专利名称：利用凸轮轴位置感测进行气门操作监测的发动机控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用凸轮轴位置感测来监测内燃机中的气门操作的系统和方法。
背景技术：
在某些操作条件下，通过停用发动机气缸中的某些气缸可以改善多缸内燃机的燃料经济性。当以降低排量模式操作时，减少操作气缸的数量降低了发动机的有效排量，从而有时被称为可变排量发动机。例如，根据可变排量发动机的特定构造，在轻度到适度负荷条件下可以选择性地停用一个或多个气缸，以改善燃料经济性。在一些发动机构造中，选择性地停用可以是完整一列气缸的一组气缸。根据特定应用和发动机技术，气缸停用可以包括进气门、排气门或这两者的停用。已经发展出了用于启用和停用进气门和/或排气门的各种技术，其响应于来自发动机控制器的指令信号依靠机械、液压、电气/电子或组合装置来实施气门停用。在一些条件下，停用的气门可以继续操作(打开或升起)和/或启用的气门可以在收到命令时不打开。这样的情况可能导致例如驾驶性能下降、NVH(噪声、振动、声振粗糙度)增大、燃料经济性降低或部件劣化。因此，出现了用于监测气门操作的多种方案。例如， 一种方案分析由歧管绝对压力(MAP)传感器测量的进气压力脉冲之间的周期，而另一种方案分析爆震传感器信号。发明_既述一种控制能够以降低排量模式操作的多缸内燃机的系统或方法，在该降低排量模式中至少一个气门或气缸被选择性地停用，所述方法包括通过分析凸轮轴位置来监测气门操作，以检测与当前气缸状态不一致的气门操作；以及响应于对不一致操作的检测来控制发动机。在一个实施例中，凸轮轴传感器信号被处理成检测与当前气门/气缸状态(例如启用或停用)不一致的气门操作。凸轮轴位置可以用来产生表示进气门/排气门升程的代用信号。可以利用相对于对应曲轴位置的期望或基准齿位置的凸轮轴传感器齿偏差产生该代用信号，并且该代用信号可以与对应的阈值比较以检测进气门/排气门升程。在另一个实施例中，通过一个或多个基准齿位置图案与测量的或推断的齿位置图案的图案匹配来产生表示气门升程的代用信号。在这个实施例中，该代用信号表示与有关特定气门动作的基准图案的相关性、可能性或匹配程度，以检测非响应气缸/气门。本领域技术人员将会认识到与根据本发明的各个实施例相关的多个优点。例如， 利用已有的凸轮轴传感器进行气门停用的监测操作在不需要额外的专门传感器的情况下提供了诊断和控制。根据本发明的系统和方法可以用于检测各种类型的异常操作，包括停用时的气门操作(升起)以及启用之后气门保持关闭。根据本发明的凸轮轴信号处理可以连续地实施，而不是由对状态或模式改变的响应而触发。根据本发明的实施例的气门停用监测可以减轻或消除驾驶性能、NVH(噪声、振动、声振粗糙度)、燃料经济性或部件耐用性的劣化，或在其他方面与不理想响应的气门或气缸相关的劣化。以下结合附图的优选实施例的详细说明将清晰展示上述优点和其他优点以及特征。
图1是根据本发明的利用凸轮轴位置感测进行气门停用监测的代表性发动机/车辆实施例的操作的方框图；图2是根据本发明实施例的基于凸轮轴位置监测气门操作且控制发动机的系统和方法的操作的示意图；图3是根据本发明实施例的相对于感测的或推断的凸轮轴信号的曲轴位置和各种基准位置的凸轮轴传感器齿位置的示意图，该凸轮轴传感器齿位置用于确定表示相对于已知操作状态的当前操作的代用信号；图4是根据本发明实施例的用于产生表示气门升程的代用信号以用于监测气门操作的齿偏差方案的示意流程图；图5A和5B示出了根据本发明实施例的代表性代用信号，该代用信号用于监测证实正常操作和延迟停用的气门操作；图6是根据本发明实施例的用于产生表示气门升程的代用信号以用于监测气门操作的图案匹配方案的示意流程图；图7A-7D示出了根据本发明实施例的表示凸轮轴传感器齿图案与已知的或基准齿图案的相关性或图案匹配的代用信号或度量，其中当前操作与气门启用/停用状态一致；图8A-8D示出了根据本发明实施例的利用表示延迟排气门停用/启用动作的凸轮轴传感器齿标记的图案匹配产生的代用信号或度量；以及图9A-9D示出了根据本发明实施例的利用表示延迟进气门停用/启用活动的凸轮轴传感器齿标记的图案匹配产生的代用信号或度量。
具体实施例方式本领域技术人员将会理解，参考任一附图所示和所述的实施例的各种特征可以与在一个或多个其他附图中示出的特征组合，以形成没有明确示意或说明的可替代实施例。 所示特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，与本发明教义一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施是可以预期的。图示中所用的代表性实施例总体上涉及四冲程、多缸、进气口喷射式内燃机，该内燃机能够以可变排量模式操作，具有机械致动的进气门和/或排气门以及电子控制的节气门。本领域技术人员可以认识到对于其他发动机/车辆技术的类似的应用或实施，包括直喷式和/或进气口喷射式发动机、火花塞点火式或压缩点火式发动机、以及使用不同气缸或气门停用技术的发动机，该气缸或气门停用技术包括但不限于通过停用一个或多个相关进气门和/或排气门来停用一个或多个气缸或气缸组(例如一列气缸)的机械、电磁、机电和液压系统。相似地，尽管本发明主要涉及排气门停用或组合的进气门/排气门停用的监测操作，但是本领域技术人员可以认识到，本发明的教义可以被修改以应用于进气门停用系统。同样，本发明的实施例可以用在具有各种类型的气门组系的发动机中，该气门组系包括顶置气门组系(OHV)，其也被称为I型气门组系；以及推杆或整体式凸轮气门组系，其也被称为II型气门组系。
在图1所示的代表性实施例中，系统10包括由具有多个气缸的内燃机提供动力的车辆(未具体示出)，该多个气缸由气缸12代表，该气缸12具有对应的燃烧室14。本领域技术人员将会理解，系统10包括各种传感器和致动器，以实现发动机/车辆的控制。每个气缸12可以设置有一个或多个传感器或致动器，或者发动机可以设置有单个传感器或致动器。例如，每个气缸12可以包括四个气体交换阀门，包括两个进气门16和两个排气门18， 在图中每种阀门仅示出了一个。然而，发动机可以仅仅包括单个发动机冷却剂温度传感器 20。在图1所示的实施例中，发动机包括机械致动的进气门16和排气门18，其具有与基于微处理器的控制器22通信的可变气门正时机构和气门停用机构(未示出)，以控制气门打开和关闭时间，并且用于通过停用对应的进气门16和/或排气门18而选择性地停用一个或多个气缸，以提供可变排量操作。在一个实施例中，气缸停用包括至少用于特定气缸的排气门18的停用。其他实施例可以包括特定气缸的进气门和排气门两者选择性停用和/或一组气缸(例如气缸列)的排气门停用。各种其他实施例包括可替代的气门构造和利用机械、机电、液压和/或组合气门致动、启用和/或停用的气门控制。例如，在一个实施例中， 进气门16和排气门18由相关的凸轮轴M和双重相等可变凸轮正时机构(未示出)致动。 或者，可以利用具有推杆和摇臂的整体式凸轮构造常规地致动进气门16和排气门18，排气门18具有通常本领域中已知的机械和/或液压停用机构。在一个实施例中，系统10可以通过停用进气门16和/或排气门18的对应致动器而选择性地以可变排量模式操作，其中比所有气缸12少的气缸参与燃烧。在可变或降低排量模式中的操作通常与较高的歧管压力和较宽的节气门40的开度相关，以减小泵送损失并且增大启用或操作气缸的效率。根据本发明的利用凸轮轴M的位置对气门升起的监测可以用来检测各种类型的操作条件。例如，进气门16和/或排气门18在收到气门停用命令之后继续操作(升起)的操作条件，可以因对凸轮轴M的位置变化(本文有更加详细的所述)的响应而被检测到。在收到停用命令之后继续操作的气门可能导致燃料经济性下降、 油耗增大以及可能的催化器劣化或中毒，并且可能不会被车辆驾驶员注意到。这样，根据本发明的这种条件的检测可以用来改变随之而来的发动机控制，其可以包括抑制可变排量模式中的操作、抑制特定气缸或气缸组的停用、存储诊断代码、和/或例如经由指示灯或诊断消息警示车辆驾驶员。相似地，凸轮轴位置可以用来检测在重新启用命令之后仍然关闭一个或多个燃烧循环的气门。控制器22可以包括与存储管理单元(MMU) 25通信的微处理器M或中央处理单元 (CPU)。MMU25控制各个计算机可读存储介质中的数据移动，并且将数据发送到CPU24以及从CPUM接收数据。计算机可读存储介质可以包括例如只读存储器(R0M)26、随机存取存储器(RAM08以及保持存储内存(KAM) 30中的易失性和非易失性存储器。KAM30是持久的或非易失性存储器，可以用来在CPUM断电时存储各种操作变量。计算机可读存储介质可以使用多种已知存储装置中的任一种来实施，例如能够存储数据的PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPR0M(电可擦可编程只读存储器)、闪存、或任何其他电、磁、光或组合存储装置，这些数据中的某些部分代表在控制发动机或控制安装有发动机的车辆时CPUM所用的可执行指令。计算机可读存储介质还可以包括软盘、⑶-ROM、硬盘和类似物。CPU24经由输入/输出(I/O)接口 32与各种发动机/车辆传感器和致动器通信。接口 32可以实施为单个一体化接口，其为调节、处理和/或转换、短路保护等等提供各种原始数据或信号。或者，在特定信号被供应至CPUM之前，一个或多个专门的硬件或固件芯片可以用来调节和处理该特定信号。在CPU24的控制下通过I/O接口 32可以直接地或间接地受到致动的参数、系统和/或部件的实例有燃料喷射正时、喷射率和持续时间；节气门位置；火花塞点火正时(对于火花塞点火式发动机)；进气门/排气门正时和持续时间(或凸轮相位)；前端附件驱动(FEAD)部件，例如交流发电机、空调压缩机和类似物。通过I/O 接口 32的传感器通信输入可以用来指示例如曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮速度 (WSUWS2)、车辆速度(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、排气背压(EBP)、加速踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、是否含有废气氧 (EGO)或其他废气组分或其浓度大小、进气流量(MAF)、变速箱传动或变速比(PRN)、变速箱油温(TOT)、变速箱涡轮速度(TS)、扭矩转化器离合状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)。一些控制器架构不包含MMU25。如果不采用MMU25，那么CPUM管理数据并且直接连接到R0iC6、RAiC8和KAM30。当然，根据特定应用，多于一个的CPUM可以用来提供发动机控制，并且控制器22可以包括与MMU25或CPUM联接的多个R0M26、RAM28和KAM30。在操作中，引入的空气穿过进气管34并且经由通常由附图标记36表示的进气歧管被分配到多个气缸12。系统10可以包括集合气流传感器38或其他气流传感器，其向控制器22提供表示进气或引入气流的对应信号(MAF)。节气门40或其他气流控制装置可以用来调节气流并且控制进气管36中的歧管压力，以便与点火正时和燃料控制配合而将发动机扭矩控制到期望的输出扭矩，特别是对于火花塞点火式发动机而言。可以基于由控制器22产生的对应节气门位置(TP)信号通过合适的致动器48以机械或电子方式控制节气门40。可以响应于驾驶员经由加速踏板46要求的对应发动机输出或扭矩产生节气门位置 (TP)信号，以对进气门进行定位。节气门位置传感器42向控制器22提供表示节气门40实际位置的反馈信号，以实施节气门40的闭环控制。尽管图1中所示的实施例是火花塞点火的进气口喷射式发动机，但是根据本发明的用于监测气门操作的系统和方法通常与发动机技术无关，并且应用于直喷式和/或压缩点火式发动机或操作模式。歧管绝对压力传感器50用来向控制器22提供表示歧管压力的信号(MAP)。穿过进气歧管36的空气通过一个或多个进气门16的合适控制进入燃烧室14。可以利用相关的可变气门正时(VVT)或可变凸轮正时(VCT)装置根据特定应用和实施由控制器22控制进气门16和排气门18的正时、启用和停用。可以利用本领域中通常公知的多种电气、机械、 机电和/或液压气门致动机构中的任意一种响应于来自控制器22的控制信号来选择性地启用和停用用于相关气缸的进气门16和/或排气门18。可以响应于发动机和/或环境操作条件来控制气缸(或气门)停用，以获得诸如理想的发动机和/或车辆性能、燃料经济性和排放目标。根据特定实施，可以通过单独的气缸、单独的气门、气缸组或气门类型来控制停用。例如，在达到合适的操作温度之后，在低发动机速度和轻负荷条件下可以停用服务整个气缸列的排气门。燃料喷射器80基于由控制器22产生且由驱动器82处理的信号(FPW)在当前操作模式的一个或多个喷射活动中将适量的燃料喷射到启用的气缸中。在燃烧循环期间的适当时刻，控制器22产生火花信号(SA)，该火花信号由点火系统82处理，以控制火花塞84并且在燃烧室14内启动燃烧。
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如前所述，可以利用通常由附图标记52表示的常规凸轮轴布置控制进气门16和 /或排气门18。凸轮轴布置52包括凸轮轴M，每个燃烧或发动机循环凸轮轴M完成一个回转，每个燃烧或发动机循环需要曲轴56的两个回转，从而凸轮轴M以曲轴56的速度的一半旋转。凸轮轴M (在可变凸轮正时或无凸轮发动机应用中与控制器22配合)的旋转控制一个或多个启用的排气门18，以便通过排气歧管排出燃烧后的空气/燃料混合物。凸轮轴位置传感器58提供表示凸轮轴M的旋转位置的信号，并且可以提供凸轮轴M的每个回转时或等效地每个燃烧循环时与传感器轮60的一个齿相关的气缸识别(CID)信号。在一个实施例中，凸轮轴位置传感器58包括传感器轮60，该传感器轮60包括五( 个齿，这五个齿包括通常等距地间隔的四个齿和第五个齿，以提供CID指示。其他实施例可以包括传感器轮60，该传感器轮60包括七个齿或任何其他数量的齿，这些齿布置成提供凸轮轴位置信号，根据本发明，该凸轮轴位置信号可以用来监测气门操作。传感器轮60与凸轮轴M 一起旋转，通过霍尔效应或可变磁阻传感器62检测这些齿。凸轮轴位置传感器58可以用来识别指定活塞64在气缸12中的确定位置。特定的气缸数量和活塞位置可以根据特定应用和实施而变化。通过曲轴位置传感器66可以提供用于控制发动机的额外旋转位置信息，该曲轴位置传感器66包括齿轮68和相关的传感器70。在一个实施例中，齿轮68包括以十度 (10° )等间距地间隔开的三十五个齿，其中具有单个二十度的间隙或间距，被称为缺齿。 例如，与凸轮轴位置传感器58结合，曲轴位置传感器66的缺齿可以用来产生由控制器22 使用的用于燃料喷射和点火正时的信号(PIP)。在一个实施例中，控制器22中专门的集成电路芯片用来调节/处理由位置传感器66产生的原始旋转位置信号，并且输出每个燃烧循环时每个气缸的信号(PIP)，即对于八缸发动机，每个燃烧循环产生由控制逻辑使用的八个 PIP信号。例如，根据特定应用，CPU24内的控制逻辑可以具有由传感器66提供的额外位置信息，以产生PIP信号或等同信号。曲轴位置传感器66还可以用来确定发动机转速，并且可以用来基于发动机转速的绝对值、相对值或差值识别气缸燃烧。曲轴位置可以用来确定由传感器轮60表示的凸轮轴M位置的位置基准，以用来根据本发明监测气门操作。根据特定应用，废气氧传感器62可以用来向控制器22提供表示废气是缺乏还是富含化学计量的信号(EGO)。同样，根据特定应用，传感器62可以提供与富含或缺乏条件对应的两种状态的信号，或者可以提供与废气的化学计量成比例的信号。例如，当提供该信号时，该信号可以用来调节空气/燃料比，或者控制一个或多个气缸的操作模式。废气在排放到大气中之前穿过排气歧管和一个或多个催化器88。控制器22包括软件和/或硬件实施控制逻辑，以便基于凸轮轴标记或代用信号监测进气门16和/或排气门18的操作，并且据此相应地控制发动机。例如，当检测到气门操作与当前操作模式或状态不一致时，控制器22可以通过在计算机可读存储介质中存储诊断代码、启动警示灯、产生提醒驾驶员的消息和/或使接下来的气门/气缸停用不起作用而做出响应。在一个实施例中，多缸内燃机10能够以降低排量模式操作，其中至少一个气门或气缸被选择性地停用。凸轮轴传感器信号可以被处理成检测与当前气门/气缸状态不一致的气门操作，例如启用或停用。凸轮轴位置可以用来产生表示进气门/排气门升程的代用信号。可以利用相对于对应曲轴位置的期望或基准齿位置的凸轮轴传感器齿偏差产生该代用信号，并且该代用信号可以与对应的阈值比较以检测进气门/排气门升程。在另一个实施例中，通过一个或多个基准齿位置图案与测量的或推断的齿位置图案的图案匹配来产生表示气门升程的代用信号。在这个实施例中，该代用信号表示与有关特定气门活动的基准图案的相关性、可能性或匹配程度，以检测非响应气缸/气门。当凸轮轴或代用信号表明气门操作与期望的或命令的操作模式不一致时，控制器 22可以尝试各种补救措施。例如，控制器可以选择性地重新启用此前被停用的气缸和/或排气门，以确定停用期间的气门打开条件是否再现。控制器可以尝试识别的气缸或气门的多个启用/停用循环，和/或根据特定应用开始各种其他诊断测试或补救行动。控制器22 还可以在计算机可读介质观、30中存储临时的或永久的诊断代码，和/或点亮诊断灯或消息来警示驾驶员。可以抑制接下来的一个或多个气缸或气门的停用，直到诊断代码被清除或者接下来的监测表明可疑的排气门或气缸正如期望地操作。当然，由控制器22响应于检测停用期间的气门开度而启动或执行的特定行动可以根据特定应用和实施而变化。如前所述，在某些发动机和/或环境操作条件下，控制器22可以以降低或可变排量模式操作发动机，其中一个或多个气缸12被停用。根据特定应用，气缸停用可以包括利用对应的气门致动器停用进气门16和/或排气门18。然而，本发明与特定类型的气门致动和/或启用/停用机构无关。在一个实施例中，当在降低排量模式下操作时，利用机械/液压停用系统停用“V”型发动机的整个气缸列的进气门16和排气门18。本发明认识到，在启用和停用期间存在和不存在气门冲击活动和来自气缸的扭转在特定曲轴位置期间分别引起凸轮轴的感测角度和相关凸轮位置传感器轮齿的轻微的偏差。进气门操作可能比排气门操作更加难以检测。然而，与本发明的教义相一致的各种技术已经用来监测排气门，并且还应当能够以与本发明的教义一致的额外精度来监测进气门操作。图2是根据本发明的基于凸轮轴位置监测气门操作且控制发动机的系统或方法的操作的示意图。例如，图2、4和6的示意图提供内燃机的监测进气门/排气门的代表性控制方案，以检测与对应操作模式或状态(例如启用或停用状态)不一致的操作。图中所示的控制方案和/或逻辑表示多种已知处理方案中的任一种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程和类似方案。这样，可以以所示的顺序平行地或者在某些情况下省略地执行所示的各个步骤或功能。尽管没有清楚地示出，但是本领域技术人员将会理解，根据所使用的特定处理方案可以重复地执行所示功能中的一个或多个。相似地，处理顺序对于实现本文所述的特征和优点并不是必要的，而是为了图示和说明的方便。可以主要在软件中实施控制逻辑，通过基于微处理器的车辆、发动机和/或动力系控制器，例如控制器22 (图1)，来执行该软件。当然，根据特定应用可以在一个或多个控制器内的软件、硬件或软件和硬件的组合中实施控制逻辑。当在软件中实施时，控制逻辑优选地设置在一个或多个计算机可读存储介质沈、28、30(图1)中，该计算机可读存储介质具有表示由计算机执行的用来控制发动机的代码或指令的存储数据。计算机可读存储介质可以包括多个已知物理装置中的一个或多个，该物理装置利用电、磁和/或光存储器来保持可执行指令和相关校正信息、操作变量寸。方块200表示确定当前发动机和/或环境操作条件。除了发动机、车辆和/或环境条件或参数(温度、压力、速度、状态附件操作等)，这样的条件可以包括当前操作模式(怠速、巡航、起动、停车、降低排量等)。例如，当前发动机和/或环境操作条件或模式可以用来确定以降低排量模式操作是否能够理想地满足车辆性能、燃料经济性和排放目标。如前所
8述，气缸停用可以包括用于一个或多个气缸的进气门、排气门或这两者的停用。然而，本发明与可以被启用或停用以提供各种操作模式(例如一个或多个降低排量操作模式)的气体交换阀门(进气门和/或排气门)的数量或类型无关。在一个实施例中，当在降低排量模式下操作时，停用单个气缸列上所有气缸的进气门和排气门。方块210表示确定一个或多个气门和/或气缸的当前启用状态。方块220表示利用多种已知方案中的任一种检测当前凸轮轴位置。在图1的实施例中，凸轮轴联接到多齿传感器轮，基于各个传感器齿的前缘和/或后缘检测位置。传感器轮齿的数量和位置可以根据特定应用而变化。例如，凸轮轴位置可以相对于诸如曲轴角位置的基准而被指定。在一些实施例中，凸轮轴位置可以被推断而不是由一个或多个相关传感器直接测量。方块230表示基于凸轮轴位置数据产生表示气门升程的代用信号。各种方案可以用来产生这样的代用信号。本发明利用凸轮轴正时相对各个传感器齿的期望基准正时的扰动(提前或延迟)来识别气门弹簧和摇臂的反作用力不会以相同的方式在凸轮轴或操作气门和非操作气门上施加力。方块232和234分别表示可以用各种技术来检测这些扰动，例如通过分析特定齿的齿位置或者分析由相邻齿相对于基准位置的位置形成的齿图案或标记。 方块240表示分析代用信号以检测对应的气门是否操作，然后与当前操作模式或状态(启用或停用)比较，以确定该操作与气门/气缸启动状态一致还是不一致。方块250表示接下来响应于该确定而控制发动机。方块250通常表示如果气门操作状态与启用状态不一致则可以执行各种诊断和控制功能。例如，方块252表示一个或多个气门或气缸可以重复地启用或停用。可替代的是或者组合的是，方块2M表示一个或多个诊断代码可以存储在易失性或永久性存储器中。同样，方块256表示可以抑制或防止一个或多个气门或气缸的接下来的停用。图3是根据本发明实施例的相对于感测的或推断的凸轮轴信号的曲轴位置和各种基准位置的凸轮轴传感器齿位置的示意图，该凸轮轴传感器齿位置用于确定表示相对于已知操作状态的当前操作的代用信号。信号300表示凸轮轴位置信号，其可由对应的多齿传感器轮感测，在这个实例中，该多齿传感器轮具有五个齿，每个齿都产生对应的脉冲302、 304、306、308和310。在具有多凸轮轴布置的发动机上的每个凸轮轴可以产生类似的信号。同样，例如对于进气门凸轮轴和排气门凸轮轴可以产生分开的信号。例如，每个齿脉冲 302-310可以相对于以曲柄角度测量的曲轴位置进行指定。由脉冲302-310表示的测量或推断的齿位置中的一个或多个可以与基准信号330表示的对应齿的基准位置相比较。可以基于在多个燃烧循环上每个齿的相应平均位置确定基准信号330表示的基准齿位置，该多个燃烧循环对应于与特定气缸相关的气门的已知操作状态。由线330表示的基准值可以在发动机开发或校正期间确定，可以存储在非易失性存储器中，并且不必对应于在发动机操作期间产生的实际基准信号，而是提供成示出相对于期望值的传感器齿偏差或扰动。相似地，由线350和360表示的多个基准向量或齿图案(相邻齿在一个凸轮轴回转上的位置值) 可以存储在永久性存储器中，对应于核查表并且用于本文中更详细描述的图案匹配。如图3所示，对应于齿位置302的凸轮轴位置相对于基准位置332沿第一方向移动或偏移，同时齿的位置或脉冲306相对于基准位置336沿相反的方向移动。这种相对正时有时可以被分别称为比基于平均值期望的正时延迟或提前，该平均值对应于已知的操作状态，例如所有气门都操作或者一列气缸停用。信号300相对于由线300表示的一个或多个基准值的齿位置偏差可以用来产生表示气门升程和引起的操作与当前操作模式或启用状态一致或不一致的代用信号，可参考图4和5所示和所述。图4是根据本发明实施例的用于产生表示气门升程的代用信号以用于监测气门操作的齿偏差方案的流程图。方块400表示确定每个传感器齿的基准位置。如前所述，这可以是用于特定发动机的期望或理论值、平均值，例如其在以已知的操作值状态操作时在此前的燃烧循环上确定，或者在发动机开发和校正期间根据经验确定。根据特定应用，例如对于各种操作模式或状态(包括一个或多个可变排量操作模式)，可以确定基准位置。方块 410和信号300表示基于对应传感器轮齿的位置确定感测的或推断的凸轮轴位置(图3)。 方块420表示接下来确定用于一个或多个齿相对于一个或多个基准齿位置的偏差或δ。方块430表示对于给定气门组(例如特定气缸列和气门类型)计算沿正向指示升起方向的齿 δ或偏差的和，以产生与气门组升起或保持关闭成比例的代用信号(图幻。然后，代用信号可以与表示升程变化的绝对阈值或S阈值相比较，以检测例如当信号或S越过对应阈值时发生的启用/停用动作。图5Α和5Β示出了根据本发明实施例的代表性代用信号，该代用信号用于监测气门操作并且确定与启用和停用一致的操作。图5Α示出了用于气门系统的证实正常操作的代用信号500。如图4所述，信号 500(或等效值)是根据凸轮轴传感器齿δ的和进行计算。线502表示由发动机控制器产生的与当前操作条件对应的气门操作状态或命令状态标识或信号。在510处产生气门停用命令或信号，并且代用信号500超过对应的阈值506，该阈值指示气门已经被停用并且发动机在降低排量模式下操作，即气体交换阀门操作被确定为与当前操作模式或状态一致。相似地，在512处通过控制器产生气门启用信号或命令，并且代用信号500超过表示对应气门已经被启用的阈值506。图5Β示出了用于气门系统的代用信号500，该代用信号证实延迟的气门停用以及接下来的启用，从而在收到降低排量模式操作命令期间，气门操作与相关气缸的启用状态在一段时间内不一致。如图5Β所示，通过发动机控制器在510处发出停用或降低排量模式的命令。然而，代用信号500并没有超过阈值506，直到一定数量的燃烧循环之后指示气门在510和520之间继续升起。在降低排量模式期间保持在阈值506之上的代用信号500指示气门操作与当前收到命令的启用状态不一致。相似地，在512处退出降低排量模式并且重新启用对应的气缸。然而，代用信号500保持在表示气门操作与当前命令停用状态不一致的对应阈值506以下，直到气门后来在530处开始操作一些数量的燃烧循环。这种情况下，图4和5示例出了通过将检测到的凸轮轴位置与对应基准凸轮轴位置相比较来监测选择性地停用的发动机气门的操作方法。图6是根据本发明实施例的用于产生表示气门升程的代用信号以用于监测选择性地停用的气体交换阀门的气门操作的图案匹配方案的流程图。在这个实施例中，代用信号是表示齿图案或标记与多个存储的图案或标记之一的相关性的度量。这个方案试图将每个回转的齿位置与齿的相对于回转平均位置的标准化期望偏差进行图案匹配。然后其与气门组(例如，气缸列和气门类型)相关联，并且最有可能的组被选择为用于该回转的气门状态。然后，将这个气门状态与期望的或命令的启用/停用状态相比较，以确定气门操作是否与启用状态一致/不一致。如图6的方块600所表示的，通过找到特定传感器轮回转的所有“η”个齿的平均值来构造齿图案。这个图案可以由η维平均向量表示，该平均向量具有表示对于一个回转的每个齿的凸轮轴位置(在这个实例中参考曲柄角度)的分量或维度。方块610表示的是，通过将平均向量除以其范数而使得表示基准齿图案的平均向量标准化。方块620表示确定由信号向量表示的感测或测量的齿图案相对于平均向量的距离。方块630表示接下来通过将距离向量除以其范数而使得这个距离向量标准化。方块640表示，计算标准化的平均向量和标准化的平均向量的点积，以确定表示感测的齿图案与已知或基准齿图案的相关性的度量。这个度量具有在具有闭联集的-ι(对于负相关性)和+1(对于正相关性)之间的值。参考图7-9示出和说明了利用这个度量产生的代表性代用信号。该度量可以用来指示气门或气门组是否在操作(升起)。方块650表示，相对于命令启用状态估计操作状态， 以确定气门操作与期望或命令状态一致还是不一致。图7A-7D示出了根据本发明实施例的表示凸轮轴传感器齿图案与已知的或基准齿图案的相关性或图案匹配的代用信号或度量，其中当前操作与气门启用/停用状态一致。图7A对应于全排量模式下的操作，在一个V-8发动机的实施例中，其包括八个气缸。代用信号700对应于周期702期间期望的(启用的)所有的进气门和排气门操作，其中与全排量模式的相关性为+1。在708处发出过渡到降低排量或可变排量模式的命令，并且区域704对应于强的负相关性的区域，其中该度量的值为-1。这表示在降低排量模式下操作时将产生的或期望的气门操作，即在这个实例中仅仅四个气缸具有操作的气门。图7B示出了当仅仅进气门操作或升起时的代用信号700。如图所示，与V_8模式或降低排量的V-4模式没有强的正或负相关性(图7D)。相似地，图7C示出了当仅仅排气门操作或升起时的代用信号700。同样地，与分别在图7A和图7D所示的V-8模式或V-4模式信号没有强的正或负相关性。图7D示出了当进气门和排气门在降低排量模式期间期望地操作时的代用信号 700。所示的代用信号与图7A中所示的V-8代用信号互补。这样，因为对于V-8模式所有的气门都期望地操作，所以在周期720期间有很强的负相关性。在722处，信号700切换到强的正相关性，与到周期7M期间的降低排量模式的过渡相一致，并且在730处返回至表示强的负相关性的值，与返回至V-8或全排量模式相一致。图8A-8D示出了利用表示延迟排气门停用/启用动作的凸轮轴传感器齿标记的图案匹配产生的代用信号或度量。与图7A-7D类似，图8A对应于与全排量模式操作(所有的气门操作)中的期望气门行为或操作相关的度量，同时图8D对应于与降低排量模式操作 (一些气门/气缸停用，并且相关的气门不会升起)中的期望气门操作或行为相关的度量。 图8B示出了与仅仅进气门升起相关的度量，同时图8C示出了与仅仅排气门升起相关的度量。如图8A所示，度量800对应于全排量模式操作并且具有接近+1的值，该值表示在周期802期间的强的正相关性，所有监测的气门操作理想，也就是所有的气门启用并且升起。同样，图8D示出了在这个周期期间在850处与降低排量模式的强的负相关性。在804 处收到降低排量模式命令，一些气缸/气门被令停用。然而，在周期806期间，图8A的度量800具有大约为零的值，表示与图8A中所代表的全排量模式度量800的弱的或不强的相关性，同时在852处与图8D中所代表的降低排量模式度量800具有弱的相关性。如图8B中 830处与表示仅仅进气门升起的度量的强的负相关性以及图8C中840处与表示仅仅排气门升起的度量的强的正相关性所指示的，排气门在被命令停用之后继续操作，从而气门的操作与启用模式不一致。这持续多个燃烧循环，直到排气门在808处停止升起，并且与图 8A-8D中所示的四个操作条件相关的度量800分别在区域810、832、842和邪4期间如图所示地相应做出响应。同样，在812处发出重新启用的命令，但是排气门不做出响应，直到区域816，这分别反映于区域814、834、844和856。在这个周期期间，因为排气门应当再次升起但是没有升起，所以气门操作与启用状态不一致。然后，恢复与启用状态相一致的气门操作，分别如图8A-8D的区域816、836、846和858所示。图9A-9D示出了根据本发明实施例的利用表示延迟进气门停用/启用动作的凸轮轴传感器齿标记的图案匹配产生的代用信号或度量。与图7和8所示的度量或信号类似， 图9A对应于与全排量模式操作(所有的气门操作)中的期望气门行为或操作相关的度量 900，同时图9D对应于与降低排量模式操作(一些气门/气缸停用，并且相关的气门不会升起)中的期望气门操作或行为相关的度量。图9B示出了与仅仅进气门升起相关的度量，并且图9C示出了与仅仅排气门升起相关的度量。区域902、920、930和940示出了当所有气门都与当前启用状态(全排量模式)相一致地操作时度量900与可能的操作模式的相关性。 区域904、922、932和942示出了对于降低排量模式下的操作而言在停用某些气门/气缸的命令之后的操作。图9A和9D的弱的或不强的相关性证实了，气门操作与所命令的操作模式不一致。图9B的强的正相关性和图9C的强的负相关性指示了，进气门在停用命令之后继续操作(升起)。同样，区域906、924、934和944表示在降低排量模式期间气门操作与启用状态相一致，如图9A的强的正相关性、图9D的强的负相关性以及图9B和9C的弱相关性所指示的。在重新启用命令之后，区域908、926、936和946表明气门操作与当前启用状态不一致，如936处强的正相关性和拟6处强的负相关性，以及908和946处的弱相关性所证实的。936处强的正相关性表明进气门在被命令重新启用之后仍然保持关闭。基于910处强的正相关性、948处强的负相关性以及拟8和938处的弱相关性，区域910、拟8、938和948 表明气门操作与启用状态相一致。本领域技术人员将会认识到，除了仅仅通过进气门操作或者仅仅通过排气门操作示出的那些之外，可以对应于一个或多个操作条件而存储各种其他的图案。这样，根据本发明的实施例提供了用于监测内燃机的被选择性地停用的气门交换阀门的气门操作并且响应于与当前启用模式不一致的操作而控制发动机的系统和方法。利用已有的凸轮轴位置传感器来产生代用信号或度量方便了形成诊断和控制，而不用昂贵且复杂的额外的专门传感器。根据本发明的系统和方法可以用于检测各种类型的反常操作， 包括停用时的气门操作(升起)以及启用的气门保持关闭且不会升起。根据本发明的凸轮轴信号处理可以连续地实施，而不是由对状态或模式改变的响应而触发。根据本发明的实施例的气门操作监测可以减轻或消除驾驶性能、NVH(噪声、振动、声振粗糙度)、燃料经济性或部件耐用性的劣化，或在其他方面与操作不理想的气门或气缸相关的劣化。虽然已经示出和说明了一个或多个实施例，但是这些实施例并不是用来示出和说明权利要求范围内的所有可能实施例。相反，说明书中所用的词语是说明性的而非限制性的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。虽然各种实施例可能已经被描述为提供了各种优点或者相对于其他实施例或现有技术的实施在一个或多个期望特性方面是优选的，但是一个或多个特征或特性可能是折衷的以获得期望的整体系统属性，这取决于特定应用和实施例。这些属性包括但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、适修性、重量、制造性、组装方便性等。本文所讨论的描述为在一个或多个特性方面不比其他实施例或现有技术的实施例更加理想的实施例并不在本发明的范围之外并且对于特定应用可能是理想的。
权利要求
1.一种用于控制能够以降低排量模式操作的内燃机的方法，所述方法包括在降低排量模式操作期间，响应于相对于基准凸轮轴位置检测到的凸轮轴位置，检测与相关气缸的启用状态不一致的至少一个气体交换阀门的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括基于检测到的凸轮轴位置产生表示气体交换阀门升程的代用信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其还包括利用相对于对应曲轴位置的基准齿位置的凸轮轴传感器齿偏差，产生表示气体交换阀门升程的代用信号；以及将所述代用信号与对应的阈值相比较，以检测气体交换阀门升程。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基准齿位置对应于所有启用的气缸的对应凸轮轴传感器齿的边缘在多个燃烧循环上的平均曲柄角度值。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括产生表示气体交换阀门升程的代用信号，所述代用信号代表多个凸轮轴传感器齿的检测到的齿位置图案与基准齿位置图案的相关性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述基准齿位置图案对应于启用的气缸的每个凸轮轴传感器齿在多个燃烧循环上的平均曲柄角度值。
7.根据权利要求5所述的方法，其中产生代用信号包括通过确定平均向量来构造齿图案，对于一个凸轮轴回转，所述平均向量具有代表每个凸轮轴传感器齿的平均曲柄角位置的分量；通过将所述平均向量除以其范数来确定标准化的平均向量；计算距离向量，对于每个凸轮轴传感器齿，所述距离向量具有代表检测到的曲柄角位置与对应的基准曲柄角位置的距离的分量；通过将所述距离向量除以其范数来确定标准化的距离向量；将所述标准化的距离向量与标准化的平均偏差向量点乘，以确定所述检测到的齿位置图案与所述基准齿位置图案之间的相关性。
8.一种用于通过将检测到的凸轮轴位置与对应的基准凸轮轴位置相比较来监测选择性停用的发动机气门的操作的方法。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括响应于检测与相关气缸的启用状态不一致的至少一个气体交换阀门的操作而存储诊断代码。
10.根据权利要求1所述的方法，其还包括响应于检测与相关气缸的启用状态不一致的至少一个气体交换阀门的操作而重新启用至少一个被停用的气缸。
全文摘要
本发明涉及一种控制能够以降低排量模式操作的多缸内燃机的系统或方法，在该降低排量模式中至少一个气门或气缸被选择性地停用，所述方法包括通过分析凸轮轴位置来监测气门操作，以检测与当前气缸状态(例如启用或停用)不一致的气门操作；以及响应于检测不一致操作来控制发动机。凸轮轴位置可以用来产生表示进气门/排气门升程的代用信号，利用相对于对应曲轴位置的期望或基准齿位置的凸轮轴传感器齿偏差产生该代用信号，并且将该代用信号与对应的阈值比较。还可以通过一个或多个基准齿位置图案与测量的或推断的齿位置图案的图案匹配或相关性来产生表示气门升程的代用信号。
文档编号F02D13/06GK102400793SQ20111025127
公开日2012年4月4日 申请日期2011年8月29日 优先权日2010年9月8日
发明者J·A·都尔瑞, J·E·罗林格, R·A·维德, S·J·斯瓦伯维思科 申请人:福特环球技术公司