CN105201585B - 一种操作凸轮轴的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供用于操作凸轮轴的各种方法。在一个示例中，操作凸轮轴的一种方法包括：根据期望的凸轮轴位置调整凸轮轴，该期望的凸轮轴的位置根据由凸轮轴传感器指示的凸轮轴位置和由凸轮轴驱动器指示的凸轮轴位置来确定。

Description

一种操作凸轮轴的方法
技术领域
本发明的领域涉及发动机控制和识别用于此类控制的凸轮轴位置。
背景技术
发动机控制器控制许多发动机运行参数，例如，空气充气、燃料充气、排气再循环、燃料蒸汽回收、点火正时、凸轮轴正时、气门正时，等等。这些参数被控制以获得期望的发动机功率，同时最小化排放。
这些参数的控制需要了解凸轮位置。通常，带有一个或多个缺齿的齿轮被定位在凸轮轴上，并且通过齿的检测确定凸轮轴位置。
发动机控制在装配有可变凸轮正时的车辆上更复杂。凸轮轴被连接至曲轴的皮带或链条驱动。对于装配由可变凸轮正时(VCT)的发动机，凸轮轴的正时或相位相对于曲轴变化。电动马达或液压驱动器相对于曲轴转动凸轮轴。
当发动机在发动机起动期间被起动转动时，通过凸轮齿的检测，或其他检测方法，可能不会提供精确的凸轮位置测量值，其经常需要多个上升沿和下降沿的检测。然而，VCT驱动器可以在起动转动期间使用内部获得(例如，使用内置到驱动器的编码器)的位置和/或速度测量值和相对于曲轴的默认凸轮位置来定相凸轮轴。
发明内容
发明者在此已经认识到上述识别的方法存在的问题。具体地，凸轮轴和曲轴之间的默认相对位置会随着时间的推移变得越来越不精确，因为在凸轮轴和曲轴之间的各种连接内发生磨损(例如，从曲轴到VCT驱动器的输入轴，从驱动器输入轴到马达定子，从马达转子轴到凸轮轴等)。因此，发动机控制器在发动机起动转动期间可能不能够精确地确定凸轮位置。在不能精确地获知凸轮位置的情况下，在燃烧室内的空气充气的任何估计都可能错误，并且因此空气/燃料充气可能不精确，可能导致更长的发动机起动和更高的排放。其他受控的运行参数可能发生相似的问题。
此处发明者已经通过一种操作凸轮轴的方法解决了上述问题，在一个示例中该方法包含下列步骤：根据期望的凸轮轴位置调节凸轮轴，该期望的凸轮轴位置根据由凸轮轴传感器指示的凸轮轴位置和由凸轮轴驱动器指示的凸轮轴位置确定。通过利用由凸轮轴传感器和凸轮轴驱动器指示的两个凸轮轴位置，凸轮轴定位的不精确度(特别是在发动机起动转动期间)可以被减轻。在发动机起动转动后，当发动机已经起动时，随后确定的期望的凸轮轴位置可以根据由凸轮轴传感器指示的凸轮轴位置和由凸轮轴驱动器指示的凸轮轴位置之间的差值来修正。因此，获得技术效果。
在一个典型示例中，凸轮轴在发动机起动转动期间被调节。
在另一示例中，如果来自凸轮轴传感器的输出不够精确，那么由凸轮轴传感器指示的凸轮轴位置先前记录的凸轮轴位置，该先前记录的凸轮轴位置在来自凸轮轴传感器的输出足够精确时被确定。
在另一示例中，调节凸轮轴包括从发动机控制器发送期望的凸轮轴位置到凸轮轴驱动器的马达控制器。
在又一示例中，凸轮轴驱动器是电动马达。
当单独或结合附图参照以下具体实施方式时，本发明的上述优点和其它优点以及特征将是十分明显的。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括凸轮轴的涡轮增压发动机的框图。
图2说明确定图1中的凸轮轴相对于图1中的曲轴的取向的示例。
图3示出描述用于控制图1的发动机的方法的流程图。
图4示出描述用于根据马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置之间的差值修正期望的凸轮轴位置的流程图。
图5示出描述用于控制无刷马达的方法的流程图。
图6示出描述根据图3的方法运行的图1的发动机的示例行驶周期的一部分期间的运行参数的图形。
具体实施方式
内燃发动机可根据许多运行参数被控制，这些运行参数包括但不限于空气充气、燃料充气、排气再循环、燃料蒸汽回收、点火正时、凸轮轴正时、气门正时，等等。具体地，为了确定要被喷射到气缸中的燃料的合适的量，被引导到汽缸中的空气的量也要被确定。对于其中进气(和/或排气)门经由凸轮轴驱动的发动机，在确定引入的空气时需要凸轮轴的位置。然而，在发动机运行的某些阶段凸轮轴的位置可能是未知的，例如，在起动期间。特别地，在发动机已经到达足够高的转速或转动足够数量的转数之前，被配置为当凸轮轴经历旋转时检测通过齿的传感器可能不能够报告精确的读数。因此，可能使用相对不精确的最后已知的凸轮位置，其可能与实际凸轮轴位置明显不同，这可能导致延长的发动机起动转动和增加的排放。该问题对于装配有可变凸轮正时(VCT)的发动机可能会加重。然而，可操作以便改变凸轮轴的正时或相位的VCT驱动器可以在起动转动期间使用经由内部编码器获得的位置和/或速度的测量值和相对于曲轴的默认凸轮轴位置来驱动凸轮轴。然而，由于在凸轮轴和曲轴之间的各种连接内发生磨损，(例如，从曲轴到VCT驱动器的输入轴，从驱动器输入轴到马达定子，从马达转子轴到凸轮轴，等等) 默认的相对位置可能随着时间的推移变得越来越不精确。
提供用于操作凸轮轴的各种方法。在一个示例中，操作凸轮轴的一种方法包括：根据期望的凸轮轴位置调节凸轮轴，该期望的凸轮轴位置根据由凸轮轴传感器指示的凸轮轴位置和由凸轮轴驱动器指示的凸轮轴位置来确定。图1示出包括凸轮轴的涡轮增压发动机的框图；图2描述相对于图1中的曲轴确定图1中的凸轮轴的取向的示例；图3示出描述用于控制图1的发动机的方法的流程图；图4示出描述用于根据马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置之间的差值修正期望的凸轮轴位置的方法的流程图；图5示出描述用于控制无刷马达的方法的流程图；图6示出描述根据图3的方法运行的图1 的发动机的示例行驶周期的一部分期间的运行参数的图形。图1的发动机还包括被配置为执行图3-5中所述方法的控制器。
图1是示出示例发动机10的示意图，其可以被包含在汽车的推进系统内。发动机10被示出具有四个汽缸30。然而，根据本发明也可以使用其他数目的汽缸。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入至少部分地控制。在该示例中，输入设备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的每个燃烧室(例如，汽缸)30可包括燃烧室壁，其中活塞被定位在该燃烧室壁中。活塞可被连接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速系统(未示出)被连接至车辆的至少一个驱动轮。而且，起动机马达可经由飞轮被连接至曲轴40，从而实现发动机10 的起动操作。
燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可以经由相应的进气门和排气门(未示出)与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或多个进气门和/或两个或者多个排气门。随着凸轮轴经历旋转运动，进气门和/或排气门可以经由被布置在凸轮轴162上的相应凸轮160 被驱动(例如打开或关闭)。
凸轮轴162可以经由连杆164(例如，正时链条、皮带等)被连接至曲轴 40，并且可以被进一步连接至电动马达166，并且被电动马达166驱动，电动马达166在图1中被示为连接至凸轮轴的驱动齿轮168。电动马达可操作以便相对于曲轴40改变凸轮162的相位并且相应地改变凸轮轴的正时，进而改变进气门和/或排气门被驱动的正时，由此优化发动机10的运行(例如，增加发动机的输出和/或降低排放)。因此，电动马达166可以被称为VCT驱动器或凸轮轴驱动器。
电动马达166可以经由马达控制器170控制，马达控制器170可以包括被配置为便于相对于曲轴40改变凸轮轴162的相位及其正时的组件(例如，逻辑子系统)。电动马达166和马达控制器170的组合可以被称为VCT电动马达系统。电动马达166可以指示被容纳在马达内部或以其它方式被马达驱动的旋转组件(例如，轴)的位置(其在下文中被称为“马达位置”)和/或凸轮轴162的位置(例如，凸轮轴的旋转取向)，凸轮轴162的位置在一些示例中可以从马达位置中推导。在一些示例中，凸轮轴位置可以通过控制电动马达166的转子和定子之间的相对位置来控制。在该情况下，定子可以被机械地连接至曲轴40(例如，经由皮带/链条)，而转子可以经由齿轮被机械地连接至凸轮轴162。通过改变这个相对位置，相对于曲轴位置的凸轮轴位置可以被改变，进而改变凸轮位置。
图1示出马达控制器170，马达控制器170输出凸轮轴162的位置作为被送到发动机控制器12的CAM信号。如下面进一步详细描述的，CAM信号可以在某些时间提供更精确的凸轮轴162的位置的指示，从中可以推导出一个或多个发动机运行参数。在一些实施例中，CAM信号(和/或马达位置)可以经由控制器局域网(CAN)总线被转发到控制器12。多个组件(例如，驱动器、控制器12等)可以经由包含CAN总线的控制器局域网或其他车辆网络可通信地彼此连接。如下面进一步详细描述的，从马达控制器170接收到CAM 信号可以与由控制器12根据来自凸轮轴脉冲轮传感器的输出确定的凸轮轴位置进行比较，以增加凸轮轴定位的精确性。
电动马达166可以采取各种适合的形式。在一个实施例中，电动马达166 可以是无刷马达，其可以通过解码来自霍尔效应传感器的信号确定马达位置。霍尔效应传感器可以以固定方式被安装，并且被配置为检测变化的磁通量，该磁通量由被安装在马达的旋转部分(例如，轴)的一个或多个直接永久磁体(proximate permanent magnet)的通过旋转所诱发。可替换地，霍尔效应传感器可以被安装在马达的旋转部分上，并且被配置为检测被放置在固定的、静态的位置的一个或多个直接磁体的旋转所产生的诱发磁通量。作为一个非限制性示例，以大约120°间隔开的三个霍尔效应传感器可以被连接至电动马达166的轴。对于电动马达166利用霍尔效应传感器来帮助旋转感测的实施例，马达控制器170可以基于马达位置和期望的位置经由反馈控制将马达转动到期望的位置，其中马达位置从霍尔效应传感器输出的解码信号中确定。从霍尔效应传感器输出的解码信号可以被用作凸轮轴162的位置的指示。在一些示例中，期望的位置可以相对于曲轴40的位置(例如，旋转取向)被确定，曲轴40的位置的指示可以经由从控制器12输出的信号被接收。这些信号可以经由上述CAM总线被转发。
在其他实施例中，在电动马达166中的旋转感测可以经由旋转编码器或通过测量反电动势(back-EMF)来实施。绝对马达位置的确定可以相应地适合电动马达166的配置。作为一个非限制性示例，电阻值随着角位置变化的电位计可以被采用来确定VCT驱动器的绝对旋转取向。这种电位计是可以被包含在电动马达166中以确定其旋转取向的内部编码器的一个示例。在一些实施例中，马达控制器170可以接收来自控制器12的指示曲轴40的旋转取向的信号，以识别凸轮轴162的旋转取向。
在又一些其他实施例中，电动马达166可以是步进马达。在此，马达控制器170可以向电动马达166提供多个电压相位，例如，从而由此通过开环控制将马达转动到期望的位置。更具体地，控制器12可以在不同的相位产生三个信号，以经由开环控制转动步进马达，从而由此获得期望的位置，并且控制器12可以将三个信号的产生用作凸轮轴162的位置的指示。
不管电动马达166利用何种配置，由马达指示的凸轮轴位置都与连接至燃烧室30的进气门的正时和打开的持续时间有关。因此，凸轮轴的位置可以被用于确定一个或多个运行参数，发动机10可以根据该一个或多个运行参数来运行。例如，根据从凸轮轴位置推导的进气门正时和持续时间，控制器12 可以确定引入到燃烧室30中的空气的量。然后，被喷射的适当的燃料充气可以根据引入的空气来确定，由此增加发动机输出并降低排放。在整个发动机运行过程中，控制器12也可以向马达控制器170提供相当于期望凸轮轴位置的期望的马达位置。
应认识到，图1中示出的凸轮轴配置作为示例被提供，并且不意图作为限制性的。在一些实施例中，可以提供可操作以便控制进气门和排气门中的一个的打开的凸轮轴。而且，可以为图1中所示的其他汽缸配置(诸如V-6、 V-8、V-10或V-12汽缸配置)提供两个凸轮轴。
发动机10可以包括额外的机构，使用这些机构可以感测凸轮轴162的旋转。特别地，脉冲轮171可以被连接至凸轮轴162并且靠近驱动齿轮168被定位。脉冲轮171可以包括多个齿，这些齿的旋转可以经由凸轮轴传感器172 来感应，凸轮轴传感器172可以是可变磁阻传感器(VRS)，例如，霍尔效应传感器。定位在脉冲轮171上的齿的数量可以根据发动机内汽缸的数量变化，例如，对于四个汽缸可以包括三个齿，对于六个汽缸包括四个齿，而对于八个汽缸包括五个齿。通常，齿被隔开的角间距控制当脉冲轮171旋转时由凸轮轴传感器172产生的脉冲串内的脉冲之间的时间间隔。这些脉冲作为图1 中所示的VCT信号被转发到控制器12。更具体地，这些齿可以被不均匀地隔开，使得一些齿被相互靠近地定位而其他齿被彼此离开相对较远地定位。可以认为脉冲轮在较大的(或最大的)角间距内具有“缺齿”。脉冲串中的脉冲之间不均与的时间间隔将导致允许至少一个齿被从其他齿中区分出来。该齿可以对应于凸轮轴162的特定取向，例如，按燃烧顺序的第一汽缸30的TDC 位置。在一些示例中，来自凸轮轴传感器172的输出可以被用于确定电动马达66的绝对位置。例如，可基于电动马达166到凸轮轴的已知齿轮比率将从凸轮轴传感器172的输出中推导的马达旋转角度转换为凸轮轴162的绝对移动。
由凸轮轴传感器172产生的脉冲串可以与由曲轴传感器118产生的脉冲串比较，曲轴传感器118可以采用类似的机构来感测曲轴旋转。在一个示例中，也可以被用为发动机转速传感器的传感器18可以在曲轴40的每一转产生预定数量的等间隔脉冲。这些脉冲可以作为表面点火感测信号(PIP)被转发到控制器12。特别地，确定在VCT脉冲和靠近的PIP脉冲之间的时间段可以在角度上产生相对于曲轴的凸轮轴取向的指示。作为一个非限制性示例，该相对凸轮轴取向可以经由下列公式确定：θ凸轮轴＝(720(tVCT–tPIP,R1))/((n)*(tPIP,R1–tPIP,R0))，其中tVCT是VCT脉冲出现的时间，tPIP,R1是紧挨在之前的PIP脉冲的上升沿出现的时间，n是发动机内汽缸的数目，而 tPIP,R0是紧挨在第一PIP脉冲之前的PIP脉冲的上升沿出现的时间。
图2描述确定凸轮轴相对于曲轴的取向的示例，并且特别地，可以描述一种方法，例如，通过该方法可以确定凸轮轴162相对于曲轴40的旋转取向。由曲轴传感器118产生的脉冲串202和由凸轮传感器172产生的脉冲串被示出。脉冲串202包括多个等间隔脉冲，而由于脉冲轮上的齿的角度布置，脉冲串204包括多个不对称间隔的脉冲。tVCT标记特殊VCT脉冲的出现，例如，其可以识别在点火顺序中第一汽缸的TDC。图2也示出相应的PIP脉冲(tPIP,R0和tPIP,R1)的上升沿的出现，其连同tVCT一起被用来使用上述公式确定凸轮轴 162相对于曲轴40的取向。然而，应认识到，脉冲串202和204作为示例被提供，且不意图以任何方式作为限制性的。该脉冲串尤其描述稳定状态情况下的发动机操作。
在某些工况期间，来自凸轮轴传感器172的输出可能不可用或不够精确以帮助确定凸轮轴162相对于曲轴40的位置。例如，在发动机起动转动期间，由于来自凸轮轴传感器172的读数的更新速度低，可能是这种情况。因此，电动马达166在这种情况期间可以根据通过内部解码器(例如，电位计，其电阻值随着角位置改变)获得的位置和/或速度和默认或设计的曲轴40和凸轮轴162之间的相对位置把凸轮轴162定位在期望的旋转取向中。然而，在曲轴40和凸轮轴162之间的各种连接(例如，从曲轴到VCT驱动器输入轴，从驱动器输入轴到马达定子，从马达转子轴到凸轮轴等)内发生的长期磨损可能改变该默认的相对位置，并且尤其使其越来越不精确。由于默认的相对位置的改变，不精确的凸轮轴定位可能造成次优的发动机运行。
为了补偿该默认的相对位置的改变，控制器12可以接收并且比较由马达控制器170指示的在本文中被称为“马达控制器凸轮轴位置”的凸轮轴位置 (例如，CAM信号)和根据相对于来自曲轴传感器118的输出的来自凸轮轴传感器172的输出(例如，VCT信号)确定的在本文中被称为“ECU凸轮轴位置”的凸轮轴位置。特别地，一旦来自凸轮轴传感器172的输出足够精确 (例如，在发动机起动转动完成之后)，就可以在整个发动机运行期间迭代进行改比较。超过阈值的马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置之间的差值可以被储存(例如，存储在ROM 106中)，以便随后期望的凸轮轴位置可以基于该差值被修正。具体地，由控制器12确定的期望的凸轮轴的位置可以根据该差值被修正，经修正的期望的凸轮轴位置随后被转发到马达控制器170，以使凸轮轴162能够被定位在经修正的期望的凸轮轴位置。按照这种方式的期望的凸轮轴位置的修正在来自凸轮轴传感器172的输出不够精确(例如，在发动机起动转动期间)的情况下尤为有利，因为不需要依赖可能不精确的凸轮轴162和曲轴40之间的默认的相对位置。在该示例中，可以在发动机起动转动期间根据发动机起动转动之前(例如，在先前的行驶周期期间以及在先于当前起动转动的发动机停机之前)确定并且储存的修正值来修正凸轮轴定位。以此方式，可以减轻在起动转动期间由于不精确的凸轮轴定位造成的次优发动机运行。图4示出下面描述的方法400，用于以此方式修正凸轮轴定位。
转向图1，燃料喷射器50被示为直接连接至燃烧室30，以便与从控制器 12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接将燃料喷射到燃烧室30中。以此方式，燃料喷射器50提供被称为到燃烧室30中的燃料的直接喷射。例如，该燃料喷射器可以被安装在燃烧室的侧面，或燃烧室的顶部。燃料可以通过燃料系统(未示出)被传送到燃料喷射器50，该燃料系统包括燃料箱、燃料泵、和燃料导轨。在一些实施例中，燃烧室30可替换地或额外地包括以下列配置被布置在进气歧管44内的燃料喷射器：提供被称为到燃烧室30上游的进气口中的燃料的进气道喷射。
进气道42可以包括分别具有节流板22和24的节气门21和23。在该特定示例中，节流板22和24的位置可以由控制器12经由被提供到包含节气门 21和23的驱动器的信号来改变。在一个示例中，驱动器可以是电动驱动器(例如，电动马达)，配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门 21和23可以被操作以改变被提供到其他发动机气缸之中的燃烧室30的进气空气。节流板22和24的位置可以通过节气门位置信号TP被提供到控制器12。进气道42可以进一步包括质量空气流量传感器120、歧管空气压力传感器122以及节气门进口压力传感器123，以便将相应的信号MAF(质量空气流)、MAP(歧管空气压力)提供给控制器12。
排气道48可以接收来自汽缸30的排气。排气传感器128被示为连接到涡轮62上游的排气道48，并连接到排放控制设备78。传感器128可以从用于提供排气空燃比的各种合适的传感器中选择，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、NOX、HC或CO传感器。排放控制设备78可以是三元催化剂(TWC)、NOX捕集器、各种其他排放控制设备或其组合。
排气温度可以由位于排气道48内的一个或多个温度传感器(未示出)测量。可替换地，可以根据发动机工况(诸如，转速、负载、空燃比(AFR)、火花延迟等)来推测排气温度。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理单元102、输入/输出端口104、在该特定示例中被示为只读存储器芯片106的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，以及数据总线。除了上述那些信号之外，控制器12可以接收来自连接到发动机10的传感器的各种信号，包括：来自质量空气流量传感器120的引入质量空气流量(MAF) 的测量值；来自温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)，温度传感器112被示意性地示出在发动机10内的一个位置中；如所述的来自连接到曲轴 40的曲轴传感器118(例如，霍尔效应传感器或其他类型的传感器)的PIP 信号；如所述的来自凸轮轴传感器172的VCT信号；所述的来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及如所述的来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号、RPM可以由控制器12从信号PIP中产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用来提供进气歧管44中的真空或压力的指示。要注意的是，可以使用以上传感器的各种组合，例如使用 MAF传感器而不使用MAP传感器，反之亦然。在理想配比运行期间，MAP 传感器可以给出发动机扭矩的指示。而且，该传感器连同所检测的发动机转速可以提供被引入到汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一些示例中，存储介质只读存储器106可以使用表示指令的计算机可读数据来编程，这些指令可由处理器102执行以便执行下列所述的方法以及其他被预期但是没有具体列出的变体。
发动机10可以进一步包括压缩设备，例如，至少包括沿进气歧管44布置的压缩机60的涡轮增压器或机械增压器。对于涡轮增压器，压缩机60可以通过诸如轴或其他连接布置至少部分地被涡轮62驱动。涡轮62可以沿排气道48被布置，并且与流过的排气连通。可用提供各种布置以驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，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到发动机的一个或多个汽缸的压缩量可以由控制器12改变。在一些情况下，例如，涡轮62可驱动发电机64，以经由涡轮驱动器68提供电力到电池66。来自电池66的电力然后可以被用来经由马达70驱动压缩机60。而且，在进气歧管44内可以设置传感器123，用于提供BOOST信号到控制器12。
而且，排气道48可以包括用于把排气从涡轮62转移走的废气门26。在一些实施例中，废气门26可以是多级废气门，例如二级废气门，其中第一级被配置为控制增压压力而第二级被配置为增加到排气控制设备78的热通量。可以使用驱动器150来操作废气门26，例如，驱动器150可以是电动驱动器或气动驱动器。进气道42可以包括被配置为转移压缩机60周围的进气空气的压缩机旁通阀27。例如，当期望较低的增压压力时，废气门26和/或压缩机旁通阀27可以被控制器12经由驱动器(例如，驱动器150)控制打开。
进气道42可以进一步包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中间冷却器)以降低用涡轮增压器或机械增压器增压的进气的温度。在一些实施例中，增压空气冷却器80可以是空气到空气热交换器。在其他实施例中，增压空气冷却器80可以是空气到液体热交换器。
而且，在公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以将排气的期望部分经由EGR通道140从排气道48按照定制路线输送到进气道42。提供到进气道42的EGR的量可以由控制器12通过EGR阀142来改变。而且，EGR 传感器(未示出)可以被布置在EGR通道内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。可替换地，EGR可以通过根据来自MAF传感器(上游)、MAP(进气歧管)、MAT(歧管气体温度)和曲柄转速传感器的信号计算的值被控制。而且，EGR可以根据排放O2传感器和/或进气氧传感器(进气歧管)被控制。在一些情况下，EGR系统可以被用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮的上游被按定制路线传输到涡轮增压器的压缩机的下游。在其他实施例中，发动机可以额外地或替换地包括低压EGR系统，其中EGR 从涡轮增压器的涡轮的下游被按定制路线传输到涡轮增压器的压缩机的上游。
现在转向图3，其示出描述用于控制图1的发动机的方法300的流程图。特别地，方法300可以使图1的发动机10的控制能够部分地基于由发动机控制器12经由CAM信号从马达控制器170接收的凸轮轴位置。
该方法可以在车辆操作者驱动发动机起动模式时开始，例如，在接通事件发生后开始。
该方法可以包括在302处起动转动发动机，其可以包括驱动连接至发动机的曲轴的起动机马达，以开始曲柄旋转。
接下来，该方法可以包括在304处接收来自马达控制器(例如，图1的马达控制器170)的马达位置和相应的凸轮轴位置，该马达控制器可以与电动马达(例如，马达166)相关联，该电动马达可操作以便改变凸轮轴(例如，凸轮轴162)的相位。如上所述，马达位置可以指示马达的旋转取向，并且可以为凸轮位置的推导提供基础。马达和/或相应的凸轮轴位置可以经由上述 CAM信号被转发到发动机控制器。
接下来，该方法可以包括在306处通过电动马达控制器驱动凸轮轴。电动马达控制器可以驱动凸轮轴以获得期望的凸轮轴位置，该凸轮轴位置可以由发动机控制器根据一个或多个发动机和/或车辆工况确定，并且被发送至马达控制器。因此，该方法可以包括在308处确定马达位置是否位于对应于用于起动发动机的期望的凸轮轴位置的位置处。如果马达位置位于对应于期望的凸轮轴位置的位置(YES)，则该方法前进到310。如果马达位置没有位于这个位置(NO)，则该方法返回到308。对于其中马达控制器经由霍尔效应传感器控制无刷马达感应旋转的实施例，从霍尔效应传感器输出的解码信号可以被分析，以确定是否该位置已经达到，如上所述。
接下来，该方法可以包括在310处确定用于在发动机起动转动期间控制发动机的一个或多个运行参数，该一个或多个运行参数从马达位置和推推导的凸轮轴位置中被确定。推推导的凸轮轴位置可以以上述方式从马达位置中推导出。作为确定用于在发动机起动转动期间控制发动机的一个或多个运行参数的部分，该方法可以包括在312处根据推推导的凸轮轴位置和发动机的瞬时转速确定引入到燃烧室中的空气的量。因为空气的量可以高度取决于进气门正时并由此取决于凸轮轴位置，所以可以通过从马达位置确定凸轮轴位置来获得引入空气的更精确的估计。
接下来，该方法可以包括在314处喷射燃料充气到燃烧室中。被喷射的燃料量可以根据在312处确定的被引入到燃烧室内的空气的量来确定。因此，可以针对发动机工况优化燃料充气，这可以增加发动机输出和/或降低排放。
接下来，该方法可以包括在316处确定发动机的当前转速是否超过预定转速。预定转速可以对应于阈值，超过该阈值的发动机转速足以结束起动转动。因此，如果发动机转速超出预定的转速(YES)，该方法前进至318。如果发动机转速没有超过该预定的转速(NO)，该方法返回302。
接下来，该方法可以包括在318处结束起动模式并停止起动转动。被称为“后起动转动”的时间段可以包括从发动机起动转动的剩余部分延伸的第一燃烧事件(例如，汽缸点火顺序中的第一汽缸的点火)之后并且进一步在曲轴和凸轮轴传感器都已经生效之后(例如，如上面参考图2所述的，它们的输出足以被用来确定一个或多个发动机运行参数)的时间段。
接下来，该方法可以包括在320处识别来自凸轮轴传感器(例如，凸轮轴传感器172)的凸轮轴位置。例如，该凸轮轴位置可以根据图1中示出的 VCT信号来识别。
接下来，该方法可以包括在322处根据经由凸轮轴传感器感应的凸轮轴位置且不根据经由马达编码器(例如，霍尔效应传感器、旋转编码器等)感应的凸轮轴位置控制发动机。在图1的发动机10中，经由马达控制器170感应并由CAM信号转发的凸轮轴位置可以随后经由凸轮轴传感器172和VCT 信号来感应。以此方式切换凸轮轴位置感应可以被执行，因为在一些实施例中，脉冲轮可以提供比若干个霍尔效应传感器更高的分辨率位置感应。在一些情景中，经由马达控制器提供的凸轮轴位置和经由凸轮轴传感器提供的凸轮轴位置之间可能存在差值。经由凸轮轴传感器提供的凸轮轴位置可以被选择来求解该差值，但是在其他示例中，该差值可以通过选择经由马达控制器提供的凸轮轴位置来求解，或通过执行适合的求平均值和/或筛选来求解。
作为在322处的发动机控制的一部分，该方法可以进一步包括部分基于在324处从凸轮传感器提供的凸轮轴位置确定起动模式之后被引入到燃烧室中的空气的量和相应的燃料充气。以此方式，可以通过在起动模式期间使用从马达位置推导的凸轮轴位置并在起动模式之后使用从凸轮轴传感器推导的凸轮轴位置估计空气引入来增加空气引入和相应的燃料充气被确定的精确度。因此，从VCT电动马达系统推导的凸轮轴位置可以被用来调节在发动机起动转动期间的燃料喷射，而从凸轮轴和曲轴传感器指示的不同的凸轮轴位置可以被用来调整起动转动之后的燃料喷射。本文中的调节燃料喷射可以包括基于估计的空气充气的调节，估计的空气充气可以基于质量空气流量传感器(例如，图1的传感器120)和歧管压力传感器(例如，图1的传感器122) 中的至少一个。估计的空气充气可以进一步基于在发动机起动转动期间从 VCT电动马达指示的凸轮轴位置和起动转动之后不同的凸轮轴位置来估计。
应该理解，方法300可以以各种适合的方式来修改。在一些实施例中，在起动模式已经结束并且起动转动已经停止之后，凸轮轴位置可以从马达控制器而不是凸轮轴传感器中来识别。在其他实施例中，凸轮轴位置可以从马达控制器被连续地转送至发动机控制器，即使发动机基于经由凸轮轴传感器感测的凸轮轴位置来控制。在一些实施例中，从马达控制器和凸轮轴传感器接收的凸轮轴位置都可以被用于控制发动机。
而且，期望的凸轮正时可以基于工况和曲轴传感器被发送到VCT电动马达系统。期望的凸轮正时的发送可以在发动机起动转动之后被执行，而在起动转动期间或之前，期望的凸轮位置的发送可以基于经由车辆网络(例如， CAN)传送的VCT电动马达系统凸轮轴位置。期望的凸轮轴位置的发送也可以经由车辆网络进行。
图4示出描述用于基于马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置之间的差值修正期望的凸轮轴位置的方法400的流程图。例如，方法400可以作为机器可读指令被储存在控制器12上，并且可以被CPU 102执行。而且，方法 400可以被用来根据基于来自马达控制器170的输出确定的凸轮轴位置和基于来自凸轮轴传感器172和曲轴传感器118的输出确定的凸轮轴位置之间的差值修正凸轮轴162的定位。
在该方法的402处，确定来自凸轮轴传感器的输出是否足够精确。如果来自凸轮轴传感器的输出连同其他数据(例如，来自曲轴传感器的输出)可以被用来确定凸轮轴的位置，那么该输出可以被认为是足够精确的。因为来自凸轮轴传感器的输出的精确度可以至少部分取决于发动机转速，可以确定发动机转速是否超过阈值转速。然而，可替换或附加的情况可以被估计，例如，来自凸轮轴传感器的输出的更新速度是否超过阈值。如果确定来自凸轮轴传感器的输出不够精确(NO)，那么方法返回到402。如果确定来自凸轮轴传感器的输出足够精确(YES)，那么方法前进到404。
接下来，在该方法的404处，ECU凸轮轴位置根据来自凸轮轴传感器和曲轴传感器的输出被确定。例如，ECU凸轮轴位置可以根据上面参考图2描述的方式来确定；，ECU凸轮轴位置的确定可以包括凸轮轴传感器输出和曲轴传感器输出的时间比较(temporalcomparison)。
接下来，在该方法的406处，马达控制器凸轮轴位置从被配置为使凸轮轴定相的电动马达的马达控制器接收。如上所述，马达控制器凸轮轴位置可以至少部分地根据来自马达控制器的内部编码器的输出来确定。
接下来，在该方法的408处，确定ECU凸轮轴位置和马达控制器凸轮轴位置之间的差值的绝对值是否超出阈值差值。本文中，超过阈值差值的这些凸轮轴位置之间的差值导致废气门定位的修正，否则该废气门定位可能是明显不精确的。如果确定ECU凸轮轴位置和马达控制器凸轮轴位置之间的绝对值的差值没有超过阈值差值(NO)，该方法返回404。如果相反地确定ECU 凸轮轴位置和马达控制器凸轮轴位置之间的绝对值的差超过阈值差值(YES)，该方法前进到410。
接下来，在该方法的410处，凸轮轴位置修正值基于408处确定的差值被确定和储存。例如，该修正值可以被储存在图1的ROM 106中。在一些示例中，凸轮轴位置修正值可以是与差值成比例的常量。修正值的存储有助于不能推导出修正值的工况期间(例如，在来自凸轮轴传感器和/或曲轴传感器的输出不可用或不够精确的期间)修正值的检索以及凸轮轴定位的修正。例如，修正值可以在第一行驶周期期间被确定和存储。发动机关闭可以终止第一行驶周期，而随后的发动机起动可以开启第一行驶周期之后的第二行驶周期。在第二行驶周期期间(例如，在发动起动转动期间)，在第一行驶周期期间确定的修正值可以被检索，从而允许在第二行驶周期期间确定的期望的凸轮轴位置的修正。
接下来，在该方法的412处，期望的凸轮轴位置根据一个或多个发动机和/或车辆工况来确定。期望的凸轮轴位置可以被选择以增加发动机输出和/ 或降低排放，并且可以例如至少部分地基于驾驶员需求扭矩来确定。
最后，在该方法的414处，基于在410处确定的凸轮轴位置修正值来修正在412处确定的期望的凸轮轴位置。在一些示例中，修正可以包括将凸轮轴位置修正值加到期望的凸轮轴位置，或从期望的凸轮轴位置减去凸轮轴位置修正值。修正后的期望的凸轮轴位置然后被发送到马达控制器，以驱动凸轮轴定位在修正的位置。在416处，期望的凸轮轴位置修正可以包括在410 处确定凸轮轴位置修正值之后，在发动机起动转动期间修正一个或多个期望的凸轮轴位置。例如，凸轮轴位置修正值可以在行驶周期期间被确定，在整个行驶周期期间，期望的凸轮轴位置可以根据修正值被修正。该修正值可以被存储，以便在发动机停止和随后的起动开始新的行驶周期以后，在新的行驶周期期间被确定的期望的凸轮轴位置并且特别是在起动转动期间被确定的那些期望的凸轮轴位置可以根据存储的修正值被修正。以此方式，通过消除马达控制器需要依赖凸轮轴和曲轴之间的默认相对位置，以上描述的由于在起动转动期间不精确的凸轮轴定位导致的问题可以被缓解。
应当了解，图4中示出的方法400的步骤可以被迭代地执行，使得期望的凸轮轴位置可以在整个发动机运行期间被连续地修正。而且，图3的方法 300可以被修改以利用经由方法400的执行而实施的期望的凸轮轴位置修正。例如，在306处由电动马达控制器驱动凸轮轴之前，期望的凸轮轴位置可以被确定，并且随后根据如上所述的马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置之间的差值来修正。修正可以包括检索储存的修正值。方法300可以如图3 中所述的前进直到完成步骤324，在那之后，凸轮轴位置可以从马达控制器(例如，经由从马达控制器170接收的CAM信号)接收。然后可以确定在306之前确定的马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置之间的差值是否超过阈值，如果是，则更新并且存储该修正值，并且通过更新的修正值最终修正随后确定的期望的凸轮轴位置。在一些示例中，马达控制器凸轮轴位置和ECU 凸轮轴位置可以被迭代地比较，并且如上所述，修正值在整个发动机运行期间被适当地推导。因此，发动机可以根据马达控制器凸轮轴位置和ECU凸轮轴位置且不排他地基于一个或另一个来控制。
图5示出描述用于控制无刷马达的方法500的流程图。例如，对于马达是无刷马达的实施例，方法500可以被用于控制电动马达166。该方法也被用于从马达位置推导凸轮轴位置，以便由发动机控制器(例如，图1的控制器 12)使用。
该方法可以包括在502处接收来自一个或多个霍尔效应传感器的转子旋转信号。如上所述，霍尔效应传感器可以被安装在稳定、固定的位置，并且被配置为根据磁通量的变化检测转子的旋转，该磁通量由被安装到马达的旋转部分(例如，轴)的直接磁体的通过旋转诱发，然而，霍尔效应传感器被连接到旋转部分同时磁体被放置在固定位置的实施例也是预期的。
接下来，该方法可以包括在504处解码在502处接收的转子旋转信号。在一些实施例中，每个转子旋转信号可以是采用两个值中的一个(例如，开或关/0或1)的二进制信号。解码转子旋转信号可以因此包括利用二进制解码来确定一个或多个霍尔效应传感器中的哪些正在工作(例如，输出1)。
接下来，该方法可以包括在506处根据在504处解码的解码转子旋转信号确定电力设备驱动信号。在一些示例中，每个解码转子旋转信号可以与适当的数据结构(例如，查找表)中的一个或多个电力设备驱动信号相关联，使得适当的驱动信号可以根据解码旋转信号来确定。
接下来，该方法可以包括在508处根据在506处确定的电力设备驱动信号来驱动马达的绕组。马达可以包括多个电力设备，每个均电力连接至马达的一个或多个绕组。驱动该电力设备因此可以将电流提供到其相应的绕组，进而诱发马达的转动运动，以获得期望的位置(例如，旋转取向)。
接下来，该方法可以包括在510处根据马达位置推导凸轮轴位置。马达位置可以是马达的绝对的旋转取向，并且可以以各种适合的方式被确定，例如，经由包括电位计的编码器来确定，其中电位计的电阻值随着角度变化。在一些示例中，马达位置可以替换或附加地从连接到由马达驱动的凸轮轴(例如，凸轮轴162)的曲轴(例如，图1的曲轴40)的位置中推导。凸轮轴位置然后可以按照上所述方式根据马达位置来推导。
接下来，该方法可以包括在512处将在510处推导的凸轮轴位置发送到发动机控制器。根据如上所述并在图3中示出的推导出的凸轮轴位置，可以确定用于控制发动机的一个或多个运行参数。
最后，该方法包括在514处确定是否期望的马达位置已经被获得。例如，期望的马达位置可能已经从发动机控制器发送到马达控制器。如果期望的马达位置已经被获得(YES)，该方法结束。如果期望的马达位置还没有被获得 (NO)，该方法返回502处。
图6示出描述根据图3的方法300操作的图1的发动机10的示例性行驶周期的一部分期间的运行参数的图形600。如图所示，该示例中的运行参数包括发动机转速(RPM)、马达位置(例如，由马达控制器170经由CAM信号指示)、凸轮轴位置(例如，由凸轮传感器172经由VCT信号指示)、连接到凸轮轴并且配置为选择性地改变凸轮轴的相位的电动马达(例如，电动马达 166)的输出轴的位置，以及保持在发动机的汽缸(例如，汽缸30)中的空气充气。
在发动机没有运转的有限持续时间之后，起动转动开始并且保持在图6 中经由阴影强调的整个持续时间602。从行驶周期开始直到时间604，来自凸轮轴传感器(例如，凸轮轴传感器172)的凸轮轴位置不可用，而来自马达控制器的凸轮轴位置可用。因此，从行驶周期开始直到时间604，诸如汽缸空气充气的各种发动机运行参数根据从马达控制器接收的凸轮轴位置来确定。在该时间期间确定的期望的凸轮轴位置可以通过检索储存的凸轮轴位置修正值来修正。然而，在时间604之后，来自于凸轮轴传感器的凸轮轴位置变得足够精确以便用于发动机控制的目的(在图中以虚线示出)。发动机运行参数确定然后可以同时考虑从马达控制器接收的凸轮轴位置和从凸轮轴传感器接收的凸轮轴位置—例如，通过计算这些凸轮轴位置之间的差值和推导修正值，通过该修正值来修正随后确定的期望的凸轮轴位置。
注意到，此处所包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。此处公开的控制方法和例程可以作为可执行指令被存储在永久性存储器中。此处所描述的具体例程可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所示的顺序执行，并行执行，或在某些情况条件下被省略。同样地，处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略，所示的动作和/或功能中的一个或多个可以被反复地执行。而且，所描述的动作可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机的永久性存储器中的代码。
应当理解，本文公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，因为多种变化是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来主张，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求，不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都认为被包含在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种操作车辆内发动机的凸轮轴的方法，所述方法包括：
在第一车辆行驶周期期间，仅在凸轮轴传感器的输出被确定为可用并且足够准确之后，包括在发动机转速超过阈值转速之后和在所述第一车辆行驶周期的起动转动之后，根据由所述凸轮轴传感器指示的凸轮轴位置和由耦连到所述凸轮轴的马达控制器指示的凸轮轴位置之间的差值确定修正值，所述第一车辆行驶周期通过发动机停机结束；以及
在所述第一车辆行驶周期之后的第二车辆行驶周期期间，从静止起动转动所述发动机，包括所述凸轮轴传感器的所述输出被确定为不可用并且不够准确之时，并且在所述起动转动期间，根据由所述马达控制器指示的凸轮轴位置并根据所述修正值调节所述凸轮轴。
2.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述凸轮轴包括从发动机控制器发送期望的凸轮轴位置到凸轮轴驱动器的所述马达控制器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述凸轮轴驱动器是电动马达。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述凸轮轴位置由所述凸轮轴驱动器的内部编码器指示。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望的凸轮轴位置进一步根据由所述凸轮轴传感器指示的所述凸轮轴位置和由所述凸轮轴驱动器指示的所述凸轮轴位置之间的差值确定。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望的凸轮轴位置进一步根据一个或多个发动机和/或车辆工况确定。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述凸轮轴传感器是可变磁阻传感器。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望的凸轮轴位置进一步根据由所述凸轮轴传感器指示的所述凸轮轴位置与来自曲轴传感器的输出的时间比较确定。
9.一种操作凸轮轴的方法，所述方法包括：
在第一车辆行驶周期期间，仅在凸轮轴传感器的输出被确定为可用并且足够准确之后，包括在发动机转速超过阈值转速之后和在所述第一车辆行驶周期的起动转动之后，所述第一车辆行驶周期通过发动机停机结束：
接收由凸轮轴驱动器指示的第一凸轮轴位置；
根据来自所述凸轮轴传感器的输出和来自曲轴传感器的输出确定第二凸轮轴位置；和
根据所述第一凸轮轴位置和所述第二凸轮轴位置之间的差值确定修正值；以及
在所述第一车辆行驶周期之后的第二车辆行驶周期期间，从静止起动转动发动机，包括所述凸轮轴传感器的所述输出被确定为不可用并且不够准确之时，并且在所述起动转动期间，根据由所述凸轮轴驱动器指示的凸轮轴位置并根据所述修正值调节所述凸轮轴。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括发送期望的凸轮轴位置到所述凸轮轴驱动器，以便由此将所述凸轮轴定位在所述期望的凸轮轴位置。
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