调整活塞发动机中的阀的致动正时的系统及方法与流程

本申请要求2014年11月10日提交的美国临时序列号为62/077,686的权益，该申请的全部内容是以引用方式并入本文。

本公开总体上涉及用于活塞发动机的可变阀致动组件，并且更具体地涉及对活塞发动机中的阀的致动正时做出调整。

背景技术：

可变阀致动(vva)组件通常配备在诸如汽车内燃机的活塞发动机中，并且用于控制发动机中的阀的致动正时。致动正时涉及开启和关闭进气阀和排气阀。进气阀允许空气或空气-燃料混合物进入发动机汽缸中，且排气阀使废气从汽缸中排出。一般来说，vva组件可帮助提高燃料经济性、减少废气排放，并且增强相关汽车中的发动机性能。发动机通常包括一个以上vva组件-例如，发动机的每个汽缸处具有单个vva组件。且每个vva组件通常包括任何数量的机械部件、电气部件、液压部件和气动部件。

单独vva组件中的部件之间的区别有时候造成vva组件之间有明显的性能变化。一个vva组件中的电气部件的较慢响应速率(例如)可使该组件比同一发动机中的另一个vva组件更慢。或较慢响应速率可使该vva组件比预期更慢。其他区别包括制造和安装不精确、液压和气动部件中的流体泄漏，以及部件在它们的使用寿命期间的磨损。这些区别以及随附性能变化意味着vva组件不会总是按照需要精确地运行。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种提供活塞发动机中的一个或多个阀的可调致动正时的系统包括位置传感器和可变阀致动组件。随着阀在活塞发动机中致动，位置传感器采集阀的位置读数。可变阀致动组件配备至阀并且控制阀的致动正时。阀的致动正时可部分或更多地基于由位置传感器采集的阀的一个或多个位置读数来调整。

在另一个实施例中，一种借助于一个或多个可变阀致动组件调整活塞发动机中的一个或多个阀的致动正时的方法包括若干步骤。一个步骤涉及当阀在关闭位置处时采集活塞发动机中的阀的第一位置读数。另一个步骤涉及当阀在完全开启位置处时采集阀的第二位置读数。另一个步骤涉及使用第一和第二位置读数来校准阀的后续位置读数。又一步骤涉及在关闭位置附近发生减速之前采集阀的第三位置读数。又一步骤涉及使第三位置读数参照阀的预定义位置。且又一步骤涉及(如果需要)部分或更多地基于参照预定义位置的第三位置读数对阀的致动正时做出调整。

在又一实施例中，一种提供活塞发动机中的阀的可调致动正时的系统包括第一位置传感器、第一空动组件、第二位置传感器、第二空动组件以及电子控制单元。第一位置传感器位于活塞发动机的第一汽缸的第一阀附近。第一空动组件致动第一阀，并且包括第一主活塞、第一从属活塞以及第一电磁阀。第二位置传感器位于活塞发动机的第二汽缸的第二阀附近。第二空动组件致动第二阀，并且包括第二主活塞、第二从属活塞以及第二电磁阀。在关闭位置附近发生减速之前，电子控制单元从第一阀的第一位置传感器接收第一位置读数。第一位置读数参照第一预定义位置。经由第一电磁阀的启动和停用的第一阀的致动正时可部分或更多地基于参照第一预定义位置的第一位置读数来调整。在关闭位置附近发生减速之前，电子控制单元从第二阀的第二位置传感器接收第二位置读数。第二位置读数参照第二预定义位置。经由第二电磁阀的启动和停用的第二阀的致动正时可部分或更多地基于参照第二预定义位置的第二位置读数来调整。

附图说明

图1是具有位置传感器的实施例的可变阀致动组件的实施例的示意图；

图2是图1的可变阀致动组件和位置传感器的另一个示意图；

图3是表示经由可变阀致动组件调整活塞发动机中的阀的致动正时的方法的实施例的流程图；以及

图4是y轴上绘制阀升程且x轴上绘制曲柄角的曲线图。

具体实施方式

该图说明提供活塞发动机中的阀的可调致动正时的系统和方法的实施例。致动正时可涉及开启和关闭汽车的内燃机中的进气阀和排气阀。虽然下文更详细地描述，但是一般来说，该系统和方法对致动正时做出必要的调整以解决活塞发动机中的可变阀致动组件之间的性能变化且解决同一种类的活塞发动机之间的可变阀致动组件之间的性能变化。采用位置传感器，且该位置传感器的位置读数用作任何调整的基础。该系统和方法给活塞发动机中的阀致动正时带来了更高精确度和更好的可靠性和一致性，并且帮助确保提高燃料经济性、减少废气排放，和整体增强相关汽车中的发动机性能。另外，该系统和方法可用于监测可变阀致动组件的功能性并且观察任何故障。

该系统除其他潜在决定因素外-还取决于相关活塞发动机的架构和相关阀机构的架构可具有不同的设计、构造和部件。在由图1和2表示的实施例中，该系统包括可变阀致动(vva)组件10、位置传感器12以及电子控制单元(ecu)14。一般来说，vva组件控制致动正时并且将进气阀和排气阀的开启和关闭移动提前或滞后。确切的致动正时通常符合由汽车制造商设定的发动机性能策略。活塞发动机有时候可在其每个汽缸处配备有一个或多个vva组件用于独立控制汽缸处的阀。且如同较大系统，vva组件取决于发动机和阀机构架构可具有不同的设计、构造和部件。可变阀致动组件可包括任何数量的机械部件、电气部件、液压部件和气动部件。在图1和2中，vva组件10是空动组件。vva组件的类型包括机电致动组件、电磁致动组件、电动液压致动组件以及液压致动组件。

空动组件10致动相关活塞发动机的汽缸中的阀16的开启和关闭移动。阀16可为进气阀或排气阀。在图1和2的实例中，空动组件10包括主活塞18、电磁阀20、蓄能器22、止回阀24、从属活塞26以及流体流回路28。主活塞18具有弹簧30和推杆32，该推杆响应于发动机凸轮轴的凸轮34的接合而往复运动。凸轮34直接撞击摇臂36，其继而撞击主活塞18。凸轮34具有基座38和凸角40。电磁阀20被指令启动和停用以调节流体流回路28中的流体流。当启动时，电磁阀20被带至开启状态并且允许流体流；且当停用时，电磁阀20被带至关闭状态并且防止流体流。电磁阀20可为常开或常关的。蓄能器22经由弹簧42将加压流体存储在贮液器中。止回阀24开启以允许来自供应器44的流体流，该供应器可从泵馈送流体。空动组件10的其他部件促进从属活塞26将桥接器46向外和向内往复运动以开启和关闭阀16。当阀16将要就位在它们的完全关闭位置中时，从属活塞26中的阀式闩勾将阀16的关闭移动减速。最后，流体流回路28经由液压流体使空动组件10的部件流体地连通。另外，空动组件10具有的部件可多于、少于和/或不同于图中描绘和此处描述的部件。

位置传感器12随着阀16开启和关闭感测阀16的位置和移动，并且将对应的位置读数作为输入发送至ecu14。在相关活塞发动机中，可具有多个位置传感器，该位置传感器的确切数量可取决于阀的数量和发动机中的汽缸的数量。无论有多少，单个位置传感器12可位于阀16处、从属活塞26处、桥接器46处，或其中位置传感器12可适当地感测阀16的位置和移动的另一个位置处。其确切位置可以由位置传感器的类型和阀机构架构规定。再次参考图1和2的实例，位置传感器12安装在从属活塞26的杆上靠近桥接器46。位置传感器12可以具有不同类型，且一种类型是可变电感位置传感器。一般来说，可变电感位置传感器是由线圈48和金属靶50组成。随着金属靶50相对于线圈48移动，相关电路变化的频率与移动成比例。频率变化可转换为用于ecu14的适当信号，并且可与对应的阀位置有关。这些类型的阀以及它们的操作和所附计算将为技术人员所知。另外，另一种类型的位置传感器是可变磁阻位置传感器。

ecu14与位置传感器12电通信并且从位置传感器12接收呈位置读数形式的输入。ecu14可以管理空动组件10的功能性，并且因此可以指令电磁阀20的启动和停用。可存在与相关活塞发动机中的所有vva组件10电通信的单个ecu14，或可以存在与单个vva组件10电通信的多个ecu14。另外，ecu14可为相关汽车中的另一个ecu的部分，或可本身构成另一个汽车ecu。或ecu14可与诸如发动机ecu的另一个汽车ecu电通信。无论设置如何，ecu14均可执行下文参考图3描述的一个或多个方法步骤。该方法步骤可在如ecu14的计算机程序产品中实施，其中指令携带在计算机可读媒介上。ecu14可以包括具有呈源代码、对象代码、可执行代码或某种其他格式的指令的软件程序；可以包括固件程序；可以包括硬件描述语言(hdl)文件；并且可以包括任何程序相关数据。数据可以涉及数据结构、查找表或任何其他合适格式的数据。且指令可以涉及模块、例程、对象、部件等。

本说明书中详述的系统和方法对阀16的致动正时做出必要调整来协调相关活塞发动机中的单个vva组件10的性能变化，并且协调多个活塞发动机中的多个vva组件10之间的性能变化。已经观察到vva组件10中的部件之间的差别可造成明显的性能变化-例如，单个vva组件10中的致动正时可关闭与其预期和预定义正时相差多达八个曲柄角度(8°)，且活塞发动机中的一对vva组件10之间的致动正时可关闭多达十六个曲柄角度(16°)。其他变化幅度当然也是可行的。该差别在vva组件10的部件中找得到，该部件取决于vva组件的特定类型，诸如机械、电、液压和气动部件。该差别可涉及不精确制造和不精确安装的部件、制造公差、部件在它们的使用寿命期间的磨损、电气部件的较慢响应速率以及液压和气动部件中的流体泄漏。在图的空动组件10的实例中，随着温度上升和下降，这些差别本身可经由电磁阀20的较慢气动和停用响应速率、流体流回路28中某处的泄漏以及甚至流体流回路28中的液压流体的粘度波动而表现出来。另外，差别可以其他方式出现。

一旦协调了性能变化，该系统和方法给阀16的致动正时带来了更高精确度和更好的一致性，并且因此提高燃料经济性、减少废气排放，并且增强相关汽车中的整体发动机性能。且因为更高精确度是利用该系统和方法实现，所以vva组件10的其他部件本身可具有更低精确度并且因此生产成本可更低。例如，在空动组件10的实例中，电磁阀20不一定以更高水平的准确性启动和停用。

图3的流程图中表现方法的实施例。其他实施例可采用的步骤多于、少于和/或不同于图中陈述的步骤，且步骤不一定以此处所述的顺序执行。步骤110涉及当阀16在完全关闭位置处时采集阀16的第一位置读数。第一位置读数是由位置传感器12采集并且发送至ecu14。图1描绘完全关闭位置，其中阀16完全就位并且阻断相关进气和/或排气通道。在示例性空动组件10中，凸轮34在步骤110处利用其基座38接合摇臂36，且将电磁阀20停用。现在参考图4，采集曲线图上的零升程点a处的第一位置读数。零升程点a表示完全关闭位置。图4的曲线图在y轴上绘制具有阀升程位移的阀致动并且在x轴上绘制曲柄角。实线b标示阀16的致动但不将开启和关闭移动提前或滞后，而虚线c标示早闭阀致动。实线b的左侧直至其最高点标记阀16从初始开启至完全开启的开启移动，且实线b的右侧标记阀16从完全开启至完全关闭的关闭移动。图4中未描绘的其他阀致动包括晚开阀致动。

现在返回参考图3，步骤120涉及当阀16在完全开启位置处时采集阀16的第二位置读数。如同第一位置读数，第二位置读数是由位置传感器12采集并且发送至ecu14。图2描绘完全开启位置，其中阀16允许流过相关进气和/或排气通道。在示例性空动组件10中，凸轮34在步骤120处在其凸角40的最高点接合摇臂36，且电磁阀20启动且从属活塞26将桥接器46以其最大程度向外推。再次参考图4，采集最大升程点d处的第二位置读数，该最大升程点d表示完全开启位置。

该方法进一步包括步骤130，其涉及使用步骤110、120的第一和第二位置读数来校准由位置传感器120采集的后续位置读数。在这种意义上，第一和第二位置读数可被视为校准位置读数。校准使位置传感器相关并且参照阀16的物理位置。在可变电感位置传感器12的实例中，传感器12的给定赫兹值对应于相对于阀16的完全关闭位置测量的阀16的给定位移值。校准在相关活塞发动机的操作期间可发生于任何时间和任何次数，且该发生可以由被汽车制造商设定的发动机性能策略规定。例如，可在发动机启动时执行初始校准，且确保当发动机升温且在预设温度下时或当发动机处于节气门全开操作条件下时可执行重新校准。另外，校准可涉及其他和不同步骤，且是否究竟执行步骤110、120、130可以取决于在该系统中使用的位置传感器12的类型。因为校准发生在vva组件10安装于相关活塞发动机中之后，所以解决了不精确制造和不精确安装的部件以及上文陈述的其他差别。

在校准之后，如果实际上执行了，那么步骤140涉及经由位置传感器12采集阀16的第三位置读数。如同其他位置读数，第三位置读数发送至ecu14。随着阀16在发动机操作期间连续致动，在阀16的每个开启和关闭阶段可采集第三位置读数，或可以更不频繁时间间隔采集第三位置读数。另外，位置传感器12可贯穿阀16的单个致动期间采集不同点的第三位置读数。例如在阀16的关闭移动期间的点e处采集图4中的第三位置读数。在此实例中，点e刚好就在随着阀16正靠近完全关闭位置阀16发生减速之前。减速是由从属活塞26的阀式闩勾实现，并且在曲线图中由大括号f标示。在具体实例中，点e可位于定位在完全关闭位置前面大约1毫米(mm)至2mm处，如图4的放大图中所说明。另外，可在阀16的初始开启移动之后大约1mm至2mm处或在沿着图4的绘制图(诸如当阀16就位在它们的完全关闭位置中)的另一个点和另一个位移处采集第三位置读数。

再次参考图3，步骤150涉及使步骤140的第三位置读数参照阀16的预定义位置。预定义位置通常符合由汽车制造商设定的发动机性能策略，并且如果阀16严格地遵守发动机性能策略，那么用作阀16的预期位置。且使第三位置读数参照预定义位置可意味着比较值并且检查第三位置读数与预定义位置之间的任何偏差。如果存在偏差，那么执行步骤160。步骤160涉及基于步骤150对阀16的致动正时做出调整。例如，如果预定义位置具有值x且第三位置读数具有值x+4°，那么将做出调整以减小或完全消除四度偏差的裕度。取决于系统中的vva组件的特定类型，调整可以各种方式实现。在空动组件10的实例中，可针对每个现有偏差更改所调度的启动和停用。启动可加速或减速，停用同样可加速或减速，或可实现这些动作的组合。且在做出调整之后-无论它们可为何种调整-均可重复步骤140、150和160。以此方式，该方法提供更精确地控制阀16的致动正时的闭环反馈程序。

另外，本说明书中详述的系统和方法可用作发动机诊断程序的部分，在该发动机诊断程序中，监测vva组件10的功能性。该系统和方法可以检测所发生的故障。在空动组件10的实例中，例如，相当大的偏差可以表明电磁阀20堵塞或流体流回路28中的流体损失。

前述描述仅被视为说明性的。所使用的术语的词汇本质旨在具有描述而非限制。鉴于以上描述，本领域技术人员将容易想到许多修改和变动。因此，前述描述不旨在将本发明限于上述实施例。因此，本发明的范围如随附权利要求书限定。