具有液压可变气门正时的发动机的制作方法

专利名称：具有液压可变气门正时的发动机的制作方法
技术领域：
本申请涉及通过可变凸轮正时(VCT)运行发动机的方法。
背景技术：
内燃发动机可以采用可变凸轮正时(VCT)来提高燃料经济性和车辆的排放性能。 可变凸轮正时的方法之一采用油压致动设备(OPA)，例如叶片式凸轮移相器。移相器可以由 机电致动的滑阀来控制，该滑阀引导油流向叶片的一边或另一边。因此这种设备的性能取 决于油压，而油压是发动机转速和在不同油料子系统中的泄漏的函数。因此，在低发动机转 速或液压子系统显出高漏油量时，油压致动设备的性能可能是不可接受的。一个示例VCT系统包含叶片式致动器和可选的偏压弹簧，以在油压不足以通过滑 阀来控制致动器的位置时，将凸轮正时保持在基础位置。例如，基础正时可以是发动机起动 所需的完全滞后的正时，因为在发动机起动工作时油压通常不足。这里发明人认识到OPA凸轮移相器特别易于油泄漏，并且当通过滑阀控制的液压 致动力保持基础正时时的响应时间慢。更具体地，在这种情况下，滑阀位于完全滞后致动位 置，这是由于完全滞后致动的位置通常是滑阀的缺省(断电)状态。以凸轮反馈油压致动系 统为例，由于两条油通路间的压力差，油泄漏可能发生在凸轮轴颈轴承中的提前和滞后油 通路之间。在基础位置上，油对凸轮轴颈中的基础位置油通路充分地加压。由于，在断电位 置控油阀可以具有一个充分加压的端口和另一个对油箱(大气)开放的端口，因此过多的 油会流过凸轮轴颈中两条油通路间的小径向空隙和侧向密封带间距(从高压流向低压)。 经过油路流出滑阀中的排出口的油会降低主通道(main galley)油压并因此在系统中产生 显著的油压下降。

发明内容
本发明提供一种解决上述问题的方法包括控制发动机的方法，其中发动机包含连 接于发动机汽缸气门的液压致动可变汽缸气门致动器。所述致动器由可在多个范围间调整 的液压阀控制，所述多个范围包括朝向着第一端位置在致动器上产生第一方向的液压力 的第一范围、朝向第二相反端在致动器上产生第二相反方向的液压力的第二范围和在第一 和第二范围之间的中性范围。所述方法包括，在选择的状况下，并且当致动器被偏压弹簧保 持在第一端位置时，将所述阀调整到在第一范围内且比起第一范围的完全致动边界更靠近 中性范围的位置。在一个示例中，可变汽缸气门致动器可以包含可变凸轮正时系统，所述可 变凸轮正时系统进一步包含集成在凸轮轴颈中的油通路。在另一示例中，液压致动的可变 汽缸气门致动器包含叶片式可变凸轮正时致动器，其带有偏压弹簧用以向着滞后凸轮正时 基础位置偏置所述致动器。在一个实施例中，将所述滑阀调整至所述第一范围内比所述第 一范围的完全滞后端更接近所述中性范围的位置包括调整所述滑阀到中性范围的20%之 内。在另一实施例中，将所述滑阀调整至所述第一范围内比所述第一范围的完全滞后端更接近所述中性范围的位置包括调整所述滑阀从而使滞后方向上的油流量低于最大滞 后流量的40%。在另一实施例中，所述方法进一步包括在反馈调整期间，获知所述中性范围的限 制。在另一实施例中，所述方法进一步包括在反馈调整期间，获知所述中性范围的限 制，其中当所述可变凸轮正时致动器保持在完全滞后位置时的所述发动机操作包括发动机 怠速状况期间和当所述发动机从环境温度暖机时。这样，当可变凸轮正时致动器运行在基础正时状态下时，例如在怠速状态下，阀可 被调整为离开所述第一范围的所述完全致动边界，因而减小了(例如经过凸轮轴颈的)油 泄漏。减小的泄漏因而能够增加主通道的压力并改善发动机中其它液压系统的性能。此外， 由于致动器仍然能够维持在基础正时，阀的这种定位是可接受的。此外，当想要将凸轮正时 从基础正时移开时，由于需要克服的滞后压力更小，因此可以实现更快地响应(例如，提前 方向的运动)。根据另一个方面，提出了一种用于发动机的系统。该系统包括液压致动的可变凸 轮正时致动器；带有油通路的凸轮，所述油通路用于将油从凸轮帽中的油通路输送到连接 于凸轮的可变凸轮正时致动器；具有至少一个被所述凸轮致动的汽缸气门的汽缸；连接于 所述可变凸轮正时致动器的液压滑阀，所述滑阀在多个范围间可调整，所述多个范围包括 朝向完全滞后正时位置在可变凸轮正时致动器上产生第一方向的液压力的第一滞后范围、 朝向完全提前正时位置在所述可变凸轮正时致动器上产生第二相反方向的液压力的第二 提前范围和在所述第一和第二范围之间的中性范围；以及其中具有经编码的指令的计算机 可读存储介质，所述指令包括用于运行在第一模式的指令，其在选择的状况中并且当可变 凸轮正时致动器被保持在完全滞后正时位置时，将所述滑阀调整到在第一滞后范围内更靠 近所述中性范围；和用于运行在第二模式的指令，其包括通过将所述滑阀从第一滞后范围 内更靠近中性范围的位置调整到位于第二提前范围内，以使得所述凸轮正时从所述完全滞 后正时位置提前。在一个实施例中，在第一模式期间的选择的状况包括发动机怠速期间，当车辆速 度为零时、当驱动器踏板下压小于门限量时以及当车轮制动器被致动时，其中油通过凸轮 中的油通路供应到液压致动的可变凸轮正时致动器。在另一实施例中，在第一模式期间的选择的状况包括发动机怠速期间，当车辆速 度为零时、当驱动器踏板下压小于门限量时以及当车轮制动器被致动时，其中油通过凸轮 中的油通路供应到液压致动的可变凸轮正时致动器，其中在第一模式期间的所述选择的状 况包括当不执行凸轮正时的反馈控制时，所述反馈控制包括所述可变凸轮正时致动器处于 完全滞后正时位置和完全提前正时位置之间。在另一实施例中，在第一模式期间的选择的状况包括当发动机油温大于门限值 时。根据又一个方面，提出一种通过滑阀来液压控制VCT-致动器的方法。所述方法包 括，在发动机运行期间且当VCT-致动器被保持在完全滞后位置时，调整滑阀以使其相对于 完全滞后位置来说更接近中性范围；并且在发动机运行期间当VCT-致动器离开完全滞后 位置时，基于凸轮正时的反馈来调整所述滑阀，以保持所需的凸轮正时。
应理解提供的上述发明内容以简化的形式介绍一些选择的概念，它们将更进一步 地通过细节加以描述。这不意味着标识本发明要求保护的主题的关键或本质特征，其范围 由详细描述的权利要求唯一限定。进而，本发明的主题不限于解决上述或本公开任何部分 提到的缺点的实现方式。


图1示出部分发动机和相关系统的视图；图2示出发动机油润滑系统的方块图；图3A和3B示出示例VCT移相器和液压系统；图4示出根据本公开用于在选择的状况下发送VCT移相器指令以减小移相器泄漏 并改善移相器响应时间的高层流程图；图5-6描绘了预示或理论的示例数据，其图示说明了致动器的中性(零位)保持 位置和在一示例中达到的增加的压力。
具体实施例方式下面的描述涉及用于控制车辆的发动机的系统和方法，发动机带有可变汽缸气门 系统，例如可变凸轮正时(VCT)。例如，发动机(如图1中所示的发动机)可以包含VCT移 相器，用以调整凸轮正时(例如，凸轮滞后或凸轮提前的程度)，此处移相器被包含于液压 系统中(如图2所示)。此外，发动机可以包含带有滑阀的相应的液压控制系统，如图3A和 3B所示。液压系统和因此而来的凸轮正时可以通过采用控制算法来调整，例如图4所示，以 在发动机运行同时凸轮移相器在基础位置时，减小油泄漏和/或提高油压。在一个具体示 例中，方法包括在发动机怠速状态下当命令凸轮正时处于基础正时状态时，将滑阀调整至 离开滑阀中性/零位位置一定距离，如图5所示。这样，当保持凸轮正时处于基础位置时降 低经过凸轮轴颈的油压是可能的，因此降低了油泄漏并/或提高了油压，如图6的预知的测 试结果所示。图1描述了内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例性实施例。图1示出发动机10 可以接收来自于包含控制器12的控制系统的控制参数，并且通过输入设备192接收来自于 车辆驾驶员190的输入。在这个示例中，输入设备192包含加速器踏板和踏板位置传感器 194，用以产生成比例的踏板位置信号PP。发动机10的汽缸(此处亦即“燃烧室”)30可以包含燃烧室壁32以及置于其中的 活塞36。活塞36可以连接于曲轴40，从而使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。 曲轴40可以通过变速器系统连接于客运车辆的至少一个驱动轮。此外，起动电机可以经由 飞轮连接于曲轴40，从而使能发动机10的起动操作。曲轴40连接于油泵208，以对发动机 油润滑系统200加压(曲轴40到油泵208的连接未显示)。壳体136通过正时链条或皮带 液压地连接于曲轴40 (未显示)。汽缸30可以经由进气歧管或空气通路44接收进气。进气通路44可以与除汽缸 30之外的发动机10的其它汽缸连通。在一些实施例中，进气通路中的一个或更多个可以包 含诸如涡轮增压器或机械增压器的增压设备。沿着发动机的进气通路可以提供包括节流板 62的节气门系统，以改变被提供给发动机汽缸的进气的流速和/或压力。在这个具体示例中，节流板62连接于电动机94，从而使得椭圆形节流板62的位置被控制器12通过电动机 94来控制。这种配置可以被称为电子节气门控制(ETC)，其也能够在怠速控制时使用。示出的燃烧室30与进气歧管44和排气歧管48经由各自的进气阀52a和52b (未 显示)以及排气阀54a和54b (未显示)连通。这样，虽然每个汽缸可以采用4个阀，但在 另一个示例中，每个汽缸也可采用单个进气和单个排气阀。在又一个示例中，每个汽缸采用 两个进气阀和一个排气阀。排气歧管48可以从发动机10的汽缸30之外的其它汽缸接收排气。示出的排气 传感器76连接于位于催化转化器70上游的排气歧管48 (此处传感器76可以是各种不同 的传感器)。例如，传感器76可以是用于提供排气空燃比指示的许多已知传感器中的任何 一种，例如线性氧传感器、UEG0、双态氧传感器、排气氧传感器(EGO)、加热型排气氧传感器 (HEGO)、或HC或CO传感器。示出的排放控制设备72位于催化转化器70的下游。排放控 制设备72可以是三效催化剂、NOx捕集器、各种其它排放控制设备或者它们的组合。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于起动燃烧的火花塞92。在选 择的工作模式下，点火系统88能够响应来自于控制器12的火花提前信号SA，通过火花塞 92为燃烧室30提供点火火花。不过，在一些实施例中，火花塞92可以被省略，例如在通过 自动点火或燃料喷射起动燃烧的发动机10中，可以如同一些柴油发动机的情况。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置成带有一个或更多个燃料喷 射器，用以向其提供燃料。作为非限制性示例，燃料喷射器66A被显示为直接连接于汽缸 30，用以在其中与通过电子驱动器68接收的来自于控制器12的信号dfpw的脉冲宽度成 比例地直接喷射燃料。在这种方式下，燃料喷射器66A提供了被称为向汽缸30的燃料直喷 (此后也被称为“DI”)。示出的控制器12是微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口(I/ 0)104、用于可执行方法和校验数值的电子存储介质——在这个具体示例中显示为只读存 储芯片(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和常规数据总线。示出 的控制器12从连接于发动机10的传感器接收各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括 来自于连接到节气门20的质量空气流传感器100的被导入的质量空气流(MAF)的测量值； 来自于连接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自于连接到 曲轴40的霍尔效应传感器118的表面点火感测信号(PIP)；和来自于节气门位置传感器20 的节气门位置TP ；来自于传感器122的歧管绝对压力信号MAP ；来自于爆震传感器182的爆 震指示；和来自于传感器180的绝对或相对环境湿度指示。发动机转速信号RPM是由控制 器12通过常规方式从信号PIP生成的，并且来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP提供 了进气歧管内的真空或压力的指示。在理论空燃比下(stoichiometric)的运行中，这个传 感器能够给出发动机负载的指示。此外，这个传感器和发动机转速能够提供导入汽缸的充 气(包括空气)的估计。在一示例中，传感器118也被用作发动机转速传感器，其产生曲轴 每一转中预定的等间隔的脉冲数。在此具体示例中，催化转化器70的温度Teatl由温度传感器124提供，而排放控制 设备72的温度T。at2由温度传感器126提供。在一可替代实施例中，温度T。atl和温度T。at2 可以根据发动机运行推断出来。继续参考图1，示出了可变曲轴正时(VCT)系统19。虽然也可采用其它方式，但在这个示例中，图示说明了一个顶置凸轮系统。具体地，示出了发动机10的曲轴130与摇臂 132和134相连通，以致动进气阀52a、52b和排气阀54a和54b。VCT系统19可以是油压致 动(ΟΡΑ)、凸轮-扭矩致动(CTA)或者它们的组合。通过调整多个液压阀从而引导液压液 (例如发动机油)进入凸轮轴移相器的腔(例如提前室或滞后室)，气门正时可以被改变， 即被提前或滞后。如本文进一步阐述的，液压控制阀的操作可以被各自的控制螺线管所控 制。具体地，发动机控制器可以传送信号至螺线管，以移动滑阀来调整通过移相器腔体的油 的流量。如本文所用的，凸轮正时的提前和滞后是指相对的凸轮正时，因为完全提前的位置 仍可以提供相对于上止点(top dead center)的滞后的进气阀打开，如同示例所示。凸轮轴130以液压的方式连接于壳体136。壳体136形成带有多个齿138的齿轮。 在实施例示例中，壳体136通过正时链条或皮带(未显示)机械地连接于曲轴40。因此，壳 体136和凸轮轴130以相对于彼此完全相同的速度旋转并且与曲轴同步。在一替代实施例 中，例如，在四冲程发动机中，壳体136与曲轴40可被机械地连接于凸轮轴130，从而使得壳 体136和曲轴40可以以不同于凸轮轴130的速度同步旋转(例如2 1的比例，此处曲轴 以凸轮轴两倍的速度旋转)。在替代实施例中，齿138可以机械地连接于凸轮轴130。通过 如本文所述的液压连接的操纵，凸轮轴130相对于曲轴40的位置可以被滞后室142和提前 室144(图3中未显示，但显示在图1中)中的液体压力所改变。通过让高压液压液进入滞 后室142，凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系被滞后。这样，进气阀52a、52b和排气阀 54a,54b在相对于曲轴40正常时间更早的时间打开和关闭。同样的，通过允许高压液压液 进入提前室144，凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系被提前。这样，进气阀52a、52b和排 气阀54a、54b在相对于曲轴40正常时间更晚的时间打开和关闭。虽然这个示例显示了在其中进气和排气阀正时被同时控制的系统，但也可以采 用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时、双等变凸轮正时(dual equal variable cam timing)或其它可变凸轮正时。此外，还可以采用可变阀升程。另 外，凸轮轴廓线变换可以被用于在不同的工作状况下提供不同的凸轮廓线。更进一步，气 门机构(valvetrain)可以是滚柱指轮从动件、直动机械活塞(direct actingmechanical buckets)、电液压或摇臂的其它替代。继续讨论可变凸轮正时系统，与凸轮轴130同步旋转的齿138通过将信号VCT提 供给控制器12的凸轮正时传感器150，来允许相对凸轮位置的测量。齿1、2、3和4可以被 用于凸轮正时的测量并且等间距分隔开(例如，在V-8双排发动机中，彼此分隔90度)，同 时齿5可以被用于汽缸识别。此外，控制器12发出控制信号(LACT，RACT)到常规的电磁阀 (未显示)，以控制液压液流进入滞后室142或者进入提前室144，或者都不进入。相对凸轮正时可以用不同的方式被测量。通常来说，PIP信号上升沿和从壳体136 上的多个齿138之一接收信号之间的时间或转动角度给出了相对凸轮正时的测量。对于具 有两个汽缸排和5个齿轮的V-8发动机的特别示例，对一特定的排的凸轮正时的测量每转 接收到4次，并且额外信号用于凸轮识别。如上所述，图1仅仅显示了多汽缸发动机中的一个汽缸，并且每个汽缸有其自己 的一组进气/排气阀，燃料喷射器、火花塞等。图2显示了带有连接于曲轴40 (未显示)的油泵208的发动机油润滑系统200的 示例实施例，其包含了不同的机油子系统216、218、220。机油子系统可以利用油流来实现一些功能，例如润滑、致动器的致动等等。例如，机油子系统216、218、220中的一个或更多个 可以是带有液压致动器和液压控制阀的液压系统。此外，机油子系统216、218、220可以是 润滑系统，例如用于输送油到移动组件的通道，所述移动组件例如凸轮轴、汽缸阀等。更进 一步，机油子系统的非限制性示例是凸轮轴移相器、汽缸壁、各种轴承等。油通过供应管路被供应到机油子系统中并且油通过返回管路返回。在一些实施例 中，可以有更少或更多的机油子系统。继续参考图2，与曲轴40 (未显示)的转动关联的油泵208通过供应管路206从 存于油盘202中的储油槽204中吸取油。油从带有压力的油泵208通过供应管路210和油 过滤器212输送到主通道214。在主通道214中的压力是由油泵208和分别通过供应管路 214a、214b、214c进入到每个机油子系统216、218、220的油流产生的力的函数。油通过返 回管路222回到大气压下的储油槽204。油压传感器224测量主通道的油压并且向控制器 12(未显示)发送压力数据。主通道油压的水平会影响机油子系统216、218、220中一个或更多个的性能，例 如，由液压致动器产生的力直接与主通道中油压成比例。当油压高时，致动器会更易于响 应；当油压低时，致动器会更不易于响应。低油压还会限制发动机油对移动组件润滑的效 果。例如，如果主通道油压低于门限压力，则输送的润滑油流量减弱，并且会发生组件的老 化。另外，在主通道外没有或仅有减少的油流量时，主通道油压最高。这样，机油子系 统中液压致动器的泄露能够减小主通道油压。此外，在可变凸轮正时移相器中会出现一个 特别的漏油源，如图3A-3B中进一步详细描述的那样。图3A和3B显示了处在两个不同状态的机油子系统220。机油子系统220 (这里， 亦是“移相器”)包括可变凸轮正时致动器(这里，亦是“致动器”)360、可变力螺线管(这 里，亦是“螺线管”)310、油控滑阀(这里，亦是“滑阀”)300、凸轮轴颈370和液压管路(这 里，亦是“管路”)316、317、318、320、322。管路316将主通道214连接到滑阀300 ；管路317、 318将滑阀300连接到返回管路222 ；管路320通过凸轮轴颈通路342将滑阀300连接到致 动器360中的滞后室142 ；管路322通过凸轮轴颈通路344将滑阀300连接到致动器360 中的提前室144。凸轮轴颈370包含凸轮轴130、凸轮轴颈通路342和344、凸轮轴颈帽380 和汽缸盖凸轮孔381。机械地连接于汽缸盖(未显示)的凸轮轴颈帽380形成了柱形轴承， 凸轮轴130可以在该柱形轴承中转动。在图3A中，示出了凸轮轴颈帽380的剖视图以及帽 顶380a、汽缸盖凸轮孔381和帽密封台肩(cap seal landing) 380c。油通路可以如所示在 帽密封台肩380c的任一侧集成到凸轮轴颈帽380。凸轮轴颈通路342为管路320和滞后室 142之间的油提供液压管路。凸轮轴颈通路344为管路322和提前室144之间的油提供液 压管路。帽密封台肩380c提供了凸轮轴颈通路342和344之间的隔离。这样，在一个特别 示例中，可以采用凸轮_反馈油压致动系统。致动器360由转子330、壳体136、滞后室142、提前室144(未显示)、锁紧销332 和可选的复位弹簧334构成。转子330附连于凸轮轴130，因此其按与凸轮轴130相同的 速度转动。转子330液压连接到壳体136。移相器叶片330a，330b，330C、330d在由滞后室 142和提前室144形成的凹进内移动。根据移动所需的方向(即，取决于所需要的是凸轮提 前还是滞后)，通过让油流进滞后室142并且流出提前室144，或者相反，滑阀300允许转子330移动。在凸轮滞后期间，来自于供应管路316的油流经滑阀300和管路320和凸轮轴颈 通路342进入滞后室142，同时油从提前室144压入凸轮轴颈通路344和管路322，通过滑 阀300和外管路318。在凸轮提前期间，来自于供应管路316的油流经滑阀300和管路322 和凸轮轴颈通路344进入提前室144，同时油从滞后室142压入凸轮轴颈通路342和管路 320，通过滑阀300和外管路317。壳体136形成对转子330的机械阻碍。当滞后室142被 最大打开且转子330相对于壳体136静止时，致动器360位于滞后端位置(此处，亦是“基 础位置”)并且凸轮正时被最大地滞后。当提前室144被最大打开且转子330相对于壳体 136静止时，致动器360位于提前端位置并且凸轮正时被最大地提前。当油压低时，例如在 冷起动中，可选的复位弹簧334和锁紧销332可以将转子330保持在基础位置。当油压上 升，锁紧销332能够被收回，所以转子330如前所述自由移动。当存在复位弹簧334时，无 论油压如何，复位弹簧334都会产生一个力以使转子330向着基础位置偏置。滑阀300由用于接收阀芯(spool) 314的套筒308和偏压弹簧312组成，其中阀芯 314具有阀芯台肩(spool land) 314a，314b、314c。被电子控制器单元(ECU) 302 (其可以是 控制器12)控制的螺线管310在套筒308内移动阀芯314。阀芯314的位置通过平衡偏压 弹簧312的力和与之对抗的螺线管310生成的力来确定。阀芯台肩314a、314b、314c被用 于限制或阻止通过液压管路的油的流动。阀芯314可以是可调整的，从而使得滑阀300可 以工作在多个范围之间，包括朝向第一端位置在致动器上产生第一方向的液压力的第一范 围、朝向第二相反的端位置在致动器上产生第二相反方向的液压力的第二范围和在第一和 第二范围之间的中性范围。在一个实例中，第一范围是延迟范围，第二范围是提前范围。在滞后范围内，油从滑阀300流入滞后室142，迫使致动器360使凸轮正时滞后，直 至最大的滞后凸轮正时。阀芯台肩314a阻塞了管路317，在阀芯台肩314a、314b之间的从 管路316至管路320的管路打开，并且在阀芯台肩314b、314c之间的从管路322至管路318 的管路打开。滞后范围的一个例子是当螺线管310没有被加电(例如，没有对其施加电流) 并且致动器360位于基础位置时。在提前范围内，油从滑阀300流进提前室144，迫使致动 器360克服复位弹簧334并使凸轮正时提前，直至最大的提前凸轮正时。阀芯台肩314c阻 塞了管路318，在阀芯台肩314b、314c之间的从管路316至管路322的管路打开，并且在提 前范围内的阀芯台肩314a、314b之间的从管路320至管路317的管路打开。在中性范围内， 致动器上的液压力基本平衡，所以致动器360既不会使凸轮正时提前也不会使其滞后。来 自于复位弹簧334的扭矩被来自于提前室144到滞后室142的正压力差所抵消。在中性范 围内，阀芯台肩314c阻塞了管路318，在阀芯台肩314b、314c之间的从管路316至管路322 的弱管路(weak channel)打开，并且在阀芯台肩314a、314b之间的从管路320至管路317 的弱管路打开。如上所述，图3A-3B示出了滑阀300在两个不同位置上，一个位置产生通过凸轮轴 颈370的较多泄漏，另一个位置产生通过凸轮轴颈370的较少泄漏。图3A示出当致动器 360被保持在基础位置并且正时被保持在基础正时状态时，螺线管310的基本断电/去激 励的设置。螺线管310断电，所以来自于主通道214的高压油可以流经液压管路316、320 和342进入滞后室142，并且大气压油可以从提前室144流经液压管路344、322和318进 入储油槽204。压力差产生了推动转子330的叶片以将致动器360保持在基础位置的扭矩 336。复位弹簧334也产生将致动器360保持在基础位置的扭矩。导向滞后室142的液压管路316、322和342中的压力接近主通道压力，而从提前室144导向的液压管路318、322 和344中的压力接近大气压。高压力差可以产生经过凸轮轴颈370的高泄漏，因为高压油 通过凸轮轴130和帽密封台肩380c之间的小径向间隙从凸轮轴颈通路342向凸轮轴颈通 路344泄漏。油从凸轮轴颈通路344流经管路322和318流至储油槽204。凸轮轴颈泄漏 会减小影响其它机油子系统性能的主通道压力，如图2所示。在首先从基础正时开始提前 时，压力差还增加了延迟。机油子系统220流动足够的油来逆转移相器中的压力差并且产 生提前方向的压力以在凸轮正时开始提前之前克服复位弹簧334。在选择的状况下，例如在发动机怠速状态中当发动机油超过门限温度并且当发动 机油压超过门限压力时，保持基础正时同时还减小凸轮轴颈油泄漏是可能的。图3B示出在 这种情况下的移相器220，这里致动器360位于基础位置并且滑阀300处于滞后范围中，但 位于接近中性范围的滞后范围的一端。ECU 302对螺线管310施加电流，从而移动阀芯314， 直到从管路316至管路320的液压路径稍微打开并且从提前室144经过管路344、322、318 的液压路径被稍微打开。滞后室142内的压力足够将致动器360维持在基础位置，但滞后 室142和液压管路342和320中的压力明显低于来自主通道214的高压力。提前室144和 液压管路344和322中的压力接近储油槽204中的大气压力。由于凸轮轴颈通路342和凸 轮轴颈通路344之间的压力差远小于当螺线管310断电时的压力差，因此从凸轮轴颈通路 342到凸轮轴颈通路344的帽密封台肩380c的油泄漏被减小。转子330由来自复位弹簧 334的力和滞后室142内的压力保持在适当位置上，从而保持基础正时。与图3A中所示机 油子系统相比，当凸轮正时开始提前时，被减小的油压将导致更快的响应时间。滞后室142 中更小的初始压力需要更少的油流动，就能够在提前方向上产生足够的压力去克服复位弹 簧334。因此，在凸轮反馈油压致动系统的特别示例中，解决由于两条通路间的压力差导致 的在凸轮轴颈轴承中的提前和滞后油通路间的油泄漏是可能的。如同参考图4所进一步阐明的，方法400被发动机控制器(例如12)执行，以实现 连接到发动机汽缸气门的液压致动可变汽缸气门致动器的控制方法，例如被液压阀(例如 滑阀300)控制的可变凸轮正时致动器360。在一个示例中，所述方法包括，在选择的状况下 并且当致动器被偏压弹簧保持在第一端位置时，在第一范围内且比第一范围的完全致动边 界更接近中性范围处调整液压阀。例如，致动器可以被保持在接近中性范围的滞后范围内， 这样减小了通过致动器的油压从而减小了油泄漏，并且允许当致动器从第一端位置处移开 时更快地响应。进而，可以根据运行状况实行不同的操作模式。例如，在第一模式下，在选 择的状况期间并且当可变凸轮正时致动器被偏压弹簧保持在完全滞后的正时位置时，方法 可以包括在第一滞后范围内更靠近中性范围处调整阀。在第二模式下，方法可以包括通过 将滑阀从第一滞后范围内更接近于中性范围处调整至第二提前范围，而使凸轮正时从完全 滞后的正时位置提前。因此，回到方法400，在402处，所述方法包括测量和/或估计发动机运行状况。 被评估的状况可以包括测量的VCT正时、命令的VCT正时、发动机油温、发动机转速、怠速 转速、大气压力、所需传动驾驶员要求的扭矩(例如，来自于踏板位置传感器)、歧管压力 (MAP)、歧管空气流量(MAF)、空气温度、车辆速度等。当发动机转速等于或低于当前发动机 运行状况的怠速时，可以设置一个怠速标志。如果发动机转速超过怠速，怠速标志将被清 除。
在404处，确定是否已设置怠速标志。如果没有设置怠速标志，则方法结束。如果 怠速标志被设置，则在406处确定是否出现潜在的油泄漏情况。作为非限制性示例，油泄漏 很可能出现在以下状况下，即，当发动机油超过一定门限温度时、当发动机油压超过一定门 限压力时、当车辆速度为零并且当驱动器踏板下压少于门限量时并且当制动器被致动时， 以及当发动机转速被控制在所需的怠速时等。如果没有出现油泄漏的情况，则方法结束。总 的来说，方法400可以在高温(例如高于门限温度)时和/或低于低速门限时被采用，从而 使得在整个发动机油温度范围内完全不降低经济性。如果油泄漏的情况存在，在408处，确定是否使主动VCT控制可用或使其不可用。 在发动机运行状况随时间变化时，主动VCT控制使用反馈来校准螺线管电流。当谨慎的最 小化引入对发动机燃烧的干扰的可能性，例如在怠速状态，在冷启动和从周边环境中暖机 时，可以使主动VCT控制不可用。在凸轮正时被完全提前或滞后时，可以使主动VCT控制不 可用。当凸轮正时既不完全提前也不完全滞后并且滑阀位于零位时，主动VCT控制可以从 不可用转换为可用。当使主动VCT控制可用时，方法400从408执行到418。当使主动VCT 不可用时，方法400从408执行到410。在418处，可以执行凸轮正时的主动反馈控制。在主动反馈控制中，所测量的相对 凸轮正时被用在反馈控制回路中(例如通过滑阀300)，以调整提前或滞后压力。接下来， 在420处，用于将滑阀300维持在零位的保持电流可以被探测到并储存在由不同参数(例 如发动机油温、发动机转速等)所引用的表格中。当致动器360不是完全提前或完全滞后 并且所测量的凸轮正时不是正在变化时，可以确定零位。从零位起，增加螺线管电流到致动 器360开始提前的点将给出最靠右边的零位。从零位起，减小螺线管电流到致动器360开 始滞后的点将给出最靠左边的零位。在一个示例中，探测可以包含当在致动器离开第一端 位置和第二端位置并且在第一端位置和第二端位置之间执行反馈控制时，确定对中性范围 的限制(最左和最右零位)。存储可以包含调整在被当前发动机运行状况索引的表格中的 最左和最右零位。此外，一旦获知中性范围，第一(滞后)范围限制和第二(提前)范围限 制就能被确定，并且对应于当前发动机运行状况的表中的项目可被调整以响应所确定的中 性范围。在410处，确定测量的凸轮正时是否在基础正时。如果测量的凸轮正时不在基础 正时，则在416处，可以指示正时衰退(degradation)并且方法可以结束。如果测量的凸轮 正时在基础正时，则在412处，对于当前运行状况的所获知的零位可以被找回。在414处， 可以用低于零位但仍在滞后方向上的数值驱动螺线管电流，以使致动器360保持在基础位 置上，从而在凸轮轴颈通路342和344间的泄漏被减少，而主通道压力增加。在一个具体示例中，在414处，螺线管电流将滑阀调整至第一范围内比第一范围 的完全致动边界更接近中性范围的位置，此处第一范围可以是滞后范围而第二范围可以是 提前范围。一个接近中性范围的示例可以是调整滑阀到中性范围的20%之内。接近中性范 围的另一个示例是调整滑阀从而使滞后方向上的油流量低于最大滞后流量的40%。414可 以包括调整滑阀300以至少部分地阻塞通往致动器腔室(例如滞后室142)的连通，这产生 朝向弹簧产生的基础位置的扭矩。除减小油泄漏外，给螺线管310加电有额外的好处，即当从基础位置移到更提前 的位置时改善了移相器的响应时间。由于在滞后通路342和提前通路344间的压力差减小，系统可以在提前方向上更快地响应，这是因为需要更少的油流量用于生成压力差以开始移 动转子330。注意本文所包含的示例控制和估计程序可以与不同的发动机和/或车辆系统配 置一起使用。本文描述的具体的方法可以表现为任何数量的处理策略中一个或多个，例如 事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。同样，所述的不同的动作、操作或功能可以按所述 的顺序执行、或并行执行或在某些情况下省略掉。同样，本文所述的处理顺序对于实现本文 所述的示例实施例的特征和优点不是必须要求的，而是为了易于阐释和描述而提供的。根 据所采用的具体策略，所述动作或功能中的一个或多个可以被重复执行。此外，所描述的动 作可以图形化地表示作为微处理器指令而编码的并且被储存在发动机控制系统的计算机 可读存储介质中的代码。图5显示了螺线管电流与通过控油阀阀芯的油流量的两个特征的预示性示例。一 条曲线显示了当电流从0安培变化到1安培时的油流量，而另一条曲线显示了当电流从1 安培变化到0安培时的油流量。这些不同的曲线显示了油流量对电流的滞后现象。滞后范 围510、中性范围520和提前范围530被图示说明。在滞后范围的最左端560 (完全滞后致 动边界)处螺线管被断电并且致动器被压迫到第一端位置。最左端零位570也是滞后范 围的最右端。在最左端零位570处在提前和滞后方向上的力被平衡从而使凸轮正时既不 提前也不滞后，但是稍小的额外滞后压力会导致凸轮正时滞后。最右端零位580也是提前 范围的最左端。在最右端零位580处在提前和滞后方向上的力被平衡从而使得凸轮正时 既不提前也不滞后，但是稍小的额外滞后压力会导致凸轮正时滞后。零位可以是最左零位 和最右零位的平均值。在提前范围的最右端590 (完全提前致动边界)处螺线管被完全加 电并且致动器被压迫到第二端位置。运行状况540显示了当致动器360位于基础位置且螺 线管310被断电时经过凸轮轴颈370的泄漏，如图3A所示。运行状况550显示了当螺线管 电流在第一范围内但是接近中性范围520时经过凸轮轴颈370的泄漏，如图3A所示。在一 个示例中，图4中的程序可以选择范围550作为在412和414中滑阀的期望设置点。图6表示了螺线管电流对主通道油压的特性曲线。在螺线管310断电时，出现主 通道压力610。在螺线管310运行在或接近中性范围520时，主通道压力620达到峰值。在 螺线管310完全加电时，出现主通道压力630。应注意到本文公开的配置和程序是示例性质的，并且这些特定实施例不视为有限 制意义，因为很多的变体是可能的。例如，上述技术可以被实施在V-6、L-4、L-12、对置4缸、 汽油、柴油和其它发动机类型和燃料类型上。本公开的主题包括不同系统和配置、以及其它 特征、功能、和/或本文公开的特性的所有新颖的和非显而易见的组合和次级组合。本文特别指出了视为新颖和非显而易见的特定某些组合和次级组合。文中提及 “一个”元件或“第一”元件或其等同物。本公开应被理解为包含一个或多个这类元件，既不 要求也不排除两个或更多的这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和 次级组合可以通过对本文实施例的修改或在本申请或相关申请中的新的权利要求表达。无论比本申请的范围更宽、更窄、相等或不同，这些技术方案也被视为包含在本发 明的主题中。
权利要求
1.一种控制发动机的方法，其中所述发动机包含液压致动的汽缸气门致动器，并且通 过在多个范围内可调整的液压阀来控制所述汽缸气门致动器，所述多个范围包括第一范 围，其朝向第一端位置在所述致动器上产生第一方向的液压力；第二范围，其朝向第二相对 端位置在所述致动器上产生第二相反方向的液压力；和在所述第一和第二范围之间的中性 范围，所述方法包括当所述致动器在所述第一端位置时，将所述液压阀调整至所述第一范围内比所述第一 范围的完全致动边界更接近所述中性范围的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中调整液压阀包括将所述液压阀调整到接近所述 中性范围，并且其中在所述中性范围内所述致动器上的液压力基本平衡。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液压阀是滑阀，并且其中所述调整包括调整 所述滑阀以至少部分阻碍与所述滑阀中的排油口和致动器室的连通。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当在所述致动器离开所述第一端位置和所 述第二端位置并且处于所述第一端位置和所述第二端位置之间时执行反馈控制时，确定所 述中性范围的限制。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括响应于确定的中性范围，调整对所述第一 和/或第二范围的限制的确定，其中当所述致动器被保持在所述第一端位置时，将所述液 压阀调整至第一已调整范围之内。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在选择的状况下执行所述调整，所述选择的状况 包括怠速。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述选择的状况包括当车辆速度为零时、当驱动 器踏板下压小于门限量时并且当车轮制动器被致动时，以及当发动机转速被控制在所需的 怠速时。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在没有执行凸轮正时的反馈控制时的选择的状况 下执行所述调整，所述反馈控制包含所述致动器位于所述第一和第二端位置之间，并且所 述选择的状况包含当发动机油温高于门限值时。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述致动器是可变凸轮正时致动器，所述方法进 一步包括通过将所述液压阀从在所述第一范围内比所述第一范围的完全致动边界更接近 于所述中性范围之处调整到在所述第二范围内，来调整所述液压阀以使凸轮正时从所述第 一端位置提前。
10.一种通过机电致动的螺线管滑阀控制发动机的可变凸轮正时致动器的方法，所述 滑阀在多个范围内可调整，所述多个范围包括第一范围，其朝向第一滞后端位置在所述可 变凸轮正时致动器上产生滞后方向的液压力；第二范围，其朝向第二提前端位置在所述可 变凸轮正时致动器上产生第二提前方向的液压力；和在所述第一和第二范围之间的中性范 围，所述方法包括在发动机运行期间并且当所述可变凸轮正时致动器被保持在完全滞后位置上时，将所 述滑阀调整至所述第一范围内比所述第一范围的完全滞后端更接近所述中性范围的位置； 和在发动机运行期间并且当所述可变凸轮正时致动器离开所述完全滞后位置时，基于反 馈凸轮正时调整所述滑阀，以保持期望的凸轮正时位置。
全文摘要
在一个示例中，描述了一种通过发动机的液压致动移相器调整凸轮正时的方法。所述移相器被液压滑阀所控制，例如，该液压滑阀具有一个去激励位置，其导致液压力迫使移相器处于基础正时。当期望凸轮正时运行于基础正时状态时，不是将滑阀留在能产生泄漏的去激励位置，而是将所述滑阀调整至接近零位，以减小经过所述凸轮轴颈的液压压力下降并因而减小油泄漏。用这种方法，保持基础正时同时减小泄漏是可能的。
文档编号F01L9/02GK102003292SQ201010265539
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者J·C·汉肖, J·D·克劳 申请人:福特环球技术公司