СПОСОБ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗ КУЛАЧКОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR CAMS DISTRIBUTION PHASES (EMBODIMENTS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к способам использования двигателя, выполненного с возможностью изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР).
Уровень техники и сущность изобретения
Изменение фаз кулачкового распределения (ИФКР) может использоваться в двигателях внутреннего сгорания для экономии топлива и повышения эксплуатационных характеристик транспортного средства, относящихся к вредным выбросам. Устройство ИФКР может содержать устройство фазирования распределительного вала лопастного типа, управляемое золотниковым клапаном, приводимым в действие электромеханическим способом. Золотниковый клапан может направлять поток гидравлической текучей среды, например, масла, с одной стороны лопасти на другую, например, со стороны запаздывания на сторону опережения. Устройство ИФКР может содержать более одного масляного контура, соединяющего одну сторону лопасти с другой стороной лопасти; через эти контуры может быть направлен поток гидравлической текучей среды. Перемещение устройства фазирования может обеспечиваться за счет давления масла, при этом перемещение устройства фазирования определяется давлением масла в указанном контуре. Как вариант, перемещение устройства фазирования может обеспечиваться за счет кулачкового крутящего момента, при этом перемещение устройства фазирования зависит от крутящего момента, создаваемого при работе кулачкового привода.
Один пример устройства фазирования ИФКР, приводимого в действие кулачковым крутящим моментом, представлен Смитом (Smith) и др. в патенте США 8,356,583. В этом устройстве ИФКР предусмотрен гидравлически активируемый стопорный штифт в промежуточном положении (также называемом здесь средним стопорным положением). Обычные устройства ИФКР могут содержать стопорный штифт на одном конце диапазона хода устройства фазирования. В устройстве ИФКР Смита тоже используются два независимых масляных контура, называемых в настоящем документе контуром фазирования и контуром удержания. В имеющем среднее стопорное положение устройстве фазирования ИФКР Смита в узле ротора устройства фазирования содержится управляемый клапан, выполненный с возможностью перевода из первого положения во второе положение. Для гидравлической текучей среды возможность течь через управляемый клапан, находящийся в первом положении, закрыта. Когда управляемый клапан находится во втором положении, гидравлическая текучая среда имеет возможность течь между линией удержания из камеры опережения и линией удержания из камеры запаздывания через управляемый клапан и общую линию, в результате чего узел ротора перемещается и удерживается в положении промежуточного фазового угла относительно узла корпуса. Линии удержания, сообщающиеся с камерой опережения или камерой запаздывания, перекрываются, когда устройство фазирования ИФКР находится в промежуточном положении или вблизи него. Золотниковый клапан имеет три следующих в указанном порядке рабочих области: область удержания (или самозастопоривания), область запаздывания и область опережения. Область самозастопоривания далее может называться областью удержания. Конкретно, когда золотниковому клапану задано положение в области запаздывания или в области опережения, управляемый клапан находится в первом положении, и для текучей среды возможность течь через линии контура удержания закрыта. При этом текучая среда может перетекать с одной стороны лопасти на другую через линии контура фазирования. Когда золотниковому клапану задано положение в области удержания, управляемый клапан находится во втором положении и текучая среда имеет возможность течь из камеры опережения или камеры запаздывания через линии удержания и управляемый клапан в противоположную камеру через общую гидравлическую линию. При этом для текучей среды закрыта возможность протекать через линии контура фазирования.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили в такой системе ИФКР потенциальные недостатки. Если золотниковый клапан переводится из области небольшого запаздывания или области опережения в область удержания, то он должен физически пройти через область большого запаздывания. Если при прохождении золотникового клапана через область большого запаздывания происходит кулачковое кручение в направлении запаздывания, то устройство фазирования распределительного вала непосредственно перед достижением области удержания и самозастопориванием может сдвинуться на несколько градусов в направлении запаздывания. Из-за этого может увеличиться время, необходимое контуру удержания для перевода устройства фазирования распределительного вала в нейтральное положение. Также этим могут быть вызваны задержки исполнения последующих команд двигателю, требующих нахождения устройства фазирования распределительного вала в положении жесткого застопоривания.
В одном примере вышеуказанный недостаток может быть, по меньшей мере частично, устранен способом для двигателя, содержащим выполняемые в ответ на фазирование в среднее стопорное положение с запертым стопорным штифтом перемещение золотникового клапана с целью перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение с опережением относительно среднего стопорного положения; удержание устройства фазирования распределительного вала в положении с опережением относительно среднего стопорного положения; и затем, при возникшем импульсе кулачкового кручения, перемещение золотникового клапана в область удержания. Таким образом, если кулачковые кручения в направлении запаздывания произойдут в то время, когда они могут вызвать изменение положения устройства фазирования распределительного вала, то эти кручения могут быть с пользой применены для перемещения устройства фазирования распределительного вала к нейтральному положению, в котором может быть выполнено запирание стопорного штифта.
Например, когда золотниковый клапан находится в области опережения или области запаздывания, контроллер двигателя может запросить удержание устройства фазирования распределительного вала в промежуточном положении (среднем стопорном положении) с запертым стопорным штифтом. В ответ на указанный запрос перемещение золотникового клапана может регулироваться так, чтобы золотниковый клапан смог переместить устройство фазирования распределительного вала в положение с небольшим опережением относительно среднего стопорного положения. Это выбранное положение может опережать среднее стопорное положение на величину опережения, определяемую на основании амплитуды и количества ожидаемых кулачковых кручений. Затем золотниковый клапан может перемещаться в рабочую область удержания, активируя этим гидравлическое управление посредством контура удержания.
Таким образом, если предварительно установить устройство фазирования распределительного вала в положение с опережением относительно среднего стопорного положения, то кулачковые кручения в направлении запаздывания, даже если они действительно возникнут в ходе перемещения золотникового клапана через область запаздывания, смогут переместить устройство фазирования распределительного вала ближе к требуемому среднему стопорному положению, пребывание в котором необходимо для запирания стопорного штифта. Даже когда устройство фазирования распределительного вала не подвергается воздействию кулачковых кручений в направлении запаздывания, оно все равно сможет оказаться ближе к среднему стопорному положению, так как указанное заранее определенное положение с опережением фазы может находиться неподалеку. Путем снижения частоты паразитных изменений положения, происходящих вследствие прохождения золотникового клапана через область запаздывания, время, связанное с запиранием стопорного штифта устройства фазирования ИФКР, может быть сделано более определенным.
Следует понимать, что данное краткое описание изобретения приведено для упрощенного представления некоторых идей, которые далее раскрываются в раскрытии изобретения. Краткое описание не предназначено для определения ключевых или существенных особенностей заявленного объекта изобретения, объем которого определяется исключительно формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые лишь устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой части настоящего документа.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена система двигателя, содержащая устройство изменения фаз кулачкового распределения.
На фиг. 2 представлена функциональная схема смазочной маслосистемы двигателя.
На фиг. 3 представлен пример системы с устройством фазирования ИФКР.
На фиг. 4 представлена высокоуровневая блок-схема передачи в устройство фазирования ИФКР команды на изменение фазы кулачкового распределения на основании условий эксплуатации двигателя.
На фиг. 5 представлен примерный способ регулирования положения распределительного вала путем регулирования коэффициента заполнения золотникового клапана.
На фиг. 6 представлен примерный способ перемещения устройства фазирования распределительного вала в определенное положение перед выключением двигателя.
На фиг. 7А-В представлен примерный способ определения состояния при удержании устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания, именно, состояния с запертым стопорным штифтом или состояния с незапертым стопорным штифтом.
На фиг. 7С представлен пример изменения положения золотникового клапана в ответ на снижение давления масла в системе.
На фиг. 8А представлен пример способа выбора того, как перемещать золотниковый клапан из области удержания клапана в ответ на команду освобождения устройства фазирования распределительного вала.
На фиг. 8В представлен пример надежного освобождения устройства фазирования распределительного вала с использованием предварительных корректировок положения золотникового клапана.
На фиг. 9 представлен пример способа застопоривания устройства фазирования распределительного вала с использованием перемещения золотникового клапана в область удержания, избирательно осуществляемого в течение импульсов кручения распределительного вала или между указанными импульсами.
На фиг. 10А-В представлено влияние импульсов кручения распределительного вала на регулирование положения устройства фазирования.
На фиг. 11-12 представлены иллюстративные примеры перемещения золотникового клапана в область удержания в течение импульсов кручения распределительного вала в направлении запаздывания или между указанными импульсами.
На фиг. 13 представлен способ рационального картирования запретной зоны золотникового клапана в устройстве фазирования ИФКР.
На фиг. 14 представлен пример картирования запретной зоны золотникового клапана и пример адаптивного поиска границ указанной зоны.
На фиг. 15 представлен пример способа индикации ухудшения эксплуатационных характеристик контура удержания в устройстве фазирования ИФКР в ответ на межпиковые вариации амплитуд кулачкового кручения.
Подробное раскрытие изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для управления двигателем транспортного средства, оснащенным системой изменения фаз клапанов цилиндров, например, системой изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), показанной на фиг. 1-3. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью регулирования коэффициента заполнения, задаваемого золотниковому клапану устройства фазирования ИФКР, с целью регулирования положения данного устройства фазирования, что рассматривается со ссылкой на фиг. 4-6. При условиях, когда требуется освобождение и перемещение устройства фазирования, контроллер может выбирать способ для надежного освобождения устройства фазирования, при котором снижаются ошибки фазирования, например, способ, показанный на фиг. 7А-С и 8А-В. Аналогично, контроллер может регулировать перемещение золотникового клапана с целью создания возможности точного застопоривания устройства фазирования на месте, что рассматривается со ссылкой на фиг. 9-12. Контроллер также может время от времени выполнять картирование золотникового клапана с целью адаптивного поиска областей золотникового клапана и соответственного уточнения команд задания коэффициента заполнения, используемых для установки устройства фазирования в требуемое положение, как показано на фиг. 13-14. Кроме того, контроллер может на основе вариации кручений распределительного вала своевременно обнаруживать ухудшение эксплуатационных характеристик системы ИФКР и выполнять соответствующие компенсирующие операции, что обсуждается со ссылкой на фиг. 15. Указанным образом снижаются ошибки фазирования, повышается качество работы двигателя, улучшаются характеристики выбросов.
На фиг. 1 представлен примерный вариант осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. На фиг. 1 показано, что двигатель 10 может принимать управляющие параметры из системы управления, содержащей контроллер 12, а также принимать данные от оператора 190 транспортного средства через устройство 192 ввода. В данном примере устройство 192 ввода содержит педаль акселератора и датчик 194 положения педали, предназначенные для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП).
Цилиндр (в настоящем документе также «камера сгорания») 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным внутри них поршнем 36. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 так, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан с по меньшей мере одним приводным шкивом пассажирского транспортного средства через систему передачи. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан пусковой двигатель, выполненный с возможностью запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 связан с масляным насосом 208 (фиг. 2), выполненным с возможностью создания давления в смазочной маслосистеме 200 двигателя (соединение коленчатого вала 40 с масляным насосом 208 не показано). Корпус 136 гидравлически связан с коленчатым валом 40 через цепь или ремень привода газораспределительного механизма (не показан).
Цилиндр 30 может принимать воздух из впуска через впускной коллектор или воздушные каналы 44. Впускной воздушный канал 44 может, помимо цилиндра 30, сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или более впускных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбонаддувный агрегат или воздушный нагнетатель. Во впускном канале двигателя для варьирования интенсивности потока и/или давления воздуха на впуске, подаваемого в цилиндры двигателя, может быть предусмотрена дроссельная система, содержащая дроссельную шайбу 62. В этом конкретном примере дроссельная шайба 62 связана с электрическим двигателем 94, поэтому положением эллиптической дроссельной шайбы 62 управляет контроллер 12 посредством электрического двигателя 94. Такая конструкция, которая может называться электронной системой управления дросселем (ЭСУД), также может быть использована для управления холостым ходом.
Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускные клапаны 52а и 52b (не показан) и выпускные клапаны 54а и 54b (не показано). И хотя, таким образом, может использоваться по четыре клапана на цилиндр, в другом примере также может использоваться один впускной и один выпускной клапан на цилиндр. В еще одном примере может использоваться два впускных клапана и один выпускной клапан на цилиндр.
Выпускной коллектор 48 может принимать выхлопные газы и из других, помимо цилиндра 30, цилиндров двигателя 10. Датчик 76 выхлопных газов показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 (здесь датчик 76 может соответствовать нескольким различным датчикам). Например, датчиком 76 может быть любой из множества датчиков для получения данных о соотношении воздух/топливо в выхлопных газах, например, линейный датчик кислорода, универсальный датчик кислорода в выхлопных газах (УДКВГ), датчик кислорода с двумя состояниями или датчик кислорода в выхлопных газах (ДКОГ) датчик типа НДКОГ (нагреваемый ДКОГ) или датчик НС или СО. Устройство 72 снижения токсичности выхлопных газов показано расположенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 70. Устройством 72 снижения токсичности выхлопных газов может быть трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, ловушка оксидов азота (NOx), различные другие устройства снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления изобретения каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 92 зажигания, предназначенную для инициирования внутреннего сгорания. Система 88 зажигания может, в определенных режимах работы, обеспечивать формирование искры зажигания в камере 30 сгорания при посредстве свечи 92 зажигания в качестве реакции на сигнал опережения зажигания (ОЗ), поступающий из контроллера 12. Однако в некоторых вариантах осуществления изобретения свеча 92 зажигания может быть исключена, например, когда двигатель 10 может инициировать сгорание путем самовоспламенения или путем нагнетания топлива, что может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления изобретения каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более топливных инжекторов, предназначенных для подачи топлива в цилиндр. В качестве неограничивающего примера, топливный инжектор 66А представлен соединенным непосредственно с цилиндром 30 для непосредственной подачи в этот цилиндр топлива в количестве, пропорциональном ширине импульса прямого впрыска топлива (ИПВТ), принимаемого из контроллера 12 через электронный усилитель 68. Таким образом, топливный инжектор 66А обеспечивает так называемый прямой впрык (также обозначаемую далее как ПВ, от) топлива в цилиндр 30. Топливный инжектор может быть установлен, например, сбоку камеры сгорания (как показано) или сверху камеры сгорания (около свечи зажигания). Топливо может подаваться в топливный инжектор 66А посредством топливной системы, содержащей топливный бак, топливный насос и топливопровод. В некоторых вариантах осуществления изобретения камера 30 сгорания может, опционально или в дополнение, содержать топливный инжектор, размещенный во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей так называемый впрыск во впускные каналы, в которой топливо подается во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Контроллер 12 показан как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и значений параметров калибровки, показанный в этом конкретном примере как микросхема 106 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимую память 110 (ЭНП) и обычную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим из датчиков, связанных с двигателем 10, в дополнение к ранее рассмотренным сигналам, различные сигналы, в том числе сигнал массового расхода воздуха (МРВ) при наддуве из датчика 100 массового расхода воздуха, связанного с дроссельной заслонкой 20; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) из датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал съема профиля зажигания (ПЗ) из датчика 118 на эффекте Холла (или датчика другого типа), связанного с коленчатым валом 40; сигнал положения дроссельной заслонки (ПД) из датчика 20 положения дроссельной заслонки; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) из датчика 122; индикация детонации от датчика 182 детонации; и данные об абсолютной или относительной влажности окружающей среды из датчика 180. Сигнал скорости вращения двигателя (СВД) формируется контроллером 12 из сигнала ПЗ обычным образом, а сигнал ДВК давления в коллекторе из датчика давления в коллекторе дает информацию о разрежении или давлении во впускном коллекторе. В стехиометрическом режиме этот датчик может служить признаком нагрузки на двигатель. Кроме того, на основе данных с этого датчика вместе с данными о скорости вращения двигателя можно делать оценку массы смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. В одном примере датчик 118, который также используется как датчик скорости вращения двигателя, формирует заранее заданное количество равноотстоящих импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
cat1
cat2
cat1
cat2
В этом конкретном примере температура T каталитического нейтрализатора 70 сообщается из датчика 124 температуры, а температура T устройства 72 снижения токсичности выхлопных газов сообщается из датчика 126 температуры. В другом варианте осуществления температура T и температура T могут косвенно определяться на основании режима работы двигателя.
Кроме того, на фиг. 1 показана система 19 изменения фаз распределительного вала (ИФКР). В данном примере показана система с верхним расположением распределительного вала, хотя могут использоваться и другие подходы. Конкретно, распределительный вал 130 двигателя 10 представлен находящимся в соприкосновении с коромыслами 132 и 134, служащими для приведения в действие впускных клапанов 52а, 52b и выпускных клапанов 54а, 54b. В показанном примере система 19 ИФКР приводится в действие кулачковым крутящим моментом (ПККМ), при этом устройство фазирования распределительного вала системы ИФКР приводится в действие импульсами кулачкового крутящего момента. В других примерах система 19 ИФКР может быть приводимой в действие давлением масла (ПДМ). Путем настройки множества гидравлических клапанов таким образом, чтобы гидравлическая текучая среда, например, машинное масло, направлялась в полость (например, в камеру опережения или в камеру запаздывания) устройства фазирования распределительного вала, можно изменять фазу работы клапанов, т.е., обеспечивать их срабатывание с опережением или с запаздыванием. Как более подробно рассматривается далее, работой клапанов гидравлического управления могут управлять соответствующие управляющие соленоиды. Конкретно, контроллер двигателя может передавать в эти соленоиды сигнал перемещения золотникового клапана, который управляет течением масла через полость устройства фазирования. Здесь опережение и запаздывание фазы кулачкового распределения относится к относительным фазам кулачкового распределения, в том смысле, что (просто в качестве примера) в состоянии с наибольшим опережением все равно может обеспечиваться открытие впускного клапана с задержкой по отношению к верхней мертвой точке.
Распределительный вал 130 гидравлически связан с корпусом 136. Корпус 136 образует зубчатое колесо с множеством зубьев 138. В примерном варианте осуществления корпус 136 механически связан с коленчатым валом 40 через цепь или ремень привода газораспределительного механизма (не показан). Поэтому корпус 136 и распределительный вал 130 вращаются с, по существу, равными скоростями и синхронно с коленчатым валом. В другом варианте осуществления, как, например, в четырехтактном двигателе, корпус 136 и коленчатый вал 40 могут быть механически связаны с распределительным валом 130 таким образом, что корпус 136 и коленчатый вал 40 могут синхронно вращаться с иной скоростью, чем у распределительного вала 130 (например, в отношении 2:1, при котором коленчатый вал вращается в два раза быстрее распределительного вала). В еще одном варианте осуществления зуб 138 может быть механически связан с распределительным валом 130. Путем манипулирования гидравлической связью, как это описано здесь, положение распределительного вала 130 относительно коленчатого вала 40 может изменяться гидравлическими давлениями в камере 142 запаздывания и камере 144 опережения. Путем предоставления находящейся при высоком давлении гидравлической текучей среде возможности вхождения в камеру 142 запаздывания создается запаздывающая относительная взаимосвязь между распределительным валом 130 и коленчатым валом 40. В результате впускные клапаны 52а, 52b и выпускные клапаны 54а, 54b открываются и закрываются позднее, чем обычно, по отношению к коленчатому валу 40. Аналогично, путем предоставления находящейся при высоком давлении гидравлической текучей среде возможности вхождения в камеру 144 опережения создается опережающая относительная взаимосвязь между распределительным валом 130 и коленчатым валом 40. Таким образом, впускные клапаны 52а, 52b и выпускные клапаны 54а, 54b открываются и закрываются раньше, чем обычно, по отношению к коленчатому валу 40.
Хотя в этом примере представлена система, в которой фазовое распределение впускных и выпускных клапанов регулируется совместно, может использоваться и изменение фаз кулачкового распределения для впускных клапанов, изменение фаз кулачкового распределения для выпускных клапанов, одновременное независимое изменение фаз кулачкового распределения, одновременное равное изменение фаз кулачкового распределения или другой способ изменения фаз кулачкового распределения. Кроме того, может использоваться изменение подъема клапана. Также для создания различных профилей кулачков в различных условиях эксплуатации может использоваться переключение профиля распределительного вала. Кроме того, приводом клапана может быть роликовый толкатель, механический поршень прямого действия, электрогидравлический привод или иные альтернативы коромыслам.
Далее, что касается системы изменения фаз кулачкового распределения, зуб 138, поворачивающийся синхронно с распределительным валом 130, может использоваться для измерения относительного положения кулачка посредством датчика 150 фазы кулачкового распределения, передающего сигнал ИФКР в контроллер 12. Зубья 1, 2, 3 и 4 могут использоваться для измерения фазы кулачкового распределения и являются равноотстоящими (например, в двухрядном двигателе V-8 зубья отстоят один от другого на 90 градусов), а зуб 5 может использоваться для идентификации цилиндра. Кроме того, контроллер 12 передает сигналы управления (LACT, RACT) на обычные соленоидные клапаны (не показаны) для подачи потока гидравлической текучей среды либо в камеру 142 запаздывания, либо в камеру 144 опережения, либо ни в одну из этих камер.
Относительная фаза кулачкового распределения может быть измерена различными способами. В общем случае мерой относительной фазы кулачка является время или угол поворота между нарастающим перепадом сигнала ПЗ и приемом сигнала от одного из нескольких зубьев 138 на корпусе 136. В частном случае двигателя V-8 с двумя рядами цилиндров и пятизубым колесом мера фазы кулачкового распределения для определенного ряда принимается четыре раза за оборот, и еще один дополнительный сигнал используется для идентификации цилиндра.
Как указано выше, фиг. 1 представляет лишь один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр имеет свой собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливных инжекторов, свечей зажигания и т.д.
Фиг. 2 представляет примерный вариант осуществления смазочной маслосистемы 200 двигателя с масляным насосом 208, связанным с коленчатым валом 40 (не показан), содержащей различные масляные подсистемы 216, 218 и 220 (S1-S3). В масляной подсистеме для выполнения некоторой функции, например, смазки, приведения в действие исполнительного устройства и т.д., может использоваться течение масла. Например, одной или более подсистемой из числа масляных подсистем 216, 218, 220 может быть гидравлическая система с гидравлическими исполнительными устройствами и клапанами гидравлического управления. Кроме того, масляными подсистемами 216, 218, 220 могут быть смазывающие системы, например, каналы для доставки масла к движущимся компонентам, которыми могут быть распределительные валы, клапаны цилиндров и т.д. Кроме того, неограничивающими примерами масляных подсистем являются устройства фазирования распределительного вала, стенки цилиндров, подшипники различного назначения и т.д.
Масло подается в масляную подсистему через подающий канал и возвращается через возвратный канал. В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть меньшее или большее количество масляных подсистем.
Далее, как показано на фиг. 2, масляный насос 208, используя вращение коленчатого вала 40 (не показан), засасывает масло из масляного резервуара 204, находящегося в маслосборнике 202, через подающий канал 206. Из масляного насоса 208 масло под давлением выходит через подающий канал 210 и масляный фильтр 212 в главный маслопровод 214. Давление в главном маслопроводе 214 является функцией напора, создаваемого масляным насосом 208, и потока масла, поступающего в каждую масляную подсистему 216, 218, 220 через подающие каналы 214а, 214b, 214с, соответственно. Масло возвращается в масляный резервуар 204 при атмосферном давлении через возвратный канал 222. Датчик 224 давления масла измеряет давление масла в главном маслопроводе и передает данные давления в контроллер 12 (не показан). Насос 208 может приводиться в действие двигателем транспортного средства, и производительность насоса выше при более высоких скоростях двигателя и ниже при более низких скоростях двигателя.
Величина давления масла в главном маслопроводе может влиять на рабочие характеристики одной или более подсистем из числа масляных подсистем 216, 218, 220, например, усилие, создаваемое гидравлическим исполнительным устройством, прямо пропорционально давлению масла в главном маслопроводе. Когда давление масла высокое, исполнительное устройство может быть более податливым; при низком давлении масла исполнительное устройство может быть менее податливым. При низком давлении масла также может ограничиваться эффективность смазки машинным маслом движущихся компонентов. Например, если давление масла в главном маслопроводе ниже порогового давления, то поток поступающего смазочного масла может быть снижен, что может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик компонента.
Давление масла в главном маслопроводе достигает наибольших значений при отсутствующем или сниженном оттоке масла из главного маслопровода. Поэтому утечка в гидравлических исполнительных устройствах в масляных подсистемах может снижать давление масла в главном маслопроводе. Кроме того, одним конкретным местом возможной утечки может быть устройство фазирования в системе изменения фаз кулачкового распределения, что описывается подробнее со ссылкой на фиг. 3.
На фиг. 3 показано устройство 300 фазирования ИФКР в положении с опережением. В одном примере устройство 300 фазирования ИФКР может содержать устройство 19 фазирования ИФКР, показанное на фиг. 1. Кроме того, на фиг. 3 показан приводимый в действие соленоидом золотниковый клапан 309, связанный с устройством 300 фазирования ИФКР. Золотниковый клапан 309, в качестве неограничивающего примера, показан с положением золотника в области опережения. Должно быть понятно, что у золотникового клапана может быть бесконечное множество промежуточных положений золотника, например, в области опережения, в нейтральной области и в области удержания (что рассматривается далее). Положение золотникового клапана может не только управлять направлением перемещения устройства фазирования ИФКР, но, в зависимости от конкретного положения золотника, также может управлять скоростью перемещения устройства фазирования ИФКР.
В двигателях внутреннего сгорания используются различные механизмы для регулирования угла между распределительным валом и коленчатым валом, осуществляемого с целью улучшения эксплуатационных характеристик двигателя или для снижения выбросов. В большинстве этих механизмов изменения фаз распределительного вала (ИФКР) используется одно или более устройств фазирования лопастного типа на распределительном вале двигателя (или, в двигателе с несколькими распределительными валами, на множестве распределительных валов), например, устройство 300 фазирования ИФКР. Устройство 300 фазирования ИФКР может содержать ротор 305 с одной или более лопастями 304, установленный на конце распределительного вала 326 и окруженный узлом 340 корпуса с лопастными камерами, сопрягающимися с указанными лопастями. В другом примере лопасти 304 могут быть установлены на узле 340 корпуса, а камеры могут быть установлены в узле 305 ротора. Внешний контур 301 корпуса образует зубчатое колесо, шкив или шестерню, через цепь, ремень или шестерни воспринимающие приводящее усилие, передаваемое обычно от коленчатого вала, или, в двигателе с несколькими распределительными валами, от другого распределительного вала.
Показанное устройство 300 фазирования ИФКР приводится в действие кулачковым крутящим моментом. В этом устройстве лопасть 304 перемещается актами реверсирования крутящего момента на распределительном вале, вызванными силами открывания и закрывания клапанов двигателя. Камеры опережения и запаздывания 302, 303 выполнены с возможностью оказывать сопротивление положительным и отрицательным импульсам крутящего момента на распределительном вале 326; в этих камерах кулачковый крутящий момент попеременно создает давление. Золотниковый клапан 309, разрешая, в зависимости от требуемого направления перемещения, течение текучей среды из камеры 302 опережения в камеру 303 запаздывания или наоборот, дает лопасти 304 в устройстве фазирования возможность перемещаться. Например, когда требуемое направление перемещения лежит в направлении опережения, золотниковый клапан 309 дает лопасти возможность перемещаться, разрешая течение текучей среды из камеры запаздывания в камеру опережения. Напротив, когда требуемое направление перемещения лежит в направление запаздывания, золотниковый клапан 309 дает лопасти возможность перемещаться, разрешая течение текучей среды из камеры опережения в камеру запаздывания.
Узел 340 корпуса устройства 300 фазирования ИФКР имеет внешний контур 301 для восприятия приводящего усилия. Узел 305 ротора соединен с распределительным валом 326 и соосно размещен внутри узла 340 корпуса. Узел 305 ротора имеет лопасть 304, разделяющую камеру, образованную между узлом 340 корпуса и узлом 305 ротора, на камеру 302 опережения и камеру 303 запаздывания. Лопасть 304 установлена с возможностью поворота с целью сдвига относительного углового положения узла 340 корпуса и узла 305 ротора. Кроме того, имеются гидравлический контур 333 удержания и контур 323 стопорного штифта. Гидравлический контур 333 удержания и контур 323 стопорного штифта гидравлически соединены, что делает их, по сути, одним контуром, как указано выше, но для упрощения и лучшего разграничения их функций эти контуры рассматриваются по отдельности. Гидравлический контур 333 удержания содержит поджимаемый пружиной 331 управляемый клапан 330, линию опережающего удержания 328, которая соединяет камеру 302 опережения с управляемым клапаном 330 и общей линией 314, и линию 334 запаздывающего удержания, соединяющую камеру 303 запаздывания с управляемым клапаном 330 и общей линией 314. Линия 328 опережающего удержания и линия 334 запаздывающего удержания отстоят от лопасти 304 на заранее заданное расстояние. Управляемый клапан 330 находится в узле 305 ротора и гидравлически соединен с контуром 323 стопорного штифта и подающей линией 319а через соединительную линию 332. Контур 323 стопорного штифта содержит стопорный штифт 325, соединительную линию 332, управляемый клапан 330, подающую линию 319а и выпускную линию 322 (пунктирные линии).
Управляемый клапан может перемещаться между двумя положениями, первым положением, которое может соответствовать закрытому или выключенному положению, и вторым положением, которое может соответствовать открытому или включенному положению. Управляемый клапан может направляться в эти положения золотниковым клапаном. В первом положении на управляемый клапан действует давление масла, создаваемое двигателем в линии 332, которое располагает управляемый клапан таким образом, что текучей среде закрывается возможность течь между камерами опережения и запаздывания через управляемый клапан и контур 333 удержания. Во втором положении создаваемое двигателем давление масла в линии 332 отсутствует. Отсутствие давления в линии 332 дает пружине 331 возможность расположить управляемый клапан так, что текучая среда имеет возможность течь между линией удержания из камеры опережения и линией удержания из камеры запаздывания через управляемый клапан и общую линию, в результате чего узел ротора перемещается и удерживается в положении застопоривания.
Стопорный штифт 325 с возможностью скольжения размещен в канале в узле 305 ротора и имеет концевую часть, под воздействием пружины 324 выступающую в направлении углубления 327 в узле 340 корпуса и сопрягающуюся с углублением 327. Как вариант, стопорный штифт 325 может быть размещен в узле 340 корпуса и может под воздействием пружины 324 выступать в направлении углубления 327 в узле 305 ротора. Как открывание и закрывание гидравлического контура 333 удержания, так и создание давления в контуре 323 стопорного штифта управляются посредством переключения/ перемещения золотникового клапана 309.
Золотниковый клапан 309 содержит золотник 311с цилиндрическими выступами 311а, 311b и 311с, с возможностью скольжения вставленный в гильзу 316 внутри канала в роторе 305 и направляющих в распределительном вале 326. Один конец золотника соприкасается с пружиной 315, а противоположный конец золотника соприкасается с соленоидом 307 переменного усилия (СПУ) с широтно-импульсной модуляцией. Также может осуществляться линейное управление соленоидом 307 путем варьирования коэффициента заполнения, тока, напряжения или другими способами с учетом конкретных обстоятельств. Кроме того, указанный противоположный конец золотника 311 может соприкасаться с мотором или иным исполнительным устройством и воспринимать их воздействие.
Влияние на положение золотника 311 оказывают пружина 315 и соленоид 307, управляемый контроллером 12. Дополнительные подробности, относящиеся к управлению устройством фазирования, рассмотрены ниже. Положение золотника 311 управляет перемещением устройства фазирования, в том числе направлением перемещения и скоростью перемещения. Например, от положения золотника зависит, будет ли устройство фазирования перемещаться к положению опережения, к положению удержания или к положению запаздывания.
Кроме того, от положения золотника зависит, будут ли контур 323 стопорного штифта и гидравлический контур 333 удержания открыты (включены) или закрыты (выключены). Иными словами, положение золотника 311 активно управляет управляемым клапаном 330. Золотниковый клапан 309 имеет опережающий режим, запаздывающий режим, нейтральный режим и удерживающий режим. Эти режимы управления могут быть непосредственно связаны с областями позиционирования. Таким образом, определенные области хода золотникового клапана могут давать золотниковому клапану возможность работать в опережающем, запаздывающем, нейтральном и удерживающем режимах. В опережающем режиме золотник 311 перемещают в положение в области опережения золотникового клапана, в результате чего текучая среда получает возможность течь из камеры 303 запаздывания через золотник 311 в камеру 302 опережения, при этом возможность выхода из камеры 302 опережения для текучей среды закрыта. Кроме того, контур 333 удержания выключается или закрывается. В запаздывающем режиме золотник 311 перемещают в положение в области запаздывания золотникового клапана, в результате чего текучая среда получает возможность течь из камеры 302 опережения через золотник 311 в камеру 303 запаздывания, при этом возможность выхода из камеры 303 запаздывания для текучей среды закрыта. Кроме того, контур 333 удержания выключается или закрывается. В нейтральном режиме золотник 311 перемещают в положение в нейтральной области золотникового клапана, закрывая тем самым возможность выхода текучей среды из камеры 302 опережения и камеры 303 запаздывания, при этом контур 333 удержания остается выключенным или закрытым. В удерживающем режиме золотник перемещают в положение в области удержания. В удерживающем режиме одновременно выполняются три функции. Первая функция в удерживающем режиме состоит в том, что золотник 311 перемещают в положение, в котором выступ 311b золотника закрывает возможность течения текучей среды из линии 312 между выступами 311а и 311b золотника во все остальные линии и в линию 313, чем, по сути, выключается управление устройством фазирования от золотникового клапана 309. Вторая функция в удерживающем режиме состоит в открывании или включении контура 333 удержания. При этом контур 333 удержания имеет возможность полного управления устройством фазирования, движущимся к положению опережения или положению запаздывания, до достижения лопастью 304 положения промежуточного фазового угла. Третья функция в удерживающем режиме состоит в сбросе давления в контуре 323 стопорного штифта, что дает возможность запирания стопорного штифта 325 в углублении 327. Положение промежуточного фазового угла, здесь также называемое средним стопорным положением и положением застопоривания, определяется как положение, в котором лопасть 304 находится между стенкой 302а опережения и стенкой 303а запаздывания, образующими камеру между узлом 340 корпуса и узлом 305 ротора. Указанным положением застопоривания может быть положение в любом месте между стенкой 302а опережения и стенкой 303а запаздывания, и это положение определяется положением каналов 328 и 334 удержания относительно лопасти 304. Конкретно, положением каналов 328 и 334 удержания относительно лопасти 304 определяется положение, в котором ни один из указанных каналов не может открываться в камеры 302 и 303 опережения и запаздывания, чем, при нахождении управляемого клапана во втором положении и выключенном контуре фазирования полностью разрывается связь между этими двумя камерами. Направление золотникового клапана в область удержания также может называться в настоящем документе включением «жесткой фиксации» или «жесткого застопоривания» устройства фазирования распределительного вала, что указывает на то, что компонент оборудования (стопорный штифт), участвующий в застопоривании устройства фазирования распределительного вала, запирается в среднем стопорном положении.
В соответствии с коэффициентом заполнения соленоида 307 переменного усилия с широтно-импульсной модуляцией золотник 311 перемещается в соответствующее положение своего хода. В одном примере, когда коэффициент заполнения соленоида 307 переменного усилия составляет 30%, 50% или 100%, золотник 311 перемещается в положения, соответствующие запаздывающему режиму, нейтральному режиму и опережающему режиму, соответственно, в управляемом клапане 330 создается давление и он перемещается из второго положения в первое положение, при этом гидравлический контур 333 удержания закрывается, а на стопорный штифт 325 оказывается давление и он освобождается. В еще одном примере, когда коэффициент заполнения соленоида 307 переменного усилия установлен на уровне 0%, золотник 311 перемещается в положение, соответствующее удерживающему режиму, в результате чего управляемый клапан 330 открывается и перемещается во второе положение, гидравлический контур 333 удержания открывается, а давление на стопорный штифт 325 сбрасывается и он запирается в углублении 327. Выбором коэффициента заполнения, равного 0%, в качестве крайнего положения в пределах хода золотника, при котором открывается гидравлический контур 333 удержания, сбрасывается давление в управляемом клапане 330, сбрасывается давление на стопорный штифт 325 и стопорный штифт 325 запирается в углублении 327, обеспечивает возможность перемещения устройства фазирования в случае потери мощности или управления в исходное положение застопоривания, что повышает определенность положения устройства фазирования распределительного вала. Следует отметить, что приведенные выше значения коэффициента заполнения соленоида представляют собой неограничивающие примеры, и в других вариантах осуществления изобретения для перемещения золотника золотникового клапана между разными областями положения золотника могут использоваться иные значения коэффициента заполнения соленоида. Например, как вариант, гидравлический контур 333 удержания может открываться, давление в управляемом клапане 330 может сбрасываться, давление на стопорный штифт 325 может сбрасываться и стопорный штифт 325 может запираться в углублении 327 при коэффициенте заполнения 100%. В данном примере область удержания золотникового клапана может быть смежной с областью опережения, а не с областью запаздывания. В еще одном примере удерживающий режим может реализовываться при коэффициенте заполнения 0%, а при коэффициенте заполнения приблизительно 30%, 50%, и 100% золотник 311 может перемещаться в положения, соответствующие опережающему режиму, нейтральному режиму и запаздывающему режиму. В данном примере, аналогично, область опережения золотникового клапана является смежной с областью удержания.
При некоторых условиях контроллер может картировать одну или более областей положения золотника путем варьирования коэффициента заполнения, задаваемого золотниковому клапану, и сопоставления этого коэффициента заполнения соответствующим изменениям положения устройства фазирования. Например, как показано со ссылкой на фиг. 13-14, переходная область между областью удержания и областью запаздывания золотника, в настоящем документе также называемая «запретной зоной», может картироваться путем сопоставления перемещения золотникового клапана из области удержания в область запаздывания с перемещением устройства фазирования из среднего стопорного положения к положению с запаздыванием. В других вариантах осуществления изобретения, когда область удержания является смежной с областью опережения, «запретная зона» может находиться между областью удержания и областью опережения золотника.
Фиг. 3 представляет устройство 300 фазирования, перемещающееся к положению с опережением. Для перемещения устройства фазирования к положению с опережением коэффициент заполнения золотникового клапана увеличивается до значения, превышающего 50%, и, опционально, до 100%. В результате усилие, создаваемое соленоидом 307 на золотнике 311, увеличивается, и золотник 311 перемещается вправо к области опережения и работает в опережающем режиме до уравновешивания усилия соленоида 307 усилием пружины 315. В показанном опережающем режиме выступ 311а золотника перекрывает линию 312, при этом линии 313 и 314 открыты. В этом варианте импульсы крутящего момента распределительного вала создают давление в камере 303 запаздывания, заставляя текучую среду перемещаться из камеры 303 запаздывания в камеру 302 опережения, в результате чего лопасть 304 смещается в направлении, показанном стрелкой 345. Гидравлическая текучая среда выходит из камеры 303 запаздывания через линию 313 в золотниковый клапан 309, проходит между выступами золотника 311а и 311b и поступает обратно в центральную линию 314 и линию 312, ведущую в камеру 302 опережения. Управляемый клапан удерживается в первом положении, перекрывая линии 328 и 334 удержания.
В другом примере для перемещения устройства фазирования к положению запаздывания коэффициент заполнения золотникового клапана уменьшается до значения ниже 50%, и, опционально, до 30%. В результате усилие, создаваемое соленоидом 307 на золотнике 311, уменьшается, и золотник 311 перемещается влево к области запаздывания и работает в запаздывающем режиме до уравновешивания усилия соленоида 307 усилием пружины 315. В запаздывающем режиме выступ 311b золотника перекрывает линию 313, при этом линии 312 и 314 открыты. В этом варианте импульсы крутящего момента распределительного вала создают давление в камере 302 опережения, заставляя текучую среду перемещаться из камеры 302 опережения в камеру 303 запаздывания, в результате чего лопасть 304 смещается в направлении, противоположном показанному стрелкой 345. Гидравлическая текучая среда выходит из камеры 302 опережения через линию 312 в золотниковый клапан 309, проходит между выступами 311а и 311b золотника и поступает обратно в центральную линию 314 и линию 313, ведущую в камеру 303 запаздывания. Управляемый клапан удерживается в первом положении, перекрывая линии 328 и 334 удержания.
В еще одном примере для перемещения устройства фазирования в положение промежуточного фазового угла (среднее стопорное положение) и застопоривания в этом положении коэффициент заполнения золотникового клапана уменьшают до 0%. В результате усилие, создаваемое соленоидом 307 на золотнике 311, уменьшается, и золотник 311 перемещается влево к области удержания и работает в удерживающем режиме до уравновешивания усилия соленоида 307 усилием пружины 315. В удерживающем режиме выступ 311b золотника перекрывает линии 312, 313 и 314, а выступ 311с золотника перекрывает линию 319а, не давая создать давление в линии 332 и переместить управляемый клапан во второе положение. В этом варианте импульсы крутящего момента распределительного вала не вызывают движения. Вместо этого гидравлическая текучая среда выходит из камеры 302 опережения через линию 328 удержания в управляемый клапан 330, проходит через общую линию 329 и поступает обратно в центральную линию 314 и линию 313, ведущую в камеру 303 запаздывания.
Далее со ссылкой на фиг. 4 описывается примерная программа 400 для изменения функционирования устройства фазирования ИФКР распределительного вала в соответствии с изменениями условий эксплуатации двигателя. Программа 400 может выполняться контроллером двигателя, например, контроллером 12, показанным на фиг. 1-3, после запуска ездового цикла транспортного средства для надлежащего фазирования кулачков в течение ездового цикла.
Программа в шаге 402, после запуска двигателя, содержит расчет и/или измерение условий эксплуатации двигателя. В число этих условий может входить, например, скорость вращения двигателя, температура двигателя, внешние условия (внешняя температура, давление, влажность и т.д.), заданный крутящий момент, давление в коллекторе, поток воздуха в коллекторе, заполнение поглотительной коробки, условия в выхлопном катализаторе, температура масла, давление масла, время выдержки и т.д.
В одном примере при предыдущем выключении двигателя (что рассматривается со ссылкой на фиг. 6) и до текущего перезапуска двигателя положение устройства фазирования распределительного вала могло быть изменено на выбранное положение в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала, чтобы при перезапуске устройство фазирования распределительного вала могло находиться в этом выбранном положении. Это выбранное положение может выбираться на основании конкретных ожидаемых условий запуска в следующем ездовом цикле. В одном примере в предыдущей операции выключения положение устройства фазирования распределительного вала может изменяться на положение с запаздыванием в предположении предстоящего холодного запуска. Как вариант, в предыдущей операции выключения положение устройства фазирования распределительного вала может изменяться на положение с запаздыванием для снижения детонации при зажигании в ходе запуска или разгона разогретого двигателя или для снижения крутящего момента при запуске с целью более качественного управления нагрузкой и более плавного начала движения. В еще одном примере в предыдущей операции выключения положение устройства фазирования распределительного вала может изменяться на положение с опережением в предположении предстоящего холодного запуска для увеличения компрессионного разогрева с целью способствовать запуску двигателя при использовании низколетучих топлив. В еще одном примере в предыдущей операции выключения положение устройства фазирования распределительного вала может изменяться на среднее стопорное положение с незапертым стопорным штифтом в ожидании больших импульсов кручения распределительного вала при замедлении. Когда золотниковый клапан движется к положению застопоривания и пересекает область запаздывания (или опережения, в зависимости от того, какая из областей ближе к области удержания), такие импульсы кручения могут смещать устройство фазирования от среднего стопорного положения и снижать вероятность выравнивания, необходимого для застопоривания. В еще одном примере положение устройства фазирования распределительного вала может изменяться на среднее стопорное положение с удержанием стопорного штифта запертым в ожидании следующего запуска, требующего нахождения устройства фазирования в положении застопоривания. Положение, в которое устройство фазирования распределительного вала было перемещено в предыдущей операции выключения, может называться здесь «исходным положением».
В шаге 404 программа 400 содержит выполнение диагностической программы, как показано на фиг. 7, с целью обнаружения условий, которые могут вести к ухудшению эксплуатационных характеристик устройства фазирования распределительного вала. При обнаружении какого-либо из таких условий контроллер может устанавливать соответствующие флаги, требующие застопоривания устройства фазирования с запертым стопорным штифтом даже в отсутствие иных запросов на застопоривание устройства фазирования. Например, в ответ на обнаружение ухудшения эксплуатационных характеристик элементов устройства фазирования стопорный штифт может запираться с целью предотвращения некорректного управления устройством фазирования распределительного вала (при котором заданное положение устройства фазирования и фактическое положение устройства фазирования не совпадают). Дополнительные примеры рассматриваются со ссылкой на фиг. 7.
После завершения диагностики в шаге 404 программа переходит к шагу 406 для проверки наличия условий холодного запуска. Условия холодного запуска могут быть подтверждены, если температура двигателя или температура выхлопного катализатора ниже пороговой температуры и/или если истек пороговый временной интервал после предыдущего выключения двигателя. Если условия холодного запуска двигателя подтверждены, то программа переходит к шагу 412, в котором контроллер двигателя может проверять, допускают ли условия перемещение устройства фазирования распределительного вала из исходного положения в положение для снижения выхлопных выбросов при холодном запуске. Например, если температура масла двигателя ниже порогового значения, то перемещение устройства фазирования может быть задержано из-за повышенной вязкости масла в подсистеме 220, которая может привести к несоответствию между условиями эксплуатации двигателя и положением устройства фазирования распределительного вала. В некоторых примерах диагностическая программа, выполняемая в шаге 404, может устанавливать флаг, извещающий о данном условии (см. шаг 740 на фиг. 7), поскольку несоответствие между условиями эксплуатации двигателя и положениями устройства фазирования распределительного вала может привести к нестабильности сгорания и снижению качества работы двигателя. В других примерах диагностическая программа в шаге 404 может устанавливать флаг, извещающий об ухудшении эксплуатационных характеристик датчиков распределительного вала или ухудшении эксплуатационных характеристик соленоидов, из-за которых управление перемещением к положению холодного запуска при замкнутом контуре обратной связи может стать неэффективным.
В продолжение от шага 412, если условия эксплуатации двигателя допускают перемещение устройства фазирования распределительного вала, например, допускают перемещение в положение, снижающее выбросы при холодном запуске, то контроллер двигателя в шаге 416 может отдавать команду такого изменения положения в соответствии с программой 500 на фиг. 5. Если условия не допускают перемещение устройства фазирования распределительного вала, то контроллер в шаге 414 может удерживать устройство фазирования распределительного вала в исходном положении до тех пор, пока условия не сделают возможным перемещение устройства фазирования распределительного вала, например, до тех пор, пока двигатель не будет достаточно прогрет.Если исходным положением является положение, в котором стопорный штифт не заперт, то удержание устройства фазирования распределительного вала в базовом положении может содержать отдание команды застопоривания в исходном положении при управлении с замкнутым контуром обратной связи; этот способ может выполняться в соответствии с программой 500. Если исходным положением является положение застопоривания с запертым стопорным штифтом, то устройство фазирования может удерживаться в исходном положении с запертым стопорным штифтом до тех пор, пока условия не сделают возможным перемещение устройства фазирования распределительного вала или освобождение стопорного штифта.
Продолжая работу в шаге 418, контроллер двигателя может проверять, достаточно ли прогрет двигатель, например, проверяя, находится ли выхлопной катализатор при температуре выше температуры активации. Если двигатель прогрет, то в шаге 424 контроллер может регулировать устройство фазирования распределительного вала в соответствии с условиями эксплуатации двигателя. После отдания команды выполнения этой операции устройство фазирования распределительного вала может работать под управлением с замкнутым контуром обратной связи до тех пор, пока условия не потребуют обратного. После разогрева двигателя положение устройства фазирования распределительного вала может регулироваться с целью обеспечения оптимальной эффективности работы и экономии топлива. Если в шаге 418 двигатель еще не прогрет, то в шаге 420 до тех пор, пока двигатель не будет прогрет, может сохраняться положение с запаздыванием устройства фазирования распределительного вала.
Продолжая работу в шаге 406, если условия эксплуатации двигателя не указывают на условия холодного запуска, контроллер в шаге 408 может проверять, выполняются ли условия теплого запуска или условия холостого хода. Если условия теплого запуска или условия холостого хода выполняются, то в шаге 424 контроллер имеет возможность регулирования устройства фазирования распределительного вала в соответствии с условиями эксплуатации двигателя. После отдания команды выполнения этой операции устройство фазирования распределительного вала может работать под управлением с замкнутым контуром обратной связи до тех пор, пока условия не потребуют обратного. Затем выполняется выход из программы.
Продолжая работу в шаге 408, если условия эксплуатации двигателя не указывают на условия теплого запуска или условия холостого хода, контроллер в шаге 410 может проверять, выполняются ли условия выключения. Если условия выключения выполняются, то контроллер может определять для устройства фазирования надлежащее положение при выключении на основании текущих условий эксплуатации двигателя и перемещать устройство фазирования распределительного вала в это положение при выключении, как предписано программой 600 на фиг. 6. Затем выполняется выход из программы.
Фиг. 5 представляет программу 500 для общего управления положением устройства фазирования распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи. Программа начинается в шаге 502 первоначальной диагностической программой, как показано на фиг. 7, которая может активировать или деактивировать флаги, указывающие, какой тип фазирования распределительного вала подходит для текущих условий эксплуатации двигателя. Например, первый флаг может указывать, что управление с замкнутым контуром обратной связи не должно использоваться, а устройство фазирования распределительного вала вместо этого должно быть направлено в среднее стопорное положение с запертым стопорным штифтом, а другой флаг может указывать, что устройство фазирования должно удерживаться в определенном положении при незапертом стопорном штифте. Положением, в котором устройство фазирования распределительного вала должно удерживаться при незапертом стопорном штифте, может быть заданное положение застопоривания (например, среднее стопорное положение) или положение с опережением или запаздыванием относительно положения застопоривания. Например, в ответ на обнаружение ухудшения эксплуатационных характеристик датчика положения кулачка может устанавливаться флаг отключения управления положением устройства фазирования распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи, а устройство фазирования распределительного вала может затем направляться в среднее стопорное положение с запертым стопорным штифтом. В еще одном примере в ответ на снижение температуры масла двигателя ниже порогового значения может активироваться флаг, указывающий, что устройство фазирования распределительного вала должно удерживаться в своем текущем положении при незапертом стопорном штифте. При этом, если флаг был активен в начале данной диагностической программы, то указанный флаг может быть деактивирован, если ранее обнаруженная неисправность двигателя устранена, что разрешает возобновить управление положением устройства фазирования распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи.
Продолжая работу в шаге 504, программа 500 может прерываться, если диагностическая программа 700 установила флаг, указывающий, что управление при замкнутом контуре обратной связи для текущих условий эксплуатации двигателя невозможно. В противном случае способ переходит к шагу 506, где проверяется, задано ли и доступно ли целевое положение удержания. Если диагностическая программа, выполненная в шаге 502, активировала флаг, указывающий целевое положение, в котором должно удерживаться устройство фазирования распределительного вала, например, положение застопоривания, то в шаге 508 указанное целевое положение удержания может быть задано в качестве целевого положения распределительного вала для данной программы фазирования. Должно быть понятно, что целевым положением удержания может быть любое положение в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала. Например, если выполняется команда выключения и ожидается холодный запуск, то целевым положением удержания может быть положение с запаздыванием относительно нуля. В этом случае удержание устройства фазирования в целевом положении с запаздыванием может обеспечить более высокую эффективность двигателя при холодном запуске, т.е., при условии, в котором активное фазирование невозможно. Если флаг, извещающий о целевом положении удержания, в шаге 506 не активен, то целевое положение распределительного вала может определяться в шаге 510 на основании условий эксплуатации двигателя. Должно быть понятно, что целевым положением распределительного вала может быть любое положение в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала. Например, если сочетание условий эксплуатации двигателя и данных от педали водителя указывает на потребность в высокоэффективной работе двигателя, то в качестве целевого положения распределительного вала может быть задано положение с опережением. Однако если условия эксплуатации двигателя (например, низкая температура масла) указывают на невозможность достижения целевого положения, то распределительный вал может быть установлен в положение с запаздыванием. В качестве еще одного примера, если условия эксплуатации двигателя и данные от педали водителя указывают на потребность экономии топлива, то в качестве целевого положения распределительного вала может быть задано положение с запаздыванием, однако если условия эксплуатации двигателя (к примеру, на высоте) указывают на необходимость положения распределительного вала с опережением, то целевое положение распределительного вала сдвигается в сторону опережения. В качестве еще одного примера, если условия эксплуатации двигателя (к примеру, высокая температура масла) и данные от педали водителя указывают в качестве целевого положения распределительного вала положение, достаточно близкое к исходному положению, то целевым положением является среднее стопорное положение при незапертом стопорном штифте.
После определения целевого положения контроллер в шаге 512 может проверять, заперт ли стопорный штифт устройства фазирования распределительного вала. Иными словами, контроллер может определять, застопорено или свободно устройство фазирования распределительного вала. Если фазирование распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи допустимо, но стопорный штифт заперт, то в шаге 514 для того, чтобы дать возможность переместить устройство фазирования распределительного вала в целевое положение распределительного вала, может выполняться надежный способ 800 освобождения, показанный на фиг. 8.
После освобождения устройства фазирования контроллер в шаге 516 может определять, является ли целевое положение устройства фазирования распределительного вала опережающим или запаздывающим относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала. Определение расположения целевого положения устройства фазирования распределительного вала относительно текущего положения может осуществляться на основании сравнения целевого положения с выходными данными датчика положения кулачка. В одном примере, когда целевым положением устройства фазирования распределительного вала является положение, совпадающее с текущим положением устройства фазирования распределительного вала (или отстоящее от этого текущего положения менее, чем на пороговое расстояние), золотниковый клапан, если он уже не находится в нейтральной области, может направляться в нейтральную область (и функционировать в режиме удержания) с целью сохранения этого текущего положения.
Однако если целевым положением устройства фазирования распределительного вала является положение с опережением относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала, то контроллер в шаге 522 может отдавать команду перемещения устройства фазирования распределительного вала из его текущего положения в целевое положение путем использования золотникового клапана 311 в опережающем режиме и перемещения золотника в область опережения золотникового клапана. Как отмечено выше, положение золотника можно изменять путем изменения коэффициента заполнения соленоида золотникового клапана. После изменения положения золотникового клапана создаваемое кулачковым крутящим моментом гидравлическое давление может использоваться для перемещения устройства фазирования распределительного вала в направлении опережения. Конкретно, импульсы кулачкового кручения в направлении опережения могут обеспечивать течение гидравлической текучей среды из камеры запаздывания устройства фазирования через контур фазирования в камеру опережения устройства фазирования. Придание положения с опережением устройству фазирования распределительного вала может содержать перемещение устройства фазирования распределительного вала из первоначального положения, которое является более запаздывающим (то есть находящимся дальше от стенки камеры запаздывания) в конечное положение, которое является менее запаздывающим (то есть находящимся ближе к стенке камеры запаздывания). В другом примере придание положения с опережением устройству фазирования распределительного вала может содержать перемещение устройства фазирования распределительного вала из первоначального положения с запаздыванием в положение застопоривания (среднее стопорное положение). В еще одном примере придание положения с опережением устройству фазирования распределительного вала может содержать перемещение устройства фазирования распределительного вала из первоначального положения с запаздыванием (в области запаздывания) в конечное положение с опережением (в области опережения). В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение застопоривания, и устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в направлении опережения к целевому положению устройства фазирования распределительного вала, т.е., к положению с опережением. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с меньшим опережением (к примеру, находящееся ближе к стенке камеры опережения), и устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в направлении опережения к целевому положению устройства фазирования распределительного вала, которое является более опережающим (к примеру, находящимся дальше от стенки камеры опережения). После того, как эта команда фазирования выполнена, контроллер может собирать и использовать данные обратной связи из результирующего положения устройства фазирования распределительного вала с целью определения необходимости новой команды фазирования для дальнейшей коррекции положения устройства фазирования распределительного вала, имеющей целью достижение целевого значения положения распределительного вала. Например, если первая команда изменения положения устройства фазирования не привела к достижению устройством фазирования распределительного вала нового положения, которое находится в пределах заданного допуска от целевого положения устройства фазирования распределительного вала, то отдается еще одна команда перемещения устройства фазирования распределительного вала ближе к целевому положению устройства фазирования. Если требуется дополнительное фазирование распределительного вала, то программа 500 может выполняться еще раз.
Если целевое положение устройства фазирования распределительного вала находится в направлении запаздывания от текущего положения устройства фазирования распределительного вала, то перед перемещением устройства фазирования в затребованное положение контроллер может выполнять избирательное картирование переходной области между областью удержания и областью запаздывания золотникового клапана, также называемой в настоящем документе «запретной зоной», с целью более качественного выполнения команд перемещения золотникового клапана в направлении запаздывания. Указанное картирование может осуществляться в шаге 518 (посредством программы 1300, представленной на фиг. 13) до использования золотникового клапана 311 в области запаздывания его рабочего хода. Указанное картирование может избирательно осуществляться во время команд перемещения в направлении запаздывания, когда с последнего цикла картирования прошел пороговый временной интервал или пройдено пороговое расстояние, во время нескольких первых команд перемещения в направлении запаздывания, выполняемых с момента запуска данного ездового цикла транспортного средства. Такой выполняемый время от времени адаптивный поиск запретной зоны повышает качество управления положением устройства фазирования распределительного вала путем уточнения сохраненных значений коэффициента заполнения, соответствующих различным скоростям перемещения в направлении запаздывания, которые могут задаваться контроллером двигателя. Если значение коэффициента заполнения для наибольшей скорости перемещения в направлении запаздывания является неточным, а контроллер задаст коэффициент заполнения равным этому значению, то может произойти нештатное включение контура удержания, что может привести к непредсказуемым фазирующим движениям. Иными словами, устройство фазирования, направленное в положение с запаздыванием, может оказаться застопоренным в текущем положении.
Должно быть понятно, что в другом варианте осуществления область удержания может быть смежной с областью опережения, и в этом случае контроллер может избирательно картировать запретную зону, если целевым положением устройства фазирования распределительного вала является положение с опережением относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала. Указанное картирование может выполняться до направления устройства фазирования распределительного вала в заданное положение в шаге 522 и может повысить качество выполнения команд перемещения золотникового клапана в направлении опережения. После картирования запретной зоны и уточнения значений коэффициента заполнения для направления золотникового клапана 311 в область запаздывания контроллер в шаге 520 может отдавать команду перемещения устройства фазирования распределительного вала из его текущего положения в целевое положение путем использования золотникового клапана 311 при коэффициенте заполнения в области запаздывания. Затем создаваемое кулачковым крутящим моментом гидравлическое давление может использоваться для перемещения устройства фазирования распределительного вала в направлении запаздывания. Конкретно, импульсы кулачкового кручения в направлении запаздывания могут обеспечивать течение гидравлической текучей среды из камеры опережения устройства фазирования через контур фазирования в камеру запаздывания устройства фазирования.
В одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с большим опережением (дальше от стенки камеры опережения), а целевым положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с меньшим опережением, но все еще находящееся в области опережения устройства фазирования (ближе к стенке камеры опережения). В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с опережением, а целевым положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение застопоривания. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с опережением, а целевым положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием (в области запаздывания устройства фазирования). В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение застопоривания, а целевым положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с меньшим запаздыванием, более близкое к стенке камеры запаздывания, а целевым положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с большим запаздыванием, находящееся дальше от стенки камеры запаздывания.
После того, как эта команда фазирования выполнена, контроллер может собирать и использовать данные обратной связи из результирующего положения устройства фазирования распределительного вала с целью определения необходимости дополнительной команды фазирования для дальнейшей коррекции положения устройства фазирования распределительного вала, имеющей целью достижение целевого значения положения распределительного вала. Например, если первая команда не привела к достижению устройством фазирования распределительного вала положения, которое находится в пределах заданного допуска от целевого положения устройства фазирования распределительного вала, то может требоваться дополнительное фазирование распределительного вала, и программа 500 может выполняться еще раз с целью перемещения устройства фазирования распределительного вала ближе к целевому положению посредством управления с обратной связью.
Если установлено наличие условий выключения, например, таких, как в шаге 410 программы 400, то для придания устройству фазирования распределительного вала надлежащего положения с целью подготовки к различным условиям запуска, возможным в следующем ездовом цикле, может выполняться примерная программа 600. Целевое положение для выключения может определяться в шаге 602 на основании условий эксплуатации двигателя. Например, если датчик внешней температуры свидетельствует о том, что внешняя температура очень низкая (ниже нижней пороговой температуры), то при выключении кулачки могут быть сфазированы на опережение с целью достижения компрессионного разогрева при следующем запуске. В качестве еще одного примера, если внешние условия указывают на высокую температуру (выше верхней пороговой температуры), то при выключении кулачки могут быть сфазированы с запаздыванием с целью снижения вероятности детонации в двигателе и осуществления более плавного старта при следующем запуске двигателя. Положение для выключения устройства фазирования распределительного вала при упоминании в контексте первоначальной фазы кулачкового распределения при запуске в следующем ездовом цикле может далее также называться «исходным положением». Должно быть понятно, что положением для выключения в устройстве фазирования распределительного вала ИФКР со средним стопорным положением может быть любое положение в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала. Кроме того, устройство фазирования распределительного вала может быть выключено в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом или при незапертом стопорном штифте в любом положении в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала, включая положение застопоривания. Должно быть понятно, что положение для выключения, в котором стопорный штифт не заперт, дает возможность сделать исходным положением устройства фазирования распределительного вала при запуске некоторое положение, отличное от среднего стопорного положения. В этом случае устройство фазирования при следующем запуске может удерживаться в этом исходном положении посредством управления фазой кулачкового распределения при замкнутом контуре обратной связи до тех пор, пока температура масла двигателя не превысит критическую температуру. Выключение в среднем стопорном положении с запертым стопорным штифтом может быть полезно, например, для быстрого запуска и для снижения выбросов. В еще одном примере для следующего ездового цикла может ожидаться холодный запуск, и в этом случае может быть полезной команда выключения в положении с запаздыванием. Выключение в положении с запаздыванием может указывать контроллеру, что устройство фазирования распределительного вала должно удерживаться в этом положении с запаздыванием при следующем запуске двигателя.
Далее в шаге 604 определяется, было ли положением для выключения положение застопоривания. Если установлено, что положением для выключения было положение застопоривания с запертым стопорным штифтом, то устройство фазирования распределительного вала может, при необходимости, перемещаться в положение застопоривания, и стопорный штифт может запираться для удержания устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания в шаге 608. В одном примере устройство фазирования распределительного вала могло находиться в положении, отличном от положения застопоривания при незапертом стопорном штифте, и в этом случае для перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания золотниковый клапан может перемещаться в область удержания. Как показано на фиг. 9, золотниковый клапан может перемещаться в область удержания в соответствии со способом 900 с целью запирания стопорного штифта. В другом примере устройство фазирования распределительного вала могло удерживаться в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте, и в этом случае золотниковый клапан может перемещаться в область удержания в соответствии со способом 900 с целью запирания стопорного штифта. Еще в одном примере устройство фазирования распределительного вала перед тем, как было определено положение для выключения, могло находиться в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом, и в этом случае фазирующее перемещение может не требоваться. Можно принять, что если условия эксплуатации двигателя в шаге 602 не допускают возможности управления устройством фазирования при замкнутом контуре обратной связи, то положением для выключения будет положение застопоривания с запертым стопорным штифтом. После того, как устройство фазирования распределительного вала перемещено в положение застопоривания и выполнено запирание стопорного штифта, двигатель в шаге 610 может выключаться, чем способ 600 завершается.
В продолжение от шага 604, если положение для выключения не находится в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом, то в шаге 616 в качестве целевого положения распределительного вала может быть задано положение для выключения, определенное в шаге 602. Далее могут следовать различные операции для перемещения устройства фазирования распределительного вала согласно относительному расположению положения для выключения и текущего положения устройства фазирования распределительного вала. Если положение для выключения совпадает с текущим положением устройства фазирования распределительного вала, то в шаге 628 двигатель может быть выключен без дополнительного предварительного фазирования, и может выполняться выход из способа 600.
В шаге 618 может проверяться, не является ли положение для выключения положением с опережением относительно текущего положения. Если положением для выключения является положение с опережением относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала, то в шаге 620 контроллер двигателя может отдавать команду перемещения устройства фазирования распределительного вала из текущего положения в положение для выключения посредством способа 500 на фиг. 5 с заданием указанного положения для выключения в качестве целевого положения. Затем устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в направлении опережения в положение для выключения путем перемещения золотникового клапана в область опережения. В одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием, а положением для выключения может быть положение с меньшим запаздыванием, находящееся в области запаздывания. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием, а положением для выключения может быть положение застопоривания при незапертом стопорном штифте. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием, а положением для выключения может быть положение с опережением. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение застопоривания с запертым или незапертым стопорным штифтом, а положением для выключения может быть положение с опережением. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с опережением, а положением для выключения может быть положение с большим опережением. После выполнения этой команды фазирования контроллер может собирать и использовать данные обратной связи из результирующего положения устройства фазирования распределительного вала с целью определения необходимости новой команды фазирования, которая может требоваться для дальнейшей коррекции положения устройства фазирования распределительного вала в направлении к целевому положению распределительного вала, т.е., в том случае, когда первые команды не привели к достижению устройством фазирования распределительного вала нового положения в пределах заданного допуска от указанного положения для выключения. Если требуется дополнительное фазирование распределительного вала, то способ 500 может выполняться еще раз с целевым положением застопоривания, заданным в качестве положения для выключения. После достижения устройством фазирования распределительного вала положения для выключения в пределах заданного допуска, двигатель может выключаться в шаге 612, завершая способ 600.
Если положение для выключения является запаздывающим относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала, то контроллеру до начала использования золотникового клапана 311 при коэффициенте заполнения в области запаздывания может требоваться уточнение текущей информации о «запретной зоне» в шаге 624 (посредством способа 1300). Такой адаптивный поиск может быть полезен для управления устройством фазирования распределительного вала, поскольку данная операция уточняет сохраненные значения коэффициента заполнения, соответствующие различным скоростям перемещения в направлении запаздывания, которые могут задаваться контроллером 306 двигателя. Если значение коэффициента заполнения для наибольшей скорости перемещения в направлении запаздывания является неточным, а контроллер задаст коэффициент заполнения равным этому значению, то может произойти нештатное включение контура удержания, ведущее к непредсказуемым фазирующим движениям.
Должно быть понятно, что в другом примере область удержания может быть смежной с областью опережения, а не с областью запаздывания, и в этом случае адаптивный поиск запретной зоны может выполняться перед шагом 620, когда положением для выключения является положение с опережением относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала. В данном примере операция поиска может уточнять значения коэффициента заполнения, соответствующие различным скоростям перемещения в направлении опережения, которые могут задаваться контроллером 306 двигателя.
После того, как надлежащие значения коэффициента заполнения для направления золотникового клапана 311 в рабочую область запаздывания найдены, контроллер в шаге 626 может отдавать команду перемещения устройства фазирования распределительного вала из текущего положения в положение для выключения посредством способа 500 на фиг. 5 с целевым положением, заданным в качестве положения для выключения. В одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с опережением, а положением для выключения может быть положение с меньшим опережением, находящееся в области запаздывания. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с опережением, а положением для выключения может быть положение застопоривания при незапертом стопорном штифте. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с опережением, а положением для выключения может быть положение с запаздыванием. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение застопоривания с запертым или незапертым стопорным штифтом, а положением для выключения может быть положение с запаздыванием. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием, а положением для выключения может быть положение с большим запаздыванием. После выполнения этой команды фазирования контроллер может собирать и использовать данные обратной связи из результирующего положения устройства фазирования распределительного вала с целью определения необходимости новой команды фазирования, которая может требоваться для дальнейшей коррекции положения устройства фазирования распределительного вала, имеющей целью достижение целевого значения положения распределительного вала, т.е., в том случае, когда первые команды не привели к достижению устройством фазирования распределительного вала нового положения в пределах заданного допуска от указанного положения для выключения. Если требуется дополнительное фазирование распределительного вала, то может выполняться программа 500 с целевым положением застопоривания в качестве положения для выключения. После достижения устройством фазирования распределительного вала положения для выключения в пределах заданного допуска двигатель может выключаться в шаге 626, чем способ 600 завершается.
Далее на фиг. 7А представлен способ 700, предназначенный для принятия решения о том, следует ли перемещать устройство фазирования распределительного вала в положение застопоривания и удерживать устройство фазирования распределительного вала в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом; или перемещать устройство фазирования распределительного вала в положение застопоривания и удерживать устройство фазирования распределительного вала в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте; или перемещать устройство фазирования под управлением фазой кулачкового распределения при замкнутом контуре обратной связи. Перемещение устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания может содержать выполняемое вначале перемещение золотникового клапана в область опережения или в область запаздывания, а затем перемещение золотникового клапана в нейтральную область в соответствии со способом 900. Удержание устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте может содержать поддержание положения золотникового клапана в нейтральной области. Удержание устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом может содержать перемещение золотникового клапана в область удержания с целью запирания стопорного штифта. В шаге 702 определяются условия эксплуатации двигателя. В число определяемых условий может входить, например, скорость вращения двигателя, температура двигателя, создаваемые двигателем температура и давление масла. Кроме того, с целью косвенного определения ухудшения эксплуатационных характеристик различных компонентов оборудования может считываться выходной сигнал одного или более датчиков, выполненных с возможностью определения положения кулачка. В шаге 704 создаваемое двигателем давление масла может сравниваться с пороговым давлением. Если создаваемое двигателем давление масла ниже порогового давления, то в шаге 708 могут быть приняты меры для перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания и удержания устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом. В шаге 706, если устройство фазирования распределительного вала ранее удерживалось в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте, то флаг, извещающий, что устройство фазирования распределительного вала удерживается в данном положении при незапертом стопорном штифте, может быть деактивирован в ожидании активации флага, извещающего о том, что устройство фазирования распределительного вала удерживается в данном положении с запертым стопорным штифтом. В шаге 708 могут быть выполнены шаги в соответствии со способом 710 (фиг. 7В) с целью перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания и запирания стопорного штифта. При первом условии, например, когда скорость вращения двигателя является более высокой, перемещение устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания может содержать предварительную установку устройства фазирования распределительного вала в положение с опережением относительно положения застопоривания, с определением конкретного положения на основании амплитуд и частот кулачковых кручений, например, амплитуд и частот кручений в направлении запаздывания. В этом варианте устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в положение застопоривания кулачковыми кручениями в направлении запаздывания. При втором условии, например, при более низкой скорости вращения двигателя, перемещение устройства фазирования в положение застопоривания может содержать перемещение устройства фазирования непосредственно в положение застопоривания без предварительной установки. Как при первом, так и при втором условиях удержание устройства фазирования в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом может содержать перемещение золотникового клапана из нейтральной области в область удержания с целью запирания стопорного штифта. При первом условии золотниковый клапан может перемещаться из нейтральной области в область удержания во время импульсов кулачкового кручения. При втором условии золотниковый клапан может перемещаться из нейтральной области в область удержания между импульсами кулачкового кручения. Затем может контролироваться давление масла двигателя, и если давление масла поднимется выше порогового давления, то устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в положение с незапертым стопорным штифтом, как далее описывается в способе 710.
Далее, если в шаге 704 установлено, что давление масла двигателя превышает пороговое давление, то в шагах 714, 716, 718, 722 могут анализироваться различные параметры распределительного вала, и в случае обнаружения ухудшения эксплуатационных характеристик по любому из анализируемых параметров может выполняться типовое действие. Конкретно, в шаге 714 на основании диагностики электрической цепи соленоида может проверяться, не ухудшились ли эксплуатационные характеристики соленоида золотникового клапана. В шаге 716 на основании диагностики положения кулачка может проверяться наличие рассогласования между распределительным валом и коленчатым валом. В шаге 718 на основании диагностики электрической цепи датчика положения распределительного вала может проверяться, не ухудшились ли эксплуатационные характеристики датчика положения распределительного вала. При обнаружении ухудшения эксплуатационных характеристик соленоида золотникового клапана и/или датчика положения кулачка и/или контура удержания, или при обнаружении нештатного функционирования в запретной зоне, или при приеме команды выключения двигателя при нахождении устройства фазирования в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом, в шаге 726 устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в положение застопоривания и удерживаться в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом. Кроме того, может устанавливаться флаг, извещающий о том, что устройство фазирования распределительного вала должно удерживаться в данном положении с запертым стопорным штифтом.
В одном примере, при первом условии, например, когда скорость вращения двигателя является более высокой, перемещение устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания может содержать предварительную установку этого устройства фазирования распределительного вала в положение с опережением относительно положения застопоривания, с определением конкретного положения на основании амплитуд и частот кулачковых кручений. В этом варианте устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в положение застопоривания кулачковыми кручениями в направлении запаздывания. При втором условии, например, при более низкой скорости вращения двигателя, перемещение устройства фазирования в положение застопоривания может содержать перемещение устройства фазирования непосредственно в положение застопоривания без предварительной установки. Как при первом, так и при втором условиях удержание устройства фазирования в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом может содержать перемещение золотникового клапана из нейтральной области в область удержания с целью запирания стопорного штифта. При первом условии золотниковый клапан может перемещаться из нейтральной области в область удержания во время импульсов кулачкового кручения. При втором условии золотниковый клапан может перемещаться из нейтральной области в область удержания между импульсами кулачкового кручения. Здесь указанными импульсами кручения могут быть импульсы кручения распределительного вала в направлении запаздывания.
Если ни одно из четырех условий 714, 716, 718 и 722 не выполняется, то в шаге 732 может определяться и сравниваться с пороговой температурой текущая температура масла двигателя. Указанная пороговая температура может задаваться на основании скорости распределительного вала. При низкой температуре двигателя возможно повышение вязкости гидравлического масла, что может привести к задержке реакции устройства фазирования при управлении фазой кулачкового распределения с замкнутым контуром обратной связи. Задержка реакции устройства фазирования может привести к ухудшению качества работы двигателя. Если установлено, что температура масла двигателя выше пороговой температуры, то устройство фазирования распределительного вала может в шаге 746 возобновлять функционирование под управлением фазой кулачкового распределения с замкнутым контуром обратной связи. Если устройство фазирования удерживалось в положении застопоривания с запертым или незапертым стопорным штифтом, то сначала может деактивироваться флаг, предназначенный для извещения о том, что условия допускают управление фазой кулачкового распределения при замкнутом контуре обратной связи. Функционирование с управлением при замкнутом контуре обратной связи может сначала содержать отпирание стопорного штифта, если устройство фазирования распределительного вала удерживалось в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом. Если стопорный штифт не был заперт, то функционирование под управлением при замкнутом контуре обратной связи может содержать поддержание стопорного штифта незапертым.
Если установлено, что температура масла двигателя ниже пороговой температуры, то в шаге 734 устройство фазирования распределительного вала может автоматически перемещаться в положение застопоривания и может удерживаться в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте. Затем устройство фазирования может удерживаться в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте в течение заданного временного интервала. В течение этого временного интервала может контролироваться температура масла двигателя. Если на протяжении указанного временного интервала температура масла двигателя не поднялась выше пороговой температуры, что проверяется в шаге 736, то в шаге 740 золотниковый клапан может перемещаться в область удержания с целью снижения создаваемого двигателем давления масла, действующего в стопорном контуре и запирания стопорного штифта. Как вариант, если на протяжении указанного временного интервала не принята другая команда на запирание стопорного штифта, то после истечения указанного временного интервала золотниковый клапан может автоматически перемещаться в область удержания для запирания стопорного штифта и удержания устройства фазирования в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом. В противном случае в шаге 738 устройство фазирования распределительного вала удерживается в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте. При этом, когда стопорный штифт не заперт, устройство фазирования распределительного вала может совершать колебания вокруг положения застопоривания, а не удерживается стационарно в положении застопоривания, что могло бы иметь место при запертом стопорном штифте. Таким образом, если установлено, что температура масла двигателя превысила пороговую температуру вскоре после того, как устройство фазирования распределительного вала было первоначально перемещено в положение застопоривания при незапертом стопорном штифте, то устройство фазирования распределительного вала может работать под управлением при замкнутом контуре обратной связи без выполнения вначале отпирания стопорного штифта, чем снижается время реакции на первоначальный запрос фазирования.
В одном примере способ 700 может выполняться системой двигателя, содержащей: цилиндр двигателя, содержащий клапаны; кулачки, соединенные с распределительным валом и выполненные с возможностью приведения указанных клапанов в действие; устройство фазирования распределительного вала, выполненное с возможностью изменения фаз клапана, приводимое в действие кулачковым крутящим моментом, содержащее стопорный контур со стопорным штифтом; и золотниковый клапан, приводимый в действие соленоидом и выполненный с возможностью регулирования положения указанного устройства фазирования. Система двигателя может дополнительно содержать контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в энергонезависимой памяти, обеспечивающими возможность приема команды перемещения устройства фазирования в требуемое положение; и возможность перемещения золотникового клапана в ответ на указанную команду с целью перемещения указанного устройства фазирования в требуемое положение с использованием создаваемого кулачковым крутящим моментом гидравлического давления, отличного от давления масла, создаваемого двигателем. Контроллер может затем удерживать устройство фазирования в требуемом положении при незапертом стопорном штифте в течение некоторого временного интервала, при этом стопорный штифт удерживается незапертым посредством создаваемого двигателем давления масла, действующего в стопорном контуре. Реагируя в ходе указанного удержания на падение создаваемого двигателем давления масла ниже порогового давления или на падение температуры масла ниже пороговой температуры, контроллер может перемещать золотниковый клапан в область удержания с целью снижения создаваемого двигателем давления масла, действующего в стопорном контуре, и запирать стопорный штифт. Контроллер может содержать дополнительные команды для выполняемого после истечения указанного временного интервала перемещения золотникового клапана в область удержания с целью запирания стопорного штифта. Контроллер также может принимать команду на освобождение устройства фазирования; а затем, в ответ на превышение давлением масла, создаваемым двигателем, порогового давления и на превышение температурой масла пороговой температуры, контроллер может перемещать золотниковый клапан из области удержания. Напротив, когда создаваемое двигателем давление масла ниже порогового давления или температура масла ниже пороговой температуры, контроллер может удерживать золотниковый клапан в области удержания. Указанным образом, путем избирательно осуществляемого запирания стопорного штифта при определенных условиях и удержания устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания с незапертым стопорным штифтом при остальных условиях может быть улучшено время реакции устройства фазирования распределительного вала.
Если в шаге 704 установлено, что создаваемое двигателем давление масла низкое, то чтобы гарантировать, что нештатное включение контура удержания (поз. 333 на фиг. 3) не помешает возможности контура фазирования управлять положением устройства фазирования распределительного вала, может выполняться способ 710 (фиг. 7В). Конкретно, положение золотникового клапана может смещаться в область удержания для снижения создаваемого двигателем давления масла, действующего на стопорный контур устройства фазирования, чем обеспечивается возможность запирания стопорного штифта и делается невозможным обеспечиваемое кулачковым крутящим моментом протекание гидравлической текучей среды через контуры фазирования. Способ 710 может выполняться, даже если создаваемое кулачковым крутящим моментом давление гидравлического масла, отличное от давления масла, создаваемого двигателем, достаточно высоко для того, чтобы перемещать устройство фазирования распределительного вала посредством кулачкового крутящего момента и золотникового клапана.
В шаге 746 (фиг. 7В) золотниковый клапан устройства фазирования распределительного вала перемещается в область удержания, например, посредством способа 900 на фиг. 9, и запускается таймер для измерения порогового времени ожидания. Перемещение золотникового клапана в область удержания вызывает удержание положения устройства фазирования распределительного вала с запертым стопорным штифтом, чем обеспечивается «жесткое застопоривание» положения устройства фазирования. После жесткого застопоривания устройства фазирования распределительного вала в шаге 748 выполняется контроль давления масла, создаваемого двигателем в системе ИФКР. Если создаваемое двигателем давление масла превышало заранее определенное пороговое давление масла в течение продолжительного периода времени, то способ 710 может возвращаться к диагностической программе 700, а программа 710 завершается. Если создаваемое двигателем давление масла не превышало указанное пороговое значение в течение продолжительного периода времени, то в шаге 756 может проверяться истечение порогового периода времени, прошедшего с момента запуска таймера в шаге 746. Создаваемое двигателем давление масла может непрерывно контролироваться до истечения указанного порогового периода времени. Когда указанный пороговый период времени истек, в шаге 758 для увеличения давления масла в масляной подсистеме может быть увеличена скорость холостого хода двигателя, в результате чего создаваемое двигателем давление масла, действующее на стопорный штифт в стопорном контуре, поднимается выше указанного порогового давления. Кроме того, сбрасывается таймер. Таким образом, устройство фазирования распределительного вала может удерживаться в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом до тех пор, пока создаваемое двигателем давление масла не станет достаточно высоким для того, чтобы поддерживать в стопорном контуре давление, достаточное для освобождения стопорного штифта. Указанным образом предотвращается нештатное включение контура удержания устройства фазирования распределительного вала.
На фиг. 7С представлен пример регулирования положения устройства фазирования распределительного вала посредством регулирования золотникового клапана в ответ на изменения создаваемого двигателем давления масла. Конкретно, график 760 иллюстрирует создаваемое двигателем давление масла зависимостью 770, создаваемое кулачковым крутящим моментом давление масла в устройстве фазирования зависимостью 780 и коэффициент заполнения соленоида золотникового клапана зависимостью 790. Все зависимости представлены как функции времени, отложенного по оси х. До момента t1 как гидравлическое давление, создаваемое кулачковым крутящим моментом в контуре фазирования устройства фазирования, так и зависящее от скорости вращения двигателя системное давление масла в контуре удержания и стопорном контуре устройства фазирования могут быть выше соответствующих пороговых значений. В этом периоде фаза устройства фазирования распределительного вала может регулироваться путем перемещения указанного устройства фазирования с использованием гидравлического давления, создаваемого кулачковым крутящим моментом. При этом гидравлическое давление, создаваемое кулачковым крутящим моментом, может быть отличным от гидравлического давления, создаваемого двигателем.
В момент t1 создаваемое двигателем давление масла может упасть ниже порогового давления 772, при этом создаваемое кулачковым крутящим моментом давление масла в устройстве фазирования остается выше порогового значения 782. В ответ на падение создаваемого двигателем давления масла контроллер двигателя может выполнять застопоривание устройства фазирования путем запирания стопорного штифта. Путем запирания стопорного штифта контур фазирования может быть выключен, что дает возможность избежать конкуренции между контуром фазирования и контуром удержания. Конкретно, в момент t1 для направления золотникового клапана в область удержания коэффициент заполнения золотникового клапана устройства фазирования может скачком изменяться с положения, соответствующего фазированию, на положение, соответствующее удержанию. В результате перемещения золотникового клапана в область удержания устройство фазирования распределительного вала за счет протекания гидравлической текучей среды через линии контура удержания вместо линий контура фазирования может перемещаться в среднее стопорное положение. В данном примере импульсы крутящего момента распределительного вала при перемещении распределительного вала в среднее стопорное положение могут не использоваться. Кроме того, перемещение золотникового клапана в область удержания может дополнительно снижать создаваемое двигателем давление масла в стопорном контуре, что делает возможным запирание стопорного штифта.
Между моментами t1 и t2 создаваемое двигателем давление масла может оставаться ниже порогового значения, при этом создаваемое кулачковым крутящим моментом давление масла остается выше порогового значения 782. Соответственно, в этом периоде устройство фазирования распределительного вала может удерживаться в среднем стопорном положении с запертым стопорным штифтом. В момент t2 может быть установлено, что истек пороговый временной интервал, отсчитываемый от выполненного в момент t1 запирания стопорного штифта, при этом создаваемое двигателем давление масла не повысилось. Таким образом, в момент t2 с целью способствовать увеличению давления масла двигателя может увеличиваться скорость холостого хода двигателя (не показано). Между моментами t2 и t3 вследствие увеличения скорости холостого хода двигателя создаваемое двигателем давление масла поднимается выше порогового давления 772 и до момента t3 остается превышающим пороговое давление 772. В ответ на рост создаваемого двигателем давления масла и превышение этим давлением порогового давления 772 золотниковый клапан может в момент t3 перемещаться из области удержания, что показано скачкообразным изменением коэффициента заполнения. Например, золотниковый клапан может перемещаться из области удержания в нейтральную область, в область опережения или в область запаздывания. Вследствие перемещения золотникового клапана из области удержания создаваемое двигателем гидравлическое давление в стопорном контуре устройства фазирования может повыситься, в результате чего стопорный штифт будет освобожден и станет возможным перемещение устройства фазирования распределительного вала.
При этом, если и давление масла, создаваемое двигателем, и давление масла, создаваемое крутящим моментом распределительного вала, остаются превышающими соответствующие пороговые значения, то удержания устройства фазирования распределительного вала в среднем стопорном положении может содержать выполняемое вначале перемещение золотникового клапана в область опережения или в область запаздывания с целью перемещения устройства фазирования в среднее стопорное положение посредством импульсов крутящего момента распределительного вала.
На фиг. 8 представлен способ 800 надежного освобождения стопорного штифта устройства фазирования перед запуском управления перемещением к требуемому незастопоренному положению при замкнутом контуре обратной связи. В одном примере программа на фиг. 8 может выполняться в ответ на команду фазирования, требующую освобождения стопорного штифта из углубления и перемещения устройства фазирования распределительного вала в заданное незастопоренное положение. Указанный способ содержит, в ответ на команду перемещения устройства фазирования из положения застопоривания с запертым стопорным штифтом, скачкообразное перемещение золотникового клапана из области удержания за пределы нейтральной области и медленную проводку золотникового клапана через нейтральную область при отслеживании перемещения устройства фазирования из положения застопоривания. Задание золотниковому клапану медленного перемещения через нейтральную область может снизить боковое нагружение стопорного штифта, которое возникает, когда золотниковый клапан резко изменяет положение устройства фазирования распределительного вала при еще запертом стопорном штифте. Когда на устройство фазирования распределительного вала оказывается крутящее воздействие при запертом стопорном штифте, результирующий крутящий момент может передаваться от устройства фазирования распределительного вала на стопорный штифт; этот эффект может также называться боковым нагружением. Боковое нагружение может вести к существенным ошибкам установки устройства фазирования в требуемое положение, не давая кручениям возможности перемещать устройство фазирования распределительного вала. Поэтому медленная проводка через нейтральную область может облегчать и ускорять освобождение стопорного штифта, также снижая механическую нагрузку на стопорный штифт. Это увеличивает срок службы компонентов оборудования устройства фазирования.
Способ 800 может осуществляться только при определенных условиях, которые позволяют устройству фазирования распределительного вала находиться в положении, отличном от положения застопоривания с запертым стопорным штифтом.
В шаге 802 может проверяться нахождение в данный момент устройства фазирования распределительного вала в положении с запертым стопорным штифтом. Иными словами, может проверяться, является ли устройство фазирования в данный момент жестко застопоренным. Если контроллер двигателя запросил перемещение устройства фазирования распределительного вала из положения застопоривания с запертым стопорным штифтом в новое положение и удержание устройства фазирования распределительного вала в этом новом положении, то в шаге 804 это положение удержания может задаваться в качестве целевого положения распределительного вала для этой программы фазирования. Должно быть понятно, что указанным положением удержания может быть любое значение в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала, в том числе положение с опережением или положение с запаздыванием относительно положения застопоривания. Например, если выполняется команда выключения и ожидается холодный запуск, то указанным положением удержания может быть положение с запаздыванием относительно нуля. В этом случае положение удержания, являющееся положением с запаздыванием, может обеспечить повышение эффективности двигателя при холодном запуске, т.е. при условии, в котором активное фазирование может оказаться невозможным. Если контроллер двигателя не запрашивал перемещение или удержание в определенном положении, то в шаге 806 на основании условий эксплуатации двигателя может определяться целевое положение устройства фазирования распределительного вала. Должно быть понятно, что целевым положением распределительного вала может быть любое положение в пределах диапазона хода устройства фазирования распределительного вала, в том числе положение с опережением или положение с запаздыванием относительно положения застопоривания. Например, если датчик внешней температуры свидетельствует о том, что внешняя температура очень низкая (ниже нижней пороговой температуры), то при выключении кулачки могут быть сфазированы с опережением с целью достижения компрессионного разогрева, способствующего испарению при следующем запуске. В качестве еще одного примера, если внешние условия указывают на высокую температуру (выше верхней пороговой температуры), то при выключении кулачки могут быть сфазированы с запаздыванием с целью снижения вероятности детонации в двигателе и осуществления более плавного старта при следующем запуске двигателя.
В шаге 808 целевое положение сравнивается с текущим положением устройства фазирования распределительного вала, чтобы определить, какое фазирование требуется, в направлении запаздывания или в направлении опережения. Если целевое положение устройства фазирования распределительного вала является опережающим относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала, то с целью управляемого отсоединения стопорного штифта от устройства фазирования распределительного вала могут выполняться шаги 812-822 подпрограммы 810. Если целевое положение устройства фазирования распределительного вала является запаздывающим относительно текущего положения устройства фазирования распределительного вала, то с целью управляемого отсоединения стопорного штифта от устройства фазирования распределительного вала могут выполняться шаги 832-842 подпрограммы 830. Должно быть понятно, что целевым положением устройства фазирования распределительного вала после освобождения также может быть положение застопоривания. В этом случае может задаваться коэффициент заполнения, направляющее золотниковый клапан непосредственно в нейтральную область золотникового клапана, поскольку дальнейшее фазирование может не требоваться.
Согласно подпрограмме 810, для перемещения устройства фазирования в положение в направлении опережения, сначала в шаге 812 может выполняться скачкообразное перемещение золотникового клапана из области удержания в положение с запаздыванием, находящееся вблизи нейтральной области. Затем в шаге 814 золотниковый клапан может медленно проводиться в направлении опережения через нейтральную область к области опережения. Такие факторы, как, например, скорость вращения двигателя, температура масла двигателя и др., могут влиять на скорость перемещения устройства фазирования, и поэтому данные факторы учитываются при определении скорости изменения коэффициента заполнения золотникового клапана. В одном примере скорость проводки может снижаться при увеличении давления масла двигателя и/или температуры масла двигателя и увеличиваться при увеличении скорости вращения двигателя и/или времени реакции на предыдущее освобождение. В ходе проводки золотникового клапана через нейтральную область к области опережения может выполняться непрерывное наблюдение за устройством фазирования распределительного вала на предмет поиска признака движения устройства фазирования. Проводка может продолжаться в шаге 820 до тех пор, пока в шаге 816 не будет обнаружено превышение заранее определенного порогового времени, или до тех пор, пока в шаге 818 не будут обнаружены изменения положения устройства фазирования распределительного вала, т.е., признаки движения устройства фазирования распределительного вала, свидетельствующие о том, что стопорный штифт выведен из запертого состояния. При обнаружении движения устройства фазирования распределительного вала проводка прекращается и в шаге 822 возобновляется управление коэффициентом заполнения при замкнутом контуре обратной связи (см. фиг. 5), имеющее целью направление устройства фазирования распределительного вала к заданному для него положению с опережением. Если, как вариант, возобновлять управление положением устройства фазирования распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи после истечения порогового времени, то может обеспечиваться наибольшее время ответа на запрос фазирования независимо от какого бы то ни было бокового нагружения стопорного штифта при перемещении устройства фазирования распределительного вала. При перемещении золотникового клапана в область опережения путем постепенной проводки через нейтральную область продвижение устройства фазирования в направлении опережения может быть более стабильным.
Согласно подпрограмме 830, для перемещения устройства фазирования в направлении запаздывания сначала в шаге 832 может выполняться скачкообразное перемещение золотникового клапана из области удержания в положение с опережением, находящееся вблизи нейтральной области. Затем в шаге 834 золотниковый клапан может медленно проводиться в направлении запаздывания через нейтральную область к области запаздывания. Такие факторы, как, например, скорость вращения двигателя, температура масла двигателя и др., могут влиять на скорость перемещения устройства фазирования, и поэтому данные факторы учитываются при определении скорости изменения коэффициента заполнения золотникового клапана. В одном примере скорость проводки может снижаться при увеличении давления масла двигателя и/или температуры масла двигателя и увеличиваться при увеличении скорости вращения двигателя и/или и времени реакции на предыдущее освобождение. В ходе проводки золотникового клапана через нейтральную область к области запаздывания может выполняться непрерывное наблюдение за устройством фазирования распределительного вала на предмет поиска признака движения устройства фазирования. В шаге 840 проводка может продолжаться до тех пор, пока в шаге 836 не будет обнаружено превышение заранее определенного порогового времени, или до тех пор, пока в шаге 838 не будут обнаружены изменения положения устройства фазирования распределительного вала, т.е., признаки движения устройства фазирования распределительного вала, свидетельствующие о том, что стопорный штифт выведен из запертого состояния. При обнаружении движения устройства фазирования распределительного вала проводка прекращается и в шаге 832 возобновляется управление коэффициентом заполнения при замкнутом контуре обратной связи (см. фиг. 5), имеющее целью направление устройства фазирования распределительного вала к заданному для него положению с запаздыванием. Если, как вариант, возобновлять управление положением устройства фазирования распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи после истечения порогового времени, то может обеспечиваться наибольшее время ответа на запрос фазирования независимо от возможного бокового нагружения стопорного штифта при перемещении устройства фазирования распределительного вала. При перемещении золотникового клапана в область запаздывания путем постепенной проводки через нейтральную область продвижение устройства фазирования в направлении запаздывания может быть более стабильным.
В дополнение к обеспечению извлечения стопорного штифта, программа 800, в конце проводки предписывая золотниковому клапану заканчивать фазирование в заданном направлении, также может гарантировать, что первоначальное движения устройства фазирования распределительного вала будет происходить в заданном направлении. Таким образом, программа 800 может ускорить как операцию освобождения устройства фазирования распределительного вала, так и операцию перемещения устройства фазирования распределительного вала к заданному для него положению.
Фиг. 8В иллюстрирует выполнение подпрограмм 810 и 830 соответствующими графиками 850 и 860. На обоих графиках изображены изменения коэффициента заполнения золотникового клапана в шагах 852 и 862, соответственно, как функции времени.
На графике 850 показано коэффициент заполнения 852, относящийся к освобождению устройства фазирования распределительного вала и к его перемещению в положение с опережением относительно среднего стопорного положения, как это рассмотрено для подпрограммы 810. До момента t1 коэффициент заполнения задан так, чтобы золотниковый клапан находился в области удержания, обеспечивая поддержание стопорного штифта 325 запертым в углублении 327. В момент t1 в ответ на команду фазирования в направлении опережения это коэффициент заполнения скачкообразно изменяется до значения, переводящего золотниковый клапан в режим небольшого запаздывания, как это описано для шага 812. Конкретно, золотниковый клапан перебрасывается в положение, находящееся около нейтральной области со стороны запаздывания. Затем между моментами t1 и t2 коэффициент заполнения медленно наращивают, выполняя проход через нейтральную область к области опережения с наблюдением за движением устройства фазирования распределительного вала. В момент t2 может наблюдаться внезапный сдвиг устройства фазирования распределительного вала в направлении опережения, указывающий на выход стопорного штифта из запертого состояния. Соответственно, с момента t2 может возобновляться управление коэффициентом заполнения с замкнутым контуром обратной связи с целью направить устройство фазирования распределительного вала в нужное положение с опережением, как это описано для шага 822.
На графике 860 показано коэффициент заполнения 862, относящийся к освобождению устройства фазирования распределительного вала и к его перемещению в положение с запаздыванием относительно среднего стопорного положения, как это рассмотрено для подпрограммы 830. До момента t11 коэффициент заполнения может задавать золотниковому клапану положение в области удержания с целью обеспечить поддержание стопорного штифта 325 запертым в углублении 327. В момент t11 в ответ на команду фазирования с запаздыванием этот коэффициент заполнения скачкообразно изменяется до значения, переводящего золотниковый клапан в режим небольшого опережения, как это описано для шага 832. Конкретно, золотниковый клапан перебрасывается в положение, находящееся около нейтральной области со стороны опережения. Затем между моментами t11 и t12 коэффициент заполнения медленно изменяют, выполняя проход через нейтральную область к области запаздывания с наблюдением за движением устройства фазирования распределительного вала. В момент t12 может наблюдаться внезапный сдвиг устройства фазирования распределительного вала в направлении запаздывания, указывающий на выход стопорного штифта из запертого состояния. Соответственно, с момента t12 может возобновляться управление коэффициентом заполнения с замкнутым контуром обратной связи с целью направить устройство фазирования распределительного вала в нужное положение с запаздыванием, как это описано для шага 832.
В одном примере способ 800 может выполняться системой двигателя, которая может содержать цилиндр двигателя, содержащий клапаны; кулачки, соединенные с распределительным валом и выполненные с возможностью приведения указанных клапанов в действие; устройство фазирования распределительного вала, выполненное с возможностью изменения фаз клапана, приводимое в действие кулачковым крутящим моментом, и золотниковый клапан, приводимый в действие соленоидом и выполненный с возможностью регулирования положения указанного устройства фазирования. Система двигателя может дополнительно содержать контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в энергонезависимой памяти, обеспечивающими возможность приема команды перемещения устройства фазирования из положения застопоривания в требуемое незастопоренное положение и возможность изменения, в ответ на указанную команду, коэффициента заполнения, задаваемого соленоиду, с целью скачкообразного перевода золотникового клапана из области удержания в положение, находящееся вне нейтральной области в непосредственной близости к ней, выбираемое на основании заданного направления перемещения устройства фазирования. Контроллер может затем медленно проводить золотниковый клапан через нейтральную область с наблюдением за движением устройства фазирования из положения застопоривания, при этом направление проводки также определяется на основании этого заданного направления перемещения устройства фазирования. Например, если заданным направлением перемещения устройства фазирования является направление запаздывания, то коэффициент заполнения, задаваемый для соленоида, изменяется так, чтобы золотниковый клапан скачкообразно переместился из области удержания в положение, находящееся в области опережения в непосредственной близости к нейтральной области. Если же заданным направлением перемещения устройства фазирования является направление опережения, то коэффициент заполнения, задаваемый для соленоида, изменяется так, чтобы золотниковый клапан скачкообразно переместился из области удержания в положение, находящееся в области запаздывания в непосредственной близости к нейтральной области. При этом направление проводки также может определяться на основании этого заданного направления перемещения устройства фазирования. Конкретно, если заданным направлением перемещения устройства фазирования является направление запаздывания, то золотниковый клапан может проводиться в направлении области запаздывания, а если заданным направлением перемещения устройства фазирования является направление опережения, то золотниковый клапан может проводиться в направлении области опережения. Система двигателя может дополнительно содержать датчик скорости вращения двигателя, а контроллер может содержать дополнительные команды для расчета скорости вращения двигателя на основании выходного сигнала указанного датчика скорости вращения двигателя и для увеличения скорости проводки золотникового клапана через нейтральную область по мере роста скорости вращения двигателя. Контроллер двигателя может дополнительно содержать команды для выполнения, в ответ на перемещение устройства фазирования из положения застопоривания, перемещения золотникового клапана к области запаздывания, если текущее положение устройства фазирования является опережающим относительно требуемого незастопоренного положения, и перемещения золотникового клапана к области опережения, если текущее положение устройства фазирования является запаздывающим относительно требуемого незастопоренного положения. Указанным образом устройство фазирования распределительного вала может перемещаться из положения застопоривания с запертым стопорным штифтом в незастопоренное положение так, чтобы боковое нагружение стопорного штифта могло быть снижено.
Фиг. 9 иллюстрирует способ 900 для выбора одной из подпрограмм 910 и 920 для перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания и запирания стопорного штифта в ответ на команду застопоривания. Способ 900 может выполняться при условиях, в которых управление устройством фазирования распределительного вала при замкнутом контуре обратной связи отключено, а с целью предотвращения нештатного перемещения устройства фазирования распределительного вала желательно запереть стопорный штифт. Как вариант, способ 900 может выполняться в ответ на условие выключения, в котором в число желательных положений для выключения входит положение застопоривания с запертым стопорным штифтом. Подпрограмма 910 может перемещать устройство фазирования распределительного вала в положение застопоривания и удерживать устройство фазирования распределительного вала в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте, а затем перемещать золотниковый клапан через область запаздывания в область удержания в промежутке между импульсами кручения распределительного вала. Для сравнения, подпрограмма 920 может перемещать устройство фазирования распределительного вала в положение с опережением относительно положения застопоривания и удерживать устройство фазирования распределительного вала в этом положении с опережением при незапертом стопорном штифте, а затем перемещать золотниковый клапан через область запаздывания в область удержания в течение одного или более импульсов кручения распределительного вала. Конечное положение с опережением, в котором в подпрограмме 920 удерживается распределительный вал, может определяться на основании первоначального положения кулачка и расчетных амплитуд кулачковых кручений, при этом степень опережения увеличивается с увеличением этой амплитуды.
При этом, если золотниковому клапану задано перемещение из области обычного функционирования в область удержания, к примеру, с целью перемещения устройства фазирования распределительного вала в среднее стопорное положение с запертым стопорным штифтом, то золотниковый клапан должен физически переместиться через область функционирования, которой соответствует наибольшая скорость перемещения в направлении запаздывания. Если в ходе кратковременного пересечения золотниковым клапаном области запаздывания произойдет кулачковое кручение в направлении запаздывания, то непосредственно перед достижением золотниковым клапаном области удержания может произойти быстрый сдвиг устройства фазирования распределительного вала на несколько градусов в направлении запаздывания. Таким образом, весьма вероятно, что устройство фазирования распределительного вала, уже размещенное над точкой запирания стопорного штифта, соответствующей нулевому фазированию, во время ожидания запирания стопорного штифта фактически окажется сдвинутым в направлении запаздывания и будет оставаться там до тех пор, пока гидравлический контур удержания не переместит его обратно к точке запирания стопорного штифта.
В еще одном примере, если область удержания является смежной с областью опережения, то чтобы переместить устройство фазирования распределительного вала в среднее стопорное положение с запертым стопорным штифтом, золотниковый клапан должен физически переместиться через область функционирования, которой соответствует наибольшая скорость перемещения в направлении опережения. Если в ходе кратковременного пересечения золотниковым клапаном области опережения произойдет кулачковое кручение в направлении опережения, то непосредственно перед достижением золотниковым клапаном области удержания может произойти быстрый сдвиг устройства фазирования распределительного вала на несколько градусов в направлении опережения. Таким образом, весьма вероятно, что устройство фазирования распределительного вала, уже размещенное над точкой запирания стопорного штифта, соответствующей нулевому фазированию, во время ожидания запирания стопорного штифта фактически окажется сдвинутым в направлении опережения и будет оставаться там до тех пор, пока гидравлический контур удержания не переместит его обратно к точке запирания стопорного штифта.
Подпрограмма 910 может выбираться при первом множестве условий эксплуатации, например, при более низкой скорости вращения двигателя. Напротив, подпрограмма 920 может выполняться при втором, отличающемся множестве условий эксплуатации, например, при более высокой скорости вращения двигателя. Кроме того, контроллер двигателя может переключаться между подпрограммами 910, 920 в ответ на изменение скорости вращения двигателя. Например, контроллер может переходить от подпрограммы 910 к подпрограмме 920 в ответ на увеличение скорости вращения двигателя. В еще одном примере контроллер может переходить от подпрограммы 920 к подпрограмме 910 в ответ на уменьшение скорости вращения двигателя.
Способ 900 содержит, в шаге 904, определение скорости вращения двигателя. В одном примере скорость вращения двигателя может определяться на основании выходного сигнала датчика скорости вращения двигателя. В шаге 906, чтобы определить, является ли скорость вращения двигателя более низкой или более высокой, скорость вращения двигателя может сравниваться с пороговым значением. На основании скорости вращения двигателя может выбираться подпрограмма для перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания и запирания стопорного штифта, подпрограмма 910 или подпрограмма 920. Хотя программа 900 делает выбор между выполнением подпрограмм 910 и 920 на основании скорости вращения двигателя, подпрограмма 920 может выполняться при любой скорости вращения двигателя. В другом примере выбор между подпрограммами 910 и 920 может осуществляться на основании других критериев, например, нагрузки на двигатель. При этом одна из подпрограмм 910 или 920 может быть задана в качестве подпрограммы по умолчанию, а другая подпрограмма может выполняться только при определенных условиях, например, когда одновременно и скорость, и нагрузка выше или ниже соответствующих пороговых значений.
Конкретно, если установлено, что скорость вращения двигателя ниже порогового значения, то может выполняться подпрограмма 910. При низкой скорости вращения двигателя импульсы кручения интенсивнее, чем при высоких скоростях вращения. Кроме того, эти импульсы могут быть дальше разнесены во времени. Поскольку подпрограмма 910 основана на выборе моментов перемещения золотникового клапана таким образом, чтобы избежать появления импульсов нештатного перемещения в направлении запаздывания, эта подпрограмма может быть предпочтительной в режиме с малой частотой вращения. Кроме того, интенсивные импульсы кручения в режиме с малой частотой вращения могут затруднить корректное предварительное перемещение устройства фазирования распределительного вала в требуемое положение, поскольку в этом режиме неравномерность амплитуды импульсов кручения может быть более высокой. Поэтому при более низкой скорости вращения двигателя выполнение способа 920 может оказаться более трудным.
Если установлено, что скорость вращения распределительного вала превышает пороговое значение, то может выполняться подпрограмма 920. Поскольку основным принципом подпрограммы 920 является перемещение золотникового клапана во время импульсов кручения, эта подпрограмма может быть предпочтительной в режиме с высокой частотой вращения, где больше возможностей для сдвига вследствие большей частоты импульсов. Кроме того, низкая интенсивность импульсов кручения вне режима с низкой частотой вращения может сделать предварительное позиционирование устройства фазирования распределительного вала более простым из-за меньшей неравномерности амплитуд импульсов кручения в этой области.
Подпрограмма 910 описывает способ, который в ответ на запрошенное фазирование распределительного вала в положение застопоривания с запертым стопорным штифтом может перемещать золотниковый клапан таким образом, чтобы устройство фазирования распределительного вала переместилось в положение застопоривания и удерживалось в этом положении застопоривания при незапертом стопорном штифте, а затем может перемещать золотниковый клапан в область удержания из положения вне области удержания, делая это в промежутках между импульсами кручения распределительного вала.
В шаге 912 подпрограмма 910 содержит, перед перемещением золотникового клапана в область удержания с целью застопоривания устройства фазирования, перемещение золотникового клапана с целью перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания. В число таких перемещений может входить перемещение золотникового клапана в область запаздывания, когда устройство фазирования распределительного вала расположено с опережением относительно положения застопоривания, и перемещение золотникового клапана в область опережения, когда устройство фазирования распределительного вала расположено с запаздыванием относительно положения застопоривания.
Контроллер может управлять перемещением золотникового клапана таким образом, чтобы золотниковый клапан перемещался в область удержания из положения вне области удержания между импульсами кручения распределительного вала. Указанным положением вне области удержания может быть положение в нейтральной области, в области опережения или в области запаздывания золотникового клапана. Как указано при рассмотрении шага 912, перед перемещением в область удержания золотниковому клапану может быть задано такое перемещение, чтобы устройство фазирования распределительного вала с использованием кулачкового крутящего момента перемещалось в положение застопоривания с незапертым стопорным штифтом. В одном примере устройство фазирования может находиться в положении с запаздыванием относительно положения застопоривания, и в данном случае золотниковый клапан может перемещаться в область опережения до тех пор, пока устройство фазирования не окажется в положении застопоривания. В еще одном примере устройство фазирования может находиться в положении с опережением относительно положения застопоривания, и в данном случае золотниковый клапан может перемещаться в область запаздывания до тех пор, пока устройство фазирования не окажется в положении застопоривания. Затем устройство фазирования распределительного вала может удерживаться в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте путем перемещения золотникового клапана в нейтральную область. Перемещение золотникового клапана в нейтральную область может осуществляться до импульса кручения, чем не допускается дальнейшее перемещение устройства фазирования распределительного вала. Золотниковый клапан может удерживаться в нейтральной области до шага 918.
В шаге 914 контроллер может принимать данные, относящиеся к положению коленчатого вала и распределительного вала. В шаге 916 контроллер может рассчитывать фазу и амплитуду кручений в направлении запаздывания на основании положения коленчатого вала относительно положения коленчатого вала. Например, на данном двигателе кулачок данного распределительного вала может иметь фиксированное количество выступов, как показано на фиг. 10В. Как показано на фиг. 10А, при вращении распределительного вала на эти выступы через шток клапана или иные элементы сочленения, связанные со штоком клапана, могут действовать крутящие силы, порождаемые деформацией пружины клапана. У данного двигателя эти силы могут возникать в известных временных интервалах, определяемых угловым положением выступов распределительного вала. У данного двигателя и данного распределительного вала угловое положение выступов распределительного вала может иметь некоторое известное, постоянное смещение относительно опорного зуба устройства фазирования ИФКР. Угловое положение опорного зуба может определяться датчиком положения кулачка. Угловое положение, при котором возникают крутящие силы, может определяться путем измерения углового положения опорного зуба устройства фазирования ИФКР и применения к измеренному угловому положению известного постоянного смещения между опорным зубом и выступами распределительного вала. С учетом времени между импульсами и задержек на передачу сигнала в соленоид и перемещение золотникового клапана, в шаге 918 может выполняться переход из области коэффициента заполнения, соответствующей управлению при замкнутом контуре обратной связи, в область коэффициента заполнения, соответствующую удержанию, таким образом, чтобы золотниковый клапан проходил через область запаздывания в периоде времени между импульсами кручения в направлении запаздывания. До перемещения в область удержания золотниковый клапан может находиться в нейтральной области, в области опережения или в области запаздывания. Например, золотниковый клапан может удерживаться в нейтральной области до и во время одного импульса кручения и перемещаться через область запаздывания в область удержания после окончания первого импульса кручения, но до начала второго импульса кручения. После достижения золотниковым клапаном области удержания может разрешаться запирание стопорного штифта, и устройство фазирования может стопорным штифтом удерживаться в положении застопоривания.
Далее рассматривается способ 920, который в ответ на запрошенное фазирование кулачкового распределения в положение застопоривания с запертым стопорным штифтом может перемещать золотниковый клапан так, чтобы устройство фазирования распределительного вала перемещалось в положение с опережением относительно положения застопоривания; удерживать устройство фазирования в этом положении с опережением относительно положения застопоривания; а затем при возникновении импульса кулачкового кручения перемещать золотниковый клапан в область удержания. В одном примере импульсы кулачкового кручения могут быть в направлении запаздывания, и связанный с ними крутящий момент может обеспечивать перемещение устройства фазирования, удерживаемого в положении с опережением, в положение застопоривания. В шаге 922 устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в положение с опережением относительно положения застопоривания, с незапертым стопорным штифтом, путем перемещения золотникового клапана в соответствующую область. Положение с опережением, в которое перемещается устройство фазирования распределительного вала, может зависеть от текущего положения устройства фазирования, расчетных амплитуд кручений, скорости вращения двигателя и температуры масла. Например, если текущим положением устройства фазирования является положение с запаздыванием относительно положения застопоривания, то устройство фазирования распределительного вала может перемещаться в первое положение с опережением относительно положения застопоривания, а если текущим положением устройства фазирования является положение с опережением относительно положения застопоривания, то устройство фазирования распределительного вала может перемещаться из текущего положения с опережением во второе положение с опережением. Второе положение с опережением может иметь большее опережение или меньшее опережение относительно текущего положения с опережением, и второе положение с опережением может иметь большее опережение или меньшее опережение относительно первого положения с опережением. Золотниковый клапан может перемещаться в область опережения, когда текущая фаза кулачкового распределения является запаздывающей по отношению к первому или второму положению с опережением, и может перемещаться в область запаздывания, когда текущая фаза кулачкового распределения является опережающей относительно второго положения с опережением. Устройство фазирования распределительного вала может удерживаться в первом положении с опережением либо во втором положении с опережением, являющимися опережающими относительно положения застопоривания, при незапертом стопорном штифте путем перемещения золотникового клапана в нейтральную область. Перед импульсом кручения в направлении запаздывания золотниковый клапан может удерживаться в нейтральной области, а во время этого импульса кручения в направлении запаздывания может перемещаться через область запаздывания в область удержания. После достижения золотниковым клапаном области удержания может разрешаться запирание стопорного штифта, и устройство фазирования может удерживаться в положении застопоривания этим стопорным штифтом. Таким образом, путем предварительной установки устройства фазирования распределительного вала в положение с опережением, при застопоривании устройства фазирования можно устранить чрезмерное нештатное перемещение устройства фазирования в направлении запаздывания.
На фиг. 10А-В показано влияние кулачкового крутящего момента. Конкретно, на фиг. 10А изображен кулачок 1002 с одним выступом в двух различных состояниях. Слева, в состоянии 1030, кулачок 1002 представлен подвергающимся кулачковому кручению 1004 в направлении запаздывания, а справа, в состоянии 1050, кулачок 1002 представлен подвергающимся кулачковому кручению 1006 в направлении опережения. В состоянии 1030, когда вращательное движение 1010 кулачка 1002 по часовой стрелке толкает клапан 1008 вверх, на этот кулачок действует сила сопротивления пружины 1010, создающая кулачковое кручение 1004 в направлении запаздывания. Аналогично, в состоянии 1050 после прохождения кулачком 1002 углового положения, в котором пружина 1010 испытывает наибольшее сжатие, пружина 1010, разжимаясь, создает кулачковое кручение 1006 в направлении запаздывания, а клапан 1008 движется вниз.
На фиг. 10В представлен кулачок с тремя выступами 1014а-с и тремя областями 1016а-с кулачкового кручения в направлении запаздывания. Области 1016а-с кулачкового кручения в направлении запаздывания показывают области угловых положений, в которых кулачок будет испытывать кулачковое кручение в направлении запаздывания вследствие толкания клапана вверх, в 720-градусном цикле вращения коленчатого вала (не показан). Путем отслеживания углового положения коленчатого вала и синхронизации этих областей кручения в направлении запаздывания с областями в периоде вращения 1018 коленчатого вала, фазирующая система может предсказывать, в какие моменты времени будет происходить пересечение этих областей кулачкового кручения в направлении запаздывания. Эта информация затем может быть использована для точного определения момента перемещения золотникового клапана через область запаздывания, чтобы перемещение золотникового клапана происходило, когда кулачок не находится в области кулачкового кручения в направлении запаздывания.
Фиг. 11 представляет иллюстративный пример перемещения золотникового клапана в область удержания между импульсами кручения в направлении запаздывания. Конкретно, фиг. 11 содержит три графика 1110, 1120 и 1130, которые, соответственно, показывают положение устройства фазирования распределительного вала, положение золотникового клапана и коэффициент заполнения соленоида в зависимости от времени. Кривые 1112, 1122 и 1132 показывают коэффициент заполнения при направлении в область удержания, синхронизированном таким образом, что золотниковый клапан 311 проходит через область запаздывания между двумя импульсами 1102 и 1104 кручения в направлении запаздывания. Кривые 1114, 1124, и 1134 показывают коэффициент заполнения при направлении в область удержания, синхронизированном таким образом, что импульс кручения в направлении запаздывания возникает, когда золотниковый клапан 311 движется через область запаздывания к области удержания. Импульсы кручения обозначены черными кружками, например, 1102 и 1104, и возникают в различные моменты времени. Может быть понятно, что импульсы кручения могут приводить устройство фазирования распределительного вала в движение в направлении опережения или в направлении запаздывания, что обозначено положением импульса относительно «нуля» на оси независимой переменной каждого из графиков. Также можно понять, что каждый импульс кручения имеет соответствующие ему амплитуду и длительность. В этом примере для простоты все импульсы кручения имеют одинаковую амплитуду и длительность.
В примере, представленном на графике 1100, положением 1112 устройства фазирования распределительного вала до приема в момент t1 запроса перемещения в среднее стопорное положение с запиранием стопорного штифта может быть положение с опережением относительно среднего стопорного положения. Соответственно, между моментами t1 и t2 устройство фазирования может перемещаться из положения с опережением относительно положения застопоривания в положение застопоривания, а затем удерживаться в этом положении застопоривания с запертым стопорным штифтом, при этом перемещение золотникового клапана через область запаздывания в область удержания осуществляется между импульсами кручения распределительного вала. Должно быть понятно, что положение 1112 устройства фазирования распределительного вала при приеме запроса перемещения в среднее стопорное положение с запиранием стопорного штифта может находиться в любом месте диапазона хода устройства фазирования распределительного вала. В еще одном примере первоначальным положением устройства фазирования распределительного вала может быть положение с запаздыванием. В этом случае устройство фазирования может перемещаться из положения с запаздыванием относительно положения застопоривания в положение застопоривания путем перемещения золотникового клапана в область опережения и удержания устройства фазирования в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом, при этом перемещение золотникового клапана через область запаздывания в область удержания осуществляется между импульсами кручения распределительного вала. В еще одном представлении в первоначальном положении устройство фазирования распределительного вала может находиться в среднем стопорном положении при незапертом стопорном штифте. В таком представлении устройство фазирования может удерживаться в положении застопоривания при незапертом стопорном штифте, а затем стопорный штифт может запираться, при этом перемещение золотникового клапана через область запаздывания в область удержания осуществляется между импульсами кручения распределительного вала.
В каждом случае устройство фазирования распределительного вала может смещаться к положению застопоривания при незапертом стопорном штифте путем соответствующего перемещения золотникового клапана. В данном примере после момента t2 устройство фазирования распределительного вала удерживается в своем исходном положении как следствие нахождения золотникового клапана в нейтральной области. При запросе перемещения в положение застопоривания с запертым стопорным штифтом устройство фазирования распределительного вала может сначала направляться к положению застопоривания при незапертом стопорном штифте. В этом примере коэффициент заполнения задает перемещение золотникового клапана в область запаздывания, и в момент появления импульсов кручения в направлении запаздывания устройство фазирования распределительного вала может перемещаться из своего первоначального положения с опережением к среднему стопорному положению. В этом примере импульсом кручения в направлении запаздывания устройство фазирования распределительного вала было перемещено в положение с запаздыванием относительно среднего стопорного положения, и в качестве меры коррекции золотниковый клапан был направлен в область опережения, чтобы далее привести устройство фазирования распределительного вала к среднему стопорному положению. В еще одном примере золотниковый клапан может удерживаться в области запаздывания до тех пор, пока устройство фазирования распределительного вала не достигнет положения застопоривания за счет импульсов кручения в направлении запаздывания, при этом устройство фазирования распределительного вала достигает положения застопоривания из положения с опережением без прохождения вначале положения застопоривания. После того, как устройство фазирования распределительного вала достигнет среднего стопорного положения в пределах заданного допуска, золотниковый клапан до нового импульса кручения может быть направлен в нейтральную область с целью предотвратить дальнейшее перемещение устройства фазирования распределительного вала.
Как видно из кривых 1112, 1122 и 1132, в момент t4 после появления импульса 1102 кручения в направлении запаздывания, но до появления импульса 1104 кручения в направлении запаздывания коэффициент заполнения 1132 скачком переводится в область удержания. Соответственно, как показывает кривая 1122, во время импульса 1102 золотниковый клапан удерживается в нейтральном положении 1102, а между импульсами 1102 и 1104 кручения в направлении запаздывания перемещается из нейтральной области в область удержания. Этим предотвращается нештатное изменение положения 1112 устройства фазирования распределительного вала в направлении запаздывания. После достижения золотниковым клапаном области удержания может включаться контур удержания для гидравлического перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания. Затем может включаться стопорный контур, что делает возможным запирание стопорного штифта с целью застопоривания устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания. Поскольку воздействия крутящих импульсов удалось избежать, устройство фазирования при достижении золотниковым клапаном области удержания может находиться в положении застопоривания или очень близко к нему, вследствие чего запирание стопорного штифта может происходить относительно быстро. Таким образом, когда воздействие крутящих импульсов предотвращено, время, требуемое для перемещения устройство фазирования распределительного вала в положение застопоривания и запирания стопорного штифта, может быть более предсказуемым.
Как видно из кривых 1114, 1124 и 1134, если в момент t3, до возникновения импульса 1102 кручения в направлении запаздывания, коэффициент заполнения 1134 было скачком переведено в область удержания, то во время импульса 1102 золотниковый клапан, положение которого показано кривой 1122, может не остаться в нейтральном положении 1102. Вместо этого золотниковый клапан может переместиться из нейтральной области в область удержания в течение (и вследствие) импульса 1102. Как следствие, происходит нештатное изменение положения 1112 устройства фазирования распределительного вала в направлении запаздывания. После достижения золотниковым клапаном области удержания может включаться контур удержания для гидравлического перемещения устройства фазирования распределительного вала в положение застопоривания. Затем может быть задействован стопорный контур, который делает возможным запирание стопорного штифта с целью застопоривания устройства фазирования в положении застопоривания. Поскольку воздействие крутящих импульсов не предотвращено, время, требуемое для перемещения устройства фазирования в положение застопоривания при скачкообразном изменении коэффициента заполнения в момент t3, может быть больше по сравнению со случаем, когда такое изменение происходит в момент t4 (см. выброс на кривой 1112) из-за большего первоначального смещения устройства фазирования распределительного вала из среднего стопорного положения.
В одном примере система двигателя может содержать цилиндр двигателя с клапанами и коленчатым валом. Система двигателя может дополнительно содержать кулачки, которые могут быть связаны с распределительным валом с целью приведения указанных клапанов в действие; устройство фазирования распределительного вала, выполненное с возможностью изменения фаз клапана, приводимое в действие кулачковым крутящим моментом, золотниковый клапан для регулирования положения указанного устройства фазирования и контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в энергонезависимой памяти. Контроллер может содержать код для расчета моментов возникновения импульсов кручения распределительного вала в направлении запаздывания на основании положения распределительного вала относительно положения коленчатого вала; для перемещения устройства фазирования в направлении опережения в положение застопоривания и удержания устройства фазирования в положении застопоривания с незапертым стопорным штифтом, при этом перемещение золотникового клапана осуществляется между импульсами кручения с удержаниям золотникового клапана во время импульсов кручения; и для запирания стопорного штифта после перемещения устройства фазирования в направлении опережения в положение застопоривания. Конкретно, золотниковый клапан может быть связан с соленоидом, а перемещение золотникового клапана может содержать регулирование коэффициента заполнения, задаваемого для соленоида. Кроме того, перемещение устройства фазирования в направлении опережения в положение застопоривания путем перемещения золотникового клапана может содержать выполняемое вначале перемещение золотникового клапана в область опережения до тех пор, пока устройство фазирования не переместится в положение застопоривания. Затем, когда устройство фазирования находится в положении застопоривания, контроллер может до первого импульса кручения перемещать золотниковый клапан в нейтральную область, удерживать золотниковый клапан в нейтральной области во время первого крутящего импульса, а затем до второго крутящего импульса, следующего за первым крутящим импульсом, перемещать золотниковый клапан из нейтральной области в область удержания. Контроллер может содержать дополнительные команды для отпирания стопорного штифта перед перемещением золотникового клапана из области удержания в область опережения или в область запаздывания с целью изменения фазы кулачкового распределения.
Фиг. 12 представляет иллюстративный пример 1200 перемещения золотникового клапана в область удержания в течение крутящих импульсов и с их использованием. Графики 1210 и 1220, соответственно, описывают положение 1212 устройства фазирования распределительного вала и положение 1222 золотникового клапана в зависимости от времени.
Первоначально, до момента t1, устройство фазирования распределительного вала может находиться в любом месте в пределах своего диапазона хода с незапертым стопорным штифтом. При этом золотниковый клапан может находиться в любом месте в пределах области функционирования, соответствующей фазированию при замкнутом контуре обратной связи. В этом примере устройство фазирования распределительного вала первоначально находится в положении с запаздыванием, а золотниковый клапан находится в нейтральной области. Затем в момент t1 устройство фазирования распределительного вала направляется в положение застопоривания в направлении с опережением фазы, и соответственно этому перемещается золотниковый клапан. Конкретнее, сначала золотниковый клапан перемещается в область опережения, и несколько импульсов кручения в направлении опережения (в данном случае два импульса) перемещают устройство фазирования распределительного вала через среднее стопорное положение в положение с опережением. Затем между моментами t1 и t2, чтобы немного сместить устройство фазирования распределительного вала в направлении запаздывания, золотниковый клапан перемещается в положение небольшого запаздывания, и после одного импульса кручения в направлении запаздывания устройство фазирования распределительного вала достигает требуемого положения с опережением фазы.
Для поддержания устройства фазирования распределительного вала в этом положении золотниковый клапан в момент t2 перемещают в нейтральную область. Затем в момент t3 золотниковый клапан может принимать команду на перемещение в область удержания с целью включения контура удержания, и в результате этого перемещения золотникового клапана устройство фазирования распределительного вала перемещается в среднее стопорное положение и стопорный штифт запирается. В ходе движения золотникового клапана через область большого запаздывания после момента t3 происходит импульс 1204 кручения в направлении запаздывания, перемещающий устройство фазирования распределительного вала в положение с запаздыванием, близкое к среднему стопорному положению. Должно быть понятно, что в последовательных итерациях данной программы импульсы кручения в направлении запаздывания при прохождении золотникового клапана через область запаздывания могут отсутствовать. В еще одном примере импульсы кручения в направлении запаздывания могут перемещать устройство фазирования распределительного вала в положение, все еще являющееся опережающим относительно среднего стопорного положения. В еще одном примере импульсы кручения в направлении запаздывания могут перемещать устройство фазирования распределительного вала в положение со значительным запаздыванием относительно среднего стопорного положения. В случае импульсов кручения в направлении запаздывания при нахождении золотникового клапана в области большого запаздывания может иметь место множество крутящих импульсов в направлении запаздывания. Золотниковый клапан входит в область удержания в момент t4, после того, как произошел импульс 1204 кулачкового кручения в направлении запаздывания, и в этот момент гидравлический контур удержания принимает на себя управление положением 1212 устройства фазирования распределительного вала, направляет устройство фазирования распределительного вала к нейтральному или среднему стопорному положению и запирает стопорный штифт.
Указанным образом при запросе перемещения в среднее стопорное положение и запирания стопорного штифта для более точного перемещения устройства фазирования распределительного вала становится возможным использование кручений в направлении запаздывания, теперь ведущих к среднему стопорному положению, а не от среднего стопорного положения.
Чтобы предотвратить нештатное функционирование в области удержания, желательно определить верхнюю границу области удержания, т.е., коэффициент заполнения соленоида, совпадающий с верхней границей области удержания. Эта верхняя граница области удержания может в настоящем документе называться «максимальным коэффициентом заполнения, соответствующим удержанию». Это коэффициент заполнения определяется путем медленного увеличения коэффициента заполнения и наблюдения за фактическим положением распределительного вала. Коэффициент заполнения, при котором распределительный вал начинает сдвигаться из среднего стопорного положения, что свидетельствует об освобождении стопорного штифта, и будет максимальным коэффициентом заполнения, соответствующим удержанию.
На фиг. 13 показана программа 1300 для адаптивного нахождения значений, определяющих область коэффициента заполнения соленоида, которая задает золотниковому клапану положение в области, в которой включен и контур 333 удержания, и контур фазирования при замкнутом контуре обратной связи. Эти адаптивно найденные границы данной области могут затем использоваться для задания перемещений золотникового клапана. Данная область в настоящем документе может называться «запретной зоной» или «переходной областью» между областью удержания и областью запаздывания золотникового клапана. В еще одном примере, когда область удержания является смежной с областью опережения, запретная зона может находиться между областью удержания и областью опережения золотникового клапана. При этом точное картирование данной зоны дает возможность снизить некорректное перемещение устройства фазирования. Конкретнее, когда включены и контур фазирования, и контур удержания, при управлении положением устройства фазирования распределительного вала эти контуры могут конкурировать, и, как следствие, устройство фазирования может перемещаться некорректным и непредсказуемым образом. Определение границ переходной области может быть основано на перемещении устройства фазирования из положения застопоривания с запертым стопорным штифтом, а это перемещение может быть результатом постепенного изменения коэффициента заполнения соленоида.
В шаге 1302 программа содержит определение условий эксплуатации двигателя с целью подтверждения того, что эти условия пригодны для картирования запретной зоны. Например, если двигатель еще не обкатан, находится в состоянии после перепрошивки модуля или после отключения батареи, то может быть полезно картирование запретной зоны, поскольку границы этой области, возможно, еще не найдены с достаточным качеством. В еще одном примере с момента последнего картирования могло быть пройдено пороговое расстояние или мог пройти пороговый временной интервал, и картирование запретной зоны может быть полезно для снижения возможного дрейфа. В еще одном примере может иметь место отключение подачи топлива при замедлении, и в двигателе может не осуществляться зажигание; в этом случае картирование запретной зоны может разрешаться из-за наличия возможности того, что оптимальное планирование может не запрашивать выполнение операции фазирования распределительного вала с застопориванием на остаток ездового цикла, если устройство фазирования распределительного вала при последнем выходе из положения застопоривания было включено при условиях, неидеальных для отыскания запретной зоны. В еще одном примере запрос на перемещение золотникового клапана в область опережения может не ожидаться в течение заранее определенного периода времени, при этом может быть уместным картирование запретной зоны. В еще одном примере может иметь место запрос на удержание устройства фазирования распределительного вала в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом в течение времени, превышающего второй пороговый временной интервал; в этом случае может быть уместным картирование запретной зоны. В еще одном примере недавно могло быть обнаружено нештатное функционирование золотникового клапана в запретной зоне, и для уменьшения такого нештатного перемещения может требоваться картирование запретной зоны. Указанное нештатное функционирование золотникового клапана в запретной зоне может обнаруживаться на основании превышения ошибкой положения устройства фазирования заданного порогового значения. Если в шаге 1302 условия картирования не выполняются, то программа завершается. Если в шаге 1302 условия картирования выполняются, то двигатель с целью картирования переходной области может входить в специальный режим поиска, при этом картирование переходной области осуществляется на основании перемещения устройства фазирования из положения застопоривания при перемещении золотникового клапана через переходную область.
В шаге 1304, после запуска режима поиска, контроллер двигателя может проверять, было ли в текущем ездовом цикле транспортного средства найдено номинальное значение максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию. Этим номинальным значением максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию, может быть самое последнее расчетное значение наибольшего коэффициента заполнения, при котором контур удержания включен. Это наибольшее значение коэффициента заполнения, при котором включен контур удержания, может напрямую соответствовать заданию коэффициента заполнения в области удержания, при котором скорость фазирования посредством контура удержания является наименьшей. Выше указанного номинального значения максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию, может быть включен только фазирующий контур при замкнутом контуре обратной связи. Если указанное значение в текущем ездовом цикле транспортного средства еще не было найдено, то в шаге 1330 может выполняться картирование при разомкнутом контуре обратной связи с целью определения этого значения коэффициента заполнения, и это значение в шаге 1332 может сохраняться в таблице соответствия для последующего использования. Должно быть понятно, что в одном варианте реализации программы 1300 при адаптивном поиске границ запретной зоны может использоваться фиксированное номинальное значение максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию, тогда как в другом варианте реализации программы 1300 при адаптивном поиске границ запретной зоны может уточняться предыдущий вариант указанного фиксированного номинального значения максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию.
Если номинальное значение максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию, было найдено, то в шаге 1306 коэффициент заполнения соленоида может скачкообразно изменяться на положение, с уверенностью находящееся в пределах области удержания, например, на 0%. Значение, на которое скачкообразно меняется коэффициент заполнения, может определяться на основании текущей границы между переходной областью и областью запаздывания; эта граница может быть найдена при картировании 1330 с разомкнутым контуром обратной связи. Затем в шаге 1308 значение коэффициента заполнения может медленно наращиваться от области удержания через переходную область к области запаздывания с постоянной положительной скоростью. Должно быть понятно, что в другом примере область удержания может быть смежной с областью опережения, а не с областью запаздывания, и значение коэффициента заполнения может медленно наращиваться от области удержания через переходную область к области запаздывания с постоянной положительной скоростью. Такое увеличение может продолжаться до тех пор, пока в шаге 1310 не будет обнаружено перемещение устройства фазирования из положения застопоривания. Перемещение устройства фазирования из положения застопоривания может указывать на то, что золотниковый клапан больше не находится в области удержания, поскольку устройство фазирования больше не удерживается в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом. Этим перемещением устройства фазирования может быть перемещение в направлении запаздывания, если смежной с областью удержания является область запаздывания, или в направлении опережения, если смежной с областью удержания является область опережения.
При обнаружении перемещения устройства фазирования из положения застопоривания наращивание коэффициента заполнения может быть прекращено. Значение коэффициента заполнения, при котором впервые обнаружено перемещение в направлении запаздывания или опережения, может в шаге 1312 сохраняться в памяти контроллера, а в шаге 1314 из памяти может извлекаться номинальное значение максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию.
На основании обнаруженного в шаге 1310A перемещения устройства фазирования может быть найдена новая граница между областью удержания и переходной областью и новая граница между переходной областью и областью запаздывания. Должно быть понятно, что в другом примере переходная область может находиться между областью удержания и областью опережения. На основании этих новых границ могут уточняться текущие границы между областью удержания и переходной областью и между переходной областью и областью запаздывания. В одном примере текущие границы могут уточняться на основании функции разности между найденными новыми границами и соответствующими текущими границами, при этом указанная функция содержит суммирование и/или умножение. Конкретно, в шаге 1316 на основании разности между значением коэффициента заполнения, при котором было впервые обнаружено перемещение в направлении запаздывания, и номинальным значением максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию, может определяться смещение. Указанное извлеченное номинальное значение коэффициента заполнения может быть скорректировано в шаге 1318 на основании определенного указанным образом корректирующего смещения с целью получения верхней границы значений коэффициента заполнения, которые могут задаваться для включения контура удержания. Эта верхняя граница может рассматриваться как уточненная граница между областью удержания и переходной областью, и может соответствовать заданию наименьшей скорости фазирования внутри области удержания. Если перемещение устройства фазирования в шаге 1310 произошло раньше, чем ожидалось, т.е., при более низком значении коэффициента заполнения, чем ожидалось на основании текущей границы, то уточненная граница может находиться при более низком значении, чем текущая граница. Если перемещение устройства фазирования в шаге 1310 произошло позже, чем ожидалось, т.е., при более высоком значении коэффициента заполнения, чем ожидалось на основании текущей границы, то уточненная граница может находиться при более высоком значении, чем текущая граница.
В шаге 1320 указанное сохраненное значение коэффициента заполнения, при котором впервые было обнаружено перемещение в направлении запаздывания, может использоваться в качестве нижнего предела для значений коэффициента заполнения, которые могут задаваться при управлении устройством фазирования с замкнутым контуром обратной связи. Этот нижний предел может считаться уточненной границей между переходной областью и областью запаздывания, и может соответствовать наибольшей задаваемой скорости фазирования внутри области запаздывания. Если перемещение устройства фазирования в шаге 1310 произошло раньше, чем ожидалось, т.е., при более низком значении коэффициента заполнения, чем ожидалось на основании текущей границы, то уточненная граница может находиться при более низком значении, чем текущая граница. Если перемещение устройства фазирования в шаге 1310 произошло позже, чем ожидалось, т.е., при более высоком значении коэффициента заполнения, чем ожидалось на основании текущей границы, то уточненная граница может находиться при более высоком значении, чем текущая граница. Таблица соответствия, которая, помимо прочей информации, может содержать значения коэффициента заполнения для различных скоростей перемещения в направлении запаздывания, в шаге 1322 может уточняться с использованием найденных верхней и нижней границ; данным шагом режим поиска и способ 1300 завершаются. Уточненные границы могут затем использоваться при отдании команд в устройство фазирования, например, команд перемещения устройства фазирования из положения застопоривания в положение с запаздыванием, из положения с опережением в положение с запаздыванием или команд иных перемещений, в которых используется функционирование золотникового клапана в области удержания или в области запаздывания.
На фиг. 14 представлен графический пример работы в разных областях коэффициента заполнения. На графике 1400 показана скорость фазирования, т.е., скорость изменения положения устройства фазирования распределительного вала во времени, как функция значения коэффициента заполнения соленоида. Кривая 1402 описывает фазирующую активность, обусловленную гидравлической активностью в контуре удержания, а кривая 1404 описывает фазирующую активность, обусловленную гидравлической активностью в контуре фазирования. Гидравлическая активность в контуре удержания может вызывать фазирование в направлении опережения или в направлении запаздывания в зависимости от исходного положения устройства фазирования распределительного вала. Например, если контур удержания активирован при нахождении устройства фазирования распределительного вала в положении с опережением, то контур удержания, чтобы направить устройство фазирования распределительного вала к положению застопоривания, может задавать скорость фазирования в направлении запаздывания. В еще одном примере, если контур удержания активирован при нахождении устройства фазирования распределительного вала в положении с запаздыванием, то контур удержания, чтобы направить устройство фазирования распределительного вала к положению застопоривания, может задавать скорость фазирования в направлении опережения. Должно быть понятно, что значения коэффициента заполнения могут разделяться на пять областей 1410, 1412, 1414, 1416, 1418, которые, соответственно, могут считаться областью удержания, запретной зоной или переходной областью, областью запаздывания, нейтральной областью и областью опережения. Должно быть понятно, что в другом примере смежной с переходной областью и нейтральной областью, т.е., находящейся на том месте, где показана область запаздывания, может быть область опережения, а область запаздывания может быть смежной только с нейтральной областью, т.е., находящейся на том месте, где показана область опережения.
Как обсуждалось выше, областью 1410 удержания может считаться область значений коэффициента заполнения, при которых гидравлическая активность имеет место только в контуре удержания. Запретной зоной 1412 может считаться область значений коэффициента заполнения, при которых гидравлическая активность имеет место и в контуре удержания, и в контуре фазирования. Областью запаздывания 1414 может считаться область значений коэффициента заполнения, при которых устройство фазирования распределительного вала может приводиться в движение в направлении запаздывания во время импульсов кручения в направлении запаздывания. Нейтральной областью 1416 может считаться область значений коэффициента заполнения, при которых и линия запаздывания, и линия опережения в контуре фазирования перекрыты, что предотвращает приведение в движение импульсами кручения. Областью опережения 1418 может считаться область значений коэффициента заполнения, при которых устройство фазирования распределительного вала может приводиться в движение в направлении опережения во время импульсов кручения в направлении опережения.
Должно быть понятно, что в области удержания величина скорости фазирования может уменьшаться с увеличением значения коэффициента заполнения. Кроме того, можно видеть, что в области запаздывания величина скорости фазирования может увеличиваться с уменьшением значения коэффициента заполнения. Номинальным значением максимального коэффициента заполнения, соответствующего удержанию, может считаться значение 1420 коэффициента заполнения, т.е., текущая граница между областью удержания и переходной областью. Первое обнаружение перемещения устройства фазирования распределительного вала в направлении запаздывания, как описано для шага 1310, может иметь место при коэффициенте заполнения 1406. В представленном варианте графика 1400 обнаружение перемещения в направлении запаздывания в шаге 1406 можно считать более поздним, чем ожидалось на основании текущих границ 1420, 1430 переходной области. Соответственно, обе границы могут уточняться с переносом к более высоким значениям 1422, 1432. В еще одном варианте реализации графика 1400 обнаружение перемещения в направлении запаздывания в шаге 1406 можно считать более ранним, чем ожидалось на основании текущих границ 1420, 1430 переходной области. Соответственно, уточненные границы 1422, 1432 могут располагаться ниже текущих границ. Таким образом, задаваемое наименьшее удержание, используемое для золотникового клапана, т.е., значение коэффициента заполнения, соответствующее наименьшей скорости фазирования посредством контура удержания, может быть ограничено на основании уточненной границы 1422 между областью удержания и переходной областью. Кроме того, задаваемое наибольшее запаздывание, используемое для золотникового клапана, т.е., значение коэффициента заполнения, соответствующее наибольшей скорости фазирования в направлении запаздывания, может быть ограничено на основании уточненной границы 1432 между переходной областью и областью запаздывания. Эти уточненные границы могут использоваться при последующем отдании команд фазирования. Например, если уточненная граница между переходной областью и областью запаздывания ниже, чем предыдущая граница, то последующие команды для скоростей фазирования в направлении запаздывания могут быть связаны с меньшими значениями коэффициента заполнения. В еще одном примере, если уточненная граница между переходной областью и областью запаздывания выше, чем предыдущая граница, то последующие команды для скоростей фазирования в направлении запаздывания могут быть связаны с более высокими значениями коэффициента заполнения.
Способ 1400 может быть осуществлен с использованием системы двигателя, содержащей цилиндр двигателя, содержащий клапаны; кулачки, соединенные с распределительным валом и выполненные с возможностью приведения указанных клапанов в действие; устройство фазирования распределительного вала, выполненное с возможностью изменения фаз клапана, приводимое в действие кулачковым крутящим моментом; золотниковый клапан, приводимый в действие соленоидом и выполненный с возможностью регулирования положения указанного устройства фазирования; и контроллер с сохраненными в энергонезависимой памяти машиночитаемыми командами для приема команды перемещения устройства фазирования из положения застопоривания в требуемое незастопоренное положение и для расчета невязки между фактическим незастопоренным положением устройства фазирования и требуемым незастопоренным положением. В ответ на превышение указанной невязкой порогового значения контроллер может переходить в режим поиска с направлением устройства фазирования в положение застопоривания, который выполняется с целью уточнения карты переходной области между областью удержания и областью запаздывания золотникового клапана на основании перемещения устройства фазирования из положения застопоривания при движении золотникового клапана через переходную область. В еще одном примере, если область удержания является смежной с областью опережения, то переходная область может находиться между областью удержания и областью опережения золотникового клапана. Принятыми командами для перемещения устройства фазирования из положения застопоривания в требуемое незастопоренное положение могут быть команды, задающие положение внутри области удержания или области запаздывания диапазона хода золотникового клапана. Контроллер двигателя может содержать дополнительные команды для выполнения после уточнения карты коррекции команды, используемой для перемещения устройства фазирования из положения застопоривания в требуемое положение. В одном примере уточняется команда перемещения в то же самое незастопоренное положение. Таким образом можно избежать команд коэффициентов заполнения, при которых включен и контур удержания, и гидравлический контур.
Фиг. 15 представляет способ 1500 для индикации ухудшения эксплуатационных характеристик устройства фазирования распределительного вала на основании превышения колебаниями кулачкового крутящего момента порогового значения, причем указанные колебания кулачкового крутящего момента определяются при нахождении золотникового клапана вне запретной зоны. В ответ на такую индикацию золотниковый клапан может перемещаться в область удержания с целью перемещения устройства фазирования в положение застопоривания и удержания устройства фазирования в положении застопоривания с запертым стопорным штифтом. Колебания кулачкового крутящего момента могут превышать пороговое значение вследствие одновременной гидравлической активности и в контуре удержания, и в контуре фазирования. Указанная одновременная активность может быть следствием нештатного направления золотникового клапана в запретную зону или следствием неисправностей оборудования контура удержания, например, утечки масла. Например, утечка масла может происходить, в дополнение к ухудшению эксплуатационных характеристик зазора ротора, из-за ухудшения эксплуатационных характеристик контрольного клапана, золотникового клапана или клапана удержания.
Ухудшение эксплуатационных характеристик золотникового клапана, контрольного клапана или клапана удержания может содержать ухудшение эксплуатационных характеристик уплотнения на одном или более из этих клапанов. Способ основан на измерении амплитуд импульсов кручения кулачков; эти амплитуды, когда включены и контур удержания и фазирующий контур при замкнутом контуре обратной связи, являются более высокими по сравнению с ситуацией, когда включен только фазирующий контур при замкнутом контуре обратной связи.
В шаге 1502 определяются условия эксплуатации двигателя и проверяется, постоянны ли требуемое и фактическое положения устройства фазирования распределительного вала, равно как является ли постоянной скорость вращения двигателя. При этом адаптивное определение характеристик кулачковых кручений может разрешаться, только если условия устройства фазирования распределительного вала и скорости вращения двигателя постоянны. В одном примере скорость вращения двигателя может считаться постоянной, если изменение скорости вращения двигателя меньше порогового значения. Аналогично, положение устройства фазирования распределительного вала может считаться постоянным, если изменение положения устройства фазирования распределительного вала меньше порогового значения.
После подтверждения условий неизменного состояния может проверяться, не находится ли коэффициент заполнения соленоида в данный момент в запретной зоне. После установления в шаге 1504 факта того, что коэффициент заполнения соленоида не направляет золотниковый клапан в запретную зону, контроллер в шаге 1508 может измерять амплитуды или величины импульсов кулачкового кручения. Если золотниковый клапан не находится в запретной зоне, то он может находиться в области запаздывания, в нейтральной области или в области опережения. Может рассчитываться средняя величина кручения для каждого зуба на шестерне распределительного вала для нескольких оборотов распределительного вала, и может вычисляться показатель для межпиковой амплитуды частоты и амплитуды кулачковых кручений кручения на каждом зубе. Указанная частота кручений пропорциональна скорости вращения двигателя. Амплитуда кручений является функцией скорости вращения двигателя: эта амплитуда уменьшается с ростом скорости вращения двигателя. Эти данные могут в шаге 1508 сравниваться с номинальным кручением на каждом зубе как функцией скорости вращения двигателя, которое получают из таблицы соответствия. Указанные номинальные значения кручения могут уточняться на основании функции разности между найденными новыми границами и соответствующими текущими границами, при этом указанная функция содержит суммирование и/или умножение. В представленном примере уточнение может содержать определение в шаге 1510 корректирующего смещения на основании разности между значениями измеренного кручения и указанного номинального кручения. Это смещение может в шаге 1512 применяться к указанному номинальному значению и сохраняться в качестве базового значения амплитуды для конкретной скорости вращения двигателя. Указанное базовое значение амплитуды может считаться уточненным номинальным значением и в дальнейшем может использоваться как базовое значение для порогового значения амплитуды кручения. Этим завершается раздел адаптивного поиска или картирования в программе 1500.
В шаге 1514 может измеряться текущая межпиковая вариация кулачкового кручения. Эти измерения могут выполняться при любых условиях эксплуатации двигателя, в том числе и при работе золотникового клапана в запретной зоне. В шаге 1516 амплитуда этих импульсов кулачкового кручения может сравниваться с базовым значением амплитуды, умноженным на коэффициент допуска. В одном примере по измерениям текущей межпиковой вариации кулачкового кручения может рассчитываться средняя амплитуда межпиковой вариации кулачкового кручения как функция положения кулачка и скорости вращения двигателя. Если указанное мгновенное значение межпиковой вариации кручения превышает базовое значение амплитуды, умноженное на коэффициент допуска, то в шаге 1518 может сообщаться об ухудшении эксплуатационных характеристик оборудования контура удержания или о нештатном пребывании коэффициента заполнения соленоида в запретной зоне. В противном случае в шаге 1524 может сообщаться об отсутствии ухудшения эксплуатационных характеристик. Разграничение между нештатным функционированием в запретной зоне и ухудшением эксплуатационных характеристик оборудования контура удержания может выполняться на основании характеристик вариаций кулачкового кручения отдельного зуба. В еще одном примере об ухудшении эксплуатационных характеристик оборудования контура может сообщаться, когда функционирование происходит при коэффициенте заполнения, существенно более высоком, чем верхнее коэффициент заполнения картированной запретной зоны, или когда функционирование происходит при коэффициенте заполнения, существенно более низком, чем коэффициент заполнения картированной запретной зоны, а в противном случае может сообщаться о нештатном пребывании коэффициента заполнения в запретной зоне. Ухудшение эксплуатационных характеристик оборудования контура удержания может привести к нештатному включению контура удержания во время управления устройством фазирования при замкнутом контуре обратной связи. Например, если ухудшение эксплуатационных характеристик привело к потере давления масла в контуре удержания, то управляемый клапан может подавать масло в масляный контур удержания одновременно с подачей золотниковым клапаном масла в контур фазирования при замкнутом контуре обратной связи.
В шаге 1520 в ответ на сигнал ухудшения эксплуатационных характеристик устройство фазирования распределительного вала может направляться в положение застопоривания с запертым стопорным штифтом с целью предотвращения конкуренции между контуром удержания и контуром фазирования. Этим направлением прекращается управление положением распределительного вала с замкнутым контуром обратной связи. Кроме того, на основании указанного сигнала ухудшения эксплуатационных характеристик в шаге 1518 может устанавливаться флаг, указывающий на то, что управление при замкнутом контуре обратной связи при текущих условиях эксплуатации двигателя неприемлемо или запрещено.
В одном примере система двигателя может содержать цилиндр двигателя, содержащий клапаны; кулачки, соединенные с распределительным валом и выполненные с возможностью приведения указанных клапанов в действие; датчик положения кулачка, связанный с каждым кулачком; датчик скорости вращения двигателя; устройство фазирования распределительного вала, выполненное с возможностью изменения фаз клапана, приводимое в действие кулачковым крутящим моментом; золотниковый клапан, приводимый в действие соленоидом и выполненный с возможностью регулирования положения указанного устройства фазирования; и контроллер с сохраненными в энергонезависимой памяти машиночитаемыми командами для картирования вариаций кулачковых кручений как функции скорости вращения двигателя и положения кулачка, когда скорость вращения двигателя неизменна и когда золотниковый клапан направлен в область запаздывания или область опережения, и для сообщения об ухудшении эксплуатационных характеристик устройства фазирования в ответ на превышение мгновенным значением вариации кручений кулачка при данной скорости вращения двигателя порогового значения, которое определяется на основании указанного картирования. В этой системе акт сообщения об ухудшении эксплуатационных характеристик устройства фазирования может содержать акт сообщения об ухудшении эксплуатационных характеристик компонента контура удержания устройства фазирования. Кроме того, указанное пороговое значение, определяемое на основании картирования, может содержать пороговое значение, определяемое на основании средней амплитуды картированных вариаций кулачковых кручений при данной скорости вращения двигателя и на основании множителя. Контроллер двигателя может содержать дополнительные команды для выполняемого в ответ на указанное сообщение прекращения управления положением кулачка при замкнутом контуре обратной связи с сохранением управления положением кулачка при разомкнутом контуре обратной связи. Таким образом, нештатного включения контуров удержания и фазирования вследствие неисправности оборудования или нештатного попадания коэффициента заполнения в запретную зону можно избежать путем запрета включения контура фазирования.
Указанным образом может быть повышена надежность и точность функционирования приводимого в действие кулачковым крутящим моментом устройства фазирования изменения фаз кулачкового распределения, чем повышается качество работы двигателя. Техническим результатом активного направление золотникового клапана устройства фазирования в область удержания в ответ на низкое давление гидравлической текучей среды (например, масла) является то, что может быть предотвращено вступление управления положением ИФКР в конфликт с нештатным включением масляного контура запаздывания вследствие низкого давления масла. Вместо этого при условиях низкого давления масла в системе, до тех пор, пока в системе не восстановится достаточное давление масла, течение гидравлической текучей среды разрешается только через контур удержания, но не через контур фазирования. Тем самым не допускается присутствие конкурирующего течения масла через линии контура фазирования. Технический результат перемещения золотникового клапана с учетом моментов времени, в которые происходят кулачковые кручения в направлении запаздывания, состоит в возможности уменьшения паразитных сдвигов положения в направлении от требуемого положения, создаваемых кручениями распределительного вала в направлении запаздывания. Тем самым повышается определенность корректировок положения устройства фазирования ИФКР. Как вариант, если предварительно установить устройство фазирования распределительного вала в положение с опережением относительно среднего стопорного положения, то кулачковые кручения в направлении запаздывания, если они действительно возникнут в ходе перемещения золотникового клапана через область запаздывания, смогут способствовать перемещению устройства фазирования распределительного вала ближе к положению, пребывание в котором необходимо для запирания стопорного штифта. Путем снижения частоты паразитных изменений положения, возникающих вследствие прохождения золотникового клапана через область запаздывания, время, связанное с запиранием стопорного штифта устройства фазирования ИФКР, может быть сделано более определенным. Кроме того, путем избирательного отпирания стопорного штифта устройства фазирования распределительного вала, осуществляемого только тогда, когда коэффициент заполнения задает минимальные значения коррекции фазы, может обеспечиваться более надежное выведение стопорного штифта устройства фазирования распределительного вала из запертого состояния перед возобновлением обычного фазирования. Тем самым снижается боковое нагружение устройства фазирования вследствие резких изменений фазы. Кроме того, путем выполняемого при наличии возможности картирования областей и границ между областями золотникового клапана задание коэффициента заполнения для золотникового клапана может быть сделано более точным. Тем самым снижаются погрешности управления положением устройства фазирования. Кроме того, реакция устройства фазирования на задание положения золотникового клапана может быть сделана более определенной. В целом за счет снижения погрешностей, связанных с нештатными и паразитными изменениями положения устройства фазирования распределительного вала, может быть повышено качество работы системы ИФКР.
Следует учесть, что содержащиеся здесь примеры программ управления и расчета могут быть использованы с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Программы, конкретно раскрытые здесь, могут представлять одну или более стратегий из неограниченного числа стратегий обработки, например, стратегию на основе обработки событий, обработки прерываний, многозадачной обработки, многопотоковой обработки и т.п. При этом различные показанные действия, операции или функциональные модули могут выполняться в показанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут пропускаться. Аналогично, указанный порядок обработки не обязательно необходим для реализации всех раскрытых здесь особенностей и преимуществ примерных вариантов осуществления, но приведен для упрощения пояснения и описания. Одно или более из показанных действий или функций может выполняться многократно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код для записи на машиночитаемый носитель информации в системе управления двигателя.
Должно быть понятно, что раскрытые здесь конфигурации и программы по своей сути являются примерами, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не должны пониматься в ограничивающем смысле, поскольку возможны многочисленные разновидности. Например, вышеописанная технология может быть применена к двигателям типов V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-хцилиндровому и к двигателям других типов. Объект настоящего изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие раскрытые здесь особенности, функции и/или свойства.
Нижеприведенная формула изобретения конкретно указывает определенные комбинации и подкомбинации, полагаемые новыми и неочевидными. В этой формуле изобретения может упоминаться «некоторый» элемент, «первый» элемент либо его эквивалент. Такую формулу изобретения следует понимать так, что содержится один или более таких элементов, при том, что содержание двух или более таких элементов не требуется и не исключается. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых особенностей, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены как объект изобретения путем изменения данной формулы изобретения или путем представления новой формулы изобретения в этой заявке или в родственных заявках. Такая формула изобретения, будь она шире, уже, совпадая или отличаясь по объему от оригинальной формулы изобретения, также считается содержащейся в объекте настоящего изобретения.