CN103147847A - 米勒循环发动机系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种米勒循环发动机系统及其控制方法，所述米勒循环发动机系统包括机动增压器和米勒循环发动机，其具有低压缩和高爆发，所述米勒循环发动机具有安装在其上的所述机动增压器以在操作机动增压器的过程中由于操作可变气门装置利用扫气现象来改进发动机的低转数性能，并且通过车辆的齿轮齿数比的减速来改进燃料效率，所述可变气门装置为可变气门正时，可变气门升程和可变气门持续时间的装置。

Description

米勒循环发动机系统及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月7日提交的韩国专利申请第10-2011-0129994号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及米勒循环发动机系统及其控制方法，更具体地，涉及可通过采用利用了机动增压器的米勒循环发动机来改进发动机性能和燃料效率的米勒循环发动机系统及其控制方法。
背景技术
通常，根据典型的车辆，外部空气流入发动机室中，流入的空气和燃料以适当的比例混合，且空气-燃料混合物在发动机中燃烧。
已经公开了用于进一步改进发动机的操作效率的技术。
阿特金森（Atkinson）发动机是这样的一种发动机，其中内燃机的进气冲程的尺寸不同于爆发冲程的尺寸。根据这种阿特金森发动机，由于爆发冲程保持为大于进气冲程，并且气缸压力（所述气缸压力在最初排气冲程的过程中高于大气压力）被提取为功，因此可获得大约10%的燃料效率改良效果。
为了根据发动机的操作条件改进操作性能，使用连续可变气门正时(CVVT)装置。连续可变气门正时装置通过借助发动机操作时在油泵中产生的液压压力来调节进气门和排气门的打开和关闭时间，从而改进发动机的性能。
为了在通过驱动发动机而产生动力的过程中获得所需的发动机输出和燃烧效率，需要提供足够量的外部空气，且存在增压器作为供给空气用于燃烧以提高发动机燃烧效率的装置。
增压器利用发动机的动力通过风扇的旋转压缩空气，并供给经压缩的空气。
此时，根据典型的通过接收发动机的动力而操作的机械增压器，如果发动机的转数高，则增压器接收足够的旋转力并适当地压缩空气，而如果发动机的转数中等或低，则增压器接收不足的旋转力，且其压缩程度降低从而使得发动机的操作改良效果下降。
在应用阿特金森发动机或连续可变气门正时（CVVT）装置的发动机中使用现有的机械增压器的情况下，现有的机械增压器仅通过接收发动机的旋转力而操作，由此不可能使得阿特金森发动机（其中进气冲程与爆发冲程的尺寸彼此不同）或连续可变气门正时装置（其中通过调节气门打开/关闭时间而使得排气门的操作状态不同）的特性利用得以最大化。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
因此，本发明已经既解决了现有技术中产生的上述问题，同时又完整地保持了由现有技术所实现的优点。
本发明的各个方面提供采用机动增压器装置的米勒循环发动机系统和用于车辆的方法，其能够通过将电动机（其旋转对应于驾驶者的扭矩要求）连接至车辆的增压器的传动轴，从而在对应于阿特金森循环发动机的特性和操作的最佳条件下操作增压器。
本发明的各个方面提供采用机动增压器装置的米勒循环发动机系统和用于车辆的方法，其可使增压器能够通过电动机（所述电动机的操作对应于驾驶者的扭矩要求）进行操作，甚至在发动机的转数低的情况下也是如此，由此可改进发动机的低速操作过程中的操作效率和燃料效率。
本发明的各个方面提供米勒循环发动机系统，其包括机动增压器和米勒循环发动机（具有低压缩和高爆发），所述米勒循环发动机具有安装在其上的所述机动增压器以在操作所述机动增压器的过程中由于操作可变气门装置（可变气门定时，可变气门升程和可变气门持续时间）利用扫气现象来改进发动机的低转数性能，并且通过车辆的齿轮齿数比的减速来改进燃料效率。
所述机动增压器可通过电池的电力加以驱动。
所述米勒循环发动机可包括空气滤清器，所述空气滤清器将空气供给到所述机动增压器；中间冷却器，所述中间冷却器对通过所述机动增压器压缩的空气进行冷却，并将经冷却的空气供给到所述发动机；旁通气门，所述旁通气门控制气流使得在操作所述增压器的过程中经压缩的空气流入所述发动机中并防止回流至所述空气滤清器中，或者使得在操作节流气门的过程中经压缩的空气回流以防止噪声发生；进气凸轮，所述进气凸轮控制空气-燃料混合物向所述发动机的进气；排气凸轮，所述排气凸轮控制燃烧气体从所述发动机的排出；电动机，所述电动机提供用于所述机动增压器的空气压缩所需要的动力；电池，所述电池向所述电动机提供电力；发动机转数传感器，所述发动机转数传感器检查所述发动机的转数；加速踏板传感器，所述加速踏板传感器检查驾驶者的加速踏板操作的程度；和控制单元，所述控制单元根据所述发动机转数传感器和所述加速踏板传感器的输出值控制所述进气凸轮、排气凸轮和电动机的操作。
本发明的各个方面提供控制米勒循环发动机系统的方法，所述方法包括：检查发动机操作状态；通过驾驶者的加速踏板操作提高驾驶者所需的扭矩；如果驾驶者所需的扭矩高于阿特金森发动机的性能，则操作机动增压器；如果驾驶者所需的扭矩高于可变气门装置（可变气门正时，可变气门升程和可变气门持续时间）操作之前的性能，则操作进气凸轮和排气凸轮；通过操作所述进气凸轮和排气凸轮来形成米勒循环使得驾驶者所需的扭矩与实际车速一致；并且如果驾驶者所需的扭矩在发动机的常速或减速操作过程中被释放，则关闭所述机动增压器。
使得驾驶者所需的扭矩与实际车速一致的步骤可使所述进气凸轮提前并使所述排气凸轮延迟从而使得所述机动增压器的性能得以最大化。
在检查发动机操作状态的步骤中，所述发动机操作状态可包括空转状态和常速操作状态。
如上所述，根据本发明，车辆的增压器可通过将电动机（其旋转对应于驾驶者所需的扭矩）连接至增压器的传动轴，在对应于阿特金森循环发动机或者采用连续可变气门正时装置的发动机的特性和操作的最佳条件下操作，由此可改进发动机的操作效率。
此外，机动增压器通过电动机（所述电动机的操作对应于驾驶者所需的扭矩）进行操作，甚至在发动机的转数低的情况下也是如此，由此可改进发动机的低速操作过程中的操作效率和燃料效率。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1是显示根据本发明的示例性米勒循环发动机系统的构造的方框图。
图2为流程图，其图解了控制根据本发明的米勒循环发动机系统的示例性方法。
附图中每个元件的附图标记
10：空气滤清器            20：中间冷却器
30：节流气门本体          40：旁通气门
50：进气凸轮              60：排气凸轮
110：机动增压器           120：发动机转数传感器
130：加速踏板传感器       140：控制单元。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
参照图1，根据本发明的各个实施例的米勒循环发动机系统包括中间冷却器20、旁通气门40、进气凸轮50、排气凸轮60、电动机M、电池B、机动增压器110、发动机转数传感器120、加速踏板传感器130和控制单元140。
参照图2，控制根据本发明的各个实施例的米勒循环发动机系统的方法包括：检查发动机操作状态（S110），检查加速踏板状态（S120），操作机动增压器（S130），检查可变气门装置（可变气门正时，可变气门升程和可变气门持续时间）之前的性能（S140），形成米勒循环（S150），并关闭机动增压器（S160）。
参考图1和2，将描述本发明的构造和操作。
根据本发明的各个实施例的机动米勒循环发动机系统包括机动增压器110和米勒循环发动机（具有低压缩和高爆发），所述米勒循环发动机具有安装在其上的机动增压器110以在操作机动增压器110的过程中由于操作可变气门装置（可变气门定时，可变气门升程和可变气门持续时间）利用扫气现象来改进发动机的低转数性能并且通过车辆的齿轮齿数比的减速来改进燃料效率。
亦即，根据基于本发明的各个实施例的机动米勒循环发动机系统，机动增压器110安装在米勒循环发动机上以通过操作增压器110来改进低速扭矩，形成米勒循环以改进发动机的自身效率，并由此改进燃料效率。
在下文中，将描述根据本发明的各个实施例的机动米勒循环发动机系统的构造元件。
在下文中，将描述机动米勒循环发动机系统的构造元件。
机动增压器110压缩来自外部的气流，并将经压缩的空气通过进气凸轮50供给发动机。
亦即，从外部流动通过空气管道的空气经由空气滤清器10纯化，受到机动增压器110挤压，并通过中间冷却器20冷却，从而经由节流气门本体30流入发动机中。此时，将供给的空气与燃料混合为空气-燃料混合物，并通过进气凸轮50供给到发动机的燃烧室以待燃烧。将由于在燃烧室中的燃烧而产生的燃烧气体通过排气凸轮60排放至外部。
米勒循环发动机（具有低压缩和高爆发）包括空气滤清器，所述空气滤清器将空气供给到所述机动增压器；中间冷却器，所述中间冷却器对通过所述机动增压器压缩的空气进行冷却，并将经冷却的空气供给到所述发动机；旁通气门，所述旁通气门控制气流使得在操作所述增压器的过程中经压缩的空气流入所述发动机中并防止回流至所述空气滤清器中，或者使得在操作节流气门的过程中经压缩的空气回流以防止噪声发生；进气凸轮，所述进气凸轮控制空气-燃料混合物向所述发动机的进气；排气凸轮，所述排气凸轮控制燃烧气体从所述发动机的排出；电动机M，所述电动机M提供用于所述机动增压器的空气压缩所需要的动力；电池B，所述电池B向所述电动机提供电力；发动机转数传感器，所述发动机转数传感器检查所述发动机的转数；加速踏板传感器，所述加速踏板传感器检查驾驶者的加速踏板操作的程度；和控制单元，所述控制单元根据所述发动机转数传感器和所述加速踏板传感器的输出值控制所述进气凸轮、排气凸轮和电动机M的操作。
此时，节流气门本体30调节流入发动机中的空气的量。此时，如果通过驾驶者的操作关闭了节流气门，则空气（通过空气滤清器10纯化并通过机动增压器110进行挤压）不能够通过节流气门本体30供给到发动机，而是回流至机动增压器110和中间冷却器20。此时，可能产生噪声，因为回流空气撞击机动增压器110的叶片。然而，根据其中中间冷却器20的前端与空气滤清器（空气滤清器的空气入口侧）10的后端通过连接管连接并且在该连接管的中间形成旁通气门40的构造，当关闭节流气门时，打开旁通气门40以防止回流空气进入增压器的喘振区域并防止产生噪声。
将描述根据本发明的各个实施例的主要构造元件的操作。
如果驾驶者启动发动机以驱动车辆，则通过发动机转数传感器120检查发动机操作状态（S110）。接着，将对应于检测值的信号从发动机转数传感器120输出。
控制单元140接收由发动机转数传感器120输出的信号，检查发动机操作状态，并输出对应于发动机操作状态的控制信号（S110）。
如果发动机转数保持恒定（发动机空转操作状态或车辆正常行驶状态），则控制单元140不进行单独的控制，而是无需帮助地保持典型的发动机操作状态。
如果驾驶者在启动车辆发动机之后操作加速踏板，则加速踏板传感器130测量加速踏板的操作程度，并输出对应于测量值的信号（S120）。
此时，操作加速踏板意味着需要通过驾驶者的发动机操作而预先确定的扭矩。据此，加速踏板的操作程度对应于驾驶者所需扭矩的程度。
将从加速踏板传感器130输出的信号输入控制单元140。
控制单元140根据从加速踏板传感器130输入的信号来检查加速踏板操作程度，并根据检查的结果开启对机动增压器110的操作（S130）。
首先，根据来自加速踏板传感器130的输入信号，控制单元140确定驾驶者所需的扭矩是否大于在典型发动机操作状态中可获得的扭矩（S132）。如果所需的扭矩大于在典型发动机操作状态中可获得的扭矩，则控制单元140输出电动机控制信号以操作连接至机动增压器的电动机M。操作电动机M以开启对机动增压器110的操作（S134）。
控制单元140输出电动机控制信号以操作电动机M使得转数对应于驾驶者所需的扭矩。此外，控制单元140根据发动机转数以及驾驶者所需的扭矩来控制电动机M的操作。
电动机M提供操作机动增压器110所需的驱动力。电动机M接收由电池B供给的电力。此时，在电池B中，连接至车辆发动机的发电机的输出电力被充满。优选的是车辆发电机具有额定输出。
此外，如果确定了驾驶者所需的扭矩大于在典型发动机操作状态中可获得的扭矩，则优选的是通过提前进气凸轮50和延迟排气凸轮60（S136）来最大化扫气作用（S140）以增加重叠。
接着，在进气后的压缩过程中，形成延迟时间直至进气门关闭的米勒循环以改进燃料效率（S150）。
此时，通过控制单元140控制进气凸轮50的提前和排气凸轮60的延迟。亦即，控制单元140通过对控制进气凸轮50和排气凸轮60的操作的液压回路的控制来控制进气凸轮50和排气凸轮60的操作状态。
如上所述，通过最大化扫气作用，机动增压器110的性能也可得以最大化。
当通过操作机动增压器110获得驾驶者所需的扭矩时，车辆速度增加至预先确定的速度。
其后，如果通过操作车辆发动机降低车辆速度，则停止机动增压器110。
亦即，如果检查发动机处于正常行驶状态（S162），则控制单元140停止电动机M的操作，关闭机动增压器110的操作（S164）。
如上所述，在驾驶者操作加速踏板以在发动机空转状态下获得预先确定的扭矩的情况下，机动增压器通过电动机进行操作，由此可容易地获得驾驶者所需的车辆速度。此外，即使在低速操作发动机的情况下，可高效地操作增压器以改进车辆的燃料效率。
此外，通过将本发明应用于阿特金森循环发动机和/或采用连续可变气门正时装置的发动机，可获得匹配发动机特性的最佳增压效果。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语上或下，前或后，内或外等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (6)

1.一种米勒循环发动机系统，其包括：
机动增压器；和
米勒循环发动机，所述米勒循环发动机具有安装在其上的所述机动增压器以在操作所述机动增压器的过程中由于操作可变气门装置利用扫气现象来改进发动机的低转数性能，并且通过车辆的齿轮齿数比的减速来改进燃料效率，所述可变气门装置为可变气门正时，可变气门升程和可变气门持续时间的装置。
2.根据权利要求1所述的米勒循环发动机系统，其中所述机动增压器通过电池的电力加以驱动。
3.根据权利要求1所述的米勒循环发动机系统，其中所述米勒循环发动机包括：
空气滤清器，所述空气滤清器将空气供给到所述机动增压器；
中间冷却器，所述中间冷却器对通过所述机动增压器压缩的空气进行冷却，并将经冷却的空气供给到所述发动机；
旁通气门，所述旁通气门控制气流使得在操作所述增压器的过程中经压缩的空气流入所述发动机中并防止回流至所述空气滤清器中，或者使得在操作节流气门的过程中经压缩的空气回流以防止噪声发生；
进气凸轮，所述进气凸轮控制空气-燃料混合物向所述发动机的进气；
排气凸轮，所述排气凸轮控制燃烧气体从所述发动机的排出；
电动机，所述电动机提供用于通过所述机动增压器进行的空气压缩的动力；
电池，所述电池向所述电动机提供电力；
发动机转数传感器，所述发动机转数传感器检查所述发动机的转数；
加速踏板传感器，所述加速踏板传感器检查驾驶者的加速踏板操作的程度；和
控制单元，所述控制单元根据所述发动机转数传感器和所述加速踏板传感器的输出值控制所述进气凸轮、排气凸轮和电动机的操作。
4.一种控制米勒循环发动机系统的方法，所述方法包括：
检查发动机操作状态；
通过驾驶者的加速踏板操作提高驾驶者所需的扭矩；
如果驾驶者所需的扭矩高于阿特金森发动机的性能，则操作机动增压器；
如果驾驶者所需的扭矩高于可变气门装置操作之前的性能，则操作进气凸轮和排气凸轮，所述可变气门装置为可变气门正时，可变气门升程和可变气门持续时间的装置；
通过操作所述进气凸轮和排气凸轮来形成米勒循环使得驾驶者所需的扭矩与实际车速一致；并且
如果驾驶者所需的扭矩在发动机的常速或减速操作过程中被释放，则关闭所述机动增压器。
5.根据权利要求4所述的控制米勒循环发动机系统的方法，其中使得驾驶者所需的扭矩与实际车速一致的步骤使所述进气凸轮提前并使所述排气凸轮延迟从而使得所述机动增压器的性能得以最大化。
6.根据权利要求4所述的控制米勒循环发动机系统的方法，其中在检查发动机操作状态的步骤中，所述发动机操作状态包括空转状态和常速操作状态。
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