例中，在312，方法300包括将施加给电动VCT执行器的电流从第一电流增加至大于所述第一电流的第三电流，以补偿发动机停机期间气门机构的瞬态惯性负载。例如，在知道停机发动机转速廓线和VCT系统惯性负载的情况下，通过在低发动机转速下测量气门机构扭矩，第二电流可以是针对给定的发动机配置可以预定的预设电流。在一些实施例中，可以临时施加第二电流，并且该电流可以减小至第一电流。在一些实施方式中，可以施加第二电流，直到发动机停止。

在314，方法300包括确定是否命令发动机起动。如果命令发动机起动，则方法300移动至316。否则，方法300返回至314。

在316，方法300包括施加第二电流给电动VCT执行器以保持凸轮轴在目标起动位置。在一些实施例中，可以在发动机开始自旋以便发动机起动之前施加第二电流。在一些实施例中，可以在发动机开始自旋以便发动机起动之后施加第二电流。在一些实施例中，第一和第二电流是相同的。在一些实施例中，第一和第二电流是不同的。在一些实施例中，第一电流小于第二电流。

在318，方法300包括确定凸轮轴位置反馈是否可用。在一个示例中，该确定可以根据发动机转速变成大于速度阈值而做出。如果凸轮轴位置反馈可用，则方法300移至320。否则，方法300返回至318。

在320，方法300包括根据凸轮轴位置反馈确认凸轮轴的位置。

在322，方法300包括确定凸轮轴是否位于目标起动位置。如果凸轮轴不位于目标起动位置，则方法300移至324。否则，方法300返回至其他操作。

在324，方法300包括确定凸轮轴位置距离目标起动位置是否超过阈值。如果凸轮轴位置距离目标起动位置超过阈值，则方法300移至326。否则，方法300移至328。

在326，方法300包括调节第一和第二保持电流中的一个或两个以用于下一次发动机停机/起动事件。可以经由自适应学习来调节保持电流，从而在下一次发动机停机/起动事件期间更精确地保持凸轮轴在目标起动位置。在一个示例中，保持电流校正可以基于在发动机停机和发动机起动期间的冷却剂温度(或机油温度)的函数。所述函数可以跟踪在发动机起动和停机期间的温度，因为温度可以基于发动机停机和下一次起动之间的持续时间而不同。

在328，方法300包括用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置。在凸轮轴位置反馈不可用的条件期间，通过对VCT执行器施加预设电流，可以减小凸轮轴从目标位置偏移的可能性。而且，在所述位置不在目标位置或在指定容差内的情况下，当闭环VCT控制变为可用时，凸轮轴能够快速调节至目标位置，因为凸轮轴可能接近所述目标位置。因此，相对于在凸轮轴位置反馈不可用的条件期间不施加电流给VCT执行器的方法，在重新获得反馈控制之后将凸轮轴定位在目标位置所需的时间可以明显地减小，或在理想的情况下可以减小至零。

在另一个实施例中，一种方法包括，在包括停机和随后立即起动转动并加速的非燃烧发动机操作的不同条件期间凸轮轴位置反馈不可用时，施加不同的电流水平给发动机的电动VCT执行器。在一个示例中，不同的电流水平包括在发动机自旋减速至停止的发动机停机期间的第一电流水平和在发动机起动转动升速至第一点火事件的发动机起动期间的不同的第二电流水平。在一些实施例中，由于在每个事件中施加给凸轮轴的不同的惯性扭矩，不同的电流水平可以响应于发动机是自旋减速至停止还是从停止开始自旋升速而改变。

在另一个实施例中，用于控制VCT执行器的方法包括，在发动机停机期间，用VCT执行器调节凸轮轴至目标起动位置，施加第一保持水平给VCT执行器以保持目标起动位置，和在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用之前，施加第二保持水平给VCT执行器以保持目标起动位置。在一些实施方式中，保持水平可以是预设的。在一些实施方式中，保持水平可以根据工况调节。在一个示例中，VCT执行器是电动VCT执行器，并且第一保持水平是第一电流，而第二保持水平是第二电流。在另一个示例中，VCT执行器是液压驱动的，并且第一保持水平是第一液压，而第二保持水平是第二保持压力。应当理解，保持水平可以表示任意合适的VCT操作参数而不脱离本公开的范围。

图4示出了表征各种工况期间施加给电动VCT执行器的电流的图示400。图400示出了施加给VCT执行器以控制凸轮轴位置的电流随时间的变化。注意，当凸轮轴反馈可用时，可以利用凸轮轴位置的闭环反馈控制。而且，应当理解，所说明的闭环反馈控制仅仅是一个示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以是不同的。

在时间T1，命令发动机停机。在时间T2，由于发动机转速随着发动机自旋减速而下降，凸轮轴位置反馈变为不可用。在T1和T2之间的某一点上，用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置。响应于凸轮轴位置反馈变为不可用，第一电流被施加给电动VCT执行器，以补偿气门机构扭矩并保持目标起动位置。在一些实施例中，施加第一电流，直到发动机在时间T4停止。在一些实施例中，在时间T3，电流从第一电流增至第二电流以补偿瞬态惯性负载。在一些实施例中，施加第二电流，直到发动机在时间T4停机。在时间T5，命令发动机起动，并且第三电流被施加给VCT执行器以保持目标起动位置。在说明的示例中，第三电流大于第一电流，但是应当理解，在一些实施例中，第三电流可以等于或小于第一电流或第二电流。在一些实施例中，施加第三电流，直到在时间T6凸轮轴位置反馈变为可用。一旦在时间T6凸轮轴位置反馈再次变为可用，凸轮轴的闭环反馈控制重新开始。注意，在时间T2和时间T6之间的时间周期中凸轮轴位置反馈不可用。

注意，所说明的第一、第二和第三保持电流仅仅是示例性的，并且在不脱离本发明的的范围的情况下可以是不同的。而且，一个发动机停机/起动事件与下一个发动机停机/起动事件的保持电流可以不同。还有，在一些实施方式中，一个或多个电流可以不是如图所示的恒定电流。例如，第三电流可以变化以补偿发动机起动转动期间的惯性扭矩。

应当理解，这里公开的配置和程序在性质上是示例性的，并且这些特定的实施例不被认为具有限制意义，因为许多种变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本发明的主题包括这里公开的各种系统和配置、以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

本文的权利要求具体指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这种权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多的这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合及子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这些权利要求无论是比原权利要求的范围更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本发明的主题内。

Claims (10)

1.一种用于控制可变凸轮正时即VCT执行器的方法，包括：

在发动机停机期间，用所述VCT执行器调节凸轮轴至目标起动位置；

施加第一保持水平给所述VCT执行器，以保持所述目标起动位置；和

在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用之前，施加第二保持水平给所述VCT执行器，以保持所述目标起动位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述VCT执行器是电动VCT执行器，并且所述第一保持水平是第一电流，而所述第二保持水平是第二电流。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

将施加给电动VCT执行器的电流从所述第一电流增加至大于所述第一电流的第三电流，以补偿发动机停机期间的气门机构的瞬态惯性负载。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：

响应于在发动机起动之后凸轮轴位置反馈变为可用，确认凸轮轴位置；并且

如果所述凸轮轴不在所述目标起动位置，则用所述电动VCT执行器调节所述凸轮轴位置至所述目标起动位置。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

响应于所述凸轮轴位置距离所述目标起动位置大于阈值，调节施加给所述电动VCT执行器的第一电流和第二电流中的一个或两个，从而将所述凸轮轴保持在目标起动位置以用于下一次发动机起动。

6.根据权利要求2所述的方法，其中在发动机停机期间发动机正在自旋时，响应于凸轮轴位置反馈变为不可用而施加所述第一电流。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一电流被设置为与条件无关的固定电流水平，并且所述第二电流被设置为与条件无关的固定电流水平。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电流小于所述第二电流。

9.一种系统，包括：

发动机，其包括至少一个汽缸；

凸轮轴，其连接至所述至少一个汽缸，所述凸轮轴可驱动为操作所述至少一个汽缸的进气门和/或排气门；

电动VCT执行器，其可操作地连接至所述凸轮轴，所述电动VCT执行器可操作为定位所述凸轮轴；和

控制器，其包括处理器和具有指令的计算机可读介质，当由所述处理器执行所述指令时：

在发动机停机期间，用电动VCT执行器调节凸轮轴位置至目标起动位置；

施加第一电流给所述电动VCT执行器，以保持所述目标起动位置；和

在发动机起动期间凸轮轴位置反馈变为可用之前，施加第二电流给所述电动VCT执行器，以保持所述目标起动位置。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述计算机可读介质还包括指令，当由所述处理器执行该指令时：

在发动机停机期间，将施加给所述电动VCT执行器的电流从所述第一电流增加至大于所述第一电流的第三电流，从而补偿气门机构的瞬态惯性负载。

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