СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к системам и способам управления двигателем транспортного средства, содержащим систему регулируемых клапанов цилиндра, такую как регулируемая установка фаз кулачкового распределения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели внутреннего сгорания могут использовать регулируемую установку фаз кулачкового распределения (VCT) для улучшения экономии топлива и характеристик выбросов транспортного средства. Один из способов регулируемой установки фаз кулачкового распределения использует устройство с приводом от давления масла, такое как фазировщик кулачков лопастного типа. Фазировщик может управляться золотниковым клапаном с электромеханическим приводом, который направляет поток масла на одну или на другую сторону лопасти. Рабочие характеристики этого устройства, таким образом, являются зависящими от скорости вращения двигателя и утечки через различные масляные системы.
Одна из примерных систем VCT использует золотниковый клапан с одним впускным и двумя выпускными потоками (см. например US 7,942,120, опубл. 17.05.2011, МПК F01L1/34). Золотниковый клапан, таким образом, имеет две функции - впускать управляющее масло внутрь и выпускать дренажное масло наружу. Впуск управляющего масла типично используется для регулирования положения VCT, часто посредством способов с обратной связью и/или с прямой связью.
Авторы в материалах настоящего описания выявили, что при высоком числе оборотов в минуту (RPM) двигателя, имеющихся в распоряжении систем управления может быть недостаточно для точного регулирования положения VCT во время событий колебания крутящего момента кулачков наряду с сохранением установки фаз кулачкового распределения на текущей установке фаз кулачкового распределения. Значительные количества масла могут дренироваться из системы, делая необходимым, чтобы дополнительное управляющее масло принималось во время будущих событий управления. Дополнительно, когда масло вытесняется из дренажных отверстий, кулачок может уходить от своего требуемого положения или может колебаться в большей степени. Это может приводить как к нежелательной детонации в двигателе, так и к последующему ухудшению деталей двигателя.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В одном из аспектов полезной модели предложена система для двигателя, содержащая привод регулируемой установки фаз кулачкового распределения с гидравлическим приводом;
кулачок с масляными каналами, используемыми для подачи масла из масляных каналов в крышке кулачка в привод регулируемой установки фаз кулачкового распределения, присоединенный к кулачку;
гидравлический золотниковый клапан, присоединенный к приводу регулируемой установки фаз кулачкового распределения, регулируемый среди множества положений, включающего в себя нулевое положение для поддержания текущей установки фаз кулачкового распределения; и
соленоид, выполненный с возможностью управления положением золотникового клапана посредством модуляции золотникового клапана в нулевом положении составляющей на частоте, синхронной с частотой зажигания в двигателе, для противодействия колебаниям крутящего момента кулачка.
В одном из вариантов предложена система, в которой соленоид является соленоидом с электроприводом.
В одном из вариантов предложена система, в которой модуляция является управляющим воздействием прямой связи.
В одном из вариантов предложена система, в которой модуляция в нулевом положении выполняется только на скоростях вращения двигателя выше верхней пороговой скорости вращения.
В одном из вариантов предложена система, в которой амплитуда модуляции дополнительно регулируется на основании скорости вращения двигателя и текущей установки фаз кулачкового распределения.
В одном из вариантов предложена система, в которой составляющая на синхронной частоте включает в себя дополнительную составляющую на 1/N частоты зажигания, где N - количество цилиндров в двигателе.
Кроме того, предложен способ, включающий в себя этапы, на которых приводят в действие золотниковый клапан посредством соленоида, чтобы осуществлять опережение и запаздывание гидравлического привода регулируемой установки фаз кулачкового распределения, присоединенного к распределительному валу; и, в то время как дана команда в нулевое положение, поддерживают текущую установку фаз кулачкового распределения, модуляцию соленоида составляющей на частоте, синхронной с частотой зажигания двигателя, чтобы противодействовать колебаниям крутящего момента кулачка.
Таким образом, можно формировать приведение в действие золотникового клапана, чтобы противодействовать влияниям крутящего момента кулачка на поток масла, так чтобы объем масла в приводе регулируемой установки фаз кулачкового распределения сохранялся, и кулачки лучше поддерживали текущую установку фаз кулачкового распределения. Более точно, в то время как дана команда в нулевое положение, чтобы поддерживать текущую установку фаз кулачкового распределения, например, на основании регулирования с обратной связью и/или с прямой связью, модуляция соленоида дает золотниковому клапану возможность блокировать поток масла, который иначе может происходить вследствие усилия на распределительном валу от приведения в действие клапанов цилиндра. Посредством блокировки непредусмотренного потока масла в или из камер опережения и запаздывания гидравлического привода регулируемой установки фаз кулачкового распределения, гидравлической системе придается жесткость, и кулачки уходят от текущей установки фаз в меньшей степени, тем самым, лучше поддерживая слаженность выполнения сгорания на различных цилиндрах двигателя. Такое возможно даже с меняющимися во времени крутящими моментами возмущения, действующих на распределительный вал со стороны приведения в действие клапанов цилиндра. Кроме того, посредством модуляции на частоте, синхронной с частотой сгорания, можно лучше выравнивать модуляцию с действующим кинематическим скручиванием, действующим на распределительный вал, и таким образом, противодействовать и нейтрализовывать такие эффекты.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематичное изображение двигателя транспортного средства и связанных систем.
Фиг.2 показывает структурную схему системы масляной смазки двигателя.
Фиг.3 показывает примерный фазировщик VCT и гидравлическую систему.
Фиг.4 изображает примерную кривую крутящего момента кулачка для кулачка на полном цикле сгорания четырехтактного цикла.
Фиг.5 показывает схематичное изображение золотникового клапана в первом положении.
Фиг.6 показывает схематичное изображение золотникового клапана во втором положении.
Фиг.7 показывает схематичное изображение золотникового клапана в третьем положении.
Фиг.8 показывает примерный высокоуровневый способ управления позиционированием золотникового клапана в соответствии с настоящей полезной моделью.
Фиг.9 изображает прогнозируемые примерные данные, иллюстрирующие управление позиционированием золотникового клапана для примерных условий двигателя в соответствии с настоящей полезной моделью.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Последующее описание относится к системам и способам управления двигателем транспортного средства, двигатель имеет систему регулируемых клапанов цилиндра, такую как регулируемая установка фаз кулачкового распределения. Например, двигатель может включать в себя фазировщик VCT для регулировки установки фаз кулачкового распределения, где фазировщик включен в гидравлическую систему. Двигатель может быть выполнен так, чтобы включать в себя контроллер, выполненный с возможностью управления сигналом возбуждения для соленоида, который, в свою очередь, регулирует положение золотникового клапана, расположенного в пределах гидравлической системы. В одном из примеров, сигнал возбуждения для соленоида может подвергаться модуляции прямой связи для поддержания положения золотникового клапана, чтобы блокировать дренирование масла из гидравлической системы, тем самым, улучшая рабочие характеристики системы VCT.
Фиг.1 изображает примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Фиг.1 показывает, что двигатель 10 может принимать параметры управления из системы управления, включающей в себя контроллер 12, а также входные данные от водителя 190 транспортного средства через устройство 192 ввода. В этом примере, устройство 192 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 194 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Цилиндр 30 (в материалах настоящего описания также «камера сгорания») двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 присоединен к масляному насосу 208, чтобы создавать давление в системе 200 масляной смазки двигателя (соединение коленчатого вала 40 с масляным насосом 208 не показано). Картер 136 гидравлически присоединен к коленчатому валу 40 через цепь или ремень механизма газораспределения (не показаны).
Цилиндр 30 может принимать всасываемый воздух через впускной коллектор или воздушные каналы 44. Впускной воздушный канал 44 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. В некоторых вариантах осуществления, один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Система дросселя, включающая в себя дроссельную заслонку 62, может быть установлена вдоль впускного патрубка двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. В этом конкретном примере, дроссельная заслонка 62 присоединена к электродвигателю 94, так чтобы положение эллиптической дроссельной заслонки 62 управлялось контроллером 12 посредством электродвигателя 94. Эта конфигурация может указываться ссылкой, как электронное управление дросселем (ETC), которое также может использоваться во время регулирования скорости вращения холостого хода.
Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускные клапаны 52a и 52b (не показаны), и выпускные клапаны 54a и 54b (не показаны). Таким образом, наряду с тем, что могут использоваться четыре клапана на цилиндр, в другом примере, одиночный впускной и одиночный выпускной клапан на цилиндр также могут использоваться. В еще одном другом примере, могут использоваться два впускных клапана и один выпускной клапан на цилиндр.
Выпускной коллектор 48 может принимать выхлопные газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. Датчик 76 выхлопных газов показан присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 выхлопных газов (где датчик 76 может соответствовать различным другим датчикам). Например, датчик 76 может быть любым из множества известных датчиков для выдачи показания топливно-воздушного соотношения в выхлопных газах, таким как линейный датчик кислорода, UEGO (универсальный датчик кислорода выхлопных газов), двухрежимный датчик кислорода, EGO (датчик кислорода выхлопных газов), HEGO (подогреваемый EGO), или датчик содержания HC или CO. Устройство 72 снижения токсичности выхлопных газов показано расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 70 выхлопных газов. Устройство 72 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выхлопных газов или их комбинациями.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 92 зажигания для инициирования сгорания. Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления, свеча 92 зажигания может быть не включена в состав, таких как, где двигатель 10 может инициировать сгорание самовоспламенением или впрыском топлива, как может иметь место у некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более топливных форсунок для подачи топлива в него. В качестве неограничивающего примера, топливная форсунка 66A показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 для впрыска топлива прямо в него пропорционально продолжительности времени импульса сигнала dfpw, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66A обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска (в дальнейшем, также указываемого ссылкой как «DI») топлива в цилиндр 30.
Контроллер 12 показан в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показана принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 100 массового расхода воздуха, присоединенного к дросселю 20; температуру хладагента двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла, присоединенного к коленчатому валу 40; и положение дросселя (TP) с датчика 20 положения дросселя; сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122; указание детонации с датчика 182 детонации; и показание абсолютной или относительной влажности окружающей среды с датчика 180. Сигнал RPM скорости вращения двигателя формируется контроллером 12 из сигнала PIP традиционным образом, и сигнал MAP давления в коллекторе с датчика давления в коллекторе дает показание разрежения или давления во впускном коллекторе. Во время стехиометрической работы, этот датчик может давать показание нагрузки двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду со скоростью вращения двигателя, может давать оценку заряда (в том числе, воздуха), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика скорости вращения двигателя, вырабатывает заданное количество равноразнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала.
cat1
cat2
cat1
cat2
В этом конкретном примере, температура T каталитического нейтрализатора 70 выхлопных газов выдается датчиком 124 температуры, а температура T устройства 72 снижения токсичности выхлопных газов выдается датчиком 126 температуры. В альтернативном варианте осуществления, температура T и температура T могут логически выводиться из режима работы двигателя.
Продолжая по фиг. 1, показана система 19 регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT). В этом примере, проиллюстрирована система с верхним распределительным валом, хотя могут использоваться другие подходы. Более точно, распределительный вал 130 двигателя 10 показан взаимодействующим с коромыслами 132 и 134 клапана для приведения в действие впускных клапанов 52a, 52b и выпускных клапанов 54a, 54b. Система 19 VCT может быть с приводом от давления масла (OPA), с приводом от крутящего момента распределительного вала (CTA), или их комбинацией. Посредством регулировки множества гидравлических клапанов, чтобы тем самым направлять гидравлическую жидкость, такую как моторное масло, в полость (такую как камера опережения или камера запаздывания) регулятора фаз распределительного вала, может изменяться установка фаз клапанного распределения, то есть, подвергаться опережению или запаздыванию. Как дополнительно конкретизировано в материалах настоящего описания, работа гидравлических клапанов управления может управляться соответствующими соленоидами управления. Более точно, контроллер двигателя может передавать сигнал на соленоиды для перемещения золотника клапана, который регулирует поток масла через полость регулятора фаз. В одном из примеров, соленоид может быть соленоидом с электроприводом. В качестве используемого в материалах настоящего описания, опережение или запаздывание установки фаз кулачкового распределения указывает ссылкой на относительные установки фаз кулачкового распределения по той причине, что подвергнутое полному опережению положение может по прежнему давать открывание впускного клапана с запаздыванием относительно верхней мертвой точки, только в качестве примера.
Распределительный вал 130 гидравлически присоединен к картеру 136. Картер 136 образует зубчатое колесо, имеющее множество зубцов 138. Картер 136 механически присоединен к коленчатому валу 40 через цепь или ремень механизма газораспределения (не показаны). Поэтому, картер 136 и распределительный вал 130 вращаются со скоростью вращения, по существу равной коленчатому валу. Однако, посредством манипуляции гидравлической передачей, как описано в материалах настоящего описания, относительное положение распределительного вала 130 по отношению к коленчатому валу 40 может меняться гидравлическими давлениями в камере 142 запаздывания и камере 144 опережения. Посредством предоставления рабочей текучей среде высокого давления возможности проникать в камеру 142 запаздывания, относительное взаимное положение между распределительным валом 130 и коленчатым валом 40 подвергается запаздыванию. Таким образом, впускные клапаны 52a, 52b и выпускные клапаны 54a, 54b открываются и закрываются в момент времени, более ранний, чем нормальный, относительно коленчатого вала 40. Подобным образом, посредством предоставления рабочей текучей среде высокого давления возможности проникать в камеру 144 опережения, относительное взаимное положение между распределительным валом 130 и коленчатым валом 40 подвергается опережению. Таким образом, впускные клапаны 52a, 52b и выпускные клапаны 54a, 54b открываются и закрываются в момент времени, более поздний, чем нормальный, относительно коленчатого вала 40.
Несмотря на то, что этот пример показывает систему, в которой непрерывно регулируется установка фаз распределения впускных и выпускных клапанов, может использоваться регулируемая установка фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемая установка фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, сдвоенная равная регулируемая установка фаз кулачкового распределения, или другая регулируемая установка фаз кулачкового распределения. Кроме того, также может использоваться регулируемый подъем клапана. Кроме того, переключение профиля распределительного вала может использоваться для предоставления разных профилей кулачка в разных условиях работы. Кроме того еще, клапанный механизм может быть роликовым штифтовым повторителем, непосредственно действующим механическим поршнем, электрогидравлическим или другими альтернативными вариантами для коромысел клапана.
Продолжая с системой регулируемой установки фаз кулачкового распределения, зубцы 138, будучи присоединенными к картеру 136 и распределительному валу 130, предоставляют возможность для измерения относительного положения кулачка посредством датчика 150 установки фаз кулачкового распределения, выдающего сигнал VCT в контроллер 12. Зубцы 1, 2, 3 и 4 могут использоваться для измерения установки фаз кулачкового распределения и равномерно разнесены (например, в двухрядном двигателе V-8, разнесены на 90 градусов друг от друга), в то время как зубец 5 может использоваться для идентификации цилиндра. В дополнение, контроллер 12 отправляет сигналы управления (LACT, RACT) на традиционные электромагнитные клапаны (не показаны) для управления потоком гидравлической жидкости в камеру 142 запаздывания, камеру 144 опережения, или ни в одну из них.
Относительная установка фаз кулачкового распределения может измеряться многообразием способов. В общих чертах, время или угол поворота, между передним фронтом сигнала PIP и приемом сигнала с одного из множества зубцов 138 на картере 136 дает измерение относительной установки фаз кулачкового распределения. Что касается конкретного примера двигателя V-8, с двумя рядами цилиндров и пятизубым колесом, измерение установки фаз кулачкового распределения для конкретного ряда принимается четыре раза за оборот, причем, добавочный сигнал используется для идентификации цилиндра.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и что каждый цилиндр имеет свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свечей зажигания, и т.д.
Фиг. 2 показывает примерный вариант осуществления системы 200 масляной смазки двигателя с масляным насосом 208, присоединенным к коленчатому валу 40 (не показан), и включающей в себя различные масляные подсистемы 216, 218, 220. Масляная подсистема может использовать поток масла для выполнения некоторой функции, такой как смазка, приведение в действие исполнительного механизма, и т.д. Например, одна или более масляных подсистем 216, 218, 220 могут быть гидравлическими системами с гидравлическими исполнительными механизмами и гидравлическими клапанами управления. Кроме того, масляные подсистемы 216, 218, 220 могут быть системами смазки, такими как перепускные каналы для доставки масла к движущимся компонентам, таким как распределительные валы, клапаны цилиндров, и т.д. Кроме того дополнительными неограничивающими примерами масляных подсистем являются регуляторы фаз распределительного вала, стенки цилиндров, разнообразные подшипники.
Масло подается в масляную подсистему через канал подачи, и масло возвращается через обратный канал. В некоторых вариантах осуществления, может быть меньшее или большее количество масляных подсистем.
Продолжая по фиг. 2, масляный насос 208, связанный с вращением коленчатого вала 40 (не показан), всасывает масло из масляного резервуара 304, накопленное в масляном поддоне 202, через канал 206 подачи. Масло подается из масляного насоса 208 давлением через канал 210 подачи и масляный фильтр 212 в основную магистраль 214. Давление внутри основной магистрали 214 является функцией усилия, вырабатываемого масляным насосом 208 и потока масла, проникающего в каждую масляную подсистему 216, 218, 220 через каналы 2141, 2142, 2143 подачи соответственно. Масло возвращается в масляный резервуар 204 под атмосферным давлением через обратный канал 222. Датчик 224 давления масла измеряет давление масла в основной магистрали и отправляет данные давления в контроллер 12 (не показан).
Уровень давления масла в основной магистрали может оказывать влияние на рабочие характеристики одной или более из масляных подсистем 216, 218, 220, например, сила, вырабатываемая гидравлическим исполнительным механизмом, прямо пропорциональна давлению масла в основной магистрали. Когда давление масла является высоким, исполнительный механизм может быть более чувствительным; когда давление масла является низким, исполнительный механизм может быть менее чувствительным. Низкое давление масла также может ограничивать эффективность моторного масла в отношении смазки движущихся компонентов. Например, если давление масла в основной магистрали находится ниже порогового давления, может подаваться уменьшенный поток смазочного масла, и может происходить ухудшение характеристик компонентов.
Дополнительно, давление масла в основной магистрали является наивысшим, когда нет уменьшенного потока масла из основной магистрали. Таким образом, утечка гидравлических приводов в масляных подсистемах может понижать давление масла в основной магистрали. Кроме того, один из конкретных источников утечки масла может возникать в фазировщике регулируемой установки фаз кулачкового распределения, как описано подробнее со ссылкой на фиг. 3.
Фиг. 3 показывает примерную масляную подсистему 220. Масляная подсистема 220 (в материалах настоящего описания также «фазировщик») содержит исполнительный механизм 360 регулируемой установки фаз кулачкового распределения, соленоид 310 с регулируемым усилием (в материалах настоящего описания также «соленоид»), золотниковый клапан 300 управления маслом (в материалах настоящего описания также «золотниковый клапан»), шейку 370 кулачка и гидравлические каналы 316, 317, 318, 320, 322 (в материалах настоящего описания также «каналы»). Канал 316 присоединяет основную магистраль 214 к золотниковому клапану 300; каналы 317, 318 присоединяют золотниковый клапан 300 к обратному каналу 222; канал 320 присоединяет золотниковый клапан 300 к камере 142 запаздывания в исполнительном механизме 360 через канал 342 шейки кулачка; канал 322 присоединяет золотниковый клапан 300 к камере 144 опережения в исполнительном механизме 360 через канал 344 шейки кулачка. Шейка 370 кулачка включает в себя распределительный вал 130, каналы 342 и 344 шейки кулачка, крышку 380 постели шейки кулачка и расточку 381 постели кулачка головки блока цилиндров. Крышка 380 постели шейки кулачка, механически присоединенная к головке блока цилиндров (не показана), формирует цилиндрический подшипник, внутри которого может вращаться распределительный вал 130. На фиг. 3, вид в разрезе крышки 380 постели шейки кулачка показан с верхней частью 3801 крышки, расточкой 381 постели кулачка головки блока цилиндров и посадочной площадкой 3803 уплотнения крышки. Масляные каналы могут быть встроены в крышку 380 постели шейки кулачка, как показано на каждой стороне посадочной площадки 3803 уплотнения крышки. Канал 342 шейки кулачка предусматривает гидравлический канал для масла между каналом 320 и камерой 142 запаздывания. Канал 344 шейки кулачка предусматривает гидравлический канал для масла между каналом 322 и камерой 144 опережения. Посадочная площадка 3803 уплотнения крышки обеспечивает разделение между каналами 342 и 344 шейки кулачка. Таким образом, в одном из конкретных примеров, может использоваться система с приводом от подаваемого на кулачок давления масла.
Исполнительный механизм 360 содержит ротор 330, картер 136, камеру 142 запаздывания, камеру 144 опережения (не показана), стопорный штифт 332 и возможную возвратную пружину 334. Ротор 330 прикреплен к распределительному валу 130, таким образом, он вращается на такой же скорости вращения, как распределительный вал 130. Ротор 330 гидравлически присоединен к картеру 136. Лопасти 3301, 3302, 3303, 3304 фазировщика перемещаются внутри полостей, сформированных камерой 142 запаздывания и камерой 144 опережения. Золотниковый клапан 300 предоставляет ротору 330 возможность перемещаться, давая возможность потока масла в камеру 142 запаздывания и из камеры 144 опережения, или наоборот, в зависимости от требуемого направления перемещения (то есть, в зависимости от того, требуется ли опережение кулачка или запаздывание кулачка). Во время запаздывания кулачка, масло из канала 316 подачи протекает через золотниковый клапан 300 и канал 320, и канал 342 шейки кулачка в камеру 142 запаздывания наряду с тем, что масло выталкивается из камеры 144 опережения в канал 344 шейки кулачка и канал 322 через золотниковый клапан 300 и выпускной канал 318. Во время опережения кулачка, масло из канала 316 подачи протекает через золотниковый клапан 300 и канал 322, и канал 344 шейки кулачка в камеру 144 опережения наряду с тем, что масло выталкивается из камеры 142 запаздывания в канал 342 шейки кулачка и канал 320 через золотниковый клапан 300 и выпускной канал 317. Картер 136 формирует механический стопор для ротора 330. Когда камера 142 запаздывания открыта максимально, и ротор 330 является опирающимся о картер 136, исполнительный механизм 360 находится в крайнем положении запаздывания (в материалах настоящего описания также «базовое положение»), и установка фаз кулачкового распределения подвергнута максимальному запаздыванию. Когда камера 144 опережения открыта максимально, и ротор 330 является опирающимся о картер 136, исполнительный механизм 360 находится в крайнем положении опережения, и установка фаз кулачкового распределения подвергнута максимальному опережению. Возможная возвратная пружина 334 и стопорный штифт 332 могут удерживать ротор 330 в базовом положении, когда давление масла является низким, к примеру, во время холодного запуска. По мере того, как давление масла возрастает, стопорный штифт 332 может втягиваться, поэтому, ротор 330 свободен перемещаться, как описано ранее. Когда присутствует возвратная пружина 334, возвратная пружина 334 вырабатывает силу, которая смещает ротор 330 по направлению к базовому положению независимо от давления масла.
Золотниковый клапан 300 содержит гильзу 308 для приема золотника 314 с посадочными площадками 3141, 3142, 3143 золотника и пружиной 312 подпора. Соленоид 310, управляемый электронным блоком 302 управления (ЭБУ, ECU) (которым может быть контроллер 12), перемещает золотник 314 в пределах гильзы 308. Положение золотника 314 определяется уравновешиванием усилия пружины 312 подпора против усилия, производимого соленоидом 310. Посадочные площадки 3141, 3142, 3143 золотника используются для ограничения или блокировки потока масла через гидравлические каналы. Золотник 314 может быть регулируемым, чтобы золотниковый клапан 300 работал среди множества областей, в том числе, первой области с произведением гидравлического усилия в первом направлении на исполнительном механизме в первое крайнее положение, второй области с произведением гидравлического усилия во втором, противоположном, направлении на исполнительном механизме во второе, противоположное, крайнее положение, и нейтральной области между первой и второй областями. В одном из примеров, первая область является областью запаздывания, а вторая область является областью опережения.
В области запаздывания, масло протекает из золотникового клапана 300 в камеру 142 запаздывания, вынуждая исполнительный механизм 360 осуществлять запаздывание установки фаз кулачкового распределения вплоть до установки фаз кулачкового распределения с максимальным запаздыванием. Посадочная площадка 3141 золотника блокирует канал 317, открывается канал из канала 316 в канал 320 между посадочными площадками 3141, 3142 золотника, и открывается канал из канала 322 в канал 318 между посадочными площадками 3142, 3143 золотника. Один из случаев области запаздывания происходит, когда соленоид 310 не под током (например, не имеет тока, подаваемого на него), и исполнительный механизм 360 находится в базовом положении. В области опережения, масло протекает из золотникового клапана 300 в камеру 144 опережения, вынуждая исполнительный механизм 360 превозмогать возвратную пружину 334 и осуществлять опережение установки фаз кулачкового распределения вплоть до установки фаз кулачкового распределения с максимальным опережением. Посадочная площадка 3143 золотника блокирует канал 318, открывается канал из канала 316 в канал 322 между посадочными площадками 3142, 3143 золотника, и открывается канал из канала 320 в канал 317 между посадочными площадками 3141, 3142 золотника в области опережения. В нейтральной области, гидравлические усилия на исполнительном механизме по существу уравновешены, таким образом, исполнительный механизм 360 не будет осуществлять ни опережение ни запаздывание установки фаз кулачкового распределения. Крутящий момент от возвратной пружины 334 преодолевается положительным перепадом давления из камеры 144 опережения в камеру 142 запаздывания. В нейтральной области, посадочная площадка 3143 золотника блокирует канал 318, открывается второстепенный канал из канала 316 в канал 322 между посадочными площадками 3142, 3143 золотника, и открывается второстепенный канал из канала 320 в канал 317 между посадочными площадками 3141, 3142 золотника.
Однако, в некоторых условиях двигателя, скручивание кулачка может колебаться слишком быстро, чтобы золотниковый клапан осуществлял компенсации исключительно через обратную связь по положению. Фиг. 4 изображает примерную кривую 400 положения для колебания кулачка по настоящей полезной модели и для двигателя V8 с тремя распределительными валами, работающего на 1000 оборотах в минуту. Фиг. 4 графически изображает угол поворота кривошипа по оси x и кинематическое скручивание кулачка по оси y. Кривая 400 положения изображает одиночный кулачок, проходящий на протяжении 720° вращения на 1000 оборотах в минуту. Как показано на фиг. 4, на 720° вращения, есть 6 событий 405 и 410 реверсирования крутящего момента. События 405 могут соотноситься с переходом с лопасти на статор, где VCT является переходящей в положение запаздывания. События 410 могут соотноситься с переходом с штифта на статор, где VCT является переходящей в положение опережения.
Во время этих событий перехода, положение кулачка может регулироваться золотниковым клапаном, как описано выше и показано на фиг. 3. Однако колебательная природа крутящего момента может происходить быстрее, чем способна компенсировать система управления. Когда это колебание происходит некоторым образом, который противоположен управляющему маслу, поступающему в золотник, масло может вытесняться из дренажных отверстий, сдвигая кулачок из его требуемого положения. Эта ошибка положения кулачка должна корректироваться дополнительным маслом, поступающим в золотниковый клапан при последующих событиях управления. Примеры ошибки положения кулачка изображены в точках 415 и 420 на кривой 400 положения. По мере того, как колеблется крутящий момент кулачка, давление может формироваться на дренажном отверстии вследствие несжимаемой природы масла, внося дополнительный вклад в ошибку положения кулачка. Авторы в материалах настоящего описания определили, что дополнительная модуляция прямой связи может использоваться, чтобы противодействовать потере масла через дренажные отверстия, таким образом, давая лучшее регулирование положения кулачка.
Модуляция прямой связи может использоваться для поддержания золотникового клапана в нулевом положении и, тем самым, блокирования дренажных отверстий, несмотря на события высокочастотных колебаний кулачка. Фиг.5, 6 и 7 показывают принципиальные схемы узла 500 золотникового клапана в первом, втором и третьем положении, соответственно, и в соответствии с настоящей полезной моделью. Золотниковый клапан 510 может выдвигаться из или втягиваться в корпус 525 соленоида под управлением сигналов из контроллера (не показан). Сигналы контроллера могут приводить в действие гидравлическую систему или электрическую систему или другую пригодную систему для перемещения золотникового клапана 510. Золотниковый клапан 510 может включать в себя каналы 511 и 512, которые могут менять положение в соответствии с перемещением золотникового клапана, и может изменять характеристики потока масла через узел 500. Корпус 525 соленоида может быть присоединен к впускному отверстию 516, через которое масло поступает в узел. Корпус 525 соленоида также может быть присоединен к отверстию 517 опережения, которое может предоставлять возможность, чтобы масло втекало в камеру опережения лопасти фазировщика VCT. Корпус 525 соленоида также может включать в себя отверстие 518 запаздывания, которое может предоставлять возможность, чтобы масло втекало в камеру запаздывания лопасти фазировщика VCT. Корпус 525 соленоида также может быть присоединен к дренажным отверстиям 520 и 522, которые могут предоставлять возможность, чтобы масло стекало в поддон картера или другой маслосборник.
На фиг.5, узел 500 золотникового клапана показан в первом положении, в материалах настоящего описания также указываемом ссылкой как «нулевое» положение. В нулевом положении, золотниковый клапан 510 и канал 511 находятся в положении, в котором дренажные отверстия 520 и 525 заблокированы. Масло может поступать в корпус 525 соленоида через впускное отверстие 516, как изображено стрелкой 530. Масло может поступать в отверстие 517 опережения и отверстие 518 запаздывания, как изображено стрелками 536 и 535, соответственно. В нулевом положении, масло, поступающее в отверстия опережения и запаздывания, может компенсировать потерю масла на утечку из этих отверстий и камер опережения и запаздывания лопасти фазировщика VCT.
На фиг.6, узел 500 золотникового клапана показан во втором положении, в материалах настоящего описания также указываемом ссылкой как положение «опережения». В положении опережения, золотниковый клапан 510 и канал 511 находятся в положении, где масло может поступать в корпус 525 соленоида через впускное отверстие 516, как изображено стрелкой 530. Масло, поступающее в корпус 525 соленоида, вытесняется через канал 511 и в отверстие 517 опережения, как изображено стрелкой 540. Масло также может оттекать из отверстия 518 запаздывания, как изображено стрелкой 550, а кроме того, может выходить из корпуса 525 соленоида через дренажное отверстие 520. Таким образом, в положении опережения, может быть результирующий поток масла в камеру опережения лопасти фазировщика VCT и из камеры запаздывания лопасти фазировщика VCT.
На фиг.7, узел 500 золотникового клапана показан в третьем положении, в материалах настоящего описания также указываемом ссылкой как положение «запаздывания». В положении запаздывания, золотниковый клапан 510 и канал 511 находятся в положении, где масло может поступать в корпус 525 соленоида через впускное отверстие 516, как изображено стрелкой 530. Масло, поступающее в корпус 525 соленоида, вытесняется через канал 511 и в отверстие 518 запаздывания, как изображено стрелкой 560. Масло также может оттекать из отверстия 517 опережения, как изображено стрелкой 570, а кроме того, может выходить из корпуса 525 соленоида через дренажное отверстие 522. Таким образом, в положении запаздывания, может быть результирующий поток масла в камеру запаздывания лопасти фазировщика VCT и из камеры опережения лопасти фазировщика VCT.
Когда в нулевом положении, золотниковый клапан, изображенный на фиг.5, может предоставлять возможность, чтобы дренаж блокировался, когда колебание крутящего момента кулачка вытесняло бы масло в дренаж нормальным образом. Золотниковый клапан также может располагаться, чтобы блокировать только одно из дренажных отверстий опережения или запаздывания. Посредством регулирования положения клапана в унисон с колебанием крутящего момента кулачка, масло может удерживаться в системе, которое иначе терялось бы вследствие давления, порожденного из крутящего момента кулачка.
Фиг.8 показывает примерный способ 600 регулирования положения золотникового клапана, изображенного на фиг.5, в унисон с колебанием крутящего момента кулачка в соответствии с настоящей полезной моделью. Способ 600 может начинаться на этапе 610. На этапе 610, могут оцениваться или измеряться текущие условия работы двигателя. Оцененные условия могут включать в себя барометрическое давление, требуемый водителем крутящий момент, давление во впускном коллекторе, поток воздуха в коллекторе, температуру двигателя, температуру воздуха, пределы детонации и другие условия работы. Затем, на этапе 620, может измеряться текущее положение VCT. Это может включать в себя определение угла кулачка, скручивания кулачка, фазы кулачка и других условий системы VCT. На этапе 630, требуемое положение VCT может определяться на основании условий работы двигателя. В одном из примеров, приведение в действие золотникового клапана, чтобы осуществлять опережение и запаздывание гидравлического привода регулируемой установки фаз кулачкового распределения, происходит в ответ на ошибку между требуемой установкой фаз кулачкового распределения и текущей установкой фаз кулачкового распределения.
На этапе 640, контроллер может определять управляющие воздействия обратной связи и прямой связи на основании ошибки положения VCT между фактическим положением VCT и требуемым положением VCT. Например, если VCT находится в положении запаздывания, когда условия двигателя подсказывают, что VCT должна быть в положении опережения, управляющее воздействие обратной связи может диктовать, что золотниковый клапан должен приводиться в действие, для перемещения из текущего положения в положение опережения (например, положение, изображенное на фиг.6), предоставляющее маслу возможность поступать на лопасть опережения фазировщика VCT. Дополнительно, на этапе 640 могут определяться постоянные и управляющие воздействия прямой связи, которые могут использоваться на этапах 650 и 670 способа 600, как дополнительно описано ниже.
На этапе 650, контроллер может определять регулировку нулевого положения на основании условий работы двигателя, фактического и требуемого положений VCT, а также постоянных и управляющих воздействий обратной связи и прямой связи. Это может включать в себя установку значения нулевой относительной продолжительности времени включения на основании условий работы. В некоторых случаях, нулевая относительная продолжительность времени включения может быть равной 0,5, чтобы устанавливать положение золотникового клапана в нулевое положение, таким образом, блокируя дренажные отверстия в узле соленоида. Однако условия двигателя могут требовать установки относительной продолжительности времени включения на более высоком или более низком значении (например, 0,51 или 0,45), чтобы устанавливать положение золотникового клапана в нулевом положении. Относительная продолжительность времени включения нулевого положения может быть зависящей от режима работы цилиндра или других условий работы двигателя.
На этапе 660, контроллер может определять, необходимо ли, чтобы колебания крутящего момента кулачка подвергались противодействию, на основании условий работы двигателя, фактического и требуемого положений VCT, а также постоянных и управляющих воздействий обратной связи и прямой связи. В одном из примеров, на пороговой скорости вращения двигателя, колебания крутящего момента кулачка могут происходить слишком быстро, чтобы эффективно сдерживаться исключительно посредством обратной связи. В одном из примеров, модуляция в нулевом положении может выполняться только на скоростях вращения двигателя выше верхней пороговой скорости вращения. Относительная продолжительность времени включения, побуждающая соленоид устанавливать золотниковый клапан в нулевое положение, может требовать дополнительной модуляции, чтобы противодействовать кинематическому скручиванию кулачка. Если контроллер определяет, что дополнительная модуляция не требуется для противодействия колебаниям крутящего момента кулачка, способ 600 может заканчиваться. Если контроллер определяет, что дополнительная модуляция требуется для противодействия колебаниям крутящего момента кулачка, способ 600 может переходить на этап 670. На этапе 670, может добавляться дополнительная модуляция. Модуляция может быть управляющим воздействием прямой связи.
Например, если относительная длительность включения установлена в 0,5, дополнительная модуляция может включать в себя относительную длительность включения +/-0,02 на частоте, синхронной частоте зажигания двигателя. Амплитуда модуляции может регулироваться на основании скорости вращения двигателя, текущей установки фаз кулачкового распределения, требуемой установки фаз кулачкового распределения, и т.д. В примере, изображенном на фиг.4, двигатель является двигателем V8, работающим на 1000 оборотах в минуту, где 6 событий колебания происходят за 16 событий зажигания. По существу, соленоид может модулироваться, чтобы частота модуляции устанавливается в преобладающую составляющую на частоте 3/8 частоты зажигания двигателя, чтобы противодействовать кинематическому скручиванию кулачка. В еще одном примере, двигатель V6 может быть работающим на 1000 оборотах в минуту, где 6 событий колебания происходит за 12 событий зажигания. В этом примере, частота модуляции может устанавливаться на 1/2 частоты зажигания двигателя, чтобы противодействовать кинематическому скручиванию кулачка. В других примерах, частота модуляции может устанавливаться равной частоте зажигания двигателя или в значение, равное удвоенной частоте зажигания двигателя, или в любое значение, которое синхронизирует колебание кулачка со срабатыванием соленоида, чтобы дренажные отверстия узла соленоида блокировались посредством механизма прямой связи, что противодействует кинематическому скручиванию кулачка. Составляющая на синхронной частоте может включать в себя дополнительную составляющую на 1/N частоты зажигания, где N - количество цилиндров в двигателе. В еще одном примере, модуляция может быть сдвинута по фазе по отношению к зажиганию двигателя на выбранную величину. Как только дополнительная модуляция прямой связи была добавлена в сигнал управления соленоидом, способ 600 может заканчиваться.
Фиг.9 изображает прогнозируемый примерный набор условий двигателя, позиционирования VCT и сигнала возбуждения соленоида, который может применяться в качестве приведения в действие способа 600 или других таких способов в соответствии с настоящей полезной моделью. Графики 701, 702 и 703 изображены в качестве находящихся в одинаковом масштабе времени в секундах по оси x.
График 701 изображает сигнал возбуждения соленоида в качестве процента относительной длительности включения за период времени в соответствии с настоящей полезной моделью. Относительная длительность включения может принимать любое значение между 0 и 100%. При относительной длительности включения 0%, соленоид возбуждается для управления золотниковым клапаном в положении полного запаздывания, например, положении, показанном на фиг.7. При относительной длительности включения 100%, соленоид возбуждается для управления золотниковым клапаном в положении полного опережения, например, положении, показанном на фиг.6. В отсутствие других факторов, при относительной длительности включения 50%, соленоид может возбуждаться для управления золотниковым клапаном в нулевом положении, например, положении, показанном на фиг.5. Линия 710 изображает пример. Однако, как описано выше, условия работы двигателя могут вынуждать относительную длительность включения быть большей чем или меньшей чем 50%, чтобы поддерживать золотниковый клапан в нулевом положении.
График 702 изображает график установки фаз кулачкового распределения по времени в соответствии с настоящей полезной моделью. Линия 730 изображает требуемую установку фаз кулачкового распределения, тогда как линия 740 изображает действующую установку фаз кулачкового распределения. На этом графике, значения выше пересечения являются указывающими на опережение VCT. Значения ниже пересечения (ни одно не изображено) являются указывающими на запаздывание VCT.
График 703 изображает график числа оборотов в минуту двигателя по времени. Линия 740 изображает скорость вращения двигателя. Линия 750 изображает пороговое значение скорости вращения, выше которого колебания крутящего момента кулачка могут требовать дополнительной модуляции прямой связи, как изображено и обсуждено со ссылкой на фиг.8.
В этом примере, сначала, число 740 оборотов в минуту двигателя находится ниже порогового значения 750, а требуемая установка 730 фаз кулачкового распределения находится в пределах допустимой ошибки действующей установки фаз кулачкового распределения. Сигнал возбуждения соленоида удерживается приблизительно на относительной длительности включения 51%, чтобы сохранять золотниковый клапан в нулевом положении.
Как изображено, график 703 показывает число оборотов в минуту двигателя, возрастающее выше порогового значения 750 в момент 760 времени. Требуемая установка фаз кулачкового распределения, в качестве изображенной линией 730, может возрастать в направлении полного опережения в соответствии с ростом скорости вращения двигателя в числе других условий работы двигателя (не показаны). Таким образом, в момент 760 времени, когда число оборотов в минуту двигателя возрастает выше порогового значения 750, контроллер может повышать сигнал возбуждения соленоида в направлении относительной длительности включения 100%, тем самым, перемещая золотниковый клапан в положение опережения.
Как показано линией 720 на графике 702, повышение сигнала возбуждения соленоида изображенным образом может побуждать действующую установку фаз кулачкового распределения увеличиваться выше требуемой установки 730 фаз кулачкового распределения. В этом примере, сигнал возбуждения соленоида может убывать в направлении полного запаздывания, в качестве определяемого посредством обратной связи.
На 765, когда требуемая установка 730 фаз кулачкового распределения находится в пределах допустимой ошибки действующей установки 720 фаз кулачкового распределения, сигнал возбуждения соленоида может регулироваться контроллером, чтобы поддерживать нулевое положение, посредством увеличения относительной длительности включения до 49%. Однако, поскольку число 740 оборотов в минуту двигателя поддерживается выше порогового значения 740, дополнительная модуляция прямой связи может быть необходима для поддержания золотникового клапана в нулевом положении. В этом примере, модуляция добавляется при относительной длительности включения +/-2% на частоте зажигания 3/8.
Как изображено для этого примера, модуляция прямой связи поддерживается до тех пор, пока число 740 оборотов в минуту двигателя не падает ниже порогового значения 750 в момент 770 времени. По мере того, как требуемая установка фаз кулачкового распределения уменьшается, контроллер может уменьшать сигнал возбуждения соленоида в направлении относительной продолжительности времени включения 0%, тем самым, перемещая золотниковый клапан в положение запаздывания.
Как показано линией 720 на графике 702, снижение сигнала возбуждения соленоида изображенным образом может побуждать действующую установку фаз кулачкового распределения уменьшаться ниже требуемой установки 730 фаз кулачкового распределения. В этом примере, сигнал возбуждения соленоида может возрастать в направлении полного опережения, в качестве определяемого посредством обратной связи. Когда требуемая установка 730 фаз кулачкового распределения находится в пределах допустимой ошибки действующей установки 720 фаз кулачкового распределения, сигнал возбуждения соленоида может регулироваться контроллером, чтобы поддерживать нулевое положение, посредством увеличения относительной длительности включения до 55%. В то время как число 740 оборотов в минуту двигателя поддерживается ниже порогового значения 750, дополнительная модуляция прямой связи может не быть нужна для управления золотниковым клапаном в нулевом положении.
Таким образом, можно формировать приведение в действие золотникового клапана, чтобы противодействовать влияниям крутящего момента кулачка на поток масла, так чтобы объем масла в приводе регулируемой установки фаз кулачкового распределения сохранялся, и кулачки лучше поддерживали текущую установку фаз кулачкового распределения.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому, бензиновому, дизельному и другим типам двигателя и типам топлива. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, обсужденные в материалах настоящего описания.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменений настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, либо равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.