專利名稱：用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機中的重復(fù)性控制器。
背景技術(shù)：
該部分的內(nèi)容僅提供與本發(fā)明有關(guān)的背景信息，且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。內(nèi)燃機可使用無凸輪可變氣門致動系統(tǒng)，包括全柔性氣門致動(FFVA)系統(tǒng)。包括 全柔性氣門致動的氣門機構(gòu)系統(tǒng)提供對于發(fā)動機氣門開啟持續(xù)時間、相對于曲軸旋轉(zhuǎn)的發(fā) 動機氣門開啟定相、以及從完全關(guān)閉至完全開啟的發(fā)動機氣門升程幅值的全程控制，而不 需要依賴于凸輪表面輪廓。電氣或液壓控制的全柔性氣門致動系統(tǒng)可使得氣門在發(fā)動機循 環(huán)期間多次開啟、或者根本不開啟(例如在氣缸停用事件中)。內(nèi)燃機控制包括與發(fā)動機動態(tài)性能有關(guān)的基于時域的元件和基于曲軸角域的元 件?；跁r域的發(fā)動機動態(tài)性能可使用微分方程(線性或非線性)來描述，而基于曲軸角域 的動態(tài)性能可使用相對于曲軸角的變化速率來描述。因此，基于曲軸角的動態(tài)性能對應(yīng)于 曲軸角旋轉(zhuǎn)而不是時間。當(dāng)發(fā)動機速度恒定時，基于時域的發(fā)動機動態(tài)性能與基于曲軸角 域的發(fā)動機動態(tài)性能同步。控制模塊和控制器在固定時間間隔(即，基于時間的控制)以及 在固定曲軸角間隔(即，基于事件的控制)兩者中執(zhí)行控制任務(wù)，以結(jié)合地控制并監(jiān)測各種 發(fā)動機操作。例如，用于發(fā)動機應(yīng)用的傳感器和致動器主要是基于時域的系統(tǒng)。然而，與傳 感器和致動器相互作用的發(fā)動機流量和燃燒是基于曲軸角的。包括全柔性氣門致動系統(tǒng)的可變氣門致動系統(tǒng)的控制需要進氣和排氣發(fā)動機氣 門以預(yù)定曲線進行開啟和關(guān)閉，所述預(yù)定曲線是優(yōu)選地在720度曲軸角迭代而重復(fù)的曲軸 角的函數(shù)。由于該重復(fù)性性質(zhì)，重復(fù)性控制器可用于以高精度控制全柔性氣門致動系統(tǒng)。此 外，由于其動態(tài)性能的基于時間的性質(zhì)，全柔性氣門致動系統(tǒng)的控制是基于時域的。然而， 在動力系操作中，優(yōu)選地使得氣門致動與具體曲軸角相一致，以便與燃料噴射、火花和燃燒 正時同步。因此，在時域和在曲軸角域中的控制之間的轉(zhuǎn)化是期望的。氣門致動相對于時 間可變?yōu)榉侵芷谛缘模绠?dāng)發(fā)動機速度波動時。從基于時域的控制不準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為基于 曲軸角域的控制可導(dǎo)致不期望的發(fā)動機氣門運動，從而導(dǎo)致低質(zhì)量燃燒。因此，有利的是， 在例如進氣和排氣發(fā)動機氣門的以恒定曲線開啟和關(guān)閉的重復(fù)性任務(wù)中，補償氣門機構(gòu)控 制系統(tǒng)中的非周期性干擾，所述恒定曲線為以每720度曲軸角重復(fù)的曲軸角的函數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的方法包括周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和 對應(yīng)發(fā)動機曲軸角；確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；確定與優(yōu)選發(fā)動機氣 門升程曲線、監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和發(fā)動機曲軸角相關(guān)的在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門 位置。在曲軸角域中插值優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。該 方法還包括致動控制回路，所述控制回路配置成將發(fā)動機氣門的位置控制到時域中的優(yōu)選 發(fā)動機氣門位置。
本發(fā)明涉及下述技術(shù)方案。1. 一種用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的方法，包括 周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角； 確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；
確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線、監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和發(fā)動機曲軸角相關(guān)的在曲軸 角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；
插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；
以及
致動配置成將發(fā)動機氣門的位置控制到時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置的控制回路。2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲 軸角包括
在時域中周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角；以及 基于在時域中周期性監(jiān)測發(fā)動機曲軸角來產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角。3.根據(jù)方案2所述的方法，其中，確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線、監(jiān)測發(fā)動機 氣門升程和發(fā)動機曲軸角相關(guān)的在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括
插值在時域中的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角，以確定在模擬發(fā)動機曲軸 角的插值發(fā)動機氣門升程；以及
確定與在模擬發(fā)動機曲軸角的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線和插值發(fā)動機氣門升程相關(guān) 在曲軸角域中的優(yōu)選氣門位置。4.根據(jù)方案3所述的方法，其中，插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置以確 定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括使用監(jiān)測發(fā)動機曲軸角和模擬發(fā)動機曲軸角插值 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。5.根據(jù)方案4所述的方法，其中，致動配置成將發(fā)動機氣門的位置控制到時域中 的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置的控制回路包括致動控制回路，以控制在時域中的發(fā)動機氣門升 程的幅值、發(fā)動機氣門開度的持續(xù)時間和發(fā)動機氣門開度的正時。6.根據(jù)方案4所述的方法，其中，發(fā)動機氣門包括進氣氣門。7.根據(jù)方案4所述的方法，其中，發(fā)動機氣門包括排氣氣門。8. 一種用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的位置的方法，包括 周期性地監(jiān)測在時域中的發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角； 基于周期性監(jiān)測發(fā)動機曲軸角來產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角；
插值監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角，以確定在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā) 動機氣門升程；
確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；
確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線和在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程相關(guān) 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；
插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；
以及
致動控制回路，以將發(fā)動機氣門控制至在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。9.根據(jù)方案8所述的方法，其中，插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括使用監(jiān)測發(fā)動機曲軸角和模擬發(fā)動機曲軸角插值 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。10.根據(jù)方案9所述的方法，其中，致動控制回路以將發(fā)動機氣門控制至在時域 中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括致動控制回路，以在時域中控制發(fā)動機氣門升程的幅值、發(fā) 動機氣門開度的持續(xù)時間、以及發(fā)動機氣門開度的正時。11. 一種用于控制配置成控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門升程的控制回路的方法，包 括
周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角； 基于周期性監(jiān)測發(fā)動機曲軸角來產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角；
插值監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角，以確定在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā) 動機氣門升程；
確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；
確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線和在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程相關(guān) 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；
插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；以及 致動控制回路，以控制對應(yīng)于優(yōu)選發(fā)動機氣門位置的發(fā)動機氣門升程。12.根據(jù)方案11所述的方法，其中，致動控制回路以控制對應(yīng)于優(yōu)選發(fā)動機氣門 位置的發(fā)動機氣門的升程包括致動控制回路，以控制在時域中對應(yīng)于優(yōu)選發(fā)動機氣門位 置的發(fā)動機氣門升程。


現(xiàn)將通過示例的方式參考附圖描述一個或多個實施例，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于致動內(nèi)燃機的單個發(fā)動機氣門的控制回路的示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施控制方案的控制流圖，所述控制方案用于控制該控制回路以 重復(fù)性地致動單個發(fā)動機氣門；
圖3-5以圖形形式描述了根據(jù)本發(fā)明的在時域中的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程L 、在時域中 的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和額定模擬發(fā)動機曲軸角、以及在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機氣 門升程Lm (Θμ)和插值發(fā)動機氣門升程L1 (@g)；
圖6-8以圖形形式描述了根據(jù)本發(fā)明的作為模擬發(fā)動機曲軸角函數(shù)的氣門控制位 置P、在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和額定模擬發(fā)動機曲軸角、以及在時域中的控制 位置P ( <；)和對應(yīng)插值控制位置Pm ( <；);以及
圖9以圖形形式示出了描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機氣門升程的數(shù)據(jù)。
具體實施例方式現(xiàn)參考附圖，其中附圖僅為了描述一些示例性實施例且不旨在對其進行限制，圖1 示意性地描述了用于致動內(nèi)燃機的單個發(fā)動機氣門9的示例性控制回路。示例性控制回路 包括全柔性電液氣門致動系統(tǒng)，其包括可在多缸內(nèi)燃機上實施的發(fā)動機氣門致動器10。該 示例性控制回路可用于致動發(fā)動機氣門9，所述發(fā)動機氣門包括進氣氣門或排氣氣門中的 任一者。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可適用于各種內(nèi)燃機系統(tǒng)和燃燒模式，包括例如火花點火發(fā)動機和壓縮點火發(fā)動機，且燃燒模式包括均質(zhì)火花點火燃燒、受控自動點火燃燒、分層充氣 火花點火燃燒模式、壓縮點火和預(yù)混合充氣壓縮點火。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明可適用于以 化學(xué)當(dāng)量比空氣/燃料比、稀空氣/燃料比、以及濃空氣/燃料比操作的內(nèi)燃機系統(tǒng)。示例性發(fā)動機包括多缸直噴式四沖程內(nèi)燃機，其具有在氣缸內(nèi)可滑動地移動的往 復(fù)活塞，從而限定可變?nèi)莘e燃燒室。每個活塞連接到旋轉(zhuǎn)曲軸，活塞的線性往復(fù)運動通過所 述旋轉(zhuǎn)曲軸轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動?？諝膺M氣系統(tǒng)向進氣歧管提供進氣空氣，該進氣歧管將空氣 引導(dǎo)并分配到進氣流道中從而到每個燃燒室?？諝膺M氣系統(tǒng)包括空氣流導(dǎo)管和裝置，用于 監(jiān)測并控制空氣流?？諝膺M氣裝置優(yōu)選地包括空氣質(zhì)量流量傳感器，用于監(jiān)測空氣質(zhì)量流 量和進氣空氣溫度。節(jié)氣門閥優(yōu)選地包括電控裝置，所述電控裝置響應(yīng)于來自于發(fā)動機控 制模塊的控制信號來控制至發(fā)動機的空氣流。歧管中的壓力傳感器適于監(jiān)測歧管絕對壓力 和大氣壓力。外部流量通道將排氣從發(fā)動機排氣再循環(huán)到進氣歧管，并且具有稱為排氣再 循環(huán)閥的流量控制閥。發(fā)動機控制模塊可操作以通過控制排氣再循環(huán)閥的開啟來控制至進 氣歧管的排氣質(zhì)量流量。氣缸蓋44優(yōu)選地包括鑄造金屬裝置，其提供用于包括發(fā)動機氣門9以及相關(guān)發(fā)動 機氣門致動器10的發(fā)動機進氣氣門和排氣氣門的安裝結(jié)構(gòu)。至少一個進氣氣門和一個排 氣氣門對應(yīng)于每個氣缸和燃燒室。優(yōu)選地存在用于每個發(fā)動機氣門9的一個發(fā)動機氣門致 動器10。每個進氣氣門在開啟時可允許空氣和燃料流入到對應(yīng)燃燒室中。每個排氣氣門在 開啟時可允許燃燒產(chǎn)物流出對應(yīng)燃燒室到達排氣系統(tǒng)。發(fā)動機可包括燃料噴射系統(tǒng)，其包括多個高壓燃料噴射器，每個高壓燃料噴射器 適于響應(yīng)于來自于發(fā)動機控制模塊的信號將一定質(zhì)量的燃料直接噴射到一個燃燒室中。燃 料噴射器從燃料分配系統(tǒng)供給加壓燃料。發(fā)動機可包括火花點火系統(tǒng)，火花能量通過該火 花點火系統(tǒng)提供給火花塞，用于響應(yīng)于來自于發(fā)動機控制模塊的信號來點火或輔助點火每 個燃燒室中的氣缸充氣。發(fā)動機配置有用于監(jiān)測發(fā)動機操作的各種感測裝置，包括曲軸傳感器22，所述曲 軸傳感器具有對應(yīng)于曲軸輪子23的曲軸旋轉(zhuǎn)位置的輸出Θμ (BP,曲軸角)并且可用于監(jiān)測 曲軸旋轉(zhuǎn)速度。排氣傳感器監(jiān)測排氣輸送流并且在一個實施例中可包括空氣/燃料比傳感器。發(fā)動機控制模塊執(zhí)行存儲在其中的算法代碼以控制前述致動器，從而控制發(fā)動機 操作，包括節(jié)氣門位置、火花正時、燃料噴射質(zhì)量和正時、進氣和/或排氣氣門正時和定相、 以及用于控制再循環(huán)排氣流量的排氣再循環(huán)閥位置。氣門正時和定相可包括負氣門重疊時 段以及使用在排氣再吸策略中的多階段氣門升程。發(fā)動機控制模塊適于接收來自于操作 者的輸入信號(例如，加速器踏板位置和制動器踏板位置)，以確定操作者扭矩請求；以及接 收來自于傳感器的表示發(fā)動機速度和進氣空氣溫度、冷卻劑溫度和其它環(huán)境狀況的輸入信 號。如本文所使用的，控制模塊、控制器、模塊、和類似術(shù)語可采用一個或多個專用集 成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或更多軟件或固件程序的中央處理單元(優(yōu)選地，微處 理器)和相關(guān)記憶和存儲設(shè)備(只讀、可編程只讀、隨機讀取、硬盤驅(qū)動器等)、組合邏輯電 路、輸入/輸出電路和裝置、合適的信號調(diào)節(jié)和緩沖電路、以及提供所述功能的其他合適部 件的任何合適一種或各種組合的任何形式?？刂颇K具有一組控制算法，包括存儲在存儲器中并被執(zhí)行以提供期望功能的駐留軟件程序指令和標(biāo)定值。該算法優(yōu)選地在預(yù)設(shè)循環(huán)期 間被執(zhí)行。算法例如通過中央處理單元被執(zhí)行，并且可操作以監(jiān)視來自于感測裝置和其它 聯(lián)網(wǎng)控制模塊的輸入，以及執(zhí)行控制和診斷例程從而控制致動器的操作。在持續(xù)進行的發(fā) 動機和車輛操作期間，循環(huán)通常以規(guī)則間隔例如每3. 125,6. 25,12. 5、25和100毫秒被執(zhí) 行。替代性地，算法可響應(yīng)于事件的發(fā)生而被執(zhí)行。控制模塊5 (E-H CONTROLLER)控制示例性控制回路的操作以控制發(fā)動機氣門9 的位置，包括氣門升程L的幅值、氣門開度D的持續(xù)時間(優(yōu)選地以曲軸角度數(shù)測量)、以及 氣門開度的正時(優(yōu)選地以相對于活塞行程的上止點的曲軸角度數(shù)測量)。應(yīng)當(dāng)理解的是， 在氣門開度的正時和氣門開度的持續(xù)時間中包括氣門開度的定相。根據(jù)預(yù)定控制方案并且 基于本文所描述的預(yù)定氣門曲線，發(fā)動機氣門9的位置響應(yīng)于控制信號Pd ( ΘΜ)被控制，所 述控制信號從控制模塊5輸出。在一個實施例中，控制回路包括與每個發(fā)動機氣門致動器10相關(guān)的封閉高壓流 體回路，所述流體回路可操作地連接到控制模塊5，控制模塊5信號地連接到發(fā)動機控制模 塊。雖然控制模塊5在圖1中示出為分離元件，但是這種描述是為了方便說明，且應(yīng)當(dāng)理解 的是，控制模塊5可采用本文上述的任何合適形式?？刂颇K5在預(yù)設(shè)循環(huán)期間在時域中 執(zhí)行算法。發(fā)動機氣門致動器10包括氣門致動器位置傳感器42，其監(jiān)測發(fā)動機氣門升程并 且產(chǎn)生對應(yīng)于發(fā)動機氣門升程的信號輸出LM，所述發(fā)動機氣門升程由控制模塊5監(jiān)測。該 示例性封閉高壓流體回路包括液壓泵70，所述液壓泵經(jīng)由管道80流體地連接到第一流量 控制閥82，所述第一流量控制閥經(jīng)由管道84流體地連接到發(fā)動機氣門致動器10的高壓流 體入口 40。發(fā)動機氣門致動器10的流體出口 68經(jīng)由管道86流體地連接到第二流量控制 閥88，所述第二流量控制閥通向流體泵90。液壓泵70以及第一流量控制閥82和第二流量 控制閥88可操作地連接到控制模塊5。在一個實施例中，控制模塊5產(chǎn)生用于控制第一流 量控制閥82和第二流量控制閥88的控制信號Pd ( Θμ),以控制至發(fā)動機氣門致動器10的 液壓流體流量并且因而控制發(fā)動機氣門9的位置。在一個實施例中，第一流量控制閥82和第二流量控制閥88中的每個均包括設(shè)計 用于高壓流體控制系統(tǒng)的兩狀態(tài)滑閥式流體控制閥。第一流量控制閥82和第二流量控制 閥88中每個的第一狀態(tài)包括開啟流量狀態(tài)，而第二狀態(tài)包括流體地密封的無流量狀態(tài)。發(fā) 動機氣門致動器10物理安裝到氣缸蓋44上，其中發(fā)動機氣門致動器10的柱塞30的遠端 物理接觸發(fā)動機氣門9的柄的端部并且向其可操作地施加開啟力。發(fā)動機氣門9優(yōu)選地配 置成設(shè)置有彈簧，以提供關(guān)閉力。發(fā)動機氣門9通常是關(guān)閉的，且發(fā)動機氣門致動器10必 須產(chǎn)生通過柱塞30的力，所述力足以克服彈簧關(guān)閉力從而開啟發(fā)動機氣門9。開啟發(fā)動機 氣門9包括直線移動氣門柄和氣門。在一個實施例中，發(fā)動機氣門9配置成將發(fā)動機氣門 位置控制在兩個不同階段中的一個，例如優(yōu)選地用于低速、低負載發(fā)動機操作的低升程發(fā) 動機氣門位置(大約4-6 mm)以及優(yōu)選地用于高速、高負載發(fā)動機操作的高升程發(fā)動機氣門 位置(大約8-10 mm)。在關(guān)閉位置的發(fā)動機氣門9限定發(fā)動機氣門致動器10在組裝到其上 時的中立位置。上述的高壓流體回路優(yōu)選地使用發(fā)動機油作為液壓流體。然而，其它類型的流體 也可用于該系統(tǒng)中。液壓泵70定尺寸成提供足以克服發(fā)動機氣門彈簧的關(guān)閉力的液壓力， 所述關(guān)閉力與在燃燒室中產(chǎn)生的壓力作用力聯(lián)接，該壓力作用力作用到氣缸蓋44和氣門9的內(nèi)部，且在一個實施例中在高發(fā)動機速度狀況下在7-21 MPa的壓力范圍內(nèi)。圖2示出了用于重復(fù)性控制發(fā)動機氣門9的控制回路的控制方案500。控制方案 500描述并闡述為使用分離元件，以便于進行說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，由這些元件執(zhí)行的功能 可在一個或多個裝置中結(jié)合，例如在軟件、硬件、和/或?qū)Ｓ眉呻娐分袑嵤?。通過使得在 時域中測量的發(fā)動機氣門位置Lm和在曲軸角域測量的發(fā)動機曲軸角ΘΜ同步，控制方案500 重復(fù)執(zhí)行以響應(yīng)于期望氣門升程曲線來控制發(fā)動機氣門9，所述期望氣門升程曲線為在每 個發(fā)動機循環(huán)期間的曲軸角的函數(shù)。本文所使用的術(shù)語“曲軸角域”是指根據(jù)例如使用曲 軸傳感器以曲軸角度數(shù)度量的發(fā)動機曲軸的旋轉(zhuǎn)位置來測量并對應(yīng)的操作和控制。本文所 使用的術(shù)語“時域”是指以經(jīng)過的時間來測量并對應(yīng)的操作和控制?？刂品桨?00在時域中以周期性時間間隔來監(jiān)測用于輸入緩沖模塊505的輸入的 發(fā)動機曲軸角Θμ和發(fā)動機氣門升程Lm。內(nèi)部信號發(fā)生器模塊510在時域中產(chǎn)生模擬發(fā)動 機曲軸角 e。模擬發(fā)動機曲軸角由輸入緩沖模塊505、重復(fù)性全柔性氣門致動控制器 (FFVA控制器)515、以及輸出緩沖模塊520使用。輸入緩沖模塊505在模擬發(fā)動機曲軸角
確定插值發(fā)動機氣門升程L1 ( e)。可基于期望氣門升程曲線530和模擬發(fā)動機曲軸 角來確定期望氣門升程Ld ( e)。FFVA控制器515確定在曲軸角域中的發(fā)動機氣門9 的控制位置P ( e)，在模擬發(fā)動機曲軸角下示出。輸出緩沖模塊520確定時域中的用 于發(fā)動機氣門9的期望控制位置PD( ΘΜ)，其可用于在監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ在時域中控制 第一流量控制閥82和第二流量控制閥88，以實現(xiàn)期望氣門升程Ld ( e)。在時域中監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和發(fā)動機氣門升程Lm包括監(jiān)測來自于曲軸傳感器 22和氣門致動器位置傳感器42的信號輸入。內(nèi)部信號發(fā)生器模塊510基于假定固定發(fā)動 機速度通過產(chǎn)生模擬曲軸角信號來模擬發(fā)動機曲軸角，所述假定固定發(fā)動機速度例如 通過將監(jiān)測發(fā)動機速度和操作者扭矩請求濾波和取平均來得到。輸入緩沖模塊505的輸入包括來自于氣門致動器位置傳感器42的監(jiān)測發(fā)動機氣 門升程LM、來自于曲軸傳感器22的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角Θ Μ、以及來自于內(nèi)部信號發(fā)生器模塊 510的模擬發(fā)動機曲軸角 e。監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm和監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ優(yōu)選地在 預(yù)定固定時間間隔(即，在時域中)被周期性地監(jiān)測。輸入緩沖模塊505在連續(xù)監(jiān)測發(fā)動機 曲軸角ΘΜ和相關(guān)模擬發(fā)動機曲軸角之間插值監(jiān)測發(fā)動機氣門升程LM，以確定在曲軸角 域中的插值發(fā)動機氣門升程L1 ( G),該插值發(fā)動機氣門升程被傳送給FFVA控制器515。信號發(fā)生器模塊510產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角Θε，以輸出給輸入緩沖模塊505、輸 出緩沖模塊520和FFVA控制器515。模擬發(fā)動機曲軸角Θ e處于時域中且基于假定固定發(fā) 動機速度被確定，該假定固定發(fā)動機速度例如通過濾波監(jiān)測發(fā)動機速度來得到。信號發(fā)生 器模塊510相對于時間以固定速率輸出模擬發(fā)動機曲軸角Θe，直到操作者扭矩請求指示出 不同的發(fā)動機速度為止。模擬發(fā)動機曲軸角限定用于FFVA控制器515和輸出緩沖模 塊520的曲軸角域。優(yōu)選地在每個發(fā)動機循環(huán)中，控制模塊5確定速度/負載操作點并且確定對應(yīng)于 速度/負載操作點的速度/負載操作區(qū)域。由控制方案500選擇與速度/負載操作區(qū)域相 關(guān)的優(yōu)選或期望發(fā)動機氣門升程曲線530。每個速度/負載操作區(qū)域具有對應(yīng)的預(yù)定發(fā)動 機氣門升程曲線530。每個預(yù)定發(fā)動機氣門升程曲線具有氣門升程狀態(tài)的陣列，每個氣門升 程狀態(tài)對應(yīng)于曲軸角狀態(tài)，優(yōu)選地以曲軸角(度)和對應(yīng)升程幅值(mm)表述。與預(yù)定發(fā)動機氣門升程曲線530相關(guān)的氣門升程狀態(tài)陣列表述為Ld ( e)。應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù) 員基于選定內(nèi)燃機系統(tǒng)、選定燃燒模式和選定空氣/燃料比方案可確定預(yù)定發(fā)動機氣門升 程曲線。預(yù)定發(fā)動機氣門升程曲線530被輸入到FFVA控制器515中。FFVA控制器515基于模擬曲軸角θ e、插值發(fā)動機氣門升程L1 (@G)以及預(yù)定氣 門升程曲線Ld ( 使用重復(fù)性控制方法來選擇用于曲軸角域中的發(fā)動機氣門9的控制位 置P (&G)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用預(yù)定氣門升程曲線Ld (@g)以基于模擬曲軸角和 插值發(fā)動機氣門升程L1 來確定用于曲軸角域中的發(fā)動機氣門9的控制位置P (0g)o FFVA控制器515確定用于曲軸角域中的發(fā)動機氣門9的控制位置P ( e)，用模擬曲軸角
表示。輸出緩沖模塊520確定用于時域中的發(fā)動機氣門9的控制位置Pd (ΘΜ)，以實現(xiàn) 該控制位置。來自于曲軸傳感器22的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角 M、控制位置P( 和模擬發(fā)動機曲 軸角被輸入到輸出緩沖模塊520。輸出緩沖模塊520在監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和模擬 發(fā)動機曲軸角之間插值控制位置P ( e)，以確定用于發(fā)動機氣門9的期望控制位置Pd (Θμ)。期望控制位置Pd (Θμ)被傳輸給在時域中的第一流量控制閥82和第二流量控制閥 88，以控制發(fā)動機氣門9的升程。在操作中，控制模塊5基于監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ、發(fā)動機氣門位置Lm和模擬發(fā)動 機曲軸角使期望時域控制發(fā)動機氣門位置與發(fā)動機曲軸角ΘΜ同步，并且在與監(jiān)測發(fā)動 機曲軸角Θμ同步的時域中重復(fù)性地控制發(fā)動機氣門致動器10。圖3-8描述了涉及使用基于時域的控制來執(zhí)行重復(fù)性控制發(fā)動機氣門9位置的控 制方案500的元件。圖3A-3C描述了用于氣門操作的信號，其中發(fā)動機以預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額定)操 作，并且模擬發(fā)動機曲軸角在時域中對應(yīng)于監(jiān)測發(fā)動機曲軸角Θμ。圖3Α以圖形形式描 述了作為在時域中額定發(fā)動機氣門升程的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm( Θμ)。圖;3Β以圖形形式 描述了在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和額定模擬發(fā)動機曲軸角&GO圖3C以圖形形式 描述了在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)和插值發(fā)動機氣門升程L1 ( e)。如 上所述，當(dāng)發(fā)動機操作在預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額定)時，在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā)動機 氣門升程L1 ( 跟蹤在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm ( Θμ)。圖4A-4C示出了用于氣門操作的信號，其中發(fā)動機以低于預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額 定)的速度操作，且模擬發(fā)動機曲軸角慢于在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角Θμ。圖4Α以 圖形形式描述了慢于在時域中的額定發(fā)動機氣門升程的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)。圖 4Β以圖形形式描述了在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和額定模擬發(fā)動機曲軸角 e。圖 4C以圖形形式描述了在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)和插值發(fā)動機氣門升 程！^ ( e)。如上所述，當(dāng)發(fā)動機操作在慢于預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額定)的速度時，在模擬發(fā) 動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程L1 (@g)跟蹤在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角的監(jiān) 測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)。圖5A-5C示出了用于氣門操作的信號，其中發(fā)動機以慢于預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額 定)的速度操作，且模擬發(fā)動機曲軸角快于在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角Θμ。圖5Α以 圖形形式描述了快于在時域中的額定發(fā)動機氣門升程的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)。圖 5Β以圖形形式描述了在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和額定模擬發(fā)動機曲軸角 e。圖5C以圖形形式描述了在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)和插值發(fā)動機氣門升 程！^ ( e)。如上所述，當(dāng)發(fā)動機操作在快于預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額定)的速度時，在模擬發(fā) 動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程L1 (@g)跟蹤在曲軸角域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角的監(jiān) 測發(fā)動機氣門升程Lm (Θμ)。在任何情況下，基于模擬曲軸角 e、插值發(fā)動機氣門升程L1 ( θ 和預(yù)定氣門曲 線使用重復(fù)性控制方法，在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程L1 ( 結(jié)合期望氣 門曲線Ld ( e)被輸入到FFVA控制器515，以確定用于發(fā)動機氣門9的在模擬曲軸角 的控制位置P ( <；)。圖6-8描述了輸出緩沖模塊520的操作，以基于模擬發(fā)動機曲軸角和測量發(fā) 動機曲軸角ΘΜ使用插值來將在曲軸角域中的用于發(fā)動機氣門9的控制位置P 轉(zhuǎn)化 為在時域中的用于發(fā)動機氣門9的控制位置Pd ( Θμ)。圖6A-6C描述了用于氣門操作的信號，其中發(fā)動機以預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度(額定)操 作且模擬發(fā)動機曲軸角具有與時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ相同的速率。圖6Α以圖 形形式描述了作為模擬發(fā)動機曲軸角函數(shù)繪制的控制位置P。圖6B以圖形形式描述了 在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和額定模擬發(fā)動機曲軸角&GO圖6C以圖形形式描述了 從FFVA控制器515輸出的控制位置P ( θ 和從輸出緩沖器520輸出的對應(yīng)插值控制位 置Pd (θΜ)。如上所述，當(dāng)發(fā)動機以預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度操作時，從輸出緩沖器520輸出的插 值控制位置Pd (Θμ)跟蹤在曲軸角域中的從FFVA控制器515輸出的控制位置P ( e)。圖7A-7C描述了用于氣門操作的信號，其中發(fā)動機以慢于預(yù)定期望操作速度(額 定)的速度操作且模擬發(fā)動機曲軸角慢于在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角Θμ。圖7Α以 圖形形式描述了作為模擬發(fā)動機曲軸角函數(shù)繪制的控制位置P。圖7B以圖形形式描 述了在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和模擬發(fā)動機曲軸角&GO圖7C以圖形形式描述了 從FFVA控制器515輸出的控制位置P ( θ 和從輸出緩沖器520輸出的對應(yīng)控制位置Pd (θΜ)。如上所述，當(dāng)發(fā)動機以慢于預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度的速度操作時，從輸出緩沖器520輸出 的插值控制位置Pd ( Μ)跟蹤在曲軸角域中的從FFVA控制器515輸出的控制位置P ( e)。圖8A-8C描述了用于氣門操作的信號，其中發(fā)動機以慢于預(yù)定期望操作速度(額 定)的速度操作且模擬發(fā)動機曲軸角快于在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角Θμ。圖8Α以 圖形形式描述了作為模擬發(fā)動機曲軸角函數(shù)繪制的控制位置P。圖8B以圖形形式描 述了在時域中的監(jiān)測發(fā)動機曲軸角ΘΜ和模擬發(fā)動機曲軸角&GO圖8C以圖形形式描述了 從FFVA控制器515輸出的控制位置P ( θ 和從輸出緩沖器520輸出的對應(yīng)控制位置Pd (θΜ)。如上所述，當(dāng)發(fā)動機以快于預(yù)定期望旋轉(zhuǎn)速度的速度操作時，從輸出緩沖器520輸出 的插值控制位置Pd ( Μ)跟蹤在曲軸角域中的從FFVA控制器515輸出的控制位置P ( e)。在一個實施例中，控制模塊5指令第一流體流量控制閥82和第二流體流量控制閥 88來控制至發(fā)動機氣門致動器10的液壓流體流量，以實現(xiàn)期望控制位置Pd ( M)。圖9示出了描述控制方案500的示例性實施方式的結(jié)果的數(shù)據(jù)圖表。數(shù)據(jù)圖表示 出了在重復(fù)性發(fā)動機循環(huán)中以及在恒定發(fā)動機速度下的期望和測量發(fā)動機氣門位置。如圖 9所示，在發(fā)動機曲軸角Θμ，期望氣門升程(S卩，期望氣門曲線Ld對應(yīng)于測量發(fā)動機 氣門升程(即，發(fā)動機氣門位置Lm)。本發(fā)明已經(jīng)描述了一些優(yōu)選實施例及其變型。技術(shù)人員在閱讀并理解說明書之后可想到進一步的修改和變換。因此，本發(fā)明并不旨在局限于作為實施本發(fā)明所構(gòu)想的最佳 模式而公開的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的方法，包括 周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角； 確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線、監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和發(fā)動機曲軸角相關(guān)的在曲軸 角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；以及致動配置成將發(fā)動機氣門的位置控制到時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置的控制回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲 軸角包括在時域中周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角；以及 基于在時域中周期性監(jiān)測發(fā)動機曲軸角來產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線、監(jiān)測發(fā)動機 氣門升程和發(fā)動機曲軸角相關(guān)的在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括插值在時域中的監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角，以確定在模擬發(fā)動機曲軸 角的插值發(fā)動機氣門升程；以及確定與在模擬發(fā)動機曲軸角的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線和插值發(fā)動機氣門升程相關(guān) 在曲軸角域中的優(yōu)選氣門位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置以確 定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括使用監(jiān)測發(fā)動機曲軸角和模擬發(fā)動機曲軸角插值 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，致動配置成將發(fā)動機氣門的位置控制到時域中 的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置的控制回路包括致動控制回路，以控制在時域中的發(fā)動機氣門升 程的幅值、發(fā)動機氣門開度的持續(xù)時間和發(fā)動機氣門開度的正時。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，發(fā)動機氣門包括進氣氣門。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，發(fā)動機氣門包括排氣氣門。
8.一種用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的位置的方法，包括 周期性地監(jiān)測在時域中的發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角； 基于周期性監(jiān)測發(fā)動機曲軸角來產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角；插值監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角，以確定在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā) 動機氣門升程；確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線和在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程相關(guān) 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；以及致動控制回路，以將發(fā)動機氣門控制至在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置以確 定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置包括使用監(jiān)測發(fā)動機曲軸角和模擬發(fā)動機曲軸角插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。
10. 一種用于控制配置成控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門升程的控制回路的方法，包括 周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角； 基于周期性監(jiān)測發(fā)動機曲軸角來產(chǎn)生模擬發(fā)動機曲軸角；插值監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和對應(yīng)發(fā)動機曲軸角，以確定在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā) 動機氣門升程；確定在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線；確定與優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線和在模擬發(fā)動機曲軸角的插值發(fā)動機氣門升程相關(guān) 在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；插值在曲軸角域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定優(yōu)選發(fā)動機氣門位置；以及 致動控制回路，以控制對應(yīng)于優(yōu)選發(fā)動機氣門位置的發(fā)動機氣門升程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制內(nèi)燃機的發(fā)動機氣門的方法。內(nèi)燃機系統(tǒng)配置有受控發(fā)動機氣門致動系統(tǒng)。控制發(fā)動機氣門的升程包括周期性地監(jiān)測發(fā)動機氣門升程和發(fā)動機曲軸角。在曲軸角域中確定優(yōu)選發(fā)動機氣門升程曲線。在曲軸角域中確定優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。插值優(yōu)選發(fā)動機氣門位置，以確定在時域中的優(yōu)選發(fā)動機氣門位置。致動控制回路，以控制在時域中的發(fā)動機氣門。
文檔編號F01L13/00GK102135023SQ20111002787
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者常 C-F., 允 H., 康 J-M. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司