CN101852137A - 一种混合动力车发动机的节气门系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力车发动机的节气门系统，包括：节气门，控制发动机启动、工作、停止的发动机控制器，用于根据发动机控制器的操作来控制节气门开度的节气门控制装置，其特征在于：当发动机控制器控制所述发动机成功启动前，节气门在节气门控制装置的控制下一直处于关闭状态。本发明采用以上所述技术方案，在混合动力车发动机启动时，节气门控制装置控制节气门一直处于关闭状态，从而减少进入发动机气缸内的空气，使得发动机压缩冲程中的缸压变小，因此发动机在运转时产生的载荷也就减小，从而减小了发动机启动时的冲击，降低了扭转振动，从而有效地压制了发动机启动过程中噪音的产生。

Description

一种混合动力车发动机的节气门系统及其控制方法

技术领域

本发明总体上涉及发动机的节气门控制，更具体的说，本发明涉及发动机启动时降低噪音的节气门系统和控制方法。

背景技术

随着科技的不断发展，能源危机的出现，以及人们对环境保护意识的逐渐加强，混合动力车已经悄悄走进人们的生活。相比于传统的燃油车来讲，混合动力车具有无可比拟的优势，如减少了排放、解决了因石油缺乏带来的能源危机等，但混合动力车比传统燃油车多了一个电机系统，因此混合动力车的机构比较复杂。因其电机系统又要和发动机系统联合起来工作，众所周知，传统燃油车在启动时废气排放较为严重，而且油耗较多，混合动力车为了解决在发动机启动时尾气排放的问题，通常先用起动电机带动发动机转速达到一定的转速，然后再控制发动机喷油点火，以此来解决解决发动机低转速运行时废气排放较多的问题，同时减小了油耗。

如普遍已知的，供应给发动机的空气量在设在该发动机的进气通路中的节气门处进行调节，目前的混合动力车虽然能够解决发动机启动时的废气排放问题，但是在发动机启动时的噪音问题一直是一个普遍存在的问题，因为在实际启动发动机的过程中，传统混合动力车发动机的节气门会保持一种自然态，即节气门在发动机的进气系统中会保持有一个开度，当电机带动发动机到某一转速范围时，由于发动机给电机带来的负载脉动非常大，尤其在压缩冲程电机所做的功与进气冲程或者排气冲程中电机所做的功相差很大，因此这种克服载荷做功的不均匀性就会演变为发动机及其所属部件的振动，从而产生噪音，而且随着发动机转速的上升，这种脉动就越强烈，以致达到与机械零部件的共振状态，在发动机的启动过程中产生更大的噪音。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种混合动力车的发动机节气门系统，在发动机启动时，通过控制此节气门系统来达到降低发动机启动噪音的目的。

本发明的另一个目的是提供一种控制上述混合动力车发动机节气门系统的方法，通过此方法来控制混合动力车发动机的节气门系统，从而达到在发动机启动时降低发动机的启动噪音的目的。

本发明所采用的技术方案是：

一种混合动力车发动机的节气门系统，包括：节气门，控制发动机启动、工作、停止的发动机控制器，所述节气门系统还包括用于根据发动机控制器的操作来控制节气门开度的节气门控制装置，当发动机成功启动前，节气门控制装置控制节气门一直处于全关闭状态。

一种用于混合动力车发动机的节气门系统的控制方法，该节气门系统包括节气门，控制发动机启动、工作、停止的发动机控制器，用于根据所述发动机控制器的操作来控制节气门开度的节气门控制装置，该控制方法包括以下步骤：

发动机控制器发送启动请求；

发动机控制器控制发动机进行氧加热；

发动机控制器控制发动机转速为零；

发动机启动请求被车辆主控器接受，发动机控制器控制发动机开始启动，并控制节气门控制装置使其控制节气门处于全关闭状态；

当发动机控制器检测到发动机转速达到其内部设定的目标转速时，控制发动机进行喷油点火，成功启动发动机。

本发明采用以上所述技术方案，在混合动力车发动机启动时，节气门控制装置控制节气门一直处于关闭状态，从而减少进入发动机气缸内的空气，使，使得发动机压缩冲程中的缸压变小，这样相对于发动机的吸气冲程和排气冲程的压力差就会减小，因此发动机在运转时产生的载荷也就减小，从而减小了发动机启动时的冲击，降低了扭转振动，从而有效地压制了发动机启动过程中噪音的产生，同时提高了发动机及其所属零部件的使用寿命。

附图说明

图1为混合动力车上电机与发动机的连接框架示意图；

图2为本发明一种实施例的结构框架图；

图3为本发明一种实施例的工作流程图；

具体实施方式

下面，将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

如图1所示，现在传统的混合动力车具有两套动力源，即发动机和电机，一般来说，当混合动力车上的动力电池电量不足或者车辆需要较大功率输出的时候，混合动力车的车辆控制器或者总控装置会控制电机带动发动机启动从而使发动机进行相应的工作，而不像传统燃油车一样通过发动机本身带有的起动电机来带动发动机启动，为了缓解发动机与电机之间的冲击，作为一种优选的实施方案，在发动机和电机之间设有一扭转盘，这样在发动机启动的时候，扭转盘会吸收发动机与电机之间因转速差而产生的冲击及振动，有利于发动机的平顺启动，减少对车辆因发动机启动而带来的冲击振动。

图2所示为本发明混合动力车发动机节气门系统的一种实施例的结构框架图，包括：

节气门，其开度可以自由调节，以此来控制由外界进入发动机气缸内的空气，当节气门处于全关闭状态时，此时进入发动机气缸内的空气量最少，当节气门处于全开状态时，此时进入发动机汽缸内的空气量最多；

发动机控制器，用来控制发动机启动、运转、停止等工作；

节气门控制装置，用于根据所述发动机控制器的操作方式来控制节气门开度以调节进入发动机汽缸内的空气量；

发动机控制器可以随时检测发动机的工作状态，并根据混合动力车辆的需求及时调整发动机的工作状态以满足混合动力车辆的需求，因此发动机与发动机控制器之间是一种协调和被协调的关系，发动机控制器时刻控制及监控发动机的工作状态并根据混合动力车辆的需求及时调整发动机的工作状态以满足混合动力车辆的要求；而发动机则在发动机控制器的控制下进行相应的工作并向发动机控制器及时反馈其相应的工作状态。

节气门系统还包括节气门开度传感器，所述节气门开度传感器可以安装在任何便于检测节气门开度的位置，如节气门所在处。节气门控制装置根据发动机控制器的操作方式来控制节气门的开度，通过节气门开度传感器检测节气门的开度信号，并将此信号传递到节气门控制装置，节气门控制装置控制节气门开度的整个过程是在发动机控制器的控制及监控下进行的。

节气门控制装置可以是传统车辆上使用的控制节气门开度的控制装置，在所述发动机控制器内进行相应的编程，使得在发动机启动的时候通过发动机控制器内的相应程序控制节气门控制装置进行相应的动作，然后节气门控制装置控制节气门一直处于全关闭状态，如，在发动机启动的时候，发动机控制器中相应的程序输出一个高电平或者低电平信号，然后此信号可以控制一个动力源如电机进行相应的动作然后带动节气门处于全关闭状态；作为一种优选的方案，节气门控制装置可以另设一套控制装置，此套控制装置包含一个控制端和一个工作端，其控制端可以为按钮或者开关等驾驶员可以触及的，工作端可以现有的车辆上使用的连杆机构或者其他传动机构，如涡轮蜗杆机构，齿轮齿条机构等，当发动机启动的时候，驾驶员可以通过触及按钮或者开关使相应的传动机构工作，控制节气门处于全关闭状态。优选地，连杆机构的第一驱动杆可以抵靠在按钮或者开关上，当驾驶员触及按钮或者开关时驱动第一驱动杆运动，第一驱动杆驱动与其相连的其他连杆，最后由与节气门相连的连杆来驱动节气门处于全关闭状态。

此处的发动机优选为四冲程发动机。当混合动力车上需要发动机工作的时候，发动机控制器会发送启动请求到整车控制单元，整车控制单元接收到请求后会对整车的需求进行相应的检测，当检测到确实有此需求时，整车控制单元接受发动机控制器的启动请求，控制发动机开始做相应的启动预备动作，如，对发动机整体进行故障检测、对发动机进行氧加热等。当这些条件满足后，整车控制单元会控制电机对发动机进行启动操作。同时发动机控制器接收到对发动机的启动命令后通过控制节气门控制装置来控制节气门一直处于锁死，即全关闭状态，直到发动机成功启动。

因目前传统的混合动力车在发动机启动时，为了减少对环境的污染，降低排放，通用的做法是：控制电机带动发动机转动，直到发动机的转速达到目标转速，此时发动机控制器控制发动机进行喷油点火。上述目标转速是发动机怠速运行最平稳，最好控制，排放废气最少，噪音较低的转速点，针对不同的混合动力车该目标转速会有所不同，不同的混合动力车都有其内设的目标转速，针对不同的混合动力车的发动机的目标转速的范围为700-1200r/min，此方案中，发动机的目标转速优选为950-1050r/min。混合动力车辆的整车控制器在接收并允许发动机的启动请求后开始控制电机带动发动机转动，并迅速把发动机的转速拖到目标转速或者以上，然后控制发动机进行喷油点火，成功启动发动机。这里所说的发动机成功启动是指控制发动机喷油点火并正常运转。

发动机启动时，发动机控制器先控制节气门控制装置将电子节气门的开度锁为0，即全关闭状态，这样进入发动机汽缸内的空气量最少，其作用在于：减小进入发动机汽缸内的空气量，从而减小进气压力，形成气缸低压状态，一方面减少了克服发动机的活塞在压缩冲程所做的功，另一方面也减小了做功冲程中发动机对活塞所做的功。由于发动机在进气冲程时进气门是打开的，在排气冲程时排气门是打开的，缸体内外压差一致，所需要做的功较压缩冲程和做功冲程少的多，所以相比于发动机启动时整个节气门打开的情况，发动机在整个运行过程中发动机输给电机的平均阻力和阻力变化幅度得到有效减小，阻力波形更为平滑，所产生的冲击减小，因此达到平顺启动电机负载的目的，从而降低了扭转振动，有效地降低了噪音的产生。同时电机可以轻易带动发动机的转速达到目标转速，提高了发动机、电机及其所述零部件的使用寿命。

如果在发动机的启动过程中，节气门是处于打开状态的，进入发动机气缸内的气体就会明显增多，缸压也就明显变大，电机载荷也就随之变大，由于四冲程发动机的进气冲程和排气冲程中，有一个气门是打开的，缸压约同于外界大气压力，电机载荷小，而压缩冲程和做功冲程中，两个气门是关闭的，在发动机活塞达到气缸上止点时，缸压可能是外接气压的数十倍甚至数百倍，此时，发动机瞬间给予电机极大的冲击载荷，从而产生很大的噪音，并缩短了零部件的使用寿命。同时在电机带动发动机运转达到目标转速的过程中，这种压力或者载荷忽大忽小，发动机转矩的大小是不断交替变化的。由于启动时发动机转矩周期变化的频率是不断增大的，在某一转速范围很有可能与周围组件及传动系统的自振频率相重合，这样就会产生共振，使噪音达到最大，也就形成了发动机运转过程中的噪音区，势必会给发动机带来极大的冲击及振动，影响发动机及其所属零部件的使用寿命。

混合动力车发动机启动时，节气门系统的具体工作步骤如图3所示，当混合动力车由纯电动状态转到混合动力状态，或者当需要启动发动机进行工作时，所述发动机控制器执行步骤S110，向车辆的总控制器，如整车控制器或电机控制器发送发动机启动请求，然后进入下一步S112对发动机进行氧加热，当发动机控制器检测到对发动机的氧加热完成时便会进入下一个步骤S116，判断发动机的当前转速是否为零；如果发动机控制器检测到对发动机的氧加热还没有完成则会进入步骤S118，从而继续对发动机进行氧加热直到氧加热完成。当发动机控制器检测到发动机当前转速如果为零则进入下一个步骤S120，车辆的总控制器允许发动机启动，发动机控制器控制发动机开始启动，并同时控制节气门控制装置来执行将节气门的开度锁为0，即此时，节气门控制装置控制节气门处于全关闭状态。如果发动机控制器检测到当前发动机的转速不为零，则会执行步骤S122，即，发动机控制器会控制发动机停止运转，将发动机的转速变为零然后再进入步骤S120启动发动机，同时控制节气门处于全关闭状态，这样电机就会拖动发动机开始运转，并且进入下一个步骤S124，即，发动机控制器随时检测发动机的转速，当发动机控制器检测到电机拖动发动机的转速达到其内部设定的目标转速时，即发动机喷油点火所需的转速，则进入步骤S128，控制发动机开始喷油点火并成功启动发动机使发动机进入正常运转状态；当发动机控制器检测到电机拖动发动机的转速未达到其内部设定的目标转速时会进入步骤S130，继续控制电机拖动发动机运转直到发动机的转速达到目标转速。

当发动机成功启动后，系统便会进入下一个步骤S132，节气门控制装置在发动机控制器的控制下会控制节气门进入正常控制状态，即像传统的发动机节气门系统一样，在发动机控制器的控制下节气门随发动机各种工况的运行而进行相应开度调节，因此也就相应地完成了发动机的启动。

其中，为了顺利完成混合动力车中发动机的成功启动，所述发动机内部可以设有对氧加热进行信息采集的氧加热传感器，对发动机转速信息进行采集的转速传感器及对节气门开度进行检测的节气门开度传感器等。

通过以上技术方案，在混合动力车发动机的启动过程中通过控制节气门处于全关闭状态，降低了发动机启动过程中的启动噪音，减小了发动机及电机的振动，同时增长了发动机及其所属零部件的使用寿命。

Claims (10)

1.一种混合动力车发动机的节气门系统，所述节气门系统包括：节气门，控制所述发动机启动、工作、停止的发动机控制器，其特征在于，所述节气门系统还包括用于根据所述发动机控制器的操作来控制所述节气门开度的节气门控制装置，当发动机成功启动前，所述节气门控制装置控制所述节气门一直处于全关闭状态。

2.根据权利要求1所述的节气门系统，其特征在于，所述节气门控制装置包括一控制端和工作端，所述控制端为一按钮或者开关，所述工作端为可控制节气门处于全关闭状态的传动机构。

3.根据权利要求2所述的节气门系统，其特征在于，所述传动机构为连杆机构，所述连杆机构的一个工作端抵靠在所述按钮或者开关上，所述连杆机构的另一个工作端与节气门相连。

4.一种用于混合动力车发动机的节气门系统的控制方法，所述节气门系统包括节气门，控制所述发动机启动、工作、停止的发动机控制器，用于根据所述发动机控制器的操作来控制所述节气门开度的节气门控制装置，所述控制方法包括以下步骤：

所述发动机控制器发送启动请求；

发动机控制器控制发动机进行氧加热；

发动机控制器控制发动机转速为零；

发动机启动请求被车辆主控器接受，发动机控制器控制发动机开始启动，并控制节气门控制装置使其控制节气门处于全关闭状态；

当发动机控制器检测到发动机转速达到其内部设定的目标转速时，控制发动机进行喷油点火，成功启动发动机。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述发动机成功启动是指发动机进行喷油点火并正常运转。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当发动机氧加热没有完成时，发动机控制器控制对发动机继续进行氧加热直到氧加热完成。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，发动机氧加热完成后，发动机控制器判断发动机的当前转速是否为零，如果不为零则控制停止发动机，使其速度为零；

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在发动机启动过程中，所述发动机控制器检测到发动机转速没有达到其内部设定的启动转速时，发动机控制器会再次检测发动机的转速，直到发动机转速达到其内部设定的转速，然后发动机控制器控制发动机进行喷油点火。

9.根据权利要求8所述的节气门系统，其特征在于，所述内部设定转速的转速范围为700-1200r/min。

10.根据权利要求9所述的节气门系统，其特征在于，所述内部设定转速为950-1050r/min。

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