用于發動機中的凸輪移相器控制的系統和方法

專利名稱：用于發動機中的凸輪移相器控制的系統和方法
技術領域：
本發明涉及用于發動機的控制系統和方法，且更具體地涉及在發動機關閉和起動期間的凸輪移相器控制的系統和方法。
背景技術：
在此提供的背景說明是為了總體上介紹本發明背景的目的。當前所署名發明人的工作(在背景技術部分描述的程度上)和本描述中否則不足以作為申請時的現有技術的各方面，既不明顯地也非隱含地被承認為與本發明相抵觸的現有技術。
車輛通常包括內燃發動機，其在氣缸中燃燒空氣和燃料混合物，從而產生用于推進車輛的驅動扭矩。發動機可包括活塞，活塞在氣缸中往復移動且聯接到曲軸。活塞響應于空氣和燃料混合物的燃燒而往復移動，從而引起曲軸的旋轉。發動機還可以包括控制進出氣缸的空氣流量的閥機構。所述閥機構可包括在合適時間選擇性地打開和關閉進氣閥和排氣閥的凸輪軸，從而控制空氣流量。凸輪軸可隨曲軸一起旋轉，從而相對于活塞在氣缸中的位置控制打開和關閉定時。閥機構還可包括聯接到凸輪軸和曲軸的凸輪移相器。所述凸輪移相器可調節凸輪軸相對于曲軸的旋轉速度，從而相對于活塞的位置調節進氣閥和排氣閥的打開和關閉定時。已經開發控制系統以控制發動機操作，包括發動機關閉和起動。已經開發停止-起動發動機控制系統以增加燃料經濟性且減少排放物。停止-起動系統在車輛操作時段期間在不需要來自于發動機的驅動扭矩時選擇性地關閉且隨后起動發動機。例如，在趨近停車信號燈時，隨著車輛減速至停止，停止-起動系統可關閉發動機。在車輛駕駛員釋放制動踏板和/或踩下加速踏板時，表示期望車輛加速，停止-起動系統可起動發動機。因此，停止-起動系統在車輛操作期間可基于來自于駕駛員的輸入和/或各種操作狀況(例如，車輛速度和發動機速度)頻繁地關閉和起動發動機。

發明內容
在一種形式中，本發明提供一種用于發動機的控制系統，包括位置確定模塊和位置控制模塊。所述位置確定模塊在發動機關閉之前確定用于起動發動機的第一凸輪移相器位置，且在發動機關閉時確定用于起動發動機的第二凸輪移相器位置。在發動機關閉時，所述位置控制模塊將凸輪移相器調節至第一凸輪移相器位置。在發動機起動時，當第一凸輪移相器位置和第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，所述位置控制模塊將凸輪移相器從第一凸輪移相器位置調節至第二凸輪移相器位置。在一個特征中，所述位置確定模塊基于在發動機關閉之前的發動機操作狀況來確定第一凸輪移相器位置。在相關特征中，所述位置確定模塊基于發動機關閉標準來選擇歧管絕對壓力和環境壓力中的一個作為操作狀況。在另一個相關特征中，所述位置確定模塊在所述發動機響應于駕駛員輸入而關閉時選擇環境壓力作為所述操作狀況，且在所述發動機響應于發動機扭矩小于預定扭矩而關閉時選擇歧管絕對壓力作為所述操作狀況。在又一個相關特征中，當點火開關從ON位置移動到OFF位置時，所述位置確定模塊選擇環境壓力作為操作狀況。在其它特征中，所述位置確定模塊基于在發動機關閉之前的發動機溫度、歧管絕對壓力和環境壓力中的至少一個來確定第一凸輪移相器位置。在另外的特征中，所述第一凸輪移相器位置是除了全提前位置和全延遲位置之外的位置。在其它特征中，所述位置控制模塊在發動機關閉時的發動機速度為零之前將凸輪移相器調節至第一凸輪移相器位置，且在發動機起動時在發動機發動之前將凸輪移相器調節至第二凸輪移相器位置。在另外的特征中，凸輪移相器被電動致動。本發明還提供一種用于發動機的控制系統，包括起動-停止模塊、位置確定模塊和位置控制模塊。所述起動-停止模塊在第一時段期間關閉發動機且隨后在第二時段之后起動發動機。所述位置確定模塊基于第一時段期間的第一發動機操作狀況來確定第一凸輪移相器位置。所述位置確定模塊還基于第二時段期間的第二發動機操作狀況來確定第二凸輪移相器位置。所述位置控制模塊在所述第一時段期間將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置。所述位置控制模塊基于所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置 之間的差將所述凸輪移相器從第一凸輪移相器位置選擇性地調節至第二凸輪移相器位置。在一個特征中，當所述差大于預定差時，所述位置控制模塊將凸輪移相器調節至第二凸輪移相器位置。在另一個特征中，所述位置控制模塊在所述起動-停止模塊關閉發動機之前將凸輪移相器調節至第一凸輪移相器位置。在另一個特征中，所述位置控制模塊在第二時段期間將凸輪移相器調節至第二凸輪移相器位置。在另一個形式中，本發明提供一種用于控制發動機的方法。所述方法包括在發動機關閉之前確定用于起動發動機的第一凸輪移相器位置，且在發動機關閉時確定用于起動發動機的第二凸輪移相器位置。所述方法還包括在發動機關閉時，將凸輪移相器調節至第一凸輪移相器位置。所述方法還包括在發動機起動時，當第一凸輪移相器位置和第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，將凸輪移相器從第一凸輪移相器位置調節至第二凸輪移相器位置。在一個特征中，所述方法還包括基于在發動機關閉之前的發動機操作狀況來確定第一凸輪移相器位置。在另一個特征中，所述方法還包括基于發動機關閉標準來選擇歧管絕對壓力和環境壓力中的一個作為操作狀況。在另一個特征中，所述方法還包括在所述發動機響應于駕駛員輸入而關閉時選擇環境壓力作為所述操作狀況。在相關特征中，所述方法還包括在所述發動機響應于發動機扭矩小于預定扭矩而關閉時選擇歧管絕對壓力作為所述操作狀況。在又一個特征中，所述方法還包括基于在發動機關閉之前的發動機溫度、歧管絕對壓力和環境壓力中的至少一個來確定第一凸輪移相器位置。在各個其它特征中，所述第一凸輪移相器位置是除了全提前位置和全延遲位置之外的位置。方案I. 一種用于發動機的控制系統，包括
位置確定模塊，所述位置確定模塊在發動機關閉之前確定用于起動所述發動機的第一凸輪移相器位置，且在所述發動機關閉時確定用于起動所述發動機的第二凸輪移相器位置；和
位置控制模塊，在發動機關閉時，所述位置控制模塊將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置，在發動機起動時，當所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，所述位置控制模塊將所述凸輪移相器從所述第一凸輪移相器位置調節至所述第二凸輪移相器位置。方案2.根據方案I所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊基于在發動機關閉之前的發動機操作狀況來確定所述第一凸輪移相器位置。方案3.根據方案2所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊基于發動機關閉標準來選擇歧管絕對壓力和環境壓力中的一個作為所述操作狀況。方案4.根據方案3所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊在所述發動機響應于駕駛員輸入而關閉時選擇環境壓力作為所述操作狀況，且在所述發動機響應于發動機扭矩小于預定扭矩而關閉時選擇歧管絕對壓力作為所述操作狀況。方案5.根據方案2所述的控制系統，其中，當點火開關從ON位置移動到OFF位置時，所述位置確定模塊選擇環境壓力作為所述操作狀況。
方案6.根據方案I所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊基于在發動機關閉之前的發動機溫度、歧管絕對壓力和環境壓力中的至少一個來確定所述第一凸輪移相器位置。方案7.根據方案I所述的控制系統，其中，所述第一凸輪移相器位置是除了全提前位置和全延遲位置之外的位置。方案8.根據方案I所述的控制系統，其中，當發動機關閉時，所述位置控制模塊在發動機速度為零之前將所述凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置。方案9.根據方案I所述的控制系統，其中，當發動機起動時，所述位置控制模塊在發動機發動之前將所述凸輪移相器調節至所述第二凸輪移相器位置。方案10.根據方案I所述的控制系統，其中，所述凸輪移相器被電動致動。方案11. 一種用于發動機的控制系統，包括
起動-停止模塊，所述起動-停止模塊在第一時段期間關閉所述發動機且隨后在第二時段之后起動所述發動機；
位置確定模塊，所述位置確定模塊基于所述第一時段期間的第一發動機操作狀況來確定第一凸輪移相器位置，且基于所述第二時段期間的第二發動機操作狀況來確定第二凸輪移相器位置；和
位置控制模塊，所述位置控制模塊在所述第一時段期間將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置，且基于所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置之間的差將所述凸輪移相器從所述第一凸輪移相器位置選擇性地調節至所述第二凸輪移相器位置。方案12.根據方案11所述的控制系統，其中，當所述差大于預定差時，所述位置控制模塊將所述凸輪移相器調節至所述第二凸輪移相器位置。方案13.根據方案11所述的控制系統，其中，所述位置控制模塊在所述起動-停止模塊關閉所述發動機之前將所述凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置。方案14.根據方案11所述的控制系統，其中，所述位置控制模塊在所述第二時段期間將所述凸輪移相器調節至所述第二凸輪移相器位置。方案15. —種用于控制發動機的方法。所述方法包括
在發動機關閉之前確定用于起動所述發動機的第一凸輪移相器位置；
在所述發動機關閉時確定用于起動所述發動機的第二凸輪移相器位置；在發動機關閉時，將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置；以及在發動機起動時，當所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，將所述凸輪移相器從所述第一凸輪移相器位置調節至所述第二凸輪移相器位置。方案16.根據方案15所述的方法，還包括基于在發動機關閉之前的發動機操作狀況來確定所述第一凸輪移相器位置。方案17.根據方案16所述的方 法，還包括基于發動機關閉標準來選擇歧管絕對壓力和環境壓力中的一個作為所述操作狀況。方案18.根據方案17所述的方法，還包括
在所述發動機響應于駕駛員輸入而關閉時，選擇環境壓力作為所述操作狀況；以及在所述發動機響應于發動機扭矩小于預定扭矩而關閉時，選擇歧管絕對壓力作為所述操作狀況。方案19.根據方案15所述的方法，還包括基于在發動機關閉之前的發動機溫度、歧管絕對壓力和環境壓力中的至少一個來確定所述第一凸輪移相器位置。方案20.根據方案15所述的方法，其中，所述第一凸輪移相器位置是除了全提前位置和全延遲位置之外的位置。從下文所提供的詳細描述可清楚本發明的其他應用領域。應當理解，這些詳細描述和特定示例僅僅旨在用于說明目的，而不旨在限制本發明的范圍。


通過詳細描述和附圖將更完整地理解本發明，其中
圖I是圖示根據本發明的示例性車輛系統的功能框 圖2是圖示根據本發明的示例性發動機控制系統的功能框 圖3是圖示根據本發明的示例性移相器控制系統的功能框圖；和 圖4-6是圖示根據本發明的用于移相器控制的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式以下描述在本質上僅僅是說明性的，且絕不旨在限制本發明、其應用或者使用。為清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標記，以表示類似的元件。如本文使用的，短語“A、B和C中的至少一個”應當被理解為表示使用非排他邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應當理解，方法中的各個步驟可在不改變本發明的基本原理的情況下以不同的順序執行。如本文所使用的，措辭“模塊”可以指代以下項、是以下項的一部分、或者包括以下項專用集成電路(ASIC);電子電路；組合邏輯電路；現場可編程門陣列(FPGA);執行代碼的處理器(共享、專用或者群組)；提供所述功能的其它合適部件；或者上述中的一些或全部的組合，例如在系統級芯片中。措辭“模塊”可以包括存儲由處理器執行的代碼的存儲器(共享、專用或者群組)。如上使用的措辭“代碼”可以包括軟件、固件和/或微碼，可指程序、例程、函數、類和/或對象。如上使用的措辭“共享”表示可使用單個(共享)處理器執行來自多個模塊的一些或全部代碼。另外，來自多個模塊的一些或全部代碼可由單個(共享)存儲器存儲。如上使用的措辭“群組”表示可使用一組處理器執行來自單個模塊的一些或全部代碼。另外，來自單個模塊的一些或全部代碼可使用一組存儲器來存儲。本文所述的設備和方法可通過由一個或多個處理器執行的一個或多個計算機程序來實施。計算機程序包括存儲在非臨時性有形計算機可讀介質上的處理器可執行指令。計算機程序還可包括存儲數據。非臨時性有形計算機可讀介質的非限制性示例為非易失性存儲器、磁性存儲器和光存儲器。凸輪移相器通常使用發動機內產生的加壓油液壓地致動，例如，通過由發動機驅動的油泵。在一些發動機系統中，加壓油在發動機不運行(即，關閉)的時段期間可能不可用。在加壓油不可用的時段期間，偏壓構件可以以全延遲位置和全提前位置中的一個偏壓凸輪移相器。當發動機起動時，凸輪移相器可處于全延遲位置或全提前位置，且可保持在那里，直到足夠的油壓力可用于將凸輪移相器的位置調節至期望位置。因而，在將凸輪移相器移動到最佳位置時可能存在不希望的遲延，從而導致降低的發動機性能。例如，所述遲延可增加起動發動機所需的時段。在自動起動-停止情況下，所述遲延可導致不滿意的發動機、起動時段。如本文使用的，最佳凸輪移相器位置通常指的是用于實現期望發動機性能的期望或合適凸輪移相器位置。本發明的控制系統和方法使用電致動的凸輪移相器，在發動機關閉的時段期間，其可以停放在全延遲位置和全提前位置之間的各個位置。移相器控制模塊基于發動機關閉之前的發動機操作狀況來估計發動機起動時凸輪移相器的最佳位置。移相器控制模塊于是在發動機關閉之前或發動機關閉期間將凸輪移相器移動到估計位置。由此，在發動機關閉時，移相器控制模塊可使凸輪移相器停放在用于發動機起動的最佳位置處或附近。剛好在發動機起動之前，所述移相器控制模塊基于當前操作狀況來確定最佳位置。當最佳位置和估計位置之間的差大于預定差時，所述移相器控制模塊于是將凸輪移相器移動到最佳位置。所述移相器控制模塊可在發動機發動之前移動凸輪移相器，以避免在發動期間增加車輛電氣系統的電負載。通過估計最佳位置且在發動機關閉時將凸輪移相器移動到估計位置，凸輪移相器可以停放在起動時的最佳位置處或附近的位置。具體地，當發動機關閉時間相對短時，例如在自動起動-停止情況下，用于估計最佳位置的發動機操作狀況可保持相對恒定，且凸輪移相器將停放在用于起動發動機的最佳位置處或附近。在發動機關閉之前將凸輪移相器停放在最佳位置處或附近可以改進發動機起動性能、燃料經濟性和排放。具體地參考圖1，示出了圖示根據本發明的示例性車輛系統100的功能框圖。車輛系統100包括由動力系控制模塊104控制的動力系102。動力系102產生用于驅動車輛的一個或多個車輪106的驅動扭矩且包括發動機系統110、變速器112和傳動系114。發動機系統110產生驅動扭矩，所述驅動扭矩以一個或多個傳動比經由傳動系114傳輸通過變速器112給車輪106。本發明并不限于特定類型的變速器或傳動系。例如，變速器112可以是自動變速器或手動變速器。此外，本發明并不限于具體布局的動力系。例如，動力系102可具有前輪驅動布局、后輪驅動布局或全輪驅動布局。動力系控制模塊104基于各種駕駛員輸入、車輛操作狀況和其它車輛系統信號來控制動力系102的操作。駕駛員輸入由駕駛員接口模塊120接收，駕駛員接口模塊120響應于駕駛員輸入產生駕駛員信號。駕駛員接口模塊120可包括由駕駛員操控的點火開關122以起動和關閉車輛。點火開關122可具有多個位置，例如OFF位置、ON位置和CRANK(&a)位置。點火開關122可輸出表示點火開關位置的點火信號124。駕駛員接口模塊120還可包括例如由駕駛員操控的加速踏板(未示出)和制動踏板(未示出)，其分別產生加速踏板位置信號和制動踏板位置信號。各種車輛操作狀況和參數由傳感器測量和/或由模塊確定，如下文更詳細所述。車輛系統信號包括由車輛系統100的各個部件產生的駕駛員信號和其它信號130。具體地參考圖2，示出了圖示根據本發明的發動機控制系統200中的發動機系統110的示例性實施方式的功能框圖。通常，發動機系統110包括由發動機控制模塊(ECM)204基于各種駕駛員輸入、發動機操作狀況和其它車輛系統信號來控制的內燃發動機(ICE)202。發動機系統110包括起動-停止系統，其在車輛操作的時段期間選擇性地關閉和起動ICE 202，如下文更詳細所述。ICE 202通過燃燒空氣-燃料(AF)混合物而產生驅動扭矩，且可以是多種類型中的一種。例如，ICE 202可以是火花點火(SI)發動機或壓縮點火(Cl)發動機。ICE 202可 以具有V型配置或直列型配置。為了示例性目的，ICE 202表示為往復式SI發動機，包括聯接到曲軸212的單個活塞210。為了簡單起見，ICE 202表示為單氣缸發動機，然而根據以下討論將理解的是，本發明同樣適用于具有多個氣缸的發動機。活塞210在氣缸214內在上止點(TDC)位置和下止點(BDC)位置之間往復移動。在TDC位置，氣缸214的容積處于最小值。在BDC位置，氣缸214的容積處于最大值。ICE 202包括起動系統215、進氣系統216、燃料系統218、點火系統220、閥機構222和排氣系統224。起動系統215供應用于起動ICE 202的輸入扭矩，且可以是多種類型中的一種。在各個實施方式中，起動系統215可包括經由飛輪驅動地聯接到曲軸212的電動起動器(未示出)。可選地或者附加地，起動系統215可包括經由皮帶驅動地聯接到曲軸212的電動馬達發電機(未示出)。進氣系統216控制進入ICE 202的空氣的空氣質量流量(MAF),且經由進氣端口(未示出)將空氣分配給氣缸214。進氣系統216可包括控制MAF的節氣門226和將空氣分配給氣缸214的進氣歧管228。節氣門226可包括具有可旋轉葉片的蝶形閥。燃料系統218將燃料供應給ICE 202且可以包括容納燃料的燃料箱組件(未示出)和控制供應燃料量的一個或多個燃料噴射器。在各個實施方式中，例如中心點噴射和多點噴射實施方式，燃料噴射器可在氣缸214的上游將燃料噴射到進氣系統216中。在可選的直接噴射實施方式中，燃料噴射器可將燃料直接噴射到氣缸214中。為了示例性目的，示出了在進氣歧管228內延伸的單個燃料噴射器230。點火系統220以由在氣缸214內延伸的火花塞232提供的火花的形式供應能量，以啟動氣缸214內的燃燒。在可選實施方式中，例如Cl發動機實施方式,火花塞232可省去且燃燒可以通過A/F混合物的壓縮啟動。閥機構222控制進入氣缸214的進氣空氣的定時和量，包括與進氣空氣混合的燃料。閥機構222包括由凸輪軸致動的至少一個進氣閥和一個排氣閥，且可以具有多種配置中的一種，例如頂置式凸輪軸或整體式凸輪(cam-in-block)配置。為了示例性目的，所示閥機構222具有頂置式凸輪軸配置，包括分別由第一凸輪軸238和第二凸輪軸240致動的進氣閥234和排氣閥236。進氣閥234設置在進氣端口(未示出)中且在氣缸214中延伸。在打開位置，進氣閥234允許空氣和燃料經由進氣系統216進入氣缸214。在關閉位置，進氣閥234將氣缸214相對于進氣系統216封閉。排氣閥236設置在排氣端口(未示出)中且在氣缸214中延伸。在打開位置，排氣閥236允許燃燒氣體離開氣缸214到達排氣系統224。在關閉位置，排氣閥236將氣缸214相對于排氣系統224封閉。在各個實施方式中,對ICE202的每個氣缸，可配置多個進氣閥和/或排氣閥。第一凸輪軸238和第二凸輪軸240聯接到曲軸212且隨曲軸212旋轉。第一凸輪軸238和第二凸輪軸240可經由鏈或皮帶聯接到曲軸212，由此，第一凸輪軸238和第二凸輪軸240的旋轉可以與曲軸212的旋轉同步。第一凸輪軸238相對于TDC和BDC位置控制進氣閥224的打開和關閉(即，進氣閥定時)，且包括與進氣閥234接合的凸角242。第二凸輪軸240相對于TDC和BDC位置控制排氣閥236的打開和關閉(即，排氣閥定時)，且包括與排氣閥236接合的凸角244。當第一凸輪軸238和第二凸輪軸240旋轉時，凸角242、244在打開和關閉位置之間移動相應進氣和排氣閥234、236。根據本發明，閥機構222還包括凸輪移相器系統，通過控制第一和/或第二凸輪軸238,240以及曲軸212之間的相位角而進一步控制進氣和/或排氣閥定時。所示移相器系 統包括進氣移相器250、排氣移相器252和馬達驅動器模塊254。進氣移相器250還通過相對于曲軸212選擇性地調節第一凸輪軸238的旋轉位置而控制進氣閥定時，或者可稱為進氣相位角。進氣移相器250包括齒輪機構256、電動馬達258和位置傳感器260。齒輪機構256包括與從動齒輪(未示出)嚙合設置的驅動齒輪(未示出)。驅動齒輪聯接到曲軸212且從動齒輪聯接到第一凸輪軸238。在各種設置中，一個或多個中間齒輪可置于驅動齒輪和從動齒輪之間。電動馬達258驅動地聯接到齒輪機構256。電動馬達258以第一旋轉方向旋轉提前第一凸輪軸238和曲軸212之間的進氣相位角。電動馬達258以第二旋轉方向旋轉延遲第一凸輪軸238和曲軸212之間的進氣相位角。齒輪機構256和電動馬達258協作以在電動馬達258不旋轉(例如，在電動馬達258不被供電時)的時段期間保持相位角。位置傳感器260感測電動馬達258的旋轉位置且輸出表示所感測旋轉位置的信號。排氣移相器252還通過相對于曲軸212選擇性地調節第二凸輪軸240的旋轉位置而控制排氣閥定時，或者可稱為排氣相位角。排氣移相器252與進氣移相器250在結構和功能方面類似。排氣移相器252包括與上述齒輪機構256、電動馬達258和位置傳感器260基本上類似的齒輪機構262、電動馬達264和位置傳感器266。馬達驅動器模塊254基于各個輸入來控制進氣移相器位置和排氣移相器位置(總的稱為凸輪移相器位置)。輸入包括從ECM 204接收的各個控制值,包括進氣和排氣移相器位置控制值(總的稱為凸輪移相器位置控制值)。響應于定時控制值，馬達驅動器模塊254將進氣和排氣移相器位置調節至指令進氣和排氣移相器位置。馬達驅動器模塊254通過控制電動馬達258、264的操作來調節進氣和排氣移相器位置。馬達驅動器模塊254可測量當前進氣和排氣相位角以確定以哪個旋轉方向來操作電動馬達258、264，以提前或延遲進氣和排氣移相器250、252，從而滿足指令位置。例如，曲軸位置傳感器268可感測曲軸212的旋轉位置且輸出表示所感測曲軸旋轉位置的曲軸位置信號(CPS) 270。凸輪軸傳感器272、274可分別感測第一和第二凸輪軸238,240的旋轉位置。凸輪軸傳感器272、274分別輸出表示所感測進氣和排氣凸輪軸旋轉位置的凸輪軸位置信號276、278。馬達驅動器模塊254可基于信號270、276、278來確定當前進氣和排氣移相器角度。在進行調節時，馬達驅動器模塊254可基于位置傳感器260、266的輸出來控制電動馬達258、264的操作。由此，進氣和排氣移相器250、252可在合適時間調節至期望凸輪移相器位置。在ICE 202的操作期間，進氣空氣由活塞210抽吸通過節氣門226、進氣歧管228和進氣閥234進入氣缸214中，且與由燃料噴射器230供應的燃料混合。A/F混合物由活塞210壓縮且隨后由火花塞232點火。A/F混合物的燃燒驅動活塞210，繼而驅動曲軸212，從而產生驅動扭矩。由燃燒產生的排氣由活塞推動通過排氣閥236離開氣缸214且進入排氣系統224。ECM 204控制ICE 202的操作，更具體地，通過控制包括MAF、A/F比、火花定時和閥定時的各個發動機操作參數來控制發動機扭矩輸出。所示ECM 204實施根據本發明的凸輪移相器控制。ECM 204通過以控制信號輸出各個控制值而控制操作，控制信號可以是與曲軸旋轉位置同步的定時控制信號。ECM 204可基于由曲軸位置傳感器268輸出的CPS信號270輸出定時控制信號。 根據本發明，ECM 204包括起動-停止模塊280和移相器控制模塊282。起動-停止模塊280監測各個車輛系統信號和操作參數且基于各個標準以受控方式選擇性地關閉和起動ICE 202。在示例性實施方式中,所述標準包括駕駛員啟動的關閉和起動標準和自動關閉和起動標準。駕駛員啟動的關閉和起動標準包括駕駛員是否在各個位置之間移動點火開關122。起動-停止模塊280響應于駕駛員將點火開關122從ON位置操作到OFF位置而啟動駕駛員啟動的關閉過程。起動-停止模塊280響應于駕駛員將點火開關122從OFF位置操作到ON位置而啟動駕駛員啟動的起動過程。自動關閉和起動標準包括是否需要發動機扭矩。起動-停止模塊280在不需要發動機扭矩輸出的車輛操作時段期間選擇性地關閉ICE 202。起動-停止模塊280可基于各個操作參數來定期地確定是否需要發動機扭矩，例如車輛速度、發動機速度、加速踏板位置和制動踏板位置。起動-停止模塊280在期望發動機扭矩輸出小于或等于預定扭矩時啟動自動關閉過程。起動-停止模塊280在期望發動機扭矩輸出大于預定扭矩時啟動自動起動過程。起動-停止模塊280輸出起動-停止信號284，其告知移相器控制模塊282已經滿足用于關閉或起動ICE 202的哪個標準。起動-停止模塊280在關閉ICE 202之前等待第一時段，以允許移相器控制模塊282將凸輪移相器位置調節至用于起動ICE 202的期望位置。起動-停止模塊280在起動ICE 202之前等待第二時段，以允許移相器控制模塊282選擇性地調節凸輪移相器位置，如下文更詳細所述。移相器控制模塊282監測各個車輛系統信號和操作參數且控制凸輪移相器位置。在示例性實施方式中，發動機操作參數包括歧管絕對壓力(MAP)、發動機溫度和環境或大氣壓力。在進氣歧管228內延伸的MAP傳感器286可感測MAP且輸出表示所感測MAP的MAP信號288。發動機溫度可基于流經ICE 202的冷卻系統的冷卻劑溫度來估計。在冷卻系統內延伸的冷卻劑溫度傳感器290可感測冷卻劑溫度且輸出表示所感測冷卻劑溫度的冷卻劑溫度(CTS)信號292。移相器控制模塊282通過分別以定時控制信號294和296將進氣和排氣移相器位置控制值輸出給馬達驅動器模塊254而控制凸輪移相器位置。具體地參考圖3，示出了圖示根據本發明的移相器控制系統300中的移相器控制模塊282的示例性實施方式的功能框圖。移相器控制模塊282包括存儲器模塊302、環境壓力模塊304、位置確定模塊306和位置控制模塊308。存儲器模塊302包括非易失性存儲器，其中，由移相器控制系統300使用的各個控制值存儲用于檢索。環境壓力模塊304定期地確定當前環境壓力且以環境壓力信號310輸出當前環境壓力。環境壓力可基于各個操作參數根據各種方法確定。例如，環境壓力可在ICE 202不運行的時段期間基于MAP確定。因而，環境壓力模塊304可接收MAP信號288且基于在各個發動機關閉時段期間指示的MAP來確定環境壓力。位置確定模塊306監測起動-停止信號284且基于各個車輛操作參數和車輛系統信號定期地確定期望進氣移相器位置和 期望排氣移相器位置(總的稱為期望凸輪移相器位置)。根據該示例，位置確定模塊306接收MAP信號288、CTS信號292和環境壓力信號310。位置確定模塊306以進氣位置信號312輸出期望進氣移相器位置且以排氣位置信號314輸出期望排氣移相器位置。通常，在ICE 202運行的時段期間，位置確定模塊306輸出期望凸輪移相器位置，以實現期望發動機操作，例如期望發動機扭矩輸出。當起動-停止模塊280告知位置確定模塊306 ICE 202將關閉時，位置確定模塊306估計在ICE 202關閉之后用于起動ICE 202的最佳凸輪移相器位置。位置確定模塊306將估計最佳凸輪移相器位置作為期望凸輪移相器位置輸出。更具體地，當起動-停止信號284表示已經滿足駕駛員起動的標準時，位置確定模塊306使用第一查詢表確定最佳進氣和排氣移相器位置。估計最佳進氣移相器位置(ICPPl)和估計最佳排氣移相器位置(ECPPl)基于當前發動機溫度和當前環境壓力從第一查詢表檢索。第一查詢表存儲在存儲器模塊302中且包括與在長時間發動機關閉時段之后的預期最佳凸輪移相器位置相對應的預定凸輪移相器位置。凸輪移相器位置可以例如在車輛設計的標定階段期間針對各個預期車輛關閉時段預先確定。在可選實施方式中，最佳進氣和排氣移相器位置可以基于當前發動機溫度和當前環境壓力使用預定方程來估計。當起動-停止信號表示已經滿足自動起動-停止標準時，位置確定模塊306從第二查詢表確定最佳進氣和排氣移相器位置。估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl基于當前發動機溫度和當前MAP從第二查詢表檢索。第二查詢表存儲在存儲器模塊302中且包括與在相對短的發動機關閉時段之后的最佳凸輪移相器位置相對應的預定凸輪移相器位置。期望進氣和排氣移相器位置可以例如在車輛設計的標定階段期間針對各個預期自動發動機關閉時段預先確定。在可選實施方式中，最佳凸輪移相器位置可以基于當前發動機溫度和當前MAP從預定方程來估計。隨后，當起動-停止模塊280告知位置確定模塊306 ICE 202將起動時，位置確定模塊306基于當前發動機操作狀況再次確定用于起動ICE 202的最佳凸輪移相器位置。位置確定模塊306使用第三查詢表確定新的最佳凸輪移相器位置。新的最佳進氣移相器位置(ICPP2)和新的最佳排氣移相器位置(ECPP2)基于各個操作參數(包括例如發動機冷卻劑溫度和MAP)從第三查詢表檢索。第三查詢表存儲在存儲器模塊302中且包括用于實現期望發動機起動(例如，期望發動機發動時段)的預定凸輪移相器位置。在各個實施方式中，位置確定模塊306可在發動機關閉之后開始和起動-停止模塊280確定滿足發動機起動標準之前的時段期間開始定期地再次確定最佳凸輪移相器位置。由此，進氣和排氣凸輪移相器位置可以在發動機關閉和發動機起動之間的時段期間選擇性地調節或更新。
位置控制模塊308接收起動-停止信號284、進氣位置信號312和排氣位置信號314，且經由定時控制信號294、296控制凸輪移相器位置。基于前述信號，位置控制模塊308在發動機關閉和發動機起動時將凸輪移相器位置調節至期望凸輪移相器位置。更具體地，當滿足發動機關閉標準時，位置控制模塊308輸出位置控制值以將進氣和排氣移相器位置調節至相應估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPP1。在各個實施方式中，位置控制模塊308在ICE 202關閉之前的第一時段期間將凸輪移相器位置調節至ICPPl和ECPPl位置。在發動機關閉過程期間，位置控制模塊308輸出位置控制值以將進氣和排氣移相器250、252保持在估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl。在可選實施方式中，位置控制模塊308在發動機關閉過程期間將凸輪移相器位置調節至ICPPl和ECPPl位置。在發動機關閉之后，當滿足發動機起動標準時，位置控制模塊308將進氣和排氣移相器250、252選擇性地調節至新的最佳凸輪移相器位置ICPP2和ECPP2。當ICPPl和ICPP2位置之間的差大于第一預定差時，位置控制模塊308將進氣移相器250從ICPPl位置調節至ICPP2位置。當ECPPl和ECPP2位置之間的差大于第二預定差時，位置控制模塊308將排氣移相器252從ECPPl位置調節至ECPP2位置。位置控制模塊308可在起動ICE 202 之前的第二時段期間或者可選地在發動機起動過程的時段期間將進氣和排氣移相器250、252調節至ICPP2和ECPP2位置。通過在第二時段期間進行調節，可以避免在發動機起動過程期間電動馬達258、264對車輛電氣系統的附加電負載。在各個實施方式中，位置控制模塊308可在滿足發動機起動標準之前選擇性地調節進氣和排氣移相器位置。例如，位置控制模塊308可基于在發動機關閉之后和滿足發動機起動標準之前確定的新的估計最佳移相器位置來選擇性地調節進氣和排氣移相器位置。具體地參考圖4 - 6，示出了圖示根據本發明的控制發動機凸輪移相器的示例性方法400的流程圖。方法400可以在移相器控制系統(例如，上述移相器控制系統300)的一個或多個模塊中實施。為了簡單起見，方法400將適當地參考移相器控制系統300的各個部件描述。由此，移相器控制系統300的操作可以更充分地描述和理解。具體地參考圖4，以402表示方法400的開始。在404，起動-停止模塊280基于自動和駕駛員啟動的關閉標準來確定是否關閉ICE 202。如果是，那么起動-停止模塊280經由起動-停止信號284告知移相器控制模塊282 ICE 202將關閉且控制方法以406繼續。在406，移相器控制模塊282根據起動-停止信號284確定是否滿足自動關閉標準。如果是，那么控制方法以408-414繼續；否則，控制方法以418-424繼續。在408，位置確定模塊306基于當前發動機溫度和當前MAP從第二查詢表檢索估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl。在410，位置控制模塊308通過將合適控制值輸出給馬達驅動器模塊254而將進氣和排氣移相器250、252調節至在408確定的估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl。在412，起動-停止模塊280關閉ICE 202。在各個實施方式中，發動機關閉可在進氣和排氣移相器250、252移動至估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl的同時進行。在414，起動-停止模塊280確定是否繼續自動發動機起動。如果是，那么控制方法以500 (圖5)繼續，如416所示；否則，控制方法以420繼續。在沒有關閉ICE 202的超控理由時，控制方法繼續自動發動機起動。例如，當駕駛員沒有通過將點火開關122移動至OFF位置而啟動發動機關閉時，控制方法繼續自動發動機起動。
在418，位置控制模塊308基于當前發動機冷卻劑溫度和當前環境壓力從第一查詢表檢索估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl。在420，位置控制模塊308通過將合適控制值輸出給馬達驅動器模塊254而將進氣和排氣移相器250、252調節至在418確定的估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl。在422，起動-停止模塊280關閉ICE 202。在各個實施方式中，發動機關閉可在進氣和排氣移相器250、252移動至估計最佳凸輪移相器位置ICPPl和ECPPl的同時進行。在424，ECM 204關閉車輛。從424，控制方法以600(圖6)繼續，如附圖標記426所示。具體地參考圖5，控制方法可以以500從414繼續，如附圖標記416所示。在500，起動-停止模塊280基于自動起動標準來確定是否起動ICE 202。如果是，那么控制方法前進到502 ;否則，控制方法返回，如圖所示。在502，位置確定模塊306基于當前發動機操作狀況確定新的最佳進氣移相器位置ICPP2和ECPP2。在504，位置控制模塊308確定ICPPl和ICPP2之間的第一差以及ECPPl和ECPP2之間的第二差。位置控制模塊308然后確定第一差是否大于第一預定差。如果是，那么進氣移相器250的控制以506繼續；否則，進氣移相器250的控制以508繼續。位置控制模塊308還確定第二差是否大于第二預定差。如果是，那么排氣移相器252的控制以506繼續；否則，排氣移相器252的控制以508繼續。 在506,位置控制模塊308基于506的確定將進氣和排氣移相器250、252中的一個或兩者調節至相應新的最佳進氣和排氣移相器位置ICPP2和ECPP2。在508，起動-停止模塊280起動ICE 202。從508，ICE 202的控制可根據控制發動機操作的另一方法繼續，如附圖標記510所示。具體地參考圖6，控制方法可以以600從424繼續，如附圖標記426所示。在600，起動-停止模塊280基于駕駛員啟動的起動標準來確定是否起動ICE 202。如果是，那么控制方法前進到602 ;否則，控制方法返回，如圖所示。在602，位置確定模塊306基于當前發動機操作狀況確定新的最佳進氣和排氣移相器位置ICPP2和ECPP2。在604，位置控制模塊308確定ICPPl和ICPP2之間的第一差以及ECPPl和ECPP2之間的第二差。位置控制模塊308然后確定第一差是否大于第一預定差。如果是，那么進氣移相器250的控制以606繼續；否則，進氣移相器250的控制以608繼續。位置控制模塊308還確定第二差是否大于第二預定差。如果是，那么排氣移相器252的控制以606繼續；否則，排氣移相器252的控制以608繼續。在606,位置控制模塊308基于606的確定將進氣和排氣移相器250、252中的一個或兩者調節至相應新的最佳進氣和排氣移相器位置ICPP2和ECPP2。在608，起動-停止模塊280起動ICE 202。從608，ICE 202的控制可根據控制發動機操作的另一方法繼續，如附圖標記610所示。本發明的廣泛教導可以以多種形式實施。因此，盡管本發明包括特定示例，但是本發明的實際范圍不應當如此限制，因為通過對附圖、說明書和所附權利要求的研究，其它修改對于技術人員也是顯而易見的。
權利要求
1.一種用于發動機的控制系統，包括 位置確定模塊，所述位置確定模塊在發動機關閉之前確定用于起動所述發動機的第一凸輪移相器位置，且在所述發動機關閉時確定用于起動所述發動機的第二凸輪移相器位置；和 位置控制模塊，在發動機關閉時，所述位置控制模塊將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置，在發動機起動時，當所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，所述位置控制模塊將所述凸輪移相器從所述第一凸輪移相器位置調節至所述第二凸輪移相器位置。
2.根據權利要求I所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊基于在發動機關閉之前的發動機操作狀況來確定所述第一凸輪移相器位置。
3.根據權利要求2所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊基于發動機關閉標準來選擇歧管絕對壓力和環境壓力中的一個作為所述操作狀況。
4.根據權利要求3所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊在所述發動機響應于駕駛員輸入而關閉時選擇環境壓力作為所述操作狀況，且在所述發動機響應于發動機扭矩小于預定扭矩而關閉時選擇歧管絕對壓力作為所述操作狀況。
5.根據權利要求2所述的控制系統，其中，當點火開關從ON位置移動到OFF位置時，所述位置確定模塊選擇環境壓力作為所述操作狀況。
6.根據權利要求I所述的控制系統，其中，所述位置確定模塊基于在發動機關閉之前的發動機溫度、歧管絕對壓力和環境壓力中的至少一個來確定所述第一凸輪移相器位置。
7.根據權利要求I所述的控制系統，其中，所述第一凸輪移相器位置是除了全提前位置和全延遲位置之外的位置。
8.根據權利要求I所述的控制系統，其中，當發動機關閉時，所述位置控制模塊在發動機速度為零之前將所述凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置。
9.一種用于發動機的控制系統，包括 起動-停止模塊，所述起動-停止模塊在第一時段期間關閉所述發動機且隨后在第二時段之后起動所述發動機； 位置確定模塊，所述位置確定模塊基于所述第一時段期間的第一發動機操作狀況來確定第一凸輪移相器位置，且基于所述第二時段期間的第二發動機操作狀況來確定第二凸輪移相器位置；和 位置控制模塊，所述位置控制模塊在所述第一時段期間將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置，且基于所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置之間的差將所述凸輪移相器從所述第一凸輪移相器位置選擇性地調節至所述第二凸輪移相器位置。
10.一種用于控制發動機的方法， 所述方法包括 在發動機關閉之前確定用于起動所述發動機的第一凸輪移相器位置； 在所述發動機關閉時確定用于起動所述發動機的第二凸輪移相器位置； 在發動機關閉時，將凸輪移相器調節至所述第一凸輪移相器位置；以及 在發動機起動時，當所述第一凸輪移相器位置和所述第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，將所述凸輪移相器從所述第一凸輪移相器位置調節至所述第二凸輪移相器位置。
全文摘要
一種用于發動機的控制系統，包括位置確定模塊和位置控制模塊。所述位置確定模塊在發動機關閉之前確定用于起動發動機的第一凸輪移相器位置，且在發動機關閉時確定用于起動發動機的第二凸輪移相器位置。在發動機關閉時，所述位置控制模塊將凸輪移相器調節至第一凸輪移相器位置。在發動機起動時，當第一凸輪移相器位置和第二凸輪移相器位置之間的差大于預定差時，所述位置控制模塊將凸輪移相器從第一凸輪移相器位置調節至第二凸輪移相器位置。還提供一種用于控制發動機的方法。
文檔編號F01L13/00GK102733883SQ201210087458
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者E.M.斯圖爾特, J.R.尤爾吉爾 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司