СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ВАЛОМ ДВИГАТЕЛЯ В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF CONTROLLING ENGINE CAMSHAFT IN VEHICLE (EMBODIMENTS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к управлению двигателем и определению положения распределительного вала для такого управления.
Уровень техники
Контроллеры двигателей внутреннего сгорания осуществляют управление многими рабочими параметрами двигателя, такими как воздушный заряд, топливный заряд, циркуляция отработавших газов, улавливание паров топлива, установка момента зажигания, фазы распределительного вала, фазы клапанного распределения и т.п.Управление указанными параметрами осуществляется в целях достижения требуемой мощности двигателя при минимизации токсичных отработавших газов.
Управление указанными параметрами требует знания положения распределительного вала. Обычно на распределительному валу устанавливают зубчатое колесо с одним или более отсутствующими зубьями, при этом положение распределительного вала определяют по обнаружению проходящих зубьев.
Органы управления двигателем имеют большую сложность в автомобилях, оснащенных системой изменения фаз газораспределения (ИФГ). Распределительные валы приводятся в движение посредством ременной или цепной передачи от коленчатого вала. В двигателях, оснащенных системой ИФГ, распределение по времени или фаза распределительного вала изменяется относительно коленчатого вала. Поворот распределительного вала относительно коленчатого вала осуществляется электрическим мотором или гидравлическим исполнительным органом.
Когда производят прокрутку двигателя при его запуске, обнаружение прохождения зубца распределительного вала или иной способ обнаружения могут и не обеспечивать точного измерения положения, для которого обычно требуется обнаружение нескольких передних и задних фронтов. Тем не менее, исполнительный орган системы ИФГ может задавать фазу распределительному валу во время прокрутки с использованием данных измерения положения и/или скорости, полученных внутри системы (например, при помощи кодового датчика, встроенного в исполнительный орган), и данных положения распределительного вала относительно коленчатого вала по умолчанию.
Установлено, что существует проблема, связанная с вышеописанным способом. Точнее, данные положения распределительного вала относительно коленчатого вала по умолчанию могут со временем становиться все более неточными, поскольку в различных соединительных элементах, связывающих распределительный вал и коленчатый вал (например, соединительный элемент между коленчатым валом и входным валом исполнительного органа, между входным валом исполнительного органа и статором мотора, между валом ротора мотора и распределительным валом и т.п.) возникает износ. Вследствие этого, контроллер двигателя не может точно определить положение распределительного вала при прокрутке двигателя. Без знания точного положения распределительного вала любые оценки воздушного заряда в камере сгорания могу быть ошибочными, и, следовательно, воздушно/топливный заряд может быть неточным, что может приводить к более продолжительному запуску двигателя и увеличенным выбросам токсичных веществ. Аналогичные проблемы могут возникать с другими управляемыми рабочими параметрами.
Раскрытие изобретения
Вышеуказанные проблемы могут быть решены посредством способа управления распределительным валом, содержащим, согласно одному примеру, следующее: регулирование распределительного вала на основе требуемого положения распределительного вала, при этом требуемое положение распределительного вала определяют на основе положения распределительного вала, указываемого датчиком распределительного вала и положения распределительного вала, указываемого исполнительным органом распределительного вала. Благодаря использованию обоих данных положения распределительного вала (показаний датчика распределительного вала и показаний исполнительного органа), погрешность позиционирования распределительного вала, в частности при прокрутке двигателя, может быть уменьшена. После прокрутки двигателя, когда двигатель запущен, впоследствии определяемые требуемые положения распределительного вала могут быть откорректированы исходя из разностей данных положения, которые указывает датчик распределительного вала, и данных, которые указывает исполнительный орган распределительного вала. Таким образом, достигается технический эффект.
Согласно одному типичному примеру, регулирование распределительного вала производят во время прокрутки двигателя.
Согласно другому примеру, если выходные данные от датчика распределительного вала не обладают достаточной точностью, то положением распределительного вала, которое указывает датчик распределительного вала, является ранее зарегистрированное положение распределительного вала, которое было определено, когда выходной сигнал датчика распределительного вала был достаточно точным.
Согласно еще одному примеру, регулирование распределительного вала включает в себя передачу требуемого положения распределительного вала от контроллера двигателя к контроллеру мотора исполнительного органа распределительного вала.
Согласно еще одному примеру, исполнительным органом распределительного вала является электрический мотор.
Вышеуказанные и иные преимущества, а также отличительные признаки настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, взятого в отдельности или вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые изложены в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых в данном описании.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает блок-схему двигателя с турбонаддувом, содержащего распределительный вал.
Фиг. 2 изображает пример определения ориентации распределительного вала относительно коленчатого вала, при этом оба вала показаны на фиг. 1.
Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую способ управления двигателем по фиг. 1.
Фиг. 4 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую способ коррекции требуемых положений распределительного вала на основе разности между положением распределительного вала по данным контроллера мотора и положением распределительного вала по данным блока управления двигателем (БУД).
Фиг. 5 изображает блок-схему алгоритма, иллюстрирующую способ управления бесщеточным двигателем.
Фиг. 6 изображает графики, иллюстрирующие рабочие параметры во время части примерного ездового цикла двигателя по фиг. 1, управление которым производится согласно способу по фиг. 3.
Осуществление изобретения
Управление двигателями внутреннего сгорания может быть основано на ряде рабочих параметров, включая, помимо других возможных, воздушный заряд, топливный заряд, рециркуляцию отработавших газов, улавливание паров топлива, моменты зажигания, фазы кулачкового распределения, фазы клапанного распределения и т.п. Точнее, для того чтобы определить надлежащее количество топлива, которое должно быть введено в цилиндр, также может быть определено вводимое в цилиндр количество воздуха. В случае двигателей, в которых приведение в действие впускных (и/или выпускных) клапанов осуществляется посредством распределительного вала, при определении всасываемого воздуха требуется знать положение распределительного вала. Однако положение распределительного вала может быть неизвестным в определенных фазах работы двигателя, например, во время запуска двигателя. В частности, датчик, основанный на обнаружении прохождения зубьев, когда распределительный вал совершает вращение, может оказаться неспособным давать точные показания, пока двигатель не достигнет достаточно высокой частоты вращения или не совершит достаточного числа оборотов. В сущности, может быть использовано сравнительно неточное последнее известное положение распределительного вала, которое может значительно отличаться от фактического положения распределительного вала, что может приводить к более продолжительной прокрутке двигателя и увеличению выброса токсичных веществ. Данная проблема может быть более острой для двигателей, оснащенных системой ИФГ. Тем не менее, исполнительный орган системы ИФГ, который можно приводить в действие для изменения синхронизации или фазы распределительного вала, может воздействовать на распределительный вал во время прокрутки, пользуясь данными измерения положения и/или скорости полученными посредством внутреннего кодового датчика, или данными положения распределительного вала относительно коленчатого вала по умолчанию. Однако точность данного относительное положение по умолчанию может все больше уменьшаться со временем из-за износа, который может возникать в различных соединительных элементах между распределительным валом и коленчатым валом (например, между коленчатым валом и входным валом исполнительного органа ИФГ, между входным валом исполнительного органа и статором мотора, между валом ротора мотора и распределительным валом и т.п.).
Согласно настоящему изобретению, предложены различные способы управления распределительным валом. Согласно одному примеру, способ управления распределительным валом содержит: регулирование распределительного вала на основе требуемого положения распределительного вала, при этом требуемое положение распределительного вала определяют на основе положения распределительного вала, указываемого датчиком распределительного вала и положения распределительного вала, указываемого исполнительным органом распределительного вала. Фиг. 1 изображает блок-схему двигателя с турбонаддувом, содержащего распределительный вал; фиг. 2 изображает пример определения ориентации распределительного вала относительно коленчатого вала, при этом оба вала показаны на фиг. 1; фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма осуществления способа управления двигателем по фиг. 1; фиг. 4 изображает блок-схему алгоритма осуществления способа коррекции требуемых положений распределительного вала, исходя из разности между данными положения распределительного вала от контроллера мотора и данными положения распределительного вала от БУД; фиг. 5 изображает блок-схему алгоритма осуществления способа управления бесщеточным двигателем; и фиг. 6 изображает графики, иллюстрирующие рабочие параметры на протяжении части примерного ездового цикла двигателя по фиг. 1, управляемого способом, соответствующим фиг. 3. Двигатель фиг. 1 также содержит контроллер, выполненный с возможностью осуществления способов, изображенных на фиг. 3-5.
Фиг. 1 в виде блок-схемы изображает пример двигателя 10, который может быть включен в состав движительной системы автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 30. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, может быть использовано иное число цилиндров. Управление двигателем 10 можно осуществлять по меньшей мере частично посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством команды от оператора 132 автомобиля через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для пропорционального формирования сигнала положения педали (ПП). Каждая камера сгорания (например, цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки и расположенный внутри поршень (не показан). Поршни могут быть связаны с коленчатым валом 40 для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Дополнительно, через маховик с коленчатым валом 40 может быть связан мотор стартера для возможности запуска двигателя 10.
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и могут выпускать газы горения через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов. Впускные и/или выпускные клапаны можно приводить в действие (например, открывать или закрывать) посредством соответствующих кулачков 160, расположенных на распределительному валу 162, когда распределительный вал совершает вращательное движение.
Распределительный вал 162 может быть связан с коленчатым валом 40 посредством механического соединения 164 (например, цепи механизма газораспределения, ремня и т.п.), а также может быть дополнительно связан с электрическим мотором 166 с возможностью привода от последнего. На фиг. 1 показано, что мотор 166 связан с ведущей шестерней 168 распределительного вала. Электрический мотор 166 можно приводить в действие, чтобы изменять фазу распределительного вала и, соответственно, установку фаз распределительного вала относительно коленчатого вала 40, изменяя, в свою очередь, моменты срабатывания впускных и/или выпускных клапанов, и, тем самым, оптимизируя работу двигателя 10 (например, увеличивая выходную мощность двигателя и/или уменьшая объем токсичных отработавших газов). В сущности, электрический мотор 166 можно назвать исполнительным органом системы ИФГ или исполнительным органом распределительного вала.
Управление электрическим мотором 166 можно осуществлять посредством контроллера 170 мотора, который может включать в себя надлежащие компоненты (например, логическую подсистему), которые помогают осуществлять изменение фазы распределительного вала 162 и установку его фаз относительно коленчатого вала 40. Сочетание электрического мотора 166 и контроллера 170 мотора можно рассматривать, как систему ИФГ, построенную на базе электрического мотора. Электрический мотор 166 может осуществлять индикацию положения вращающегося компонента (например, вала), который расположен внутри или иным образом приводится в движение посредством мотора (что в дальнейшем будет именоваться «положением мотора»), и/или положение распределительного вала 162 (например, угловое положение распределительного вала), которое, согласно некоторым примерам, может быть выведено из положения мотора. Согласно некоторым примерам, положением распределительного вала можно управлять, управляя относительным положением ротора и статора электрического мотора 166. В этом случае статор может быть механически связан с коленчатым валом 40 (например, посредством ремней/цепей), а ротор может быть механически связан с распределительным валом 162 через зубчатую передачу. Путем изменения такого относительного положения валов можно изменять положение распределительного вала относительно положения коленчатого вала, т.е. изменять положение распределительного вала.
На фиг. 1 показано, что контроллер 170 мотора выдает данные положения распределительного вала 162 (ПРВ) в виде сигнала ПРВ, передаваемого в контроллер 12 двигателя. Как будет более подробно рассмотрено ниже, сигнал ПРВ может в определенные моменты времени давать более точную индикацию положения распределительного вала 162, из чего могут быть выведены один или более рабочих параметров двигателя. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, сигнал ПРВ (и/или положение мотора) может быть передан в контроллер 12 через шину сети контроллеров (CAN, от англ. Controller Area Network). Через CAN, которая включает в себя шину CAN, или через другую автомобильную сеть множество компонентов (например, исполнительные органы, контроллер 12 и т.п.) могут быть связаны друг с другом с возможностью обмена данными. Как будет более подробно рассмотрено ниже, может быть произведено сравнение сигналов ПРВ, принятых от контроллера 170 мотора, с положениями распределительного вала, которые определил контроллер 12 на основе выходных сигналов импульсного кольца датчика распределительного вала, в целях повышения точности определения положения распределительного вала.
В качестве электрического мотора 166 могут быть использованы моторы различных видов. Согласно одному примеру, электрический мотор 166 может представлять собой бесщеточный двигатель, выполненный с возможностью определения своего положения путем декодирования сигналов от датчиков на эффекте Холла. Датчики на эффекте Холла могут быть установлены неподвижным образом, и могут быть выполнены с возможностью обнаружения изменяющегося магнитного потока, возбуждаемого прохождением одного или более вращающихся близкорасположенных постоянных магнитов, установленных на вращающейся части (например, валу) мотора. В ином варианте, датчики на эффекте Холла могут быть установлены на вращающейся части мотора, и могут быть выполнены с возможностью обнаружения изменяющегося магнитного потока, возбуждаемого при вращении прохождением одного или более близкорасположенных постоянных магнитов, установленных на неподвижной части мотора. Согласно одному примеру, который не носит ограничительного характера, с валом электрического мотора 166 могут быть связаны три датчика на эффекте Холла, разнесенных друг относительно друга приблизительно на 120°. Что касается конструкций, в которых в электрическом моторе 166 для определения вращения используются датчики на эффекте Холла, то контроллер 170 мотора может вращать мотор до требуемого положения, используя сигнал обратной связи на основе положения мотора, получаемый из декодированных сигналов с выходов датчиков на эффекте Холла, а также сигнал требуемого положения. Декодированные сигналы с выходов датчиков на эффекте Холла могут быть использованы для индикации положения распределительного вала 162. Согласно некоторым примерам, требуемое положение может быть определено относительно положения (например, углового положения) коленчатого вала 40, индикация которого может быть получена посредством сигналов с выхода контроллера 12. Эти сигналы могут быть переданы по шине CAN, о которой шла речь выше.
Согласно другим вариантам осуществления, определение вращения мотора 166 может выполняться посредством кодового датчика углового положения или путем измерения противо-ЭДС. Таким образом, определение абсолютного положения мотора можно осуществлять в соответствии с конфигурацией электрического мотора 166. Согласно одному примеру, который не носит ограничительного характера, для определения абсолютного углового положения исполнительного органа системы ИФГ может быть применен потенциометр, сопротивление которого изменяется в зависимости от углового положения. Такой потенциометр представляет один пример внутреннего кодового датчика, который может быть включен в состав электрического мотора 166 для определения его углового положения. В некоторых конструкциях контроллер 170 мотора может от контроллера 12 принимать сигналы, указывающие угловое положение коленчатого вала 40, чтобы определять угловое положение распределительного вала 162.
В других конструкциях электрический мотор 166 может представлять собой шаговый двигатель. В данном случае контроллер 170 мотора может формировать для электрического мотора 166 несколько фаз напряжения, чтобы поворачивать мотор в требуемое положение, например, посредством управления без обратной связи. Точнее, контроллер 12 может формировать три сигнала с разными фазами, чтобы вращать шаговый двигатель посредством управления без обратной связи и тем самым приводить его в требуемое положение. При этом указанные три сигнала можно эффективно использовать для индикации положения распределительного вала 162.
Независимо от того, какая используется конфигурация электрического мотора 166, положение распределительного вала, которое указывает мотор, зависит от момента и продолжительности открытия впускного клапана, связанного с камерой 30 сгорания. В сущности, положение распределительного вала может быть использовано для определения одного или более рабочих параметров, в соответствии с которыми можно управлять двигателем 10. Например, контроллер 12 на основе момента и продолжительности открытия впускного клапана, полученных из положения распределительного вала, может определять количество воздуха, засасываемого в камеры 30 сгорания. Затем, на основе данных количества засасываемого воздуха может быть определен надлежащий топливный заряд, который подлежит впрыску, чтобы тем самым увеличить выходную мощность двигателя и уменьшить выброс токсичных веществ. На протяжении работы двигателя контроллер 12 может также снабжать контроллер 170 мотора информацией о требуемых положениях мотора, соответствующих требуемым положениям распределительного вала.
Следует понимать, что изображенная на фиг. 1 конфигурация распределительного вала приведена в качестве примера и не предназначена для ограничения идеи изобретения. Согласно некоторым вариантам осуществления, может быть предусмотрен распределительный вал, выполненный с возможностью управления открытием одного из впускных и выпускных клапанов. Кроме того, могут быть предусмотрены два распределительного вала для конфигураций расположения цилиндров, отличающихся от показанной на фиг. 1, например, для конфигураций V-6, V-8, V-10 или V-12.
Двигатель 10 может содержать дополнительные механизмы, при помощи которых можно измерять вращение распределительного вала 162. В частности, импульсное кольцо 171 может быть связано с распределительным валом 162 и расположено ведущей шестерни 168. Импульсное кольцо 171 может содержать множество зубьев, а их вращение может обнаруживать датчик 172 распределительного вала, который может представлять собой датчик переменного магнитного сопротивления (ДПМС), например, датчик на эффекте Холла. Число зубьев, расположенных на импульсном кольце 171, может быть разным в зависимости от числа цилиндров двигателя; например, это могут быть три зуба для четырех цилиндров, четыре зуба для шести цилиндров и пять зубьев для восьми цилиндров. В общем, величина угла, на который разнесены зубья, управляет временным интервалом между импульсами в импульсной последовательности, которую генерирует датчик 172 распределительного вала при вращении импульсного кольца 171. Такие импульсы могут быть переданы в контроллер 12 в качестве сигнала ИФГ, показанного на фиг. 1. Более конкретно, зубья могут быть расположены неравномерно, так что некоторые зубья расположены ближе друг к другу, в то время как другие зубья расположены сравнительно дальше друг от друга. Можно сказать, что в импульсном кольце имеется «отсутствующий зуб» в областях большого (или самого большого) углового расстояния между зубьями. Неравномерное следование импульсов в импульсной последовательности приводит к тому, что по меньшей мере один зуб можно будет распознать среди остальных зубьев. В последовательности зажигания в цилиндрах этот зуб может соответствовать определенной ориентации распределительного вала 162, например, положению верхней мертвой точки (ВМТ) первого цилиндра 30. Согласно некоторым примерам, выходной сигнал датчика 172 распределительного вала может быть использован для определения абсолютного положения электрического мотора 166. К примеру, углы поворота вала мотора, полученные исходя из выходного сигнала датчика 172 распределительного вала, при известном передаточном отношении между электрическим мотором 166 и распределительным валом, могут быть преобразованы в абсолютное угловое перемещение распределительного вала 162.
camshaft
ИФГ
ПЗ,R1
ПЗ,R1
ПЗ,R0
ИФГ
ПЗ,R1
ПЗ,R0
Импульсные последовательности, формируемые датчиком 172 распределительного вала, можно сравнивать с импульсными последовательностями, формируемыми датчиком 118 коленчатого вала, в котором может использоваться аналогичный механизм для определения вращения коленчатого вала. Согласно одному примеру, датчик 118, который также может использоваться в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала 40 формировать заданное число равноотстоящих импульсов. Такие импульсы могут передавать в контроллер 12 в виде сигнала профиля зажигания (ПЗ). В частности, определение интервалов между импульсами ИФГ и ближайшими импульсами ПЗ может давать индикацию ориентации распределительного вала относительно коленчатого вала в градусах. Согласно одному примеру, не носящему ограничительного характера, такую относительную ориентацию распределительного вала можно определить по следующей формуле: θ = (720(t - t)) / ((n) * (t - t)), где t - момент времени, когда появился импульс ИФГ; t - время появления переднего фронта импульса ПЗ, который непосредственно предшествовал импульсу ИФГ; n - число цилиндров в двигателе; и t - время появления переднего фронта импульса ПЗ, который непосредственно предшествовал первому импульсу ПЗ.
ИФГ
ПЗ,R0
ПЗ,R1
ИФГ
Фиг. 2 иллюстрирует пример определения ориентации распределительного вала относительно коленчатого вала, и может, в частности, иллюстрировать способ, посредством которого, например, можно определять угловую ориентацию распределительного вала 162 относительно коленчатого вала 40. Изображены импульсная последовательность 202, сформированная датчиком 118 коленчатого вала, и импульсная последовательность 204, сформированная датчиком 172 распределительного вала. Импульсная последовательность 202 состоит из множества равноотстоящих импульсов, в то время как импульсная последовательность 204 представляет собой множество импульсов, которые расположены разнесены, что соответствует угловому расположению зубьев на импульсном кольце. Момент t фиксирует появление определенного импульса ИФГ, который в последовательности зажигания в цилиндрах может, например, обозначать ВМТ первого цилиндра. На фиг. 2 также показано появление передних фронтов соответствующих импульсов ПЗ (моменты t и t), которые вместе с t могут быть использованы для определения ориентации распределительного вала 162 относительно коленчатого вала 40 по приведенной выше формуле. Однако следует понимать, что импульсные последовательности 202 и 204 приведены в качестве примеров, и они не служат цели какого-либо ограничения идеи изобретения. Указанные импульсные последовательности в частности описывают работу двигателя в установившемся режиме.
При определенных рабочих условиях выходной сигнал от датчика 172 распределительного вала может быть недоступен или он может быть недостаточно точным, чтобы обеспечить определение положения распределительного вала 162 относительно коленчатого вала 40. Это может возникать при прокрутке двигателя, например, из-за низкой скорости обновления данных от датчика 172 распределительного вала. В сущности, при этих условиях электрический мотор 166 может устанавливать распределительный вал 162 в требуемое угловое положение на основании данных измерения положения и/или скорости, получаемых посредством внутреннего кодового датчика (например, потенциометра, сопротивление которого изменяется в зависимости от углового положения), а также данных относительного положения по умолчанию (или проектного положения) коленчатого вала 40 и распределительного вала 162. Однако продолжительный износ, имеющий место в различных соединительных элементах (например, между распределительным валом и входным валом исполнительного органа системы ИФГ, между входным валом исполнительного органа и статором мотора, между валом ротора мотора и распределительным валом и т.п.) между коленчатым валом 40 и распределительным валом 162 может изменять указанное относительное положение по умолчанию, и, в частности, делать его все более и более неточным. Результатом последующего неточного позиционирования распределительного вала, вызванного изменением относительного положения по умолчанию, может быть недостаточно оптимальная работа двигателя.
Чтобы компенсировать изменения указанного относительного положения по умолчанию, контроллер 12 может принимать и сравнивать положения распределительного вала, указываемые контроллером 170 мотора (например, сигналы ПРВ), далее именуемые «положениями распределительного вала по данным контроллера мотора», и положения распределительного вала, основанные на выходном сигнале датчика 172 распределительного вала (например, сигнале ИФГ), по отношению к выходному сигналу датчика 118 коленчатого вала, что далее именуется «положениями распределительного вала по данным БУД». В частности, такое сравнение может происходить итеративно на протяжении работы двигателя, как только выходной сигнал датчика 172 распределительного вала станет достаточно точным (например, после завершения прокрутки двигателя). Разность между положением распределительного вала по данным контроллера мотора и данным датчика распределительного вала (данные БУД), превышающая порог, может быть сохранена (например, в ПЗУ 106), так чтобы последующие требуемые положения распределительного вала можно было корректировать исходя из этой разности. Точнее, требуемое положение распределительного вала, определяемое контроллером 12, на основе указанной разности может быть откорректировано, при этом откорректированное требуемое положение распределительного вала затем может быть передано в контроллер 170 мотора, чтобы дать возможность установить распределительный вал 162 в откорректированное требуемое положение распределительного вала. Коррекция требуемого положения распределительного вала таким способом может быть, в частности, полезна в случаях, когда выходной сигнал датчика 172 распределительного вала не обладает достаточной точностью (например, во время прокрутки двигателя), поскольку отпадает необходимость полагаться на потенциально неточные данные относительного положения по умолчанию распределительного вала 162 и коленчатого вала 40. В данном примере при прокрутке двигателя может быть произведена коррекция позиционирования распределительного вала, основанная на поправке, которая была определена и сохранена в памяти перед прокруткой двигателя - например, во время предыдущего ездового цикла и перед выключением двигателя, которое предшествовало текущей прокрутке. Таким образом, можно минимизировать недостаточную оптимальность работы двигателя, вызванную неточным позиционированием распределительного вала во время прокрутки. Фиг. 4 изображает способ 400 коррекции позиционирования распределительного вала, рассмотренный ниже.
На фиг. 1 показано, что топливные форсунки 50 связаны непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ИВТ), получаемого от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 реализует то, что называется прямым впрыском топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена сбоку камеры сгорания или, например, сверху камеры сгорания. Топливо можно доставлять к топливной форсунке 50 посредством топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В других конструкциях камеры 30 сгорания могут содержать в качестве альтернативы или дополнительно топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44 обеспечивая то, что называется впрыском топлива во впускные каналы выше по потоку от каждой из камер 30 сгорания.
Впускной канал 42 может содержать дроссели 21 и 23, у которых имеются соответствующие дроссельные заслонки 22 и 24. В данном конкретном примере положение дроссельных заслонок 22 и 24 можно изменять при помощи контроллера 12 посредством сигналов, подаваемых на исполнительные органы, которые входят в состав дросселей 21 и 23. Согласно одному примеру, указанные исполнительные органы могут представлять собой электрические приводы (например, электрические моторы), т.е. может быть реализована схема так называемого электронного управления дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссели 21 и 23 можно приводить в действие, чтобы изменять поток впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя. Информация о положении дроссельных заслонок 21 и 23 может быть передана в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя (ПД). Впускной канал 42 может дополнительно содержать датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ), датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) и датчик 123 давления воздуха на входе дросселя для подачи в контроллер 12 соответствующих сигналов МРВ и ДВК.
Выпускной канал 48 может принимать отработавшие газы из цилиндров 30. Датчик 128 отработавших газов соединен с выпускным каналом 48 выше по потоку от турбины 62 и устройства 78 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из ряда различных подходящих датчиков для индикации воздушно/топливного отношения исходя отработавших газов, например, линейный кислородный датчик или датчик универсальный содержания кислорода в отработавших газах (УСКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах (КОГ), датчик оксидов азота (NOx), углеводорода (НС) или окиси углерода (СО). Устройство 78 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, различные другие устройства для снижения токсичности отработавших газов или комбинацию подобных устройств.
Температура отработавших газов может быть измерена одним или более датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 48. С другой стороны, температуру отработавших газов можно получить на основе информации об условиях работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.п.
На фиг. 1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10 дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал массового расхода воздуха (МРП) от датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112, показанного схематически в одном месте в двигателе 10; сигнал ПЗ от датчика 118 (например, на эффекте Холла или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал ИФГ от датчика 172 распределительного вала, который рассматривался выше; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ДВК) может быть выработан контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления воздуха в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК и наоборот. При работе со стехиометрическим отношением датчик ДВК может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения двигателя может обеспечивать оценку заряда (включая воздух), вводимого в цилиндр. Согласно некоторым примерам, в постоянное запоминающее устройство 106 могут быть записаны считываемые компьютером данные, представляющие инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 102 для осуществления способов, которые будут описаны ниже, а также других вариантов, возможность которых предполагается, но которые конкретно не перечислены.
Двигатель 10 может также содержать устройство сжатия, такое как компрессор наддува или турбокомпрессор, содержащее по меньшей мере компрессор 60, расположенный вдоль впускного канала 44. Что касается турбокомпрессора, то компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться во вращение турбиной 62, например, через вал или иное соединительное устройство. Турбина 62 может быть расположена вдоль выпускного канала 48, и может сообщаться с отработавшими газами, протекающими через указанный канал. Для приведения компрессора в движение могут быть предусмотрены различные устройства. В случае компрессора наддува, компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться во вращение посредством двигателя и/или электрической машины, и конструкция может не содержать турбины. Таким образом, величину сжатия, создаваемого в одном или более цилиндрах двигателя за счет компрессора наддува или турбокомпрессора, можно изменять посредством контроллера 12. В некоторых случаях турбина 62 может приводить в движение, например, электрический генератор 64, чтобы обеспечить питание для батареи 66 через турбодрайвер 68. Электропитание от батареи 66 затем может быть использовано для приведения в движение компрессора 60 посредством мотора 70. Дополнительно, во впускном коллекторе 44 может быть расположен датчик 123 для передачи в контроллер 12 сигнала НАДДУВ.
Далее, выпускной канал 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отведения отработавших газов от турбины 62. В некоторых конструкциях перепускная заслонка 26 может быть многоступенчатой, например, двухступенчатой, причем первая ступень предназначена для управления давлением наддува, а вторая ступень предназначена для увеличения теплового потока в направлении устройства 78 снижения токсичности отработавших газов. Перепускную заслонку 26 можно приводить в действие при помощи исполнительного органа 150, который может быть, например, электрическим или пневматическим. Впускной канал 42 может содержать перепускной клапан 27 компрессора, выполненный с возможностью отведения впускного воздуха и перепуска его в обход компрессора 60. Управление перепускной заслонкой 26 и/или перепускным клапаном 27 компрессора можно осуществлять при помощи контроллера 12 посредством исполнительных органов (например, исполнительного органа 150), чтобы открывать указанные устройства, например, когда требуется пониженное давление наддува.
Впускной канал 42 может дополнительно содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (ОНВ) (например, промежуточный охладитель), чтобы понижать температуру впускных газов, сжимаемых компрессором наддува или турбокомпрессором. В некоторых конструкциях охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой воздухо-воздушный теплообменник. В других конструкциях охладитель 80 наддувочного воздуха может представлять собой воздухо-жидкостной теплообменник.
2
Дополнительно, согласно раскрываемому изобретению, система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 РОГ. Количество газов РОГ, передаваемых во впускной канал 42, можно изменять при помощи контроллера 12 посредством клапана 142 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть размещен датчик РОГ (не показан), чтобы обеспечивать индикацию одного или более из следующих параметров: давления, температуры и концентрации отработавших газов. С другой стороны, РОГ можно управлять на основе расчетных величин, полученных из сигналов от датчиков МРВ (выше по потоку), ДВК (во впускном коллекторе), температуры во впускном коллекторе (ТВК) и частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, РОГ можно управлять на основе сигналов от датчика содержания O в отработавших газах и/или датчика кислорода на впуске (впускной коллектор). При некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 изображена система РОГ высокого давления, в которой газы РОГ направляют из точки выше по потоку от турбины турбонагнетателя в точку ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя. В других конструкциях двигатель может, в качестве варианта или дополнительно, содержать систему РОГ низкого давления, в которой газы РОГ направляют из точки ниже по потоку от турбины турбонагнетателя в точку выше по потоку от компрессора турбонагнетателя.
На фиг. 3 изображена блок-схема алгоритма 300, иллюстрирующая способ управления двигателем, изображенным на фиг. 1. В частности, алгоритм 300 может давать возможность управления двигателем 10 фиг. 1, которое частично основано на данных положения распределительного вала, получаемых контроллером 12 от контроллера 170 мотора при посредстве сигнала ΠΡΒ.
Работа алгоритма может быть начата, когда оператор автомобиля включает режим запуска двигателя, например, при повороте ключа зажигания.
Алгоритм может содержать на шаге 302 прокрутку двигателя, которая может содержать запуск мотора стартера, связанного с коленчатым валом двигателя, чтобы инициировать вращение коленчатого вала.
Затем, на шаге 304 алгоритма может происходить прием данных положения мотора и соответствующего положения распределительного вала от контроллера мотора (например, контроллера 170 мотора по фиг. 1), который может быть связан с электрическим мотором (например, мотором 166), который можно приводить в действие для изменения фазы распределительного вала (например, распределительного вала 162). Как говорилось выше, данные положения мотора могут указывать угловую ориентацию мотора и могут давать основу для получения положения распределительного вала. Данные положения мотора и/или соответствующего положения распределительного вала могут быть переданы в контроллер двигателя посредством сигнала ПРВ, о котором шла речь выше.
Затем, на шаге 306 алгоритма распределительный вал может быть приведен в движение посредством контроллера электрического мотора. Контроллер электрического мотора может привести в движение распределительный вал, чтобы получить требуемое положение распределительного вала, которое может быть определено контроллером двигателя на основе одного или более условий работы двигателя и/или автомобиля и передано в контроллер мотора. Соответственно, на шаге 308 алгоритм может содержать проверку, занимает ли мотор положение, соответствующее требуемому положению распределительного вала, для запуска двигателя. Если мотор находится в положении, которое соответствует требуемому положению распределительного вала (ответ ДА), то алгоритм переходит к шагу 310. Если положение мотора другое (ответ НЕТ), то алгоритм возвращается к шагу 308. В конструкциях, в которых контроллер мотора управляет бесщеточным двигателем, определяя вращение посредством датчиков на эффекте Холла, для определения того, достигнуто ли данное положение, могут быть проанализированы декодированные сигналы с выходов датчиков на эффекте Холла, как это было рассмотрено выше.
Затем, на шаге 310 способ может содержать определение одного или более рабочих параметров для управления двигателем во время прокрутки, причем определение указанных одного или более рабочих параметров производят на основе данных положения мотора и полученных данных положения распределительного вала. Полученные данные положения распределительного вала могут быть получены из данных положения мотора способами, которые были рассмотрены выше. В качестве части определения одного или более рабочих параметров для управления двигателем во время прокрутки, алгоритм может на шаге 312 определить, на основе полученных данных положения распределительного вала и мгновенной частоты вращения двигателя, количество воздуха, засасываемого в камеру сгорания. Поскольку это количество воздуха может сильно зависеть от моментов срабатывания впускного клапана и, тем самым, от положения распределительного вала, более точная оценка количества засасываемого воздуха может быть получена путем определения положения распределительного вала исходя из данных положения мотора.
Затем, на шаге 314 алгоритм может произвести впрыск топливного заряда в камеру сгорания. Количество вводимого топлива может быть определено на основе количества воздуха, засасываемого в камеру сгорания, которое было определено на шаге 312. В сущности, топливный заряд может быть оптимизирован для условий работы двигателя, что может увеличить выходную мощность двигателя и/или уменьшить выбросы.
Затем, на шаге 316 алгоритм может произвести проверку, превышает ли текущая частота вращения двигателя заданную частоту вращения. Заданная частота вращения может соответствовать пороговой величине, выше которой частота вращения вала двигателя достаточна, чтобы закончить прокрутку. Соответственно, если частота вращения двигателя превышает заданную частоту вращения (ответ ДА), то алгоритм переходит к шагу 318. Если частота вращения двигателя не превышает заданную частоты вращения (ответ НЕТ), то алгоритм возвращается к шагу 302.
Затем, на шаге 318 алгоритм может завершить режим запуска, и прекратить прокрутку. Период времени, который можно назвать периодом «после прокрутки», может включать в себя интервал после первого акта воспламенения (например, зажигания в первом цилиндре в последовательности зажигания в цилиндрах), который длится от оставшейся части этапа прокрутки и далее до подтверждения правильности работы обоих датчиков - датчика коленчатого вала и датчика распределительного вала (например, их выходные сигналы обладают качеством достаточным, чтобы их использовать для определения одного или более рабочих параметров двигателя, что было рассмотрено выше согласно фиг. 2).
Затем, на шаге 320 алгоритм может по сигналу датчика распределительного вала (например, датчика 172 распределительного вала) определить положение распределительного вала. Положение распределительного вала может быть установлено, например, на основе сигнала ИФГ, который показан на фиг. 1.
Затем, на шаге 322 алгоритм может осуществить управление двигателем на основе положения распределительного вала, которое определил датчик распределительного вала, а не на основе положения распределительного вала, которое определено по кодовому датчику мотора (например датчикам на эффекте Холла, кодовому датчику угловых перемещений и т.п.). В двигателе 10 по фиг. 1 положения распределительного вала, измеренные посредством контроллера 170 мотора и переданные посредством сигналов ПРВ, могут впоследствии быть измерены посредством датчика 172 и сигналов ИФГ. Такую передачу процедуры измерения положения распределительного вала от одного датчика другому можно осуществлять, поскольку в некоторых конструкциях импульсное кольцо может обеспечивать более высокое разрешение при измерении положения, чем несколько датчиков на эффекте Холла. В некоторых случаях может существовать разница между положением распределительного вала, полученным посредством контроллера мотора, и положением распределительного вала, полученным посредством датчика распределительного вала. Чтобы устранить эту разницу, можно выбрать данные положения распределительного вала, полученные посредством датчика распределительного вала, хотя согласно другим примерам, разница может быть устранена выбором положения распределительного вала, полученного посредством контроллера мотора, или же выполнением надлежащего усреднения и/или фильтрации.
Далее, как часть управления двигателем на шаге 322, алгоритм на шаге 324 частично на основе положения распределительного вала, полученного от датчика распределительного вала, может определить количество воздуха, засасываемого в камеру сгорания, и соответствующий топливный заряд по окончании режима запуска. Таким образом, точность, с какой производится определение воздушного и соответствующего топливного зарядов, может быть увеличена путем оценивания количества засасываемого воздуха с использованием данных положения распределительного вала, полученных исходя из данных положений мотора во время режима запуска, и с использованием данных положения распределительного вала, полученных от датчика распределительного вала по окончании режима запуска. Таким образом, данные положения распределительного вала, полученные от системы ИФГ, построенной на базе электромотора, могут быть использованы для регулирования впрыска топлива во время прокрутки двигателя, в то время как данные различных положений распределительного вала от датчика распределительного вала могут быть использованы для регулирования впрыска топлива после прокрутки. Регулирование впрыска топлива в данном случае может включать в себя регулирование на основе данных оценки воздушного заряда, которая может быть основана по меньшей мере на одном из следующих сигналов: сигнале датчика массового расхода воздуха (например, датчика 120 по фиг. 1) и сигнале датчика давления воздуха в коллекторе (например, датчика 122 по фиг. 1). Полученные данные оценки воздушного заряда могут быть подвергнуты дополнительному оцениванию на основе данных положения распределительного вала от системы ИФГ, построенной на базе электромотора, во время прокрутки двигателя и на основе других данных положения распределительного вала после прокрутки.
Следует понимать, что алгоритм 300 может быть видоизменен различными подходящими способами. Согласно некоторым вариантам осуществления, положения распределительного вала по окончании режима запуска и прекращении прокрутки можно определять посредством контроллера мотора, а не по датчику распределительного вала. Согласно другим вариантам осуществления, данные положения распределительного вала можно непрерывно передавать в контроллер двигателя из контроллера мотора, даже если управление двигателем основано на данных положения распределительного вала, измеренных датчиком распределительного вала. Согласно другим вариантам осуществления, для управления двигателем могут быть использованы данные положения распределительного вала, полученные как от контроллера мотора, так и от датчика распределительного вала.
Кроме того, данные требуемого кулачкового распределения можно передавать в систему ИФГ, построенную на базе электромотора, основываясь на условиях работы и сигнале датчика распределительного вала. Передача требуемого кулачкового распределения может быть выполнена после прокрутки двигателя, а также во время прокрутки или перед прокруткой, при этом передача требуемого положения распределительного вала может быть основана на данных положения распределительного вала от системы ИФГ, построенной на базе электромотора, пересылаемых по автомобильной сети обмена данными (например, CAN). Отправка данных требуемого положения распределительного вала может также происходить по автомобильной сети обмена данными.
На фиг. 4 изображена блок-схема алгоритма 400, иллюстрирующая способ для коррекции требуемых положений распределительного вала исходя из разности между положением распределительного вала по данным контроллера мотора и положением распределительного вала по данным БУД. Алгоритм 400 может быть сохранен в виде машиночитаемых инструкций в контроллере 12 и выполнен, например, процессором 102. Далее алгоритм 400 может быть применен для коррекции положения распределительного вала 162 на основе разностей между положениями распределительного вала, которые определены исходя из выходных данных контроллера 170 мотора, и положениями распределительного вала, которые определены исходя из выходного сигнала датчика 172 распределительного вала и датчика 118 коленчатого вала.
На шаге 402 алгоритма производится проверка, является ли выходной сигнал датчика распределительного вала достаточно точным. Выходной сигнал датчика распределительного вала можно считать достаточно точным, если указанный выходной сигнал наряду с другими данными, такими как выходной сигнал датчика коленчатого вала, может быть использован для определения положения распределительного вала. Поскольку точность выходного сигнала датчика распределительного вала может по меньшей мере частично зависеть от частоты вращения двигателя, то может быть произведено определение, превышает ли частота вращения двигателя пороговую частоту вращения. Может быть произведено оценивание альтернативных или дополнительных условий, однако таких, которые определяют, превышает ли скорость обновления сигнала датчика распределительного вала пороговую скорость обновления. Если установлено, что выходной сигнал датчика распределительного вала имеет недостаточную точность (ответ НЕТ), то алгоритм возвращается к шагу 402. Если установлено, что выходной сигнал датчика распределительного вала достаточно точен (ответ ДА), то алгоритм переходит к шагу 404.
Затем, на шаге 404 производят определение положения распределительного вала по данным БУД исходя из выходного сигнала датчика распределительного вала и датчика коленчатого вала. Положение распределительного вала по данным БУД может быть определено способом, который был рассмотрен ранее согласно фиг. 2; например, определение положения распределительного вала по данным БУД может включать в себя временное сравнение выходного сигнала датчика распределительного вала и выходного сигнала датчика коленчатого вала.
Затем, на шаге 406 алгоритма производят прием данных положения распределительного вала от контроллера мотора электрического мотора, выполненного с возможностью устанавливать фазу распределительного вала. Как говорилось выше, положение распределительного вала по данным контроллера мотора может быть определено по меньшей мере частично на основе выходного сигнала внутреннего кодового датчика контролера мотора.
Затем, на шаге 408 алгоритма производят проверку, превышает ли абсолютное значение разности между положения распределительного вала по данным БУД и положения распределительного вала по данным контроллера мотора пороговую разность. В данном случае разности между указанными положениями распределительного вала, которые превышают пороговую разность, указывают на необходимость коррекции положения перепускной заслонки, которое иначе может быть в значительной степени ошибочным. Если установлено, что абсолютное значение разности между положением распределительного вала по данным БУД и положением распределительного вала по данным контроллера мотора не превышает пороговой разности (ответ НЕТ), то алгоритм возвращается к шагу 404. И напротив, если установлено, что абсолютное значение разности между положением распределительного вала по данным БУД и положением распределительного вала по данным контроллера мотора все же превышает пороговую разность (ответ ДА), то алгоритм переходит к шагу 410.
На шаге 410 алгоритма, на основе разности, полученной на шаге 408, производят определение поправки к положению распределительного вала и сохранение ее в памяти. Поправка может быть сохранена, например, в ПЗУ 106 по фиг. 1. Согласно некоторым примерам, поправка к положению распределительного вала может представлять собой постоянную величину, пропорциональную указанной разности. Сохранение поправки в памяти облегчает поиск поправки и коррекцию положения распределительного вала при рабочих условиях, для которых поправка не может быть получена, например, в моменты, когда выходной сигнал датчика распределительного вала и/или датчика коленчатого вала недоступен или не обладает достаточной точностью. Например, поправка может быть определена и сохранена в памяти во время первого ездового цикла. Выключение двигателя может завершить первый ездовой цикл, а последующий запуск двигателя может начать второй ездовой цикл, который следует за первым ездовым циклом. Во время второго ездового цикла (например, при прокрутке двигателя) поправка, которая была определена во время первого ездового цикла, может быть извлечена из памяти, что позволит производить коррекцию требуемых положений распределительного вала, определение которых будет производиться во время второго ездового цикла.
Затем, на шаге 412 алгоритма производят определение требуемого положения распределительного вала на основе одного или более условий работы двигателя и/или автомобиля. Требуемое положение распределительного вала может быть выбрано так, чтобы увеличить выходную мощность двигателя и/или снизить токсичные выбросы, и может быть, по меньшей мере частично определено, например, на основе крутящего момента, задаваемого водителем.
Наконец, на шаге 414 алгоритма производят коррекцию требуемого положения распределительного вала, которое было определено на шаге 412, на основе поправки к положению распределительного вала, которая была определена на шаге 410. Согласно некоторым примерам, коррекция может включать в себя прибавление поправки к положению распределительного вала к требуемому положению распределительного вала или в вычитании поправки из требуемого положения распределительного вала. Откорректированное требуемое положение распределительного вала затем передают в контроллер мотора, чтобы установить распределительный вал в откорректированное положение. Коррекция требуемого положения распределительного вала может включать в себя, на шаге 416, коррекцию одного или более требуемых положений распределительного вала во время прокрутки двигателя после определения на шаге 410 поправки к положению распределительного вала. Например, поправку к положению распределительного вала можно определять во время ездового цикла, на протяжении которого требуемые положения распределительного вала могут быть откорректированы на основе поправки. Поправку можно сохранять в памяти так, чтобы после выключения двигателя и последующего запуска, который начинает новый ездовой цикл, требуемые положения распределительного вала, определяемые во время нового ездового цикла, и в частности те, определение которых производится при прокрутке двигателя, могли быть откорректированы на основе сохраненных в памяти поправок. Таким образом, острота вышеописанных проблем, вызванных неточным позиционированием распределительного вала во время прокрутки двигателя, может быть ослаблена исключением необходимости для контроллера мотора полагаться на относительное положение по умолчанию распределительного вала и коленчатого вала.
Следует понимать, что шаги алгоритма 400, представленные на фиг. 4, можно выполнять на итеративной основе, так чтобы требуемые положения распределительного вала можно было корректировать непрерывно на всем протяжении работы двигателя. Более того, алгоритм 300 на фиг. 3 может быть видоизменен, чтобы эффективно выполнять коррекцию требуемого положения распределительного вала путем исполнения алгоритма 400. Например, перед перемещением распределительного вала контроллером электрического мотора на шаге 306 требуемое положение распределительного вала может быть определено и затем скорректировано исходя из разности между положением распределительного вала по данным контроллера мотора и положением распределительного вала по данным БУД, как это было рассмотрено выше. Коррекция может включать в себя извлечение поправки из памяти. Алгоритм 300 может продолжить свою работу, как показано на фиг. 3, пока не будет завершен шаг 324, после чего положение распределительного вала может быть получено от контроллера мотора (например, посредством сигнала ПРВ, получаемого от контроллера 170 мотора). Затем можно проверить, превышает ли перед шагом 306 разность между положением распределительного вала по данным контроллера мотора и положением распределительного вала по данным БУД пороговое значение, и, если это так, то обновить и сохранить поправку, и окончательно корректировать последующие определяемые требуемые положения распределительного вала при помощи этой обновленной поправки. Согласно некоторым примерам, положения распределительного вала по данным контроллера мотора и данным БУД можно итеративно сравнивать и находить соответствующие поправки на всем протяжении работы двигателя, о чем шла речь выше. Таким образом, управление двигателем можно осуществлять и на основе положения распределительного вала по данным контроллера мотора, и на основе положения распределительного вала по данным БУД, а не на основе только одних или только других данных.
На фиг. 5 изображена блок-схема алгоритма 500, иллюстрирующая способ управления бесщеточным двигателем. Алгоритм 500 может быть использован для управления электрическим мотором 166 в конструкциях, в которых указанный мотор является, например, бесщеточным двигателем. Способ также можно использовать для получения данных положения распределительного вала на основе данных положения вала мотора посредством контроллера двигателя (например, контроллера 12 фиг. 1).
На шаге 502 алгоритма производят прием сигналов вращения ротора от одного или более датчиков на эффекте Холла. Как говорилось выше, датчики на эффекте Холла могут быть установлены в фиксированном, неподвижном положении и выполнены с возможностью обнаружения вращения ротора по изменению магнитного потока, вызванному прохождением близкорасположенных вращающихся магнитов, установленных на вращающейся части (например, валу) мотора, хотя также предполагается возможность конструкций, в которых датчики на эффекте Холла связаны с вращающейся частью, а магниты расположены в фиксированных положениях.
Затем, на шаге 504 алгоритм может декодировать сигналы вращения ротора, полученные на шаге 502. Согласно некоторым вариантам осуществления, каждый сигнал вращения ротора может представлять собой бинарный сигнал, принимающий одно из двух значений (например, «включено» или «выключено» / 0 или 1). Декодирование сигналов вращения ротора может, таким образом, включать в себя применение бинарного декодирования для определения, какие из одного или более датчиков на эффекте Холла находятся в состоянии «включено» (например, на выходе дают 1).
Затем, на шаге 506 алгоритма может быть произведено определение управляющих сигналов питающего устройства на основе декодированных сигналов вращения ротора, полученных на шаге 504. Согласно некоторым примерам, каждый декодированный сигнал вращения ротора в надлежащей структуре данных (например, в таблице соответствия) может быть связан с одним или более управляющими сигналами питающего устройства, так чтобы при декодировании сигналов вращения можно было определять соответствующие управляющие сигналы.
Затем, на шаге 508 алгоритма производят подачу тока в обмотки мотора в соответствии с управляющими сигналами питающего устройства, полученными на шаге 506. Мотор может содержать ряд питающих устройств, каждое из которых электрически связано с одной или более обмотками мотора. Подача управляющих сигналов в питающие устройства, таким образом, дает возможность подать электрический ток в их соответствующие обмотки, и, тем самым, вызвать вращательное движение мотора, чтобы привести его в требуемое положение (например, в требуемое угловое положение).
Затем, на шаге 510 алгоритма может быть получено положение распределительного вала исходя из положения мотора. Положение мотора может представлять собой абсолютное угловое положение мотора и может быть определено различными подходящими способами, например, посредством кодового датчика, содержащего потенциометр, сопротивление которого изменяется в зависимости от угла. Согласно другим примерам, положение мотора может быть (как вариант или дополнительно) получено из положения коленчатого вала (например, коленчатого вала 40 по фиг. 1), связанного с распределительным валом (например, распределительным валом 162), который приводится в движение мотором. Положение распределительного вала тогда может быть получено исходя из положения мотора теми способами, которые были рассмотрены выше.
Затем, на шаге 512 алгоритма может быть произведена передача данных положения распределительного вала, полученных на шаге 510, в контроллер двигателя. Исходя из полученного положения распределительного вала могут быть определены один или более рабочих параметров для управления двигателем, как это было описано выше и представлено на фиг. 3.
Наконец, на шаге 514 алгоритм может содержать проверку того, достигнуто ли требуемое положение мотора. Данные требуемого положения мотора, например, могли быть отправлены в контроллер мотора из контроллера двигателя. Если требуемое положение мотора достигнуто (ответ ДА), то алгоритм завершает работу. Если требуемое положение мотора не достигнуто (ответ НЕТ), то алгоритм возвращается к шагу 502.
На фиг. 6 изображены графики 600, иллюстрирующие рабочие параметры во время части примерного ездового цикла двигателя 10 фиг. 1, управление которым осуществляется согласно алгоритму 300 по фиг. 3. Как показано, в число рабочих параметров в данном примере входят: частота вращения двигателя (ЧВД), положение мотора (например, какое указывает контроллер 170 мотора посредством сигнала ПРВ), положение распределительного вала (например, какое указывает датчик 172 распределительного вала посредством сигнала ИФГ), положение выходного вала электрического мотора (например, мотора 166), связанного с распределительным валом и выполненного с возможностью выборочного изменения фазы распределительного вала, и величина воздушного заряда, содержащегося в цилиндре (например, в цилиндре 30) двигателя.
По истечении конечного интервала времени, во время которого двигатель не работал, начинается прокрутка и продолжается на протяжении интервала 602, выделенного на фиг. 6 штриховкой. От начала ездового цикла и до момента 604 данные положения распределительного вала от датчика распределительного вала (например, датчика 172 распределительного вала) не доступны, в то время как данные положения распределительного вала от контроллера мотора являются доступными. В сущности, от начала ездового цикла и до момента 604 определение различных рабочих параметров двигателя, таких, как величина воздушного заряда в цилиндре, производится на основе данных положения распределительного вала, полученных от контроллера мотора. Данные требуемого положения распределительного вала, найденные в это время, могут быть скорректированы путем извлечения из памяти сохраненной там поправки на положение распределительного вала. Однако после момента 604 данные положения распределительного вала от датчика распределительного вала становятся достаточно точными для целей управления двигателем (на графиках показаны прерывистой линией). Затем, при определении рабочих параметров двигателя, могут быть учтены как данные положения распределительного вала, полученные от контроллера мотора, так и данные положения распределительного вала, полученные от датчика распределительного вала, например, путем вычисления разности между указанными положениями распределительного вала и нахождения поправки, при помощи которой можно корректировать впоследствии определяемые требуемые положения распределительного вала тем способом, который был рассмотрен выше.
Следует отметить, что включенные в описание алгоритмы управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Раскрытые способы управления и программы могут быть сохранены в виде исполняемых инструкций в постоянном запоминающем устройстве. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции и/или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать, как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.