CN114483331A - 可变气门升程系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种可变气门升程系统的控制方法，步骤S11:根据滑移槽的设计，确定电磁执行器的通电凸轮轴相位角为Ton和断电凸轮轴相位角为Toff；步骤S12：在不同的环境温度Tv、电压V和机油温度Teo下，测试电磁执行器的伸出响应时间和完全伸出时间；建立Tpre1，Tpre1min，Tpre1Max，Tpre2，Tpre2min和Tpre2Max；步骤S13：根据滑移槽的设计，在销轴啮合伸入区设置响应时间安全相位L1和伸入时间安全相位L2；凸轮轴旋转L2相位所需的时间TL2；步骤S14：在接收VVL切换指令后，若Tpre2≤TL2，则按照Ton，Toff执行VVL通断电时刻；若Tpre2＞TL2，则进入步骤S15；步骤S15：修正通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速。本发明增加了电磁执行器销轴落入滑移槽的精准度，VVL可切换转速大幅提高。

Description

可变气门升程系统的控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机可变气门升程机构技术领域，具体涉及一种可变气门升程系统的控制方法。
背景技术
为追求发动机的油耗和性能的兼得，内燃机在汽车上的应用一般都采用可变气门升程 (VVL，Variable Valve Lift)技术，其在发动机在低转速小负荷区域使用较低升程和较小包角的凸轮型线，从而保证减少泵气损失和油耗；在高转速大负荷区域使用较高升程和较大包角的凸轮轴，从而提高充气效率和动力性能。
现代发动机实现VVL有多种技术手段，其中一种技术方案是采用电磁执行器和滑移式凸轮轴的系统。该系统在需要切换气门驱动凸轮时，电磁执行器伸出销轴至滑移式凸轮轴的滑移槽上。使凸轮轴滑移槽带动凸轮进行轴向移动，实切气门驱动凸轮的切换动作。该系统的切换动作，必须在两个凸轮的共同基圆段进行切换，否则凸轮的升程段会和气门驱动机构干涉并造成发动机配气机构系统失效。所以电磁执行器必须在非常精准的时候段里，将其销轴伸入进凸轮轴的滑移槽中。
由于电磁执行器在通电到销轴完全伸出，需要有一定的响应时间。该响应时间受硬件特性、使用环境、机油温度、磨损情况等多种因素影响，会出现响应时间变长的情况。故在系统设计的时候，需考虑电磁执行器的响应时间，对VVL系统进行设置一些切换限制条件。比如允许切换的环境温度在0℃以上，发动机转速需在3500rpm以下等。这种限制将会限制VVL系统取得最佳的油耗及性能目标，且不能保护发动机生命周期内不因执行器响应时间变长而损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种可变气门升程系统的控制方法，能增加电磁执行器销轴落入滑移槽的精准度，且VVL可切换转速能大幅提高。
本发明所述的一种可变气门升程系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S11:根据滑移槽的设计，确定电磁执行器的通\断电的凸轮轴相位角度；设置通电凸轮轴相位角为Ton，断电凸轮轴相位角为Toff；
步骤S12：在不同的环境温度Tv、电压V和机油温度Teo下，测试电磁执行器的伸出响应时间和完全伸出时间；采用插值法建立预测响应时间Tpre1=f(Tv，V,Teo)，并基于实测统计数据确定预测响应时间的最小值Tpre1min=f(Tv，V,Teo),预测响应时间的最大值Tpre1Max=f(Tv，V,Teo)；采用插值法建立预测完全伸出时间Tpre2=f(Tv，V,Teo),并基于实测统计数据确定预测完全伸出时间的最小值Tpre2min=f(Tv，V,Teo),预测完全伸出时间的最大值Tpre2Max=f(Tv，V,Teo)；
步骤S13：根据滑移槽的设计，在销轴啮合伸入区设置响应时间安全相位L1和伸入时间安全相位L2；凸轮轴旋转L2相位所需的时间TL2=L2/(0.003n);其中，n为发动机转速；
步骤S14：发动机运行时，在接收VVL切换指令后，若Tpre2≤TL2，则按照通电凸轮轴相位角Ton，断电凸轮轴相位角Toff执行VVL通断电时刻；若Tpre2＞TL2，则进入步骤S15；
步骤S15：修正通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速，并按照修正后的通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速所对应的VVL通断电时刻进行通电和断电控制。
可选地，所述修正通电凸轮轴相位角的方法，具体为：
将通电凸轮轴相位角提前修正相位角△，即Ton-△；
其中，若△+L1≤Tpre1min*0.003*n；则△=（Tpre2- TL2）*0.003*n，否则，△=Tpre1min*0.003*n。
可选地，还包括：电磁执行器响应时间及系统保护、修正自学习的步骤，具体为：
步骤S21：在电磁执行器的内部布置霍尔传感器，通过霍尔传感器检测电磁执行器的销轴位置并输出对应的电压值；将销轴从通电时刻到电压开始变化时刻的时长设置为销轴的响应时间T1；将销轴从通电时刻到电压完成变化时刻的时长设置为销轴的完全伸出时间T2；
步骤S22：在发动机运行时，当监控到销轴完全伸出时间大于第一预设时间限值时，发动机报出故障码，限制发动机进行VVL切换；
步骤S23：根据前K次监控到的销轴完全伸出时间与对应的销轴预测完全伸出时间的偏差的平均值T大于第二预设时间限值时，进行VVT执行器通电时间修正自学习。
可选地，所述VVT执行器通电时间修正自学习方法如下：
将通电凸轮轴相位角提前修正相位角△1，即Ton-△1；
其中，△1=（Tpre2-TL2+T）*0.003*n。
本发明具有以下优点: 基于电磁执行器响应时间的变化，提供了基于环境温度、电压、发动机水温等因素下进行修正电磁执行器的通\断电的时刻；增加了电磁执行器销轴落入滑移槽的精准度，VVL可切换转速大幅提高。
附图说明
图1 为VVL系统的结构图；
图2为滑移槽展开功能示意图；
图3 为电磁执行器通电的行程、时间关系图；
图4为执行器销轴动作和反馈电压的关系图；
图5 为通电时刻修正的步骤图；
图中，1-电磁执行器 、11-销轴、2-滑移式凸轮轴、21-凸轮、22-滑移槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,为现有VVL系统结构，需进行切换时，电磁执行器1的销轴11落入滑移式凸轮轴2的滑移槽22内；随着滑移式凸轮轴2的旋转，销轴11和滑移槽22的相对作用，使滑移式凸轮轴整体向轴向方向移动，实现凸轮21切换。
如图2所示，为滑移槽22和展开功能示意图。槽按功能区分有“销轴啮合伸入区”、“滑移槽切换区”及“销轴伸出区”，通过控制通电时刻和断电时刻，让销轴在“销轴啮合伸入区”伸入滑移槽内；在“销轴伸出区”伸出滑移槽，完成VVL切换的功能。
如图3所示，电磁执行器在通电的那一刻并不会瞬间完成伸出的动作；一般在图示的响应时间段是完全不动作的；通电时刻到完全伸出存在时间差，VVL系统在该时间差内需让销轴11伸入“销轴啮合伸入区”内，也形成了现有的VVL切换的限制条件。而本实施例中所述的可变气门升程系统的控制方法，通过修正控制、监控电磁执行器1的响应时间及自学习控制，来确保VVL系统在各种条件下，能够正常的完成切换。
以下对本实施例进行详细的说明：
如图5所示，本实施例中，一种可变气门升程系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S11:如图2所示，根据滑移槽的设计，确定电磁执行器的通\断电的凸轮轴相位角度；设置通电凸轮轴相位角为Ton，断电凸轮轴相位角为Toff。
步骤S12：在不同的环境温度Tv、电压V和机油温度Teo下，测试电磁执行器的伸出响应时间和完全伸出时间；采用插值法建立预测响应时间Tpre1=f(Tv，V,Teo)，并基于实测统计数据确定预测响应时间的最小值Tpre1min=f(Tv，V,Teo),预测响应时间的最大值Tpre1Max=f(Tv，V,Teo)；采用插值法建立预测完全伸出时间Tpre2=f(Tv，V,Teo),并基于实测统计数据确定预测完全伸出时间的最小值Tpre2min=f(Tv，V,Teo),预测完全伸出时间的最大值Tpre2Max=f(Tv，V,Teo)。
步骤S13：根据滑移槽的设计，在销轴啮合伸入区设置响应时间安全相位L1和伸入时间安全相位L2；一般设置L1为销轴啮合伸入区的5%位置，L2设置为销轴啮合伸入区的90%位置。凸轮轴旋转L2相位所需的时间TL2=L2/(0.003n);其中，n为发动机转速。比如：的啮合伸入区相位为180度凸轮相位，则L2设计为162度，转速3500rpm时，所需时间TL2为15.4ms。
步骤S14：发动机运行时，在接收VVL切换指令后，若Tpre2≤TL2，则按照通电凸轮轴相位角Ton，断电凸轮轴相位角Toff执行VVL通断电时刻；若Tpre2＞TL2，则进入步骤S15；
步骤S15：修正通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速，并按照修正后的通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速所对应的VVL通断电时刻进行通电和断电控制。
本实施例中，所述步骤S15中，以修正通电凸轮轴相位角的方法为例进行说明：
将通电凸轮轴相位角提前修正相位角△，即Ton-△；此时，按照Ton-△和Toff执行VVL的通断电时刻。其中，若△+L1≤Tpre1min*0.003*n；则△=（Tpre2- TL2）*0.003*n，否则，△=Tpre1min*0.003*n。
但若电磁执行器故障时，系统修正后仍无法使销轴正常落入“销轴啮合伸入区”，则系统有失效风险。同时修正方法无监控及自学习的能力。故本实施例中，还提出了电磁执行器响应时间及系统保护、修正自学习的步骤，具体为：
步骤S21：在电磁执行器的内部布置霍尔传感器，在电磁执行器的销轴位置发生变化时，霍尔传感器将反馈电压的变化，根据电压的变化设置销轴对应的位置状态。通过霍尔传感器检测电磁执行器的销轴位置并输出对应的电压值。
如图4所示，销轴通电时，通电时刻到电压开始变化时刻的时长设置为销轴的响应时间T1；通电时刻到电压完成变化时刻的时长设置为销轴的完全伸出时间T2。
步骤S22：在发动机运行时，当监控到销轴完全伸出时间大于第一预设时间限值（一般限值设置为50ms）时，发动机报出故障码，限制发动机进行VVL切换；
步骤S23：根据前K次（比如：10次）监控到的销轴完全伸出时间与对应的销轴预测完全伸出时间的偏差的平均值T大于第二预设时间限值（一般设置为5ms）时，进行VVT执行器通电时间修正自学习，具体为：
将通电凸轮轴相位角提前修正相位角△1，即Ton-△1；
其中，△1=（Tpre2-TL2+T）*0.003*n。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和方案改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变气门升程系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S11:根据滑移槽的设计，确定电磁执行器的通\断电的凸轮轴相位角度；设置通电凸轮轴相位角为Ton，断电凸轮轴相位角为Toff；
步骤S12：在不同的环境温度Tv、电压V和机油温度Teo下，测试电磁执行器的伸出响应时间和完全伸出时间；采用插值法建立预测响应时间Tpre1=f(Tv，V,Teo)，并基于实测统计数据确定预测响应时间的最小值Tpre1min=f(Tv，V,Teo),预测响应时间的最大值Tpre1Max=f(Tv，V,Teo)；采用插值法建立预测完全伸出时间Tpre2=f(Tv，V,Teo),并基于实测统计数据确定预测完全伸出时间的最小值Tpre2min=f(Tv，V,Teo),预测完全伸出时间的最大值Tpre2Max=f(Tv，V,Teo)；
步骤S13：根据滑移槽的设计，在销轴啮合伸入区设置响应时间安全相位L1和伸入时间安全相位L2；凸轮轴旋转L2相位所需的时间TL2=L2/(0.003n);其中，n为发动机转速；
步骤S14：发动机运行时，在接收VVL切换指令后，若Tpre2≤TL2，则按照通电凸轮轴相位角Ton，断电凸轮轴相位角Toff执行VVL通断电时刻；若Tpre2＞TL2，则进入步骤S15；
步骤S15：修正通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速，并按照修正后的通电凸轮轴相位角和/或VVL的切换转速所对应的VVL通断电时刻进行通电和断电控制。
2.根据权利要求1所述的一种可变气门升程系统的控制方法，其特征在于：所述修正通电凸轮轴相位角的方法，具体为：
将通电凸轮轴相位角提前修正相位角△，即Ton-△；
其中，若△+L1≤Tpre1min*0.003*n；则△=（Tpre2- TL2）*0.003*n，否则，△=Tpre1min*0.003*n。
3.根据权利要求1或2所述的一种可变气门升程系统的控制方法，其特征在于，还包括：电磁执行器响应时间及系统保护、修正自学习的步骤，具体为：
步骤S21：在电磁执行器的内部布置霍尔传感器，通过霍尔传感器检测电磁执行器的销轴位置并输出对应的电压值；将销轴从通电时刻到电压开始变化时刻的时长设置为销轴的响应时间T1；将销轴从通电时刻到电压完成变化时刻的时长设置为销轴的完全伸出时间T2；
步骤S22：在发动机运行时，当监控到销轴完全伸出时间大于第一预设时间限值时，发动机报出故障码，限制发动机进行VVL切换；
步骤S23：根据前K次监控到的销轴完全伸出时间与对应的销轴预测完全伸出时间的偏差的平均值T大于第二预设时间限值时，进行VVT执行器通电时间修正自学习。
4.根据权利要求3所述的一种可变气门升程系统的控制方法，其特征在于:所述VVT执行器通电时间修正自学习方法如下：
将通电凸轮轴相位角提前修正相位角△1，即Ton-△1；
其中，△1=（Tpre2-TL2+T）*0.003*n。
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