CN107762584A - 用于调节凸轮轴的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于调节凸轮轴的方法和系统。描述了用于校正可变气门正时发动机的发动机进气凸轮轴位置和发动机排气凸轮轴位置的系统和方法。在一个示例中,在马达/发电机以预定速度旋转发动机而不向发动机供应燃料时对发动机的进气歧管压力进行采样。观察最小进气歧管压力情况下的凸轮轴角度是用于校正凸轮轴位置的基础。

Description

用于调节凸轮轴的方法和系统
技术领域
本说明书涉及用于操作包括具有可变气门正时的发动机的动力传动系的方法和系统。该方法和系统对于包括发动机和带集成的起动机/发电机和/或马达/发电机的混合动力车辆可以是特别有用的。
背景技术
内燃发动机可以包括可调节的进气凸轮轴和/或可调节的排气凸轮轴。进气凸轮轴和排气凸轮轴的可调节性提供了用于改善发动机性能、排放和燃料经济性的机会。然而,如果凸轮轴没有被正确地定位,则可能不能充分实现可变气门正时的效益。凸轮轴和凸轮轴致动器的制造变化可能引起凸轮轴定位误差。进一步地,凸轮轴和凸轮轴致动器在发动机中的安装可能引起凸轮轴定位误差。如果发动机控制器被编程有基于研发发动机的期望的凸轮轴位置,并且如果当被命令到同一位置时,产品发动机的凸轮轴和凸轮轴致动器与研发发动机的凸轮轴和凸轮轴致动器不同地定位,则产品发动机的性能、排放和燃料经济性可能降低。因此,期望提供一种校正进气凸轮轴和排气凸轮轴定位误差的方法。
发明内容
发明人在此已经认识到上述问题并且已经研发了一种发动机操作方法,其包括:响应于第二发动机的预定凸轮轴位置与第一发动机的第二凸轮轴位置之间的误差,经由控制器调节第一发动机的第一凸轮轴位置;以及经由控制器将第一发动机的凸轮轴移动到经调节的第一凸轮轴位置。
通过响应于第二发动机的预定凸轮轴位置和第一发动机的第二凸轮轴位置之间的误差调节第一发动机的第一凸轮轴位置,提供下列技术效果是有可能的:提供调节第一发动机的凸轮轴正时以匹配第二发动机的凸轮轴正时使得第一发动机的性能、排放和燃料经济性更紧密地匹配第二发动机的性能、排放和燃料经济性。例如,提供第二发动机的期望的性能、排放和燃料经济性的凸轮轴正时可以被存储在第一发动机的控制器的存储器中。可以基于第一发动机的进气歧管压力为最小值的情况下的凸轮轴角度调节存储在存储器中的凸轮轴正时。将第一发动机的进气歧管压力为最小值的情况下的凸轮轴角度与第二发动机的进气歧管压力为最小值的情况下的凸轮轴角度进行比较。基于该比较调节存储在存储器中的凸轮轴正时。以这种方式,即使在发动机系统中存在一些制造变化时,也可以将一个发动机的凸轮轴正时与不同发动机的凸轮轴正时相匹配。
本描述可以提供若干优点。例如,该方法可以改善车辆性能、燃料经济性和排放。进一步地,该方法可以降低一组车辆内的性能、燃料经济性和排放变化。更进一步地,该方法可以在道路上或者制造或测试设施内的车辆中执行。
当单独采用或连同附图时,从以下的具体实施方式中将容易地显然看出本说明书的上述优点和其它优点及特征。
应当理解,提供上述的总结以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的概念的选择。这不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征,其范围由所附的权利要求唯一地定义。此外,所要求保护的主题不限于解决上述或本公开的任何部分中的任何缺点的实现。
附图说明
当单独采用或参考附图时,通过阅读在本文称为具体实施方式的实施例的示例,将更全面地理解本文所描述的优点,其中:
图1是发动机的示意图;
图2是混合动力车辆传动系的示意图;
图3A和图3B示出发动机进气歧管压力与排气凸轮轴位置的示例图;
图4示出凸轮轴定位系统的框图;以及
图5描述了一种用于调节凸轮轴正时的方法。
具体实施方式
本说明书涉及调节车辆的发动机的凸轮轴正时。发动机可以包括进气凸轮轴和排气凸轮轴,如图1所示。发动机可以被包括在如图2所示的混合动力车辆的动力传动系中。相对于一系列凸轮轴位置的发动机的进气歧管压力可以表示为如图3A和图3B所示的曲线。凸轮轴可以经由如图4所示的控制器操作。图1和图2的系统可以根据图5的方法操作以匹配两个不同发动机之间的凸轮轴正时。
参考图1,包括多个汽缸的内燃发动机10由电子发动机控制器12控制,该多个汽缸中的一个汽缸在图1中示出。发动机10包括汽缸盖35和缸体33,其包括燃烧室30和汽缸壁32。活塞36被定位在其中并经由到曲轴40的连接往复运动。飞轮97和环齿轮99被联接到曲轴40。可选的起动机96(例如,低电压(以小于30伏操作的)电机)包括小齿轮轴98和小齿轮95。小齿轮轴98可以选择性地推进小齿轮95以啮合环齿轮99。起动机96可以被直接安装在发动机的前部或发动机的后部。在一些示例中,起动机96可以经由带或链选择性地向曲轴40供应扭矩。在一个示例中,起动机96在不与发动机曲轴啮合时处于基准状态。
燃烧室30被示出为经由相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮轴51和排气凸轮轴53操作。进气凸轮轴51的位置可以由进气凸轮轴传感器55确定。排气凸轮轴53的位置可以由排气凸轮轴传感器57确定。进气凸轮轴51的位置可以经由进气凸轮轴调相装置(intake camshaft phasingdevice)59相对于曲轴40的位置移动。排气位置凸轮轴53可以经由排气凸轮轴调相装置(exhaust camshaft phasing device)58相对于曲轴的位置移动。进气凸轮轴调相装置58和排气凸轮轴调相装置59可以是电控液压操作的装置。
燃料喷射器66被示经定位将燃料直接喷射到汽缸30中,这是本领域技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的脉冲宽度成比例地输送液体燃料。燃料通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨(未示出)的燃料系统(未示出)被输送到燃料喷射器66。在一个示例中,可以使用高压双级燃料系统以产生较高的燃料压力。
此外,进气歧管44被示出为与涡轮增压器压缩机162和发动机进气装置42连通。在其他示例中,压缩机162可以是机械增压器压缩机。轴161将涡轮增压器涡轮164机械地联接到涡轮增压器压缩机162。可选的电子节气门62调节节流板64的位置以控制从压缩机162到进气歧管44的气流。增压室45中的压力可以被称为节气门入口压力,因为节气门62的入口位于增压室45内。节气门出口在进气歧管44中。在一些示例中,节气门62和节流板64可以被定位在进气门52和进气歧管44之间,使得节气门62是进气道节气门(port throttle)。废气门163可以经由控制器12调节,以允许排出气体选择性地绕过涡轮164以控制压缩机162的速度。空气过滤器43清洁进入发动机进气装置42的空气。
抽吸器或文丘里管(venturi)65从增压室45接收加压空气,使得在抽吸器85中形成低的低压区域。低压区域使得空气从真空容器89(未示出的联接管道)流到抽吸器85并与加压空气一起进入进气歧管44中。阀47控制加压空气通过抽吸器65的流动,使得当阀47关闭时停用抽吸器65,并且当阀47打开并且正压力在增压室45中时,抽吸器65可以提供真空。当进气歧管44中的压力低于真空容器89中的压力时,空气也可以从真空容器89被抽入进气歧管44中。真空容器89向真空消耗器87提供真空。真空消耗器可以包括但不限于制动助力器、废气门致动器和车辆气候控制系统。阀91可以被关闭以停止空气从真空容器89流入进气歧管44中。进气歧管44还可以向用于储存来自燃料箱(未示出)的燃料蒸汽的碳填充滤罐81提供真空。阀93可以被关闭以停止空气从碳填充滤罐81流入进气歧管44中。
废气可以经由导管95和废气再循环(EGR)阀77从排气歧管48再循环到进气歧管44。进气歧管还可以经由曲轴箱通风阀78和曲轴箱排气管线73接收曲轴箱气体。
无分电器点火系统88响应于控制器12经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。通用废气氧(UEGO)传感器126被示为在催化转化器70上游被联接到排气歧管48。可替换地,双态排气氧传感器可以代替UEGO传感器126。
在一个示例中,转换器70可以包括多个催化剂砖。在另一示例中,可以使用各自具有多个砖的多个排放控制装置。在一个示例中,转换器70可以是三元型催化剂。
在图1中将控制器12示为常规的微型计算机,其包括:微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器(ROM)106(例如,非暂时性存储器)、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和常规数据总线。除了先前论述的那些信号之外,控制器12还被示为接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号,包括:来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);联接到加速器踏板130以便感测由人类驾驶员132施加的力的位置传感器134;联接到制动踏板150以便感测由人类驾驶员132施加的力的位置传感器154,来自联接到进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值;来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器;来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量值;以及来自传感器68的节气门位置的测量值。还可以感测大气压力(传感器未示出)以便由控制器12进行处理。在本说明书的优选方面,发动机位置传感器118在曲轴的每一转产生预定数量的等间隔脉冲,根据该等间隔脉冲可以确定发动机转速(RPM)。
在操作期间,发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环:该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程中,通常,排气门54关闭,进气门52打开。空气经由进气歧管44被引入燃烧室30中,并且活塞36移动到汽缸的底部,以便增加燃烧室30内的容积。在活塞36靠近汽缸的底部并在其冲程结束时(例如,当燃烧室30处于其最大容积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。
在压缩冲程期间,进气门52和排气门54关闭。活塞36朝向汽缸盖移动,以便压缩燃烧室30内的空气。活塞36在其冲程结束时并且最靠近汽缸盖处(例如,当燃烧室30处于其最小容积时)的点通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在下文称为喷射的过程中,将燃料引入燃烧室中。在下文中称为点火的过程中,喷射的燃料由已知的点火装置诸如火花塞92点燃,引起燃烧。
在膨胀冲程期间,膨胀气体将活塞36推回BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后,在排气冲程期间,排气门54打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48,并且活塞返回到TDC。要注意的是,以上内容仅作为示例被示出,并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变,诸如以提供正或负的气门重叠、延迟的进气门关闭或各种其它示例。
图2是包括动力传动系或传动系200的车辆225的框图。图2的动力传动系包括图1所示的发动机10。动力传动系200被示为包括车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254、储能装置控制器253和制动器控制器250。控制器可以通过控制器区域网络(CAN)299进行通信。控制器中的每一个可以向其他控制器提供信息,诸如扭矩输出限制(例如,被控制不被超过的装置或部件的扭矩输出)、扭矩输入限制(例如,被控制的装置或部件的扭矩输入不被超过)、被控制装置的扭矩输出、传感器和致动器数据、诊断信息(例如关于劣化的变速器的信息、关于劣化的发动机的信息、关于劣化的电机的信息、关于劣化的制动器的信息)。进一步地,车辆系统控制器255可以向发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250提供命令,以实现基于车辆工况的驾驶员输入请求和其他请求。
例如,响应于驾驶员释放加速器踏板和车辆速度,车辆系统控制器255可以请求期望的车轮扭矩或车轮功率水平以提供期望的车辆减速速率。期望的车轮扭矩可以通过车辆系统控制器255请求来自电机控制器252的第一制动器扭矩和来自制动器控制器250的第二制动器扭矩来提供,第一扭矩和第二扭矩在车辆车轮216处提供期望的制动扭矩。
在其他示例中,控制动力传动系装置的划分可以与图2所示地不同地划分。例如,单个控制器可以代替车辆系统控制器255、发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250。可替换地,车辆系统控制器255和发动机控制器12可以是单个单元,而电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250是独立的控制器。
在该示例中,动力传动系200可以由发动机10和电机240提供动力。在其他示例中,可以省略发动机10。发动机10可以用图1所示的发动机起动系统、经由带驱动的集成起动机/发电机(BISG)219或经由传动系集成起动机/发电机(ISG)240(也称为马达/发电机)来起动。传动系ISG 240(例如,高电压(以大于30伏操作的)电机)也可以被称为电机、马达和/或发电机。进一步地,发动机10的扭矩可以经由诸如燃料喷射器、节气门等扭矩致动器204进行调节。
BISG经由带231机械联接到发动机10。BISG可以联接到曲轴40或凸轮轴(例如51或53)。当经由电能存储装置275供应电力时,BISG可以作为马达操作。BISG可以作为向电能存储装置275供应电力的发电机操作。
发动机输出扭矩可以通过双质量飞轮215被传送到动力传动系分离离合器235的输入侧或第一侧。分离离合器236可以被电动致动或液压致动。分离离合器236的下游侧或第二侧234被示为被机械地联接到ISG输入轴237。
可以操作ISG 240以向动力传动系200提供扭矩,或者在再生模式中将动力传动系扭矩转换成要储存在电能存储装置275中的电能。ISG 240与能量存储装置275电连通。ISG240具有比图1所示的起动机96或BISG 219更高的输出扭矩容量。进一步地,ISG 240直接驱动动力传动系200或直接由动力传动系200驱动。没有带、齿轮或链将ISG 240联接到动力传动系200。相反,ISG 240以与动力传动系200相同的速率旋转。电能存储装置275(例如,高电压电池或电源)可以是电池、电容器或电感器。ISG 240的下游侧经由轴241被机械联接到扭矩转换器206的叶轮285。ISG 240的上游侧被机械地联接到分离离合器236。ISG 240可以经由根据电机控制器252指示的作为马达或发电机操作来向动力传动系200提供正扭矩或负扭矩。
扭矩转换器206包括向输入轴270输出扭矩的涡轮机286。输入轴270将扭矩转换器206机械地联接到自动变速器208。扭矩转换器206还包括扭矩转换器旁路锁止离合器212(TCC)。当TCC锁定时,扭矩被直接从叶轮285传递到涡轮机286。TCC由控制器254电操作。可替换地,TCC可以被液压锁定。在一个示例中,扭矩转换器可以被称为变速器的部件。
当扭矩转换器锁止离合器212完全脱离时,扭矩转换器206经由扭矩转换器涡轮机286和扭矩转换器叶轮285之间的流体传递将发动机扭矩传递到自动变速器208,从而实现扭矩倍增。相反,当扭矩转换器锁止离合器212完全接合时,发动机输出扭矩经由扭矩转换器离合器被直接传递到变速器208的输入轴270。可替换地,扭矩转换器锁止离合器212可以部分接合,从而使得能够调节直接传送到变速器的扭矩量。变速器控制器254可以经配置以响应于各种发动机工况或者根据基于驾驶员的发动机操作请求通过调节扭矩转换器锁止离合器来调节由扭矩转换器212传送的扭矩的量。
扭矩转换器206还包括泵283,其对流体进行加压以操作分离离合器236、前离合器210和齿轮离合器211。泵283经由叶轮285驱动,叶轮285以与ISG 240相同的速度旋转。
自动变速器208包括齿轮离合器(例如,齿轮1-10)211和前离合器210。自动变速器208是固定比率变速器。齿轮离合器211和前离合器210可以被选择性地接合以改变输入轴270的实际总转数与车轮216的实际总转数的比率。齿轮离合器211可以通过经由换档控制电磁阀209调节供给到离合器的流体而接合或分离。来自自动变速器208的扭矩输出也可以被传送到车轮216,以经由输出轴260推动车辆。具体地,自动变速器208可以响应于在将输出驱动扭矩传送到轮216之前的车辆行驶状况而在输入轴270处传递输入驱动扭矩。变速器控制器254选择性地启用或接合TCC 212、齿轮离合器211和前离合器210。变速器控制器还选择性地停用或脱离TCC 212、齿轮离合器211和前离合器210。
进一步地,通过接合摩擦车轮制动器218可以将摩擦力施加到车轮216上。在一个示例中,摩擦车轮制动器218可以响应于驾驶员将他的脚压在制动器踏板(未示出)和/或响应于制动器控制器250内的指令而被接合。进一步地,制动器控制器250可以响应于由车辆系统控制器255所产生的信息和/或请求应用制动器218。以相同的方式,通过响应于驾驶员将他的脚从制动器踏板释放、制动器控制器指令和/或车辆系统控制器指令和/或信息脱离车轮制动器218来减小到车轮216的摩擦力。例如,车辆制动器可以经由控制器250向车轮216施加摩擦力,作为自动发动机停止过程的一部分。
响应于加速车辆225的请求,车辆系统控制器可以从加速踏板或其他装置获得驾驶员需求扭矩或动力请求。车辆系统控制器255然后将所请求的驾驶员需求扭矩的一部分分配给发动机并且将剩余部分分配给ISG或BISG。车辆系统控制器255请求来自发动机控制器12的发动机扭矩和来自电机控制器252的ISG扭矩。如果ISG扭矩加上发动机扭矩小于变速器输入扭矩极限(例如,不被超过的阈值),则扭矩被输送到扭矩转换器206,扭矩转换器206然后将至少一部分所请求的扭矩传送到变速器输入轴270。变速器控制器254响应于可以基于输入轴扭矩和车辆速度的换档计划和TCC锁止计划,选择性地锁定扭矩转换器离合器212并经由齿轮离合器211接合齿轮。在可能期望对电能存储装置275进行充电的一些情况下,可以在存在非零驾驶员需求扭矩时请求充电扭矩(例如,负的ISG扭矩)。车辆系统控制器255可以请求增加的发动机扭矩以克服充电扭矩从而满足驾驶员需求扭矩。
响应于减速车辆225并提供再生制动的请求,车辆系统控制器可以基于车辆速度和制动器踏板位置提供负的期望车轮扭矩。然后,车辆系统控制器255将负的期望车轮扭矩的一部分分配给ISG 240(例如,期望的动力传动系车轮扭矩),并将剩余部分分配给摩擦制动器218(例如,期望的摩擦制动器车轮扭矩)。进一步地,车辆系统控制器可以通知变速器控制器254车辆处于再生制动模式,使得变速器控制器254基于唯一的换挡计划切换齿轮211,以提高再生效率。ISG 240向变速器输入轴270供应负扭矩,但是由ISG 240提供的负扭矩可以由输出变速器输入轴负扭矩极限(例如,不被超过的阈值)的变速器控制器254限制。进一步地,基于电能存储装置275的操作状况,车辆系统控制器255或电机控制器252可以限制ISG 240的负扭矩(例如,被约束为小于阈值负阈值扭矩)。由于变速器或ISG极限,可能不会由ISG 240提供的期望的负车轮扭矩的任何部分可以分配给摩擦制动器218,使得通过来自摩擦制动器218和ISG 240的负车轮扭矩的组合提供期望的车轮扭矩。
因此,各种动力传动系部件的扭矩控制可以由车辆系统控制器255用经由发动机控制器12、电机控制器252、变速器控制器254和制动器控制器250所提供的发动机10、变速器208、电机240和制动器218的局部扭矩控制来监控。
作为一个示例,发动机扭矩输出可以通过控制节气门开度和/或气门正时、用于涡轮增压或机械增压发动机的气门升程和增压调节火花正时、燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和/或空气充气的组合来控制。在柴油机的情况下,控制器12可以通过控制燃料脉冲宽度、燃料脉冲正时和空气充气的组合来控制发动机扭矩输出。在所有情况下,发动机控制可以逐汽缸地执行,以控制发动机扭矩输出。
如本领域已知的那样,电机控制器252可以通过调节流到和流自ISG的场和/或电枢绕组的电流控制来自ISG 240的扭矩输出和电能产生。
变速器控制器254经由位置传感器271接收变速器输入轴位置。变速器控制器254可以经由在预定的时间间隔内对来自位置传感器271的信号求微分或对多个已知的角距离脉冲进行计数,将变速器输入轴位置转换成输入轴速度。变速器控制器254可以从扭矩传感器272接收变速器输出轴扭矩。可替换地,传感器272可以是位置传感器或扭矩和位置传感器。如果传感器272是位置传感器,则控制器254可以对预定时间间隔内的轴位置脉冲进行计数,以确定变速器输出轴速度。变速器控制器254还可以对变速器输出轴速度求微分以确定变速器输出轴的加速度。变速器控制器254、发动机控制器12和车辆系统控制器255也可以接收来自传感器277的附加传动信息,传感器277可以包括但不限于泵输出管线压力传感器、传动液压传感器(例如,齿轮离合器流体压力传感器)、ISG温度传感器以及BISG温度传感器和环境温度传感器。
制动器控制器250经由车轮速度传感器221接收车轮速度信息,并从车辆系统控制器255接收制动请求。制动器控制器250还可以直接或通过CAN 299从图1所示的制动器踏板传感器154接收制动器踏板位置信息。制动器控制器250可以响应于来自车辆系统控制器255的车轮扭矩命令提供制动。制动器控制器250还可以提供防滑和车辆稳定性制动,以改善车辆制动和稳定性。由此,制动器控制器250可以向车辆系统控制器255提供车轮扭矩极限(例如,不被超过的阈值负车轮扭矩),使得负的ISG扭矩不会引起超过车轮扭矩极限。例如,如果控制器250发出50N-m的负车轮扭矩限制,则ISG扭矩被调节以在车轮处提供小于50N-m(例如,49N-m)的负扭矩,包括考虑变速器齿轮装置。
在其他示例中,发动机10可以被联接到在发动机10没有接收燃料时使发动机10旋转的电测力仪。在其他示例中,发动机10可以与并联或串联混合动力传动系的马达连通。因此,可以在不同的设置中修改用于非参考发动机的凸轮轴正时。
示出了参考发动机201,并且其是存储在图4所示的进气凸轮轴图和排气凸轮轴图(例如,402和406)中的凸轮轴位置的基础,其被存储在控制器12的存储器中。参考发动机201的发动机性能、排放和燃料经济性测试可以是用于存储在图中的凸轮轴度数值的基础。
图1和图2的系统提供了一种系统,其包括:发动机;联接到发动机的变速器;电机;以及车辆系统控制器,其包括存储在非瞬时存储器中的可执行指令,用于使发动机以恒定的预定速度旋转而不向发动机供应燃料,以及在使发动机以恒定的预定速度旋转时基于进气歧管压力为最小值的情况下的曲轴角度来调节发动机的凸轮轴的位置。该系统进一步包括用于基于在使发动机以恒定的预定速度旋转而不向发动机供应燃料时所采样的多个进气歧管压力确定直线等式(an equation of a line)的附加指令。
在一些示例中,该系统进一步包括在使发动机以恒定的预定速度旋转而不向发动机供应燃料时用于使恒定的空气量流过发动机的附加指令。该系统进一步包括抽吸器,并且其中恒定的空气量的至少一部分流过抽吸器。该系统进一步包括EGR阀和用于在使发动机以恒定的预定速度旋转而不向发动机供应燃料时关闭EGR阀的附加指令。该系统进一步包括滤罐净化阀和用于在使发动机以恒定的预定速度旋转而不向发动机供应燃料时关闭滤罐净化阀的附加指令。
现在参考图3A和图3B,示出了进气歧管压力与凸轮轴位置的示例曲线图。该曲线图示出了用于校正产品发动机的凸轮轴位置的方式,该产品发动机包括具有基于研发发动机的操作的凸轮轴位置的映射的控制器。
参考图3A和图3B的曲线图,垂直轴表示发动机进气歧管绝对压力(MAP),并且MAP在垂直轴箭头的方向上增加。水平轴表示以凸轮轴从0度的基准位置前进的度数(degree)为单位的凸轮轴位置。凸轮轴前进沿水平轴箭头方向增加。曲线302显示用于研发发动机或参考发动机的MAP与命令的排气凸轮轴位置。曲线304示出了用于非参考发动机或其凸轮轴位置被校正的发动机的MAP与命令的排气凸轮轴位置。
曲线302在320处具有最小值,并且其在321处与垂直轴相交。曲线304在330处具有最小值,并且其在331处与垂直轴相交。曲线304在水平方向上偏离曲线302大约三度。因此,如果非参考发动机的凸轮轴被命令十个凸轮轴度数,则其实际上被定位在对应于参考发动机的十三个凸轮轴度数的位置处。因此,非参考发动机凸轮轴被定位得偏离其应当被定位的位置处三度。因此,非参考发动机的性能、排放和燃料经济性可能会降低。
经由以相同的预定速度旋转参考发动机和非参考发动机而不向相应的发动机提供燃料来产生曲线302和曲线304。参考发动机的MAP被记录在选择的排气凸轮轴位置处。同样地,非参考发动机的MAP被记录在选择的排气凸轮轴位置处。将最小二乘曲线拟合应用于参考发动机的MAP和排气凸轮轴数据以产生曲线302。类似地,将最小二乘曲线拟合应用于非参考发动机的MAP和排气凸轮轴数据以产生曲线304。
图3B中的曲线图示出了与曲线302对准的曲线304。曲线304通过从曲线304的值中加上负的三个凸轮轴度数的偏移与曲线302对准。在一个示例中,可以经由找到曲线302的最小值和曲线304的最小值确定偏移。曲线304的偏移值可以通过从对应于曲线302的最小MAP的曲轴度数中减去对应于曲线304的最小MAP的凸轮轴度数来找到。另外,在一些示例中,当最小MAP对应于多于单个凸轮轴位置时,可以通过偏移曲线304直到其在与曲线302相交于垂直轴相同的点处与垂直轴相交来使曲线304朝向与曲线302重叠的位置移动。具体地,如图3B所示,曲线304被向左偏移某一偏移凸轮轴角度量,直到曲线304在321处与垂直轴相交。以这种方式,非参考发动机的命令的凸轮轴位置被调节以匹配参考发动机的凸轮轴位置,使得非参考发动机可以类似于参考发动机执行。
现在参考图4,示出了凸轮轴控制系统400的一部分的框图。凸轮轴控制系统400可以被包括在图1和图2的系统中。进一步地,图4所示的凸轮轴控制系统400可以与图5的方法配合。表示凸轮轴控制系统400的指令可以被存储在图1所示的控制器12的存储器上。
发动机转速和期望的发动机扭矩被用于索引进气凸轮轴映射402和排气凸轮轴映射406。进气凸轮轴映射402和排气凸轮轴映射406包括和输出凭经验确定的曲轴位置,其改善用于索引相应的映射的发动机速度和期望的发动机扭矩下的发动机操作。基于发动机转速和期望的发动机扭矩,进气凸轮轴位置表402输出进气凸轮轴位置(例如,从基准位置前进十度),并且排气凸轮轴位置表406输出排气凸轮轴位置(例如,从基准位置前进五度)。进气凸轮轴映射和排气凸轮轴映射中的值(例如,表格或函数)可以来自参考发动机。
进气凸轮轴偏移403在求和结合点403a处被添加到从进气凸轮轴表402输出的进气凸轮轴位置。此外,排气凸轮轴偏移407在求和结合点407a处被添加到从排气凸轮轴表406输出的排气凸轮轴位置。经调节的进气凸轮轴位置被用于索引进气凸轮轴传递函数404,并且传递函数404输出具有基于经调节的进气凸轮轴位置的脉冲宽度的电信号。同样地,经调节的排气凸轮轴位置被用于索引排气凸轮轴传递函数408,并且传递函数408输出具有基于经调节的排气凸轮轴位置的脉冲宽度的电信号。传递函数404和传递函数408包括提供经调节的进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置的凭经验确定的脉冲宽度值。
对非参考发动机的进气凸轮轴的偏移校正可以被用来调节进气凸轮轴偏移403的值。例如,如果非参考发动机进气凸轮轴偏移值是三个凸轮轴度数,则进气凸轮轴偏移403的初始零值可以被替换值三。对非参考发动机的排气凸轮轴的偏移校正可以被用来调节排气凸轮轴偏移407的值。例如,如果非参考发动机排气凸轮轴偏移值为五个凸轮轴度数,则排气凸轮轴偏移407的初始零值可以被替换为值五。
可替换地,可以通过进气凸轮轴偏移来调节(例如增大或减小)存储在进气凸轮轴表402中的所有凭经验确定的值,以调节非参考发动机的进气凸轮轴操作,从而像参考发动机的进气凸轮轴操作那样操作。同样地,可以通过排气凸轮轴偏移来调节(例如,增大或减少)存储在排气凸轮轴表407中的所有凭经验确定的值,以调节非参考发动机的排气凸轮轴操作,以像参考发动机的排气凸轮轴操作那样操作。
现在参考图5,示出了用于操作具有可变气门正时的发动机的方法的示例流程图。图5的方法可以并入到图1和图2的系统中并且可以与图1和图2的系统配合。进一步地,图5的方法的至少一部分可以作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令被并入,而该方法的其他部分可以经由转换物理世界中的装置和致动器的操作状态的控制器执行。图5的方法可以经由控制器和非参考发动机执行。
在502处,方法500判断是否存在用于验证和/或校正非参考发动机的凸轮轴位置的状况。在一个示例中,当人类技术员请求凸轮轴位置调节时,存在用于验证和/或校正非参考发动机的凸轮轴位置的状况。在另一个示例中,当车辆在其变速器结合驻车(park)或空挡的情况下停下时,存在用于验证和/或校正非参考发动机的凸轮轴位置的状况。进一步地,方法500可以要求发动机处于其标称的温暖操作温度。如果方法500判定请求凸轮轴位置调节,则答案为是,并且方法500进行到504。否则,则答案为否,并且方法500进行到580。
在580处,方法500根据发动机速度、发动机扭矩以及经由方法500所确定的现有的进气凸轮轴偏移值和排气凸轮轴偏移值对进气凸轮轴和排气凸轮轴进行定位。例如,如果人类驾驶员在2000RPM的发动机转速下请求100N-m的扭矩,则基于100N-m和2000RPM从表格或函数输出进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置。进气凸轮轴表和排气凸轮轴表中的值可以来自参考发动机。进气凸轮轴偏移值和排气凸轮轴偏移值被添加到从表格或函数输出的值,并且经由电脉冲宽度调制信号命令进气凸轮轴调相装置和排气凸轮轴调相装置。进气凸轮轴调相装置和排气凸轮轴调相装置相对于发动机曲轴调节进气凸轮轴和排气凸轮轴。在其他示例中,进气凸轮轴偏移值和排气凸轮轴偏移值可以被添加到存储在进气映射和排气映射中的值(例如,图4的402和406)或从存储在进气映射和排气映射中的值中减去。以这种方式,可以使用偏移调节来校正进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置。在供应所请求的进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置之后,方法500进行到退出。
在504处,方法500关闭进入发动机进气歧管的空气通道。例如,可以经由关闭阀来关闭EGR通道。可以经由关闭曲轴箱通风阀来关闭曲轴箱通风通道。可以经由关闭阀来关闭到蒸发排放碳填充滤罐的通道。通向真空容器的通道也可以被关闭。通过关闭通向发动机进气歧管中的空气通道,可以使发动机在没有燃料的情况下旋转时所确定的MAP值更加可重复。方法500进行到506。
在506处,方法500调节装置以在发动机没有燃料的情况下旋转时提供通过发动机的恒定气流。在一个示例中,可以打开通过抽吸器的通道以提供通过发动机的恒定气流。抽吸器可以提供固定的孔口以调节进入发动机的气流。进一步地,发动机的中央节气门可以抵靠节气门止挡件定位,以在发动机旋转时帮助提供通过发动机的恒定气流。在调节一个或多个装置以在发动机旋转时提供通过发动机的恒定气流速率之后,方法500进行到508。
在508处,方法500使发动机旋转而不向发动机提供燃料。在一个示例中,发动机经由诸如马达、ISB或BISG的电机旋转。发动机以恒定的预定速度旋转。在开始旋转发动机之后,方法500进行到510。
在510处,方法500将发动机的进气凸轮轴定位在第一预定位置处,并且将发动机的排气凸轮轴定位在第一预定位置处。在一个示例中,用于排气凸轮轴的第一预定位置是其中排气凸轮轴可以经由销被保持在适当位置的基准位置。同样地,用于进气凸轮轴的第一预定位置是其中进气凸轮轴可以经由销被保持在适当位置的基准位置。可替换地,排气凸轮轴可以被定位在某一位置,在该位置处非参考发动机期望提供高于最小值但小于当排气凸轮轴处于其基准位置时的值的MAP值。通过偏离其基准位置多度但是小于MAP为最小的凸轮轴位置来定位排气凸轮轴,可以减少MAP值和曲轴位置的总实际数量,同时仍然提供找到最小MAP及其对应的凸轮轴位置的方式。方法500进行到512。
在512处,方法500经由压力传感器确定排气凸轮轴位置处的发动机MAP,并将MAP的值与排气凸轮轴位置一起存储到存储器中。方法500进行到514。
在514处,方法500判断MAP是否已针对至少三个连续的排气凸轮轴位置增加。可替换地,方法500判断排气凸轮轴位置是否已经到达预定位置(例如,从排气凸轮轴基准位置最远地前进或延迟的位置)。如果是,则答案为是并且方法500进行到516。否则,答则案为否并且方法500进行到560。
在560处,方法500递增排气凸轮轴的位置并使排气凸轮轴前进或延迟到递增的位置。例如,排气凸轮轴位置可以相对于曲轴从零度前进到两度。方法500返回到512。
在516处,方法500将曲线拟合到MAP和排气凸轮轴位置数据。在一个示例中,方法500使用最小二乘法曲线拟合来确定拟合MAP和排气凸轮轴位置数据的多项式等式。方法500进行到518。
在518处,方法500从控制器12的存储器检索拟合用于参考发动机的MAP与排气凸轮轴位置的曲线的多项式等式。可替换地,方法500可以从存储器检索凸轮轴位置,凸轮轴位置基于多项式为最小的情况下的凸轮轴位置,其中多项式基于来自参考发动机的MAP和排气凸轮轴位置数据。方法500进行到520。
在520处,方法500确定距参考发动机的排气凸轮轴位置偏移。在一个示例中,在516处确定的多项式的最小值经由取在516所确定的多项式的导函数并将其设置为零来确定。非参考发动机多项式的导函数为零的情况下的非参考发动机凸轮轴位置对应于MAP是用于非参考发动机的最小值的情况下的非参考发动机凸轮轴位置。类似地,参考发动机多项式曲线的导函数为零的情况下的参考发动机凸轮轴位置对应于MAP是用于参考发动机的最小值的情况下的参考发动机凸轮轴位置。可以经由从参考发动机多项式曲线的导函数为零的情况下的参考发动机凸轮轴位置中减去非参考发动机多项式的导函数为零的情况下的非参考发动机凸轮轴位置来确定排气凸轮轴偏移或误差。方法500进行到522。
在522处,方法500调节用于非参考发动机的排气凸轮轴偏移。在一个示例中,存储在存储器(例如,图4的407)中的排气凸轮轴偏移被调节为在520处确定的排气凸轮轴偏移。在另一示例中,在520处确定的排气凸轮轴偏移被添加到排气凸轮轴映射或从其中减去,如图4所述。方法500进行到524。
在524处,方法500将排气凸轮轴重新定位在其基准位置或不同的预定位置处,并将非参考发动机进气凸轮轴定位在诸如其基准位置的预定位置处。方法500进行到526。
在526处,方法500经由压力传感器确定进气凸轮轴位置处的发动机MAP,并将MAP的值与进气凸轮轴位置一起存储到存储器。方法500进行到528。
在528处,方法500判断MAP是否已经针对至少三个连续的进气凸轮轴位置增加。可替换地,方法500判断进气凸轮轴位置是否已经到达预定位置(例如,从排气凸轮轴基准位置最远地前进或延迟的位置)。如果是,则答案为是并且方法500进行到530。否则,则答案为否且方法500进行到550。
在550处,方法500递增进气凸轮轴的位置并使进气凸轮轴前进或延迟到递增的位置。例如,进气凸轮轴位置可以相对于曲轴从零度前进到两度。方法500返回到526。
在530处,方法500将曲线拟合到MAP和进气凸轮轴位置数据。在一个示例中,方法500使用最小二乘曲线拟合来确定拟合MAP和进气凸轮轴位置数据的多项式等式。方法500进行到532。
在532处,方法500从控制器12的存储器检索拟合用于参考发动机的MAP与进气凸轮轴位置的曲线的多项式等式。可替换地,方法500可以从存储器检索凸轮轴位置,凸轮轴位置基于其中多项式为最小,其中多项式基于来自参考发动机的MAP和进气凸轮轴位置数据。方法500进行到534。
在534处,方法500确定距参考发动机的进气凸轮轴位置偏移。在一个示例中,在530处确定的多项式的最小值通过取在530处确定的多项式的导函数并将其设置为零来确定。非参考发动机多项式的导函数为零的情况下的非参考发动机凸轮轴位置对应于MAP是非参考发动机的最小值的情况下的非参考发动机凸轮轴位置。例如,如果多项式被描述为y=x2-10x+50,其中y是MAP,x是进气凸轮轴位置,则其导函数为当其被设置为零时等于2x-10=0或x=5。值5是MAP为最小值的情况下的进气凸轮轴位置。类似地,参考发动机多项式曲线的导函数为零的情况下的参考发动机凸轮轴位置对应于MAP是参考发动机的最小值的情况下的参考发动机凸轮轴位置。该位置也可以作为参考发动机的预定位置被存储在非参考发动机的控制器的存储器中。可以经由从参考发动机多项式曲线的导函数为零的情况下的参考发动机凸轮轴位置中减去非参考发动机多项式的导函数为零的情况下的非参考发动机凸轮轴位置来确定进气凸轮轴偏移。这是非参考发动机进气凸轮轴位置与参考发动机进气凸轮轴位置之间的偏移或误差。方法500进行到536。
在536处,方法500调节用于非参考发动机的进气凸轮轴偏移。在一个示例中,存储在存储器(例如,图4的407)中的进气凸轮轴偏移被调节为在520处确定的进气凸轮轴偏移。在另一示例中,在520处确定的进气凸轮轴偏移被添加到进气凸轮轴映射或从其中减去,如图4所述。方法500进行到538。
在538处,方法500根据在发动机转速、发动机扭矩和在520和534处确定的修正的进气凸轮轴偏移值和排气凸轮轴偏移值来定位进气凸轮轴和排气凸轮轴。例如,如果人类驾驶员在3000RPM的发动机转速下请求200N-m的扭矩,则基于200N-m和3000RPM从表格或函数中输出进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置。进气凸轮轴表和排气凸轮轴表中的值可以来自参考发动机。进气凸轮轴偏移值和排气凸轮轴偏移值被添加到从表格或函数输出的值,并且经由电脉冲宽度调制信号命令进气凸轮轴调相装置和排气凸轮轴调相装置,例如如图4所示。进气凸轮轴调相装置和排气凸轮轴调相装置相对于发动机曲轴调节进气凸轮轴和排气凸轮轴。在其他示例中,进气凸轮轴偏移值和排气凸轮轴偏移值可以被添加到存储在进气映射和排气映射中的值(例如,图4的402和406)或从其中减去。以这种方式,可以使用偏移调节来校正进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置。在提供请求的进气凸轮轴位置和排气凸轮轴位置之后,方法500继续到退出。
因此,图5的方法提供了一种发动机操作方法,其包括:响应于第二发动机的预定凸轮轴位置与第一发动机的第二凸轮轴位置之间的误差,经由控制器调节第一发动机的第一凸轮轴位置;以及经由控制器将第一发动机的凸轮轴移动到经调节的第一凸轮轴位置。该方法包括其中经由向存储在控制器的存储器中的表格或函数的凸轮轴位置输出添加偏移来调节第一凸轮轴位置。该方法包括其中经由向存储在所述控制器的存储器中的表格或函数中的一个或多个值添加偏移来调节所述第一凸轮轴位置。该方法包括其中经由向存储在所述控制器的存储器中的表格或函数的凸轮轴位置输出添加偏移来调节所述第一凸轮轴位置,并且进一步包括在基于第二发动机的第二预定凸轮轴位置调节第一发动机的第二凸轮轴之前,调节第一发动机的第一凸轮轴,其中第一凸轮轴是排气凸轮轴并且第二凸轮轴是进气凸轮轴。该方法包括其中将第二发动机的预定凸轮轴位置存储在控制器的存储器。该方法包括其中基于第二发动机的进气歧管压力确定第二发动机的预定凸轮轴位置。该方法包括其中基于第一发动机的进气歧管压力确定第一发动机的第二凸轮轴位置。该方法进一步包括基于在第一发动机正在旋转而不向第一发动机输送燃料时所采样的数据确定第一发动机的第二凸轮轴位置。
图5的方法还提供了一种发动机操作方法,其包括:经由马达旋转第一发动机,并且在不向第一发动机供应燃料时找到进气歧管压力为最小值的情况下第一发动机的凸轮轴角度;响应于第二发动机的预定凸轮轴位置与进气歧管压力为最小值的情况下第一发动机的凸轮轴角度之间的误差,经由控制器调节第一发动机的第一凸轮轴位置;以及经由控制器将第一发动机的凸轮轴移动到经调节的第一凸轮轴位置。
在一些示例中,该方法进一步包括在旋转第一发动机并且不向第一发动机供应燃料时完全关闭第一发动机的节气门。该方法进一步包括在旋转第一发动机并且不向第一发动机供应燃料时使空气流过抽吸器。该方法进一步包括在不向第一发动机供应燃料并且联接到第一发动机的变速器处于驻车或空档时旋转第一发动机。该方法包括其中马达是集成起动机/发电机或带驱动的集成起动机/发电机。该方法包括其中找到凸轮轴角度包括基于作为最小值的进气歧管压力和多个其他进气歧管压力找到直线等式。该方法包括其中第一发动机以恒定速度旋转,并且方法进一步包括在移动第一发动机的进气凸轮轴并以恒定速度旋转第一发动机时将第一发动机的排气凸轮轴保持在固定位置。
注意,本文所包括的示例控制和估计程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中,并且可以由包括控制器的控制系统与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合执行。本文所描述的特定程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个,诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。由此,所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序并行地执行或在某些情况下省略。同样地,为了实现本文中所描述的示例实施例的特征和优点,处理的顺序不一定是必需的,而是为了便于说明和描述而提供的。可以根据所使用的特定策略重复执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步地,所描述的动作、操作和/或功能的至少一部分可以图形地表示要编程到控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。当通过在包括与一个或多个控制器组合的各种发动机硬件部件的系统中执行指令而执行所描述的动作时,控制动作还可以改变物理世界中的一个或多个传感器或致动器的操作状态。
在此结束说明书。本领域技术人员的阅读将会在不脱离本说明书的精神和范围的前提下考虑许多改变和修改。例如,以天然气、汽油、柴油或替代燃料配置操作的I3发动机、I4发动机、I5发动机、V6发动机、V8发动机、V10发动机和V12发动机可以有利地使用本说明书。

Claims (20)

1.一种发动机操作方法,其包括:
响应于第二发动机的预定凸轮轴位置与第一发动机的第二凸轮轴位置之间的误差,经由控制器调节所述第一发动机的第一凸轮轴位置;以及
经由所述控制器将所述第一发动机的凸轮轴移动到所述调节的第一凸轮轴位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中经由向存储在所述控制器的存储器中的表格或函数的凸轮轴位置输出添加偏移来调节所述第一凸轮轴位置,并且所述方法进一步包括在基于所述第二发动机的第二预定凸轮轴位置调节所述第一发动机的第二凸轮轴之前,调节所述第一发动机的所述第一凸轮轴,其中所述第一凸轮轴是排气凸轮轴并且所述第二凸轮轴是进气凸轮轴。
3.根据权利要求1所述的方法,其中经由向存储在所述控制器的存储器中的表格或函数中的一个或多个值添加偏移来调节所述第一凸轮轴位置。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二发动机的所述预定凸轮轴位置被存储在所述控制器的存储器中。
5.根据权利要求4所述的方法,其中基于所述第二发动机的进气歧管压力确定所述第二发动机的所述预定凸轮轴位置。
6.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述第一发动机的进气歧管压力确定所述第一发动机的所述第二凸轮轴位置。
7.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括基于在所述第一发动机旋转而不向所述第一发动机输送燃料时所采样的数据确定所述第一发动机的所述第二凸轮轴位置。
8.一种发动机操作方法,其包括:
经由马达旋转第一发动机,并且在不向所述第一发动机供应燃料时找到进气歧管压力为最小值的情况下所述第一发动机的凸轮轴角度;
响应于第二发动机的预定凸轮轴位置与进气歧管压力为最小值的情况下第一发动机的所述凸轮轴角度之间的误差,经由控制器调节所述第一发动机的第一凸轮轴位置;以及
经由所述控制器将所述第一发动机的凸轮轴移动到所述调节的第一凸轮轴位置。
9.根据权利要求8所述的方法,其进一步包括在旋转所述第一发动机并且不向所述第一发动机供应燃料时完全关闭所述第一发动机的节气门。
10.根据权利要求8所述的方法,其进一步包括在旋转所述第一发动机并且不向所述第一发动机供应燃料时使空气流过抽吸器。
11.根据权利要求8所述的方法,其进一步包括在不向所述第一发动机供应燃料并且联接到所述第一发动机的变速器处于驻车或空档时旋转所述第一发动机。
12.根据权利要求8所述的方法,其中所述马达是集成起动机/发电机或带驱动的集成起动机/发电机。
13.根据权利要求8所述的方法,其中找到所述凸轮轴角度包括基于作为最小值的所述进气歧管压力和多个其他进气歧管压力找到直线等式。
14.根据权利要求8所述的方法,其中所述第一发动机以恒定速度旋转,并且所述方法进一步包括在移动所述第一发动机的进气凸轮轴并以所述恒定速度旋转所述第一发动机时将所述第一发动机的排气凸轮轴保持在固定位置。
15.一种系统,其包括:
发动机;
联接到所述发动机的变速器;
电机;以及
车辆系统控制器,其包括存储在非瞬时性存储器中的可执行指令,用于使所述发动机以恒定的预定速度旋转而不向所述发动机供应燃料,以及在以所述恒定的预定速度旋转所述发动机时基于进气歧管压力为最小值的情况下的曲轴角度调节所述发动机的凸轮轴的位置。
16.根据权利要求15所述的系统,其进一步包括用于基于在使所述发动机以所述恒定的预定速度旋转而不向所述发动机供应燃料时所采样的多个进气歧管压力确定直线等式的附加指令。
17.根据权利要求15所述的系统,其进一步包括在使所述发动机以所述恒定的预定速度旋转而不向所述发动机供应燃料时用于使恒定的空气量流过所述发动机的附加指令。
18.根据权利要求15所述的系统,其进一步包括抽吸器,并且其中所述恒定的空气量的至少一部分流过所述抽吸器。
19.根据权利要求15所述的系统,其进一步包括EGR阀和用于在使所述发动机以所述恒定的预定速度旋转而不向所述发动机供应燃料时关闭所述EGR阀的附加指令。
20.根据权利要求15所述的系统,其进一步包括滤罐净化阀和用于在使所述发动机以所述恒定的预定速度旋转而不向所述发动机供应燃料时关闭所述滤罐净化阀的附加指令。
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