CN105649705B - 用于控制连续可变气门正时的方法和系统 - Google Patents

用于控制连续可变气门正时的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于控制连续可变气门正时的方法和系统，其可以包括：确定连续可变气门正时控制是否启动；当连续可变气门正时控制启动时，检测凸轮的位置并且检测曲柄轴的位置；基于凸轮和曲柄轴的位置来确定是否需要识别凸轮扭矩为正的或负的；当需要识别凸轮扭矩为正的或负的时，确定凸轮是否被控制为从锁定位置而位于提前位置或保持位置；以及当凸轮被控制为从锁定位置而位于提前位置或保持位置并且满足用于执行连续可变气门正时控制的条件时，确定凸轮扭矩是否为负的，并且当凸轮扭矩为负的时，在等待预定时间之后执行预定的连续可变气门正时控制。

Description

用于控制连续可变气门正时的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月2日提交的韩国专利申请第10-2014-0170355号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及用于控制连续可变气门正时(为方便起见，在下文中连续可变气门正时被称为“CVVT”)的方法和系统，且更具体而言，涉及这样的用于控制CVVT的方法和系统，其可以通过在CVVT初次运行时估计凸轮扭矩的方向性来防止由于CVVT根据负凸轮扭矩的延迟(或延迟角)而引起的发动机速度下降。
背景技术
一般而言，内燃机(其是通过从外部接收空气和燃料并将空气和燃料在燃烧室中燃烧来产生动力的装置)包括用于将空气和燃料吸入燃烧室的进气门以及用于将在燃烧室中燃烧的爆炸气体排出的排气门。进气门和排气门通过凸轮轴的旋转而打开或关闭，凸轮轴随着曲柄轴的旋转而旋转。
需要根据取决于车辆的行驶条件的发动机速度、发动机负载等来使得打开/关闭气门的正时不同，以增加发动机的效率。
特别地，打开/关闭进气门的正时对发动机的效率有很大的影响。这就是说，当进气门提前打开时，在高速下由于气门的重叠时段增加并且可以充分地使用进气/排气惯性流，所以发动机的效率增加，但是在低速下，由于残留气体的量增加，所以效率降低，从而碳氢化合物(HC)的排放量增加。
因此，已经研发并应用了被称为CVVT的技术：其不根据凸轮轴的旋转来设定凸轮轴的气门的重叠时段，而根据发动机的驱动状态来适当地控制气门正时。
CVVT是这样的装置(或系统)，其通过根据车辆的负载、发动机速度等，来改变凸轮轴在进气侧或排气侧的相位，从而连续地改变进气门或排气门的打开时间。换言之，CVVT改变了气门重叠时段。CVVT的目标是减少排放气体，提高性能以及使怠速稳定。
气门正时意指进气门或排气门打开或关闭的时段，以及进气过程是从进气门的打开到关闭的过程，而排气过程是在从排气门的打开到关闭的时段期间将排放气体排出的过程。打开或关闭气门的正时影响发动机的性能。
气门重叠意指进气门和排气门同时打开的时段。在通常的发动机中一旦设定了气门重叠的时段，则其在全部的发动机速度下被不变地使用，使得其在低发动机速度或高发动机速度下是不利的。
因此，匹配于发动机负载的气门重叠的控制相应地改进了发动机输出，使得CVVT装置或系统是利用所述控制的装置。
CVVT装置包括连续可变气门正时单元、作为机油供应设备的机油控制阀门(OCV)、机油温度传感器(OTS)、机油控制阀门过滤器、机油路径、自动张紧器等。
连续可变气门正时单元可以安装在例如排气侧的凸轮轴上，其内部包括壳体和转子，在壳体与转子叶片之间设置了提前(提前角)室和延迟(延迟角)室，并且机油经由OCV在内部流动，使得转子叶片移动。
此外，OCV是CVVT装置的核心设备，并且其根据发动机电子控制单元(ECU)的控制来通过改变从油泵供应并在连续可变气门正时单元中流动的发动机机油的路径，而控制气门打开/关闭的时间。
作为连续可变气门正时单元的工作液体的发动机机油的密度根据温度而改变。OTS测量发动机机油的温度，以在发动机机油流入OCV中之前补偿温度导致的发动机机油密度的改变量，并将测量的温度发送至ECU。ECU通过基于测量的温度来驱动OCV而补偿发动机机油密度的改变量。
此外，机油控制阀门过滤器将流至OCV的发动机机油中的杂质过滤，并且自动张紧器通过防止响应性的延误或偏离以及CVVT装置的功能中的问题来确保性能稳定性，所述自动张紧器是将在设置了CVVT装置的排气侧的凸轮轴的链轮与在进气侧的凸轮轴的链轮连接的链条的张力控制设备。
当CVVT装置将凸轮的位置控制为不在进气侧的最大延迟角或排气侧的最大提前角，而是在其之间时，该控制称为中间相位CVVT控制。根据中间相位CVVT控制，CVVT装置的运行响应性很好，并且可以加宽凸轮的使用范围，从而改进了燃料效率并实现了排放气体的减少。
如图1所示，当ECU 1施加脉冲宽度调制(PWM)信号至OCV 10时，OCV 10的柱塞12向目标位置移动，使得依据机油流动路径14而控制CVVT装置100的凸轮20的位置向着停放位置、延迟位置、保持位置或提前位置。换言之，机油流动路径14依据柱塞12的位置而改变，从而运行CVVT装置20。
依据PWM信号的占空值对柱塞12的位置进行控制。如图2所示，因为柱塞12的位置以停放位置(或止动位置、锁定位置)、延迟位置、保持位置和提前位置的顺序改变，所以CVVT装置的凸轮的位置依据柱塞的位置而受到控制。
在中间相位CVVT装置中，当发动机启动时，凸轮位于停放位置，当满足CVVT的运行条件时，ECU 1控制凸轮的位置。当ECU将凸轮的位置从停放位置控制到提前位置或保持位置时，机油流动改变为提前机油流动或保持机油流动而不经过延迟机油流动。该情况下，当在不利条件下机油在延迟机油流动路径中流动时，因为CVVT装置可能暂时延迟，所以发动机速度可能下降，启动稳定性可能变差，并且可能出现消费者抱怨。
此外，如图3所示，在用于车辆的发动机系统中，依据凸轮20的移动而产生凸轮扭矩。凸轮扭矩可以周期性地具有正值或负值。凸轮扭矩受设置在CVVT装置中的凸轮、链条设备、高压泵等的影响。
正的凸轮扭矩作用于CVVT装置的提前方向，负的凸轮扭矩作用于其延迟方向。
因此，当CVVT装置运行时，需要通过使用曲柄传感器和凸轮传感器来确定凸轮扭矩是正的还是负的而控制CVVT的运行条件。
在中间相位CVVT装置中，当发动机启动时，凸轮位于停放位置。在发动机启动之后，当中间相位CVVT装置初次运行，以及凸轮被控制并且从停放位置改变到提前位置或保持位置，以及此时延迟机油流动路径工作时，CVVT可能暂时延迟，从而发动机速度可能下降。该情况下，当凸轮扭矩为负的时，因为凸轮扭矩在作为不利条件的延迟方向上应用到凸轮，所以关于凸轮下冲(undershoot)和发动机速度下降的问题可能恶化。
公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供这样的用于控制CVVT的方法和系统，其通过在CVVT初次运行时估计凸轮扭矩的方向性，可以防止由于CVVT根据负凸轮扭矩的延迟(或延迟角)而引起的发动机速度的降低。
本发明的各个方面进一步致力于提供这样的用于控制CVVT的方法和系统，其可以通过在CVVT位于锁定位置并且CVVT的目标值设定在提前位置或保持位置时将凸轮扭矩的状态与运行CVVT的条件进行组合，在凸轮扭矩为负(-)的时限制CVVT的运行，以及在凸轮扭矩为正(+)的时运行CVVT，而根据发动机的特性和中间相位CVVT装置的流动路径的特性来最优地控制CVVT。
根据本发明的各个方面，用于控制连续可变气门正时(CVVT)的方法可以包括以下步骤：通过CVVT控制器来确定CVVT控制是否启动；当CVVT控制启动时，CVVT控制器通过凸轮传感器来检测凸轮的位置并且通过曲柄传感器来检测曲柄轴的位置；通过CVVT控制器来基于凸轮的位置和曲柄轴的位置而确定是否需要识别凸轮扭矩为正的或负的；当需要识别凸轮扭矩为正的或负的时，通过CVVT控制器来确定凸轮是否被控制为从锁定位置而位于提前位置或保持位置；以及当凸轮被控制为从锁定位置而位于提前位置或保持位置并且满足用于执行CVVT控制的条件时，通过CVVT控制器来确定凸轮扭矩是否为负的，并且当凸轮扭矩为负的时，在等待预定时间之后通过CVVT控制器来执行预定的CVVT控制。
该方法可以进一步包括，当凸轮扭矩为正的时通过CVVT控制器来立即执行预定的CVVT控制，其中CVVT控制是用于中间相位CVVT的控制。
预定时间可以是凸轮扭矩从负状态改变到正状态所花费的时间。
可以基于电池温度以及CVVT装置的机油温度和机油压力来设定执行CVVT控制的条件。
当需要识别凸轮扭矩为正的或负的时，凸轮可以位于锁定位置。
根据本发明的各个方面，用于控制连续可变气门正时(CVVT)的系统可以包括：凸轮传感器，其配置为检测凸轮的位置；曲柄传感器，其配置为检测曲柄轴的位置；CVVT装置，其设置有机油控制阀门和机油温度传感器；发动机电子控制装置(ECU)，其配置为控制发动机；以及CVVT控制器，其配置为基于凸轮传感器、曲柄传感器和ECU的信号来控制CVVT装置，其中，CVVT控制器由执行本发明的上述方法的预定程序来运行。
如上所述，根据本发明的各个实施方案，可以提供用于控制CVVT的方法和系统，其通过在CVVT初次运行时估计凸轮扭矩的方向性来防止由于CVVT根据负凸轮扭矩的延迟(或延迟角)而引起的发动机速度的降低。
此外，根据本发明的各个实施方案，可以提供用于控制CVVT的方法和系统，其通过在CVVT位于锁定位置并且CVVT的目标值设定在提前位置或保持位置时将凸轮扭矩的状态与运行CVVT的条件进行组合，在凸轮扭矩为负(-)的时限制CVVT的运行，以及在凸轮扭矩为正(+)的时运行CVVT，而根据发动机的特性和中间相位CVVT装置的流动路径的特性来最优地控制CVVT。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油能源的燃料)。本文所指的混合动力车辆为具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1是示出通常的CVVT装置的示意图。
图2是示出根据通常的CVVT装置的运行的凸轮的位置的曲线图。
图3是示出通常的凸轮扭矩的改变状态的曲线图。
图4是根据本发明的用于控制CVVT的示例性系统的框图。
图5是根据本发明的用于控制CVVT的示例性方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的各种实施方案，这些实施方案的示例被图示在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种可替选形式、修改形式、等同形式及其它实施方案。
图4为根据本发明的各个实施方案的用于控制CVVT的系统的框图。
根据本发明的各个实施方案的用于控制CVVT的系统考虑到凸轮扭矩的特性而控制中间相位CVVT。
根据本发明的各个实施方案的用于控制CVVT的系统包括：凸轮传感器22，其配置为检测凸轮20的位置；曲柄传感器55，其配置为检测曲柄轴50的位置；CVVT装置100，其设置有机油控制阀门和机油温度传感器；发动机电子控制单元(ECU)200，其配置为控制发动机(EG)；以及CVVT控制器210，其配置为基于凸轮传感器22、曲柄传感器55和ECU 200的信号来控制CVVT装置100。
凸轮20和曲柄轴50可以是通常包括在用于执行CVVT控制的发动机系统中的凸轮和曲柄轴。
凸轮传感器22和曲柄传感器55可以是通常包括在用于执行CVVT控制的发动机系统中的凸轮传感器和曲柄传感器，但是应当理解的是，本发明的范围不限于此。即使配置不同于上述配置，本发明的技术精神也可以应用到可以大致检测凸轮和曲柄轴的位置的任何配置。
CVVT装置100可以是用于执行中间相位CVVT控制的通常的中间相位CVVT装置。
CVVT控制器210是可以利用预定程序运行的一个或多个微处理器和/或包括微处理器的硬件，其中预定程序可以包括用于执行根据本发明的各个实施方案的下述的用于控制CVVT的方法的一系列命令。
如图4所示，CVVT控制器210可以包括在ECU 200中。另外，CVVT控制器210可以包括ECU 200。
下面，将参考附图详细地描述根据本发明各个实施方案的用于控制CVVT的方法。
图5为根据本发明的各个实施方案的用于控制CVVT的方法的流程图。
如图5所示，当发动机(EG)启动或运行时，CVVT控制器210确定CVVT控制是否启动(S110)。
如同本领域技术人员所公知的，发动机的启动和/或运行通过ECU200来控制，并且CVVT控制依据发动机的启动和/或运行来执行。
CVVT控制是否启动的确定可以根据现有技术来执行。
当在步骤S110中确定或识别了CVVT控制的启动时，CVVT控制器210通过凸轮传感器22来检测凸轮20的位置，并且通过曲柄传感器55来检测曲柄轴50的位置(S120和S130)。
当通过凸轮传感器22和曲柄传感器55分别检测了凸轮20的位置和曲柄轴50的位置时，CVVT控制器210确定是否需要基于凸轮的位置和曲柄轴的位置来识别凸轮扭矩为正的或负的(S140)。
换言之，CVVT控制器210基于检测的凸轮20的位置和检测的曲柄轴50的位置来确定是否需要确定或识别凸轮扭矩的状态。例如，CVVT控制器210可以将发动机启动时凸轮20位于锁定位置的情况，确定为需要确定凸轮扭矩的状态的运行模式。
当需要确定凸轮扭矩的状态时，就是说当需要确定凸轮扭矩为正的或负的时，CVVT控制器210确定凸轮20被从锁定位置控制到提前位置或保持位置(S150)。
例如，如同本领域技术人员所公知的，可以使用ECU 200的信号来确定凸轮20从锁定位置控制到提前位置或保持位置。
当凸轮20从锁定位置控制到提前位置或保持位置时，CVVT控制器210确定或识别是否满足用于CVVT控制的条件(S160)。
可以基于电池温度以及CVVT装置100的机油温度和机油压力来确定或识别是否满足用于CVVT控制的条件。
当在步骤S160中满足了用于CVVT控制的条件时，CVVT控制器210确定凸轮扭矩是否为正的(S170)。当在步骤S170凸轮扭矩为负的(即，非正的)时，CVVT控制器210在等待了预定时间之后执行预定的CVVT控制(S180和S190)。
如图3所示，预定时间可以是凸轮扭矩从负状态改变到正状态所花费的时间。
因此，根据本发明的各个实施方案，通过在CVVT初次运行时估计凸轮扭矩的方向性，能够防止由于CVVT根据负凸轮扭矩的延迟(或延迟角)而引起的发动机速度的降低。
当在步骤S170中凸轮扭矩为正的时，CVVT控制器210立即执行预定的CVVT控制(S190)。
换言之，当在步骤S170凸轮扭矩为正的时，CVVT控制器210可以执行根据常规技术的CVVT控制。
如上所述，根据本发明的各种实施方案，通过在CVVT位于锁定位置并且CVVT的目标值设定在提前位置或保持位置时将凸轮扭矩的状态与运行CVVT的条件进行组合，在凸轮扭矩为负(-)的时限制CVVT的运行，以及在凸轮扭矩为正(+)的时运行CVVT，而能够根据发动机的特性和中间相位CVVT装置的流动路径的特性来最优地控制CVVT。
前述对本发明的具体示例性实施方案所呈现的描述是为了说明和例证的目的。前面的描述并非旨在穷举，或者将本发明限制为所公开的精确形式，而显然的是，根据上述教导若干修改和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够利用并实现本发明的各种示例性实施方案及其各种可替选形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式来限定。

Claims (5)

1.一种用于控制连续可变气门正时的方法，所述方法包括：
通过连续可变气门正时控制器来确定连续可变气门正时控制是否启动；
当所述连续可变气门正时控制启动时，所述连续可变气门正时控制器通过凸轮传感器检测凸轮的位置并且通过曲柄传感器来检测曲柄轴的位置；
基于所述凸轮的位置和所述曲柄轴的位置，通过所述连续可变气门正时控制器来确定是否需要识别凸轮扭矩为正的或负的；
当需要识别所述凸轮扭矩为正的或负的时，通过所述连续可变气门正时控制器来确定凸轮是否被控制为从锁定位置位于提前位置或保持位置；以及
当凸轮被控制为从锁定位置位于提前位置或保持位置，并且满足用于执行连续可变气门正时控制的条件时，通过所述连续可变气门正时控制器来确定所述凸轮扭矩是否为负的，并且当所述凸轮扭矩为负的时，在等待预定时间之后通过所述连续可变气门正时控制器来执行预定的连续可变气门正时控制，所述预定时间是所述凸轮扭矩从负状态改变到正状态所花费的时间。
2.根据权利要求1所述的用于控制连续可变气门正时的方法，进一步包括，当所述凸轮扭矩为正的时，通过所述连续可变气门正时控制器来执行预定的连续可变气门正时控制，
其中，所述连续可变气门正时控制是用于中间相位连续可变气门正时的控制。
3.根据权利要求1所述的用于控制连续可变气门正时的方法，其中，基于电池温度以及连续可变气门正时装置的机油温度和机油压力来设定执行所述连续可变气门正时控制的条件。
4.根据权利要求1所述的用于控制连续可变气门正时的方法，其中，当需要识别凸轮扭矩为正的或负的时，凸轮位于锁定位置。
5.一种用于控制连续可变气门正时的系统，所述系统包括：
凸轮传感器，其配置为检测凸轮的位置；
曲柄传感器，其配置为检测曲柄轴的位置；
连续可变气门正时装置，其设置有机油控制阀门和机油温度传感器；
发动机电子控制装置，其配置为控制发动机；以及
连续可变气门正时控制器，其配置为基于所述凸轮传感器、所述曲柄传感器和所述发动机电子控制装置的信号来控制所述连续可变气门正时装置，
其中，所述连续可变气门正时控制器由执行权利要求1的方法的预定程序来运行。
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