CN110410168A - 中间锁止vvt系统的控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中间锁止VVT系统的控制系统及控制方法，所述中间锁止VVT系统的控制方法包括：在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，解锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制；在不满足VVT运行条件时，落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。基于该控制方法，可以提高VCP解锁落锁过程的可靠性，防止由于VCP解锁使得VVT解锁失效，造成发动机动力性及响应性能变差，或VCP落锁失效导致的发动机再次启动困难等问题，保证了发动机工作的动力性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种中间锁止VVT系统的控制系统及控制方法。
背景技术
随着汽车和内燃机工业的高速发展，能源需求和环境保护问题成为当今世界各国所面临的难题，因此，节能和减排已成为内燃机行业发展的两大主题。在节能方面，国内外的汽车厂家通过运用：奥托(Otto)循环、阿特金森(Atkinson)循环、米勒(Miller)循环、高压废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)或低压高压废气再循环等技术，改善发动机的燃烧做功过程，或者通过发动机小型化设计，降低中小负荷的泵气损失，提高传统汽油机的燃油经济性。其中，汽油机Atkinson循环，借助可变气门正时(Variable ValveTiming，VVT)技术，通过进气门晚关和宽凸轮型线包角的设计，将进气冲程吸入气缸的部分气体在压缩冲程推回进气道，从而使得发动机的有效压缩冲程小于有效膨胀冲程，在不增加有效压缩比的情况下提高膨胀比，更大程度的将燃料燃烧后产生的热能转化为机械能，达到提高热效率的目的；同时，在相同的负荷条件下，相比Otto循环，Atkinson循环可以在部分负荷大幅降低泵气损失，从而提高发动机的燃油经济性。
虽然Atkinson循环发动机具有较高的燃油经济性，但其在低速、低负荷工况下的动力性较差，无法满足发动机全工况的工作需求；同时，传统的液压驱动VVT系统的可变凸轮调相器(Variable Cam Phaser，VCP)只能实现在两个端面锁止，并且为了保证发动机启动时的缸内燃烧稳定性，通常将VCP锁止在最推迟端位置；由于Atkinson循环进气门关闭时刻较晚，如果进气VVT默认处于最推迟位置时，容易造成发动机的冷启动困难和较高的碳氢(HC)排放，此外，当发动机启动后但液压驱动VVT系统不满足工作条件时，可能存在发动机扭矩输出不足以及怠速歧管压力偏高等问题。为了解决这一问题，中间锁止VVT技术将VCP默认锁止于VVT系统相位区间可移动范围的中间位置，通过优化VCP的锁止角度，兼顾发动机的冷启动和燃烧稳定性要求；同时发动机启动完成，满足液压驱动VVT系统工作条件后，VVT系统解锁，可以在发动机的工况范围内进行连续调节，可以实现Atkinson循环和奥拓(Otto)循环的自由切换。
为了实现中间锁止VVT系统的目的，现有技术中仅涉及公开实现中间锁止VVT系统的零部件，但对于如何对中间锁止VVT系统的零部件进行控制以实现中间锁止VVT系统未有相关记载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中间锁止VVT系统的控制系统及控制方法，以实现中间锁止VVT系统的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种中间锁止VVT系统的控制系统，所述VVT系统包括VCP及配合所述VCP工作的OCV和OSV，所述中间锁止VVT系统的控制系统包括：
运行条件判断单元，用于判断是否满足VVT运行条件，所述运行条件判断单元包括第一运行条件判断单元、所述第二运行条件判断单元和第三运行条件判断单元，所述第一运行条件判断单元与所述第二运行条件判断单元连接；
解锁控制单元，与所述第一运行条件判断单元和所述第二运行条件判断单元连接，用于在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；
相位控制单元，与所述第二运行条件判断单元和所述第三运行条件判断单元连接，用于在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，对VCP的目标相位进行闭环控制；
落锁控制单元，与所述第三运行条件判断单元连接，用于在不满足VVT运行条件时，基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，所述OCV为3位4通OCV，所述解锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP解锁的过程包括：
S100：先开环控制3位4通OCV，再开启OSV；
S101：判断VCP解锁是否成功，若成功，则实现VCP解锁；反之，则执行S100。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，所述落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁的过程包括：
S200：关闭OSV；
S201：闭环控制3位4通OCV；
S202：判断VCP落锁是否成功，若成功，则实现VCP落锁；反之，则执行S201。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，还包括VCP落锁检测单元，与所述第一运行条件判断单元和所述相位控制单元连接，用于对VCP的落锁位置和落锁的可靠性进行检测。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，还包括相位修正判断单元，用于判断VCP是否需要相位修正，所述相位控制单元通过所述相位修正判断单元与所述落锁控制单元连接，在VCP需要相位修正时，所述落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，所述相位控制单元还在VCP不需要相位修正且满足VVT运行条件时，对VCP的目标相位进行闭环控制。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，还包括落锁判断单元，与所述落锁控制单元和所述相位控制单元连接，用于判断VCP是否完成落锁。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制系统中，还包括相位修正单元，与所述落锁判断单元连接，用于在VCP完成落锁后，修正VCP的相位。
本发明还提供一种中间锁止VVT系统的控制方法，采用上述中间锁止VVT系统的控制系统实现中间锁止VVT，所述中间锁止VVT系统的控制方法包括如下步骤：
S11：在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，解锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；
S12：在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制；
S13：在不满足VVT运行条件时，落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在S11中，当所述OCV为3位4通OCV时，解锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP解锁的过程包括：
S100：先开环控制3位4通OCV，再开启OSV；
S101：判断VCP解锁是否成功，若成功，则实现VCP解锁；反之，则执行S100。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在S13中，落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁的过程包括：
S200：关闭OSV；
S201：闭环控制3位4通OCV；
S202：判断VCP落锁是否成功，若成功，则实现VCP落锁；反之，则执行S201。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在执行S11之前，还包括如下步骤：
VCP落锁检测单元对VCP是否落锁和落锁的可靠性进行检测，若VCP未落锁，则执行S12；反之，则执行S11。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在执行S12之后和S13之前还包括如下步骤：
判断是否需要VCP相位修正，若需要，则执行S13；反之，则第三运行条件判断单元判断是否满足VVT运行条件，在满足VVT运行条件时，则执行S12，在不满足VVT运行条件时，则执行S13。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在执行S13之后，还包括如下步骤：
判断VCP落锁是否成功，若成功，则结束整个流程；反之，则执行S12。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在VCP落锁成功后和结束整个流程之前，还包括：
相位修正单元修正VCP的相位。
可选的，在所述的中间锁止VVT系统的控制方法中，在S12中，所述相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制的方法采用基于PID闭环控制3位4通OCV的方法实现。
在本发明所提供的中间锁止VVT系统的控制系统及控制方法中，所述中间锁止VVT系统的控制方法包括：在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，解锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制；在不满足VVT运行条件时，落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。基于该控制方法，可以提高VCP解锁落锁过程的可靠性，防止由于VCP解锁使得VVT解锁失效，造成发动机动力性及响应性能变差，或VCP落锁失效导致的发动机再次启动困难等问题，保证了发动机工作的动力性及稳定性。
附图说明
图1是本发明一实施例中VVT系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例中中间锁止VVT系统的控制系统控制VVT系统的结构框图；
图3是本发明一实施例中中间锁止VVT系统的控制方法的流程图；
图4是本发明一实施例中解锁控制单元的工作流程图；
图5是本发明一实施例中落锁控制单元的工作流程图。
图1中：油底壳1；机油泵2；3位4通OCV 3；OSV 4；转子5；定子6；锁止销7。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的中间锁止VVT系统的控制系统及控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本申请文件中，“落锁”等同于“锁止”，“落锁状态”等同于“锁止状态”，VCP的落锁体现为VVT锁止，VCP的解锁体现为VVT的解锁。
请参考图1，其为本发明一实施例中VVT系统的结构示意图。如图1所示，所述VVT系统包括：可变凸轮调相器(Variable Cam Phaser，VCP)、配合所述VCP工作的3位4通机油控制阀(Oil Control Valve，OCV)3和机油切换阀(Oil Switching Valve，OSV)4、油底壳1、机油泵2，锁止销7、OCV液压调节腔A、B和OSV锁销控制腔C；其中，VCP包括转子5和定子6，P为进油口，T为出油口，当VVT处于锁止(即落锁)状态时，通过OSV4控制OSV锁销控制腔C处于泄油状态，锁止销7将VCP的转子5锁止于中间位置；当VVT需要调节相位时，通过OSV4控制OSV锁销控制腔C处于供油状态，克服锁止销7上弹簧的弹簧力，VCP的转子5处于活动状态，通过3位4通OCV 3控制OCV液压调节腔A、B两腔的油压状态，进行相位的调节。
请参考图2及图3，图2为本发明一实施例中中间锁止VVT系统的控制系统控制VVT系统的结构框图，图3是本发明一实施例中中间锁止VVT系统的控制方法的流程图。如图2和图3所示，所述中间锁止VVT系统的控制系统包括：运行条件判断单元、解锁控制单元、相位控制单元及落锁控制单元，所述运行条件判断单元用于判断是否满足VVT运行条件，所述运行条件判断单元包括第一运行条件判断单元、所述第二运行条件判断单元和第三运行条件判断单元(三个运行条件判断单元均用于判断是否满足VVT运行条件，仅是在控制系统中具体应用的位置不同)，所述第一运行条件判断单元与所述第二运行条件判断单元连接；所述解锁控制单元与所述第一运行条件判断单元和所述第二运行条件判断单元连接，用于在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；所述相位控制单元与所述第二运行条件判断单元和所述第三运行条件判断单元连接，用于在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，对VCP的目标相位进行闭环控制，即使得VCP的实际相位位置跟随VCP的目标相位位置变化，其中，VCP的目标相位位置是根据发动机的工况确定的，VCP的实际相位位置根据发动机的曲轴和凸轮轴相位传感器获得。所述落锁控制单元与所述第三运行条件判断单元连接，用于在不满足VVT运行条件时，基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁(对应VVT锁止)，VCP落锁的位置(即VVT锁止的位置)为相位中间位置。其中，VVT运行条件为本领域技术人员所公知的常识，此处不做过多赘述。
下面以OCV为3位4通OCV为例，请结合图4及图5理解VCP如何基于OSV和3位4通OCV配合控制实现解锁和落锁的过程。
发动机启动前，3位4通OCV和OSV均保持在默认位置；发动机启动后，主油路会向VCP的一个油腔里供油，当VVT满足运行条件(即VVT允许工作)后，解锁控制单元开始工作实现VCP解锁。具体的，请参考图4，其为本发明一实施例中解锁控制单元的工作流程图。如图4所示，所述解锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP解锁的过程包括：
S100：先开环控制3位4通OCV，再开启OSV；
S101：判断VCP解锁是否成功，若成功，则实现VCP解锁；反之，则执行S100。
请参考图5，其为本发明一实施例中落锁控制单元的工作流程图。如图5所示，所述落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁的过程包括：
S200：关闭OSV；
S201：闭环控制3位4通OCV；
S202：判断VCP落锁是否成功，若成功，则实现VCP落锁(即VVT锁止于中间位置)；反之，则执行S201。
由于发动机在停机前需要保证VCP可靠地锁止在中间位置，否则会影响发动机的下一次启动过程，因此需要在启动和停机过程中对VCP的落锁状态进行检测，因此，本发明的中间锁止VVT系统的控制系统还包括VCP落锁检测单元，与所述第一运行条件判断单元和所述相位控制单元连接，用于对VCP的落锁位置(即是否落锁于中间位置)和落锁的可靠性(即是否成功落锁)进行检测，具体可参考图3。
请继续参考图1，发动机在长时间运行后，曲轴和凸轮轴之间的传动链状态可能会发生松动，会导致VCP的定子和转子相对位置发生偏移，而对于中间锁止VVT系统，VCP的转子只有在特定的相位区间有落锁孔，因此需要在发动机工作过程中，能够感知传动链状态的变化，以修正落锁时的相位位置。基于此点考虑，较佳的，请继续参考图3，本发明的中间锁止VVT系统的控制系统还包括相位修正判断单元和相位修正单元，所述相位修正判断单元用于判断VCP是否需要相位修正，所述相位控制单元通过所述相位修正判断单元与所述落锁控制单元连接，在VCP需要相位修正时，所述落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁，在VCP完成落锁后，相位修正单元修正VCP的相位。在存在相位修正判断单元时，使得所述相位控制单元还在VCP不需要相位修正且满足VVT运行条件时，对VCP的目标相位进行闭环控制。
为了确保VCP已落锁成功(或完成落锁)，本发明的中间锁止VVT系统的控制系统还包括落锁判断单元，与所述落锁控制单元和所述相位控制单元连接，用于判断VCP是否完成落锁。
相应的，本实施例还提供了一种中间锁止VVT系统的控制方法。下面参考图2至图5详细说明本实施例所述中间锁止VVT系统的控制方法。
首先，执行步骤S11，在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，解锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；
其中，请参考图4，解锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP解锁的过程包括：
S100：先开环控制3位4通OCV，再开启OSV；
S101：判断VCP解锁是否成功，若成功，则实现VCP解锁；反之，则执行S100。
接着，执行步骤S12，在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制。优选的，所述相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制的方法采用基于PID闭环控制OCV的方法实现。
接着，执行步骤S13，在不满足VVT运行条件时，落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。
其中，请参考图5，落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁的过程包括：
S200：关闭OSV；
S201：闭环控制3位4通OCV；
S202：判断VCP落锁是否成功，若成功，则实现VCP落锁；反之，则执行S201。
较佳的，在执行S11之前，还包括如下步骤：
VCP落锁检测单元对VCP是否落锁和落锁的可靠性进行检测，若VCP未落锁，则执行S12；反之(即VCP已可靠落锁)，则执行S11。
在执行S13之后，还包括如下步骤：
判断VCP落锁是否成功，若成功，则结束整个流程；反之，则执行S12。
进一步地，为了在执行S12之后和S13之前还包括如下步骤：
判断是否需要VCP相位修正，若需要，则执行S13；反之，则第三运行条件判断单元判断是否满足VVT运行条件，在满足VVT运行条件时，则执行S12，在不满足VVT运行条件时，则执行S13。
在VCP落锁成功后和结束整个流程之前，所述控制方法还包括：相位修正单元修正VCP的相位，从而避免因发动机在长时间运行后，曲轴和凸轮轴之间的传动链状态可能会发生松动，导致VCP的定子和转子相对位置发生偏移，出现中间锁止VVT系统无法正常落锁的问题。
对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见结构部分说明即可。
综上，在本发明所提供的中间锁止VVT系统的控制系统及控制方法中，所述中间锁止VVT系统的控制方法包括：在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，解锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制；在不满足VVT运行条件时，落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。基于该控制方法，可以提高VCP解锁落锁过程的可靠性，防止由于VCP解锁使得VVT解锁失效，造成发动机动力性及响应性能变差，或VCP落锁失效导致的发动机再次启动困难等问题，保证了发动机工作的动力性及稳定性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (16)
1.一种中间锁止VVT系统的控制系统，所述VVT系统包括VCP及配合所述VCP工作的OCV和OSV，其特征在于，包括：
运行条件判断单元，用于判断是否满足VVT运行条件，所述运行条件判断单元包括第一运行条件判断单元、所述第二运行条件判断单元和第三运行条件判断单元，所述第一运行条件判断单元与所述第二运行条件判断单元连接；
解锁控制单元，与所述第一运行条件判断单元和所述第二运行条件判断单元连接，用于在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；
相位控制单元，与所述第二运行条件判断单元和所述第三运行条件判断单元连接，用于在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，对VCP的目标相位进行闭环控制；
落锁控制单元，与所述第三运行条件判断单元连接，用于在不满足VVT运行条件时，基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。
2.如权利要求1所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，所述OCV为3位4通OCV，所述解锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP解锁的过程包括：
S100：先开环控制3位4通OCV，再开启OSV；
S101：判断VCP解锁是否成功，若成功，则实现VCP解锁；反之，则执行S100。
3.如权利要求2所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，所述落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁的过程包括：
S200：关闭OSV；
S201：闭环控制3位4通OCV；
S202：判断VCP落锁是否成功，若成功，则实现VCP落锁；反之，则执行S201。
4.如权利要求1所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，还包括VCP落锁检测单元，与所述第一运行条件判断单元和所述相位控制单元连接，用于对VCP的落锁位置和落锁的可靠性进行检测。
5.如权利要求1或4所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，还包括相位修正判断单元，用于判断VCP是否需要相位修正，所述相位控制单元通过所述相位修正判断单元与所述落锁控制单元连接，在VCP需要相位修正时，所述落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁。
6.如权利要求5所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，所述相位控制单元还在VCP不需要相位修正且满足VVT运行条件时，对VCP的目标相位进行闭环控制。
7.如权利要求6所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，还包括落锁判断单元，与所述落锁控制单元和所述相位控制单元连接，用于判断VCP是否完成落锁。
8.如权利要求7所述的中间锁止VVT系统的控制系统，其特征在于，还包括相位修正单元，与所述落锁判断单元连接，用于在VCP完成落锁后，修正VCP的相位。
9.一种中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的中间锁止VVT系统的控制系统实现中间锁止VVT，所述中间锁止VVT系统的控制方法包括如下步骤：
S11：在发动机完成启动且满足VVT运行条件时，解锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP解锁；
S12：在VCP处于解锁状态且满足VVT运行条件时，相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制；
S13：在不满足VVT运行条件时，落锁控制单元基于OSV和OCV配合控制实现VCP落锁，VCP落锁的位置为相位中间位置。
10.如权利要求9所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在S11中，当所述OCV为3位4通OCV时，解锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP解锁的过程包括：
S100：先开环控制3位4通OCV，再开启OSV；
S101：判断VCP解锁是否成功，若成功，则实现VCP解锁；反之，则执行S100。
11.如权利要求9所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在S13中，落锁控制单元基于OSV和3位4通OCV配合控制实现VCP落锁的过程包括：
S200：关闭OSV；
S201：闭环控制3位4通OCV；
S202：判断VCP落锁是否成功，若成功，则实现VCP落锁；反之，则执行S201。
12.如权利要求9所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在执行S11之前，还包括如下步骤：
VCP落锁检测单元对VCP是否落锁和落锁的可靠性进行检测，若VCP未落锁，则执行S12；反之，则执行S11。
13.如权利要求9所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在执行S12之后和S13之前还包括如下步骤：
判断是否需要VCP相位修正，若需要，则执行S13；反之，则第三运行条件判断单元判断是否满足VVT运行条件，在满足VVT运行条件时，则执行S12，在不满足VVT运行条件时，则执行S13。
14.如权利要求9所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在执行S13之后，还包括如下步骤：
判断VCP落锁是否成功，若成功，则结束整个流程；反之，则执行S12。
15.如权利要求14所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在VCP落锁成功后和结束整个流程之前，还包括：
相位修正单元修正VCP的相位。
16.如权利要求9所述的中间锁止VVT系统的控制方法，其特征在于，在S12中，所述相位控制单元对VCP的目标相位进行闭环控制的方法采用基于PID闭环控制3位4通OCV的方法实现。
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