CN106855018A - 用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备，所述可变气门正时通过相对于内燃发动机的曲轴控制曲轴的旋转相位来改变进气门和排气门的打开和关闭时间，该设备包括控制器，该控制器被配置成确定在进气门和排气门的重叠区域中发动机状态是否进入扫气区并且控制可变气门正时，以根据在发动机状态进入扫气区之后经过的时间段，减少气门重叠时间。

Description

用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年12月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0173877的权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及一种用于控制在内燃发动机中的可变气门正时(variable valvetiming，VVT)的设备和方法，并且更具体而言，涉及这样一种用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备：其能够在扫气(scavenging，清除)状态中防止催化剂伤害，其中，新鲜空气直接从发动机的进气口传输到排气口；及其方法。
背景技术
近年来，内燃发动机装有涡轮增压器和中间冷却器，以便减少燃料消耗并且获得大输出。在这种内燃发动机中，涡轮增压器的压缩器吸入并且压缩废气或室外空气，使得在该过程中生成的增压空气供应给发动机。
图5示出了具有传统的涡轮增压器的发动机。增压空气穿过涡轮增压器20并且通过进气口12供应给在发动机10的气缸16内部的燃烧室11，并且在燃烧室11内燃烧的废气通过排气口13排放。
然而，在具有涡轮增压器20的发动机10中，由于在低速和高负荷区中增压升高，所以在进气口12内的进气压力在某些部分大于在排气口13内的排气压力。在这种情况下，如图5所示，在进气门14和排气门15重叠的部分中，新鲜空气30通过进气口12供应并且直接传输到排气口13。
由于在扫气状态下扫气效率增大，使得在燃烧室11内的残余气体量减小，所以燃料加注效率增大，并且扭矩增大。
传输到排气口13的新鲜空气30的量增大，然而，在扫气状态下，安装在催化剂装置40周围的氧气传感器可以识别到燃烧处于贫燃状态中。由于该确定结果，所以供应给燃烧室11的燃料量增大，使得未燃烧的燃料的量可以在燃烧室11内增多。如果未燃烧的燃料通过排气口13直接传输到催化剂，则未燃烧的燃料与新鲜空气起反应，使得可以在催化剂装置40内发生后燃烧。因此，催化剂的温度提高，使得可以损坏催化剂装置40。
以上内容旨在仅仅帮助理解本公开的背景，并非旨在表示本公开落入本领域的技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本公开致力于解决在相关技术中发生的以上问题，并且本公开提出了一种用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备和方法，其能够在具有涡轮增压器的发动机处于扫气状态中时防止在排气系统中损害催化剂装置。
根据在本公开中的示例性实施方式的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备包括控制器，该控制器被配置成确定当前发动机状态在进气门和排气门的重叠区域中是否进入扫气区，并且控制VVT，以根据在发动机状态进入扫气区之后经过的时间段，减少气门重叠。
通过组合在VVT、发动机的每分钟转数(RPM)、进气口的压力以及发动机的温度之中的至少两个或更多个测量值，控制器可以确定发动机状态是否进入扫气区。
控制器可以将在发动机状态进入扫气区之后经过的时间设置为进入时间，并且进行控制，以便在所述进入时间超过恒定的时间段时，通过调整VVT，来减小气门重叠时间(valve overlap period)。
控制器可以在发动机状态离开扫气区时测量在发动机离开扫气区之后经过的时间段，并且将从进入时间中减去在发动机状态离开扫气区之后经过的时间段的值设置为新的进入时间，以便调整VVT。
根据在本公开中的另一个示例性实施方式的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法包括：确定发动机状态在进气门和排气门的重叠区域中是否进入扫气区；测量在发动机状态进入扫气区之后经过的第一进入时间段；根据进入时间，相对于进气门或排气门，计算VVT的控制校正量；并且通过根据VVT设备的控制校正量调整VVT，减少气门重叠时间。
通过组合在VVT、发动机的每分钟转数(RPM)、进气口的压力以及发动机的温度之中的至少两个或更多个测量值，所述确定的步骤可以确定发动机状态是否进入扫气区。
所述方法可以进一步包括以下步骤：在进入扫气区之后确定发动机离开扫气区时，测量在发动机状态离开扫气区之后经过的进入时间；并且计算从进入时间中减去在发动机状态离开扫气区之后经过的时间段的值，作为新的进入时间。
计算控制校正量的步骤可以通过朝着减小气门重叠的方向增大控制校正量，来计算控制校正量，以便在进入时间超过第一预定值时，减小气门重叠。
计算控制校正量的步骤可以通过朝着减小气门重叠的方向减小控制校正量，来计算控制校正量，以便在进入时间等于或小于第一预定值时，增大气门重叠。
在所计算的控制校正量变成零“0”时，通过确定不需要控制VVT来调整气门重叠，计算控制校正量的步骤可以结束。
根据本公开，具有以下效果：在低速和高负荷区中，可以尽可能减少转矩损失，并且在发动机处于扫气状态下时，随着进入扫气状态内的时间，通过主动调整气门重叠，可以防止损害设置在排气系统内的催化剂装置。
附图说明
通过结合附图进行的以下详细描述，可以更清晰地理解本公开的以上和其他目标、特征以及优点。
图1是示出根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备的系统配置的示图。
图2是简单示出进气门和排气门的进气和排气时间的示图。
图3A和3B是示出根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法的流程图。
图4A和4B是比较根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法的效果和相关技术的效果的示图。
图5是示出具有扫气现象的传统内燃发动机的示图。
具体实施方式
在后文中，参考附图，将详细描述根据本公开的示例性实施方式。
图1是示出根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备的大致系统配置的示图。
在发动机10的气缸16内部，设置有通过连接杆18连接至曲轴19的活塞17，并且气缸16的位于活塞17的上部分之上的内部空间形成燃烧室11。
涡轮增压器20可以安装在发动机10的进气口12的上游。涡轮增压器20可以通过未示出的压缩机吸入并且压缩废气或室外空气，并且通过进气口12将由该过程增压的空气供应给燃烧室11。
从进气口12供应的增压空气可以与通过未示出的燃料喷射气门供应的燃料混合，以形成空气/燃料混合物，然后，在燃烧室11内燃烧。然后，废气可以通过排气口13排放到排气系统中。
在排气口13的下游，可以安装催化剂装置40。催化剂装置40是去除包含在废气内的有害气体、烟灰以及有害颗粒材料等的后处理装置。
进气门14和排气门15可以分别调整进气口12和排气口13的打开和关闭。进气门14和排气门15可以分别连接至进气曲轴21和排气曲轴22，并且分别根据每个曲轴的旋转而打开和关闭进气口12和排气口13。进气曲轴21和排气曲轴22可以在其每端连接至可变气门正时(VVT)设备23。
VVT设备23是能够通过改变进气门14和排气门15的打开和关闭时间，以适合于发动机的旋转速度，来在发动机的低速驱动区和高速驱动区中同时获得高燃料效率和高输出的设备。通过相对于曲轴19将进气曲轴和排气曲轴22的旋转相位改变预定的控制量，VVT设备23可以通过改变气门正时来调整气门正时。
图2示出由VVT设备调整在进气门和排气门内的进气和排气时间的过程。
在图2示出的实心曲线表示在曲轴21和23的旋转相位控制不由VVT设备23实现时进气门14和排气门15的打开和关闭时间。如图2所示，在气门正时控制不由VVT设备23实现时，排气门15和进气门14均变成朝着提前方向和延迟方向偏置，所以将要理解的是，气门重叠时间非常短。
在图2示出的其他虚线曲线表示在气门正时控制由VVT设备23实现的情况下进气门14和排气门15的打开和关闭时间。如图2所示，通过朝着延迟方向改变排气门15的打开和关闭时间或者朝着提前方向改变进气门14的打开和关闭时间，能够增大在排气门15和进气门14之间的气门重叠时间。
此时，随着VVT设备23的控制量的增大，气门重叠时间增大，而在减小VVT设备23的控制量时，气门重叠时间减小。通过调整VVT设备23的控制量，可以调整在进气门14和排气门15之间的气门重叠时间。
根据在图1示出的内容，根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的设备可以进一步包括扫气区进入确定装置26和控制器27。
扫气区进入确定装置26检测发动机状态，并且确定当前发动机是否处于扫气状态中。
在可能发生的扫气状态中，进气口12的压力高于排气口13的压力，使得新鲜空气从进气口12直接传输到排气口13。因此，进气口12的压力值可以影响确定当前发动机是否处于扫气状态中。此外，在打开所有进气口12和排气口13的状态中，发生扫气。因此，VVT设备23的气门正时控制量可以影响确定当前发动机是否处于扫气状态中。
此外，安装有涡轮增压器的发动机可以在低速和高负荷区中进入扫气状态。因此，发动机旋转速度可以影响确定发动机是否处于扫气状态中。在扫气状态下，未燃烧的燃料量在燃烧室内增大，以影响燃料的燃烧状态。因此，发动机10的温度可以影响确定当前发动机是否处于扫气状态中。
因此，扫气区进入确定装置26可以收集关于VVT设备的气门正时控制量、发动机的每分钟转数(RPM)、发动机的温度以及进气口的压力的信息，并且组合至少两个或多个信息，以确定发动机是否处于扫气状态中。
如图1所示，可以从RPM传感器24中获得关于发动机的RPM的信息。RPM传感器24可以使用检测发动机的曲轴19的旋转角度的传感器，来检测发动机的RPM。而且，可以从发动机温度传感器28中获得关于发动机的温度的信息。发动机温度传感器28可以通过安装在发动机内的气缸16的内壁和外壁上的温度传感器检测发动机的温度。此外，可以从进气口压力传感器25中获得关于进气口12的压力的信息。进气口压力传感器25可以通过安装在进气口12内的压力传感器检测进气口12的压力。
控制器27可以根据扫气区进入确定装置26的确定结果以及在扫气状态下的经过时间，来调整VVT设备23的气门正时控制量，以控制气门重叠时间。因此，控制器27可以通过扫气尽可能减少对催化剂装置40的影响，从而防止在未燃烧的燃料和新鲜空气大量传输到催化剂装置40时发生的二次燃烧损坏催化剂装置40。
在后文中，参考图3A和3B，描述用于使用扫气区进入确定装置26和控制器27控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法。
图3A和3B是示出根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法的流程图。在根据本公开的内燃发动机的方法中，首先，扫气区进入确定装置26可以确定发动机是否进入扫气状态中(S100)。
扫气区进入确定装置26可以从VVT设备23、RPM传感器24、进气口压力传感器25、发动机温度传感器28中接收VVT设备的控制量、发动机的RPM、进气口的压力以及发动机的温度，并且组合这些之中的至少两个或多个信息，以确定发动机10是否进入扫气状态中。
在确定发动机10处于扫气状态下时，控制器27可以测量发动机10进入扫气状态中的进入时间T1(S200)。
控制器27可以通过来自扫气区进入确定装置26的信息确定在进入扫气状态之后发动机10是否再次离开扫气状态(S300)。在确定发动机10在进入扫气状态之后离开扫气状态时，控制器27可以测量发动机10离开扫气状态的时间T2(S320)。
在确定发动机10进入扫气区并且不离开扫气状态时，首先测量的时间T1变成发动机10仅仅处于扫气状态中的时间，使得控制器27将该时间视为进入时间T1’(S310)，并且比较进入时间T1’和第一预定值(S400)。考虑到用于催化剂装置40内的催化剂或用于发动机燃烧内的燃料的特征，第一预定值可以预设为能够抑制催化剂过热的参考值。
在确定发动机10进入扫气区之后离开扫气状态时，通过从在进入扫气区之后离开扫气区的时间T1排除离开扫气状态的时间T2，可以计算纯扫气状态进入时间T1'(S330)。在进入扫气区之后离开扫气状态的情况下，由于在离开扫气状态期间在催化剂装置40中不发生后燃烧，使得损坏催化剂装置40(例如，催化剂温度在催化剂装置40中下降等)的问题不大，所以从进入时间T1排除离开扫气状态的时间T2，变成是否实现气门重叠时间控制的标准。
在进入时间T1'超过第一预定值时，控制器27可以计算在VVT设备23中的进气门和/或排气门的气门正时控制量的控制校正量(S500)，并且根据所计算的控制校正量，通过校正气门正时控制量，调整气门重叠时间(S600)。
更具体而言，在进入时间T1'超过第一预定值时，控制器27可以确定需要减少气门重叠，以便防止损坏催化剂装置40。为此，控制器27可以增大控制校正量，以便减少在VVT设备23中的进气门和/或排气门的气门正时控制量(减少气门重叠)。此时，可以以预定值确定初始控制校正量，并且通过控制器27，预定的控制校正量可以以恒定比率或值连续增大。如图2所示，如果相对于排气门15和/或进气门14减少控制量，则可以减少气门重叠。
而且，在进入时间T1'等于或小于第一预定值时，控制器27可以确定不需要减少气门重叠，以便防止损坏催化剂装置40。因此，控制器27可以减少控制校正量，以便增大在VVT设备23中的进气门和/或排气门的气门正时控制量(增大气门重叠)。在气门正时控制量减小时，增大气门重叠，如图2所示。
在控制校正量变成0，作为计算在VVT设备23中的进气门和/或排气门的气门正时控制量的控制校正量的结果时，控制器27可以确定不需要控制气门重叠，以便防止损坏催化剂装置，从而结束控制(S700)。
图4A和4B示出将根据本公开的用于控制内燃发动机的方法及其效果与相关技术进行比较的示图。
图4A示出了未实施根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法的结果。如图4A所示，在可变气门正时(VVT)设备中的控制量保持为在扫气周期内更高，使得气门重叠时间也保持更长。因此，在排气系统内的催化剂的温度连续上升，使得损坏催化剂装置。
图4B示出了实施根据本公开的用于控制在内燃发动机中的可变气门正时的方法的结果。如图4B所示，本公开可以确定发动机是否处于扫气状态下，并且基于扫气状态在进行中的进入时间，减少在可变气门正时(VVT)设备中的控制量。
结果，减少气门重叠，使得可以发现抑制由于未燃烧的燃料的过度供应而导致催化剂过热。
因此，在发动机处于扫气状态下时，基于扫气状态在进行中的时间，通过调整可变气门正时设备的控制量，本公开可以获得有效防止损坏在排气系统中的催化剂装置的效果。
虽然为了说明的目的，在本公开中已经公开了一些示例性实施方式，但是本领域的技术人员会理解的是，在不背离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以具有各种修改、添加以及替换。

Claims (10)

1.一种用于控制可变气门正时的设备，所述可变气门正时通过相对于内燃发动机的曲轴来控制进气曲轴和排气曲轴的旋转相位、进而改变在内燃发动机内的进气门和排气门的打开和关闭时间，所述设备包括：
控制器，配置成确定在所述进气门和所述排气门的重叠区域中发动机状态是否进入扫气区，
其中，所述控制器控制所述可变气门正时，以根据在所述发动机状态进入所述扫气区之后经过的时间段，来减少气门重叠时间。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器通过组合在所述可变气门正时、发动机的每分钟转数、进气口的压力以及发动机的温度之中的至少两个测量值，来确定所述发动机状态是否进入所述扫气区。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器将在所述发动机状态进入所述扫气区之后经过的时间段设置为第一进入时间段，并且在所述第一进入时间段超过参考时间段时，则通过调整所述可变气门正时来减小所述气门重叠时间。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制器在所述发动机状态离开所述扫气区时测量在所述发动机状态离开所述扫气区之后经过的时间段，并且通过从所述第一进入时间段中减去在所述发动机状态离开所述扫气区之后经过的时间段来设置第二进入时间段，以调整所述可变气门正时。
5.一种用于控制可变气门正时的方法，所述可变气门正时通过相对于内燃发动机的曲轴控制进气曲轴和排气曲轴的旋转相位来改变在内燃发动机内的进气门和排气门的打开和关闭时间，所述方法包括以下步骤：
确定在所述进气门和所述排气门的重叠区域中发动机状态是否进入扫气区，
测量在所述发动机状态进入所述扫气区之后经过的第一进入时间段；
根据所述第一进入时间段，计算相对于所述进气门或所述排气门的所述可变气门正时的控制校正量；以及
通过根据所述控制校正量调整所述可变气门正时来减少气门重叠时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过组合在所述可变气门正时、发动机的每分钟转数、进气口的压力以及发动机的温度之中的至少两个测量值，所述确定的步骤确定所述发动机状态是否进入扫气区。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
在进入所述扫气区之后确定了发动机状态离开所述扫气区时，
测量在所述发动机状态离开所述扫气区之后经过的时间段；并且
通过从所述第一进入时间段中减去在所述发动机状态离开所述扫气区之后经过的时间段，计算第二进入时间段。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述第一进入时间段超过第一预定值时，计算所述控制校正量的步骤通过朝着减小气门重叠时间的方向增大所述控制校正量，来计算所述控制校正量，以减小气门重叠。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述第一进入时间段等于或小于所述第一预定值时，计算所述控制校正量的步骤通过朝着减小气门重叠时间的方向减小所述控制校正量，来计算所述控制校正量，以增大气门重叠。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所计算的控制校正量变成零“0”时，通过确定不需要控制所述可变气门正时，结束计算所述控制校正量的步骤。
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