CN106968741A - 控制cvvd发动机的气门正时的系统和方法 - Google Patents

控制cvvd发动机的气门正时的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种控制CVVD发动机的气门正时的系统和方法。所述方法可以包括：根据发动机转速和发动机负载来划分多个控制区域；在第一控制区域中，延迟进气门关闭(IVC)正时并且限制在进气门和排气门之间的气门重叠；在第二控制区域中，提前IVC正时并将最大持续时间应用至排气门；在第三控制区域中，根据发动机负载的增加而提前IVC正时；在第四控制区域中，将节气门控制为完全打开并提前IVC正时；在第五控制区域中，将节气门控制为完全打开并延迟IVC正时。

Description

控制CVVD发动机的气门正时的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月10日提交的韩国专利申请No.10-2015-0176332的优先权权益，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于控制CVVD(连续可变气门打开持续时间)发动机的气门正时的系统和方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供涉及本发明的背景信息，并且不会构成现有技术。
内燃机利用设定的点火模式来燃烧将燃料和空气以预定比例混合的混合气体，从而通过使用爆炸压力来产生动力。
通常地，凸轮轴由与曲轴(所述曲轴将爆炸压力造成的活塞的线性运动转换为旋转运动)连接的正时带驱动，从而对进气门和排气门进行致动；开启进气门时，空气被吸入燃烧室，开启排气门时，在燃烧室中的经燃烧的气体被排出。
为了改进进气门和排气门的操作并从而改善发动机性能，根据发动机的旋转速度或负载来控制气门升程和气门开启/关闭时间(正时)。因此，已经开发了连续可变气门打开持续时间(continuous variable valve duration，CVVD)装置和连续可变气门正时(continuous variable valve timing，CVVT)装置，所述连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置用于控制发动机的进气门和排气门的打开持续时间，所述连续可变气门正时(CVVT)装置用于控制发动机的进气门和排气门的开启正时和关闭正时。
CVVD装置调节气门的打开持续时间。此外，在气门的持续时间固定的状态下，CVVT装置提前或延迟气门的开启和关闭正时。换句话说，在确定气门的开启正时的时候，根据气门的持续时间而自动地确定关闭正时。
公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对本发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
根据本文提供的说明书，进一步的适用范围将变得显而易见。应当理解的是，说明书和具体示例仅旨在说明的目的，而并非旨在限制本发明的范围。
发明内容
本发明提供了一种用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统和方法，其具有如下优点：通过安装在进气处的连续可变气门正时装置和安装在排气处的连续可变气门打开持续时间装置而同时控制连续可变气门的持续时间和正时。
根据本发明的一个实施方案的一种用于控制发动机(所述发动机在进气部分处设置有连续可变气门正时(CVVT)装置并且在排气部分处设置有连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置)的气门正时的方法可以包括：根据发动机转速和发动机负载来划分多个控制区域；在第一控制区域中，延迟进气门关闭(IVC)正时并且限制在进气门和排气门之间的气门重叠；在第二控制区域中，提前IVC正时并将最大持续时间应用至排气门；在第三控制区域中，根据发动机负载的增加而提前IVC正时；在第四控制区域中，将节气门控制为完全打开并提前IVC正时；在第五控制区域中，将节气门控制为完全打开并延迟IVC正时。
在第一控制区域中，可以将排气门关闭(EVC)正时设定为能够维持燃烧稳定性的最大值。
在第二控制区域中，可以将排气门关闭(EVC)正时控制在上止点之后，从而产生气门重叠。
在第三控制区域中，可以将排气门关闭(EVC)正时控制为靠近上止点，以减少排气门持续时间(EVD)。
在第五控制区域中，可以将排气门关闭(EVC)正时控制为靠近上止点，以阻止或抑制气门重叠的产生。
根据本发明的一个实施方案的一种用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统可以包括：数据检测器，其检测与车辆的运行状态有关的数据；凸轮轴位置传感器，其检测凸轮轴的位置；进气连续可变气门正时(CVVT)装置，其控制发动机的进气门的开启正时和关闭正时；排气连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置，其控制发动机的排气门的打开持续时间；以及控制器，其配置成基于来自数据检测器和凸轮轴位置传感器的信号，根据发动机转速和发动机负载来将车辆的行驶状态划分入多个控制区域，并且配置成根据控制区域来控制进气CVVT装置和排气CVVD装置的操作。
控制器在第一控制区域内延迟进气门关闭(IVC)正时并且限制进气门和排气门之间的气门重叠，在第二控制区域内提前IVC正时并将最大持续时间应用至排气门，在第三控制区域内根据发动机负载的增加来提前IVC正时，在第四控制区域内控制节气门被完全打开并提前IVC正时，并且在第五控制区域内控制节气门被完全打开并延迟IVC正时。
在第一控制区域中，所述控制器可以将排气门关闭(EVC)正时设定为能够维持燃烧稳定性的最大值。
在第二控制区域中，所述控制器可以将EVC正时控制在上止点之后，从而产生气门重叠。
在第三控制区域中，所述控制器可以将排气门关闭(EVC)正时控制为靠近上止点，以减少排气门持续时间(EVD)。
在第五控制区域中，所述控制器可以将排气门关闭(EVC)正时控制为靠近上止点，以防止气门重叠的产生。
根据本发明的一个实施方案，同时控制了连续可变气门的持续时间和正时，因此可以在期望的条件下控制发动机。
也即，由于进气门和排气门的开启正时和关闭正时被适当地控制，因此在部分负载条件下的燃料效率和在高负载条件下的动力性能得以改善。此外，通过提高有效压缩比可以降低用于起动的燃料量，并且通过缩短用于加热催化剂的时间可以减少排放气体。
由于省略了在进气处的连续可变气门打开持续时间装置和在排气处的连续可变气门正时装置，因此可以降低生产成本。
根据本文提供的说明书，进一步的适用范围将变得显而易见。应当理解的是，说明书和具体示例仅旨在说明的目的，而并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了使本发明可以被很好地理解，现在将参考所附附图而以示例的方式描述其各种形式，其中：
图1为示出了根据本发明的一个实施方案的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统的示意性方框图；
图2为示出了根据本发明的一个实施方案的设置有连续可变气门正时装置的进气部分和设置有连续可变气门打开持续时间装置的排气部分的立体图；
图3A和图3B为示出了根据本发明的一个实施方案的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的方法的流程图；
图4A至图4C为示出了根据本发明的取决于发动机负载和发动机转速的进气门的持续时间、开启正时和关闭正时的示意图；
图5A至图5C为示出了根据本发明的取决于发动机负载和发动机转速的排气门的持续时间、开启正时和关闭正时的示意图。
本文所描述的附图仅用于说明目的，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
下面的说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明，应用或用途。应当理解，贯穿附图，相应的附图标记指示相似或对应的部件和特征。
本领域技术人员将意识到，可以对所描述的实施方案进行各种不同方式的修改，所有这些修改将不脱离本发明的精神或范围。
在整个说明书和随后的权利要求书中，除非做出明确的相反描述，词语“包括(comprise)”将被理解为暗示包括所陈述的元件，但不排除任何其它元件。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包含这样的机动车辆，其一般包括混合动力车辆、可插式混合动力电动车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力电动车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如具有汽油动力和电动力的车辆。
此外，应当理解的是，一些方法可以由至少一个控制器执行。术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件装置，所述处理器配置成执行应当被理解为其算法结构的一个或更多个步骤。存储器被配置为储存算法步骤，并且专门配置处理器以执行所述算法步骤，以便执行在下面作进一步描述的一个或更多过程。
此外，本发明的控制逻辑可以被具体化为在包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非临时性的计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也能够被分布在网络中联接的计算机系统，以便计算机可读介质以分布的方式被储存并执行，例如通过信息通信业务服务器或控制器局域网络(CAN)。
图1为示出了根据本发明的一个实施方案的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统的示意性方框图。
如图1所示，用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统包括：数据检测器10、凸轮轴位置传感器20、控制器30、进气连续可变气门正时装置45、排气连续可变气门打开持续时间装置50以及节气门60，但是也可以采用其他传感器或系统来检测或确定所需的数据。
数据检测器10检测与车辆的运行状态有关的数据，以控制CVVD装置和CVVT装置，并且数据检测器10包括车辆速度传感器11、发动机转速传感器12、机油温度传感器13、气流传感器14以及加速踏板位置传感器(APS)15。
车辆速度传感器11检测车辆速度，并且将对应于车辆速度的信号传输到控制器30。车辆速度传感器11可以安装于车辆的车轮。
发动机转速传感器12检测基于曲轴或凸轮轴相位变化的发动机转速，并且将对应于发动机转速的信号传输到控制器30。
机油温度传感器(OTS)13检测流经机油控制阀(OCV)的机油的温度，并且将对应于机油温度的信号传输到控制器30。
通过使用安装在进气歧管的冷却剂通道处的冷却剂温度传感器确定冷却剂温度，可以确定由机油温度传感器13检测的机油温度。因此，在一个实施方案中，机油温度传感器13可以包括冷却剂温度传感器，并且机油温度应当被理解为冷却剂温度。
气流传感器14检测流入进气歧管的空气量，并且气流传感器14将对应于空气量的信号传输到控制器30。
加速踏板位置传感器15检测驾驶员踩踏加速踏板的程度，并且加速踏板位置传感器15将对应于驾驶员踩踏加速踏板的程度的信号传输到控制器30。当加速踏板被完全踩下时，加速踏板的位置值为100％，当加速踏板完全没有受到踩压时，加速踏板的位置值为0％。
可以使用安装于进气通道的节气门位置传感器来代替加速踏板位置传感器15。因此，在一个实施方案中，加速踏板位置传感器15可以包括节气门位置传感器，并且加速踏板的位置值应当被理解为节气门的打开值。
凸轮轴位置传感器20检测凸轮轴角度的位置，并且将对应于凸轮轴角度的位置的信号传输到控制器30。
图2为示出了根据本发明的一个实施方案的设置有连续可变气门正时装置的进气部分和设置有连续可变气门打开持续时间装置的排气部分的立体图。
如图2所示，连续可变气门正时装置安装于进气部分，连续可变气门打开持续时间装置和固定开启装置安装于排气部分。
因此，进气门持续时间(IVD)和排气门开启(EVO)正时被固定。如果IVD变长，则可以改进车辆的燃料效率和高速性能，但是低速性能会变差。因此，IVD可以固定在大约250至260度的角度。此外，EVO正时可以固定在下止点(BDC)之前的大约40至50度的角度，以便在部分负载条件下提高燃料效率。
进气连续可变气门正时(CVVT)装置45根据来自控制器30的信号而控制发动机的进气门的开启正时和关闭正时。
排气连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置50根据来自控制器30的信号而控制发动机的排气门的打开持续时间。
节气门60调节流入进气歧管的量。
控制器30基于来自数据检测器10和凸轮轴位置传感器20的信号，根据发动机转速和发动机负载来划分多个控制区域，并且控制器30根据控制区域来控制进气CVVT装置45、排气CVVD装置50以及节气门60的操作。此处，多个控制区域可以划分为五个区域。
由于IVD和EVO正时被固定，所以控制器可以通过使用进气CVVT装置45和排气CVVD装置50来控制进气门关闭(IVC)正时和排气门关闭(EVC)正时。当控制IVC正时的时候，基于IVD来确定进气门开启(IVO)正时。
控制器30在第一控制区域内延迟IVC正时并且限制进气门和排气门之间的气门重叠，在第二控制区域内提前IVC正时并将最大持续时间应用至排气门，在第三控制区域内根据发动机负载的增加来提前IVC正时，在第四控制区域内将节气门控制为完全打开并提前IVC正时，在第五控制区域内将节气门控制为完全打开并延迟IVC正时。
为此，控制器30可以实现有由预定程序执行的至少一个处理器，并且可以对预定程序进行编程以便执行用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的方法的每一个步骤。
本文中描述的各个实施方案可以在记录介质内执行，所述记录介质可以通过使用软件、硬件或其组合而由计算机或类似装置读取。
例如，本文描述的实施方案的硬件可以通过使用以下装置中的至少一个来实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、以及设计为执行任意其他功能的电子单元。
软件(例如，在本发明中描述的实施方案的程序和功能)可以通过单独的软件模块来实现。每一个软件模块可以执行在本发明中描述的一个或更多个功能和操作。软件代码可以通过以适当的程序语言编写的软件应用来执行。
下面将参照图3A至图5C具体描述根据本发明的一个实施方案的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的方法。
图3A和图3B为示出了用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的方法的流程图。此外，图4A至图4C为示出了取决于发动机负载和发动机转速的进气门的持续时间、开启正时和关闭正时的示意图，图5A至图5C为示出了取决于发动机负载和发动机转速的排气门的持续时间、开启正时和关闭正时的示意图。
如图3A和图3B所示，用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的方法起始于步骤S100，该步骤S100根据发动机负载和发动机转速而划分多个控制区域。在图4A至图5C中示出了第一至第五控制区域。
在发动机负载小于第一预定负载时，控制器30可以将控制区域划分为第一控制区域；在发动机负载等于或大于第一预定负载并小于第二预定负载时，控制器30可以将控制区域划分为第二控制区域；在发动机负载等于或大于第二预定负载并小于第三预定负载时，控制器30可以将控制区域划分为第三控制区域。此外，在发动机负载等于或大于第二预定负载并且发动机转速小于预定转速时，控制器30可以将控制区域划分为第四控制区域；在发动机负载等于或大于第三预定负载并且发动机转速等于或大于预定转速时，控制器30可以将控制区域划分为第五控制区域。
同时，如图4A至图5C所示，在进气门持续时间(IVD)映射和排气门持续时间(EVD)映射中示出了曲轴角度。此外，进气门开启(IVO)正时映射中指定的数字表示在上止点(TDC)之前，进气门关闭(IVC)正时映射中指定的数字表示在下止点(BDC)之后，排气门开启(EVO)正时映射中指定的数字表示在BDC之前，排气门关闭(EVC)正时映射中指定的数字表示在TDC之后。在图4A至图5C中所示的区域和曲线仅为用于描述本发明的一个实施方案的示例，并且本发明不限于此。
当在步骤S100处根据发动机负载和发动机转速来划分控制区域时，在步骤S110处，控制器30确定当前发动机状态是否属于第一控制区域。
当在步骤S110处，发动机负载小于第一预定负载时，控制器30确定当前发动机状态属于第一控制区域。在这种情况下，在步骤S120处，控制器30延迟IVC正时并且限制排气门和进气门之间的气门重叠。气门重叠表示进气门开启而排气门还没有关闭的状态。
当发动机在低负载条件下运行时，通过最大化地延迟IVC正时，可以提高燃料效率。因此，控制器30将IVC正时延迟为下止点后的大约100度的角度(也即，迟进气门关闭(LIVC)位置)。
此外，通过沿后TDC方向移动EVC正时，控制器30可以将EVC正时设定为能够保持燃烧稳定性的最大值，以使得气门重叠受限。
在步骤S110处，在当前发动机状态不属于第一控制区域时，在步骤S130处，控制器30确定当前发动机状态是否属于第二控制区域。
在步骤S130处，当发动机负载等于或大于第一预定负载并且小于第二预定负载时，控制器30确定当前发动机状态属于第二控制区域。在这种情况下，在步骤S140处，控制器30提前IVC正时并且对排气门应用最大持续时间。
当IVC正时处于第一控制区域中的LIVC位置时，气门重叠受限。控制器30可以通过在第二控制区域中提前IVC正时来产生气门重叠。
控制器30通过控制在TDC之后的EVC正时来将最大持续时间应用至排气门。在本发明的一个实施方案中，由于固定EVO正时有利于排气泵送，因此可以通过将最大持续时间应用至排气门来提高燃料效率。
在步骤S130处，在当前发动机状态不属于第二控制区域时，在步骤S150处，控制器30确定当前发动机状态是否属于第三控制区域。
当发动机负载等于或大于第二预定负载并且小于第三预定负载时，控制器30确定当前发动机状态属于第三控制区域。在这种情况下，在步骤S160处，控制器30根据发动机负载的增加来提前IVC正时。
换句话说，控制器30可以提前IVC正时，同时维持排气门的最大持续时间。当IVC正时和IVO正时被延迟时，气门重叠增大。在这种情况下，控制器30可以将EVC正时控制为靠近TDC，从而减少EVD。
在步骤S150处，在当前发动机状态不属于第三控制区域时，在步骤S170处，控制器30确定当前发动机状态是否属于第四控制区域。
当发动机负载等于或大于第二预定负载并且发动机转速小于预定转速时，控制器30确定当前发动机状态属于第四控制区域。在这种情况下，在步骤S180处，控制器30将节气门控制为完全打开并提前IVC正时。
由于在第四控制区域中发动机转速小于预定转速(例如，大约1500rpm)，因此，通过利用排气干扰减少，可以产生由于排气端口压力的降低而导致燃烧气体排出的扫气现象。因此，控制器30提前IVC正时以产生扫气现象。
EVO正时可以接近BDC，以便减少排气干扰，但是在本发明的一个实施方案中，EVO正时被固定。因此，根据本发明的一个实施方案的方法可以适用于三缸发动机而不是四缸发动机，并且在很大程度上受到排气干扰的影响。
在步骤S170处，在当前发动机状态不属于第四控制区域时，在步骤S190处，控制器30确定当前发动机状态是否属于第五控制区域。
在步骤S190处，当发动机负载等于或大于第三预定负载并且发动机转速等于或大于预定转速时，控制器30确定当前发动机状态属于第五控制区域。在这种情况下，在步骤200处，控制器30将节气门控制为完全打开并延迟IVC正时。
在发动机转速等于或大于预定转速(例如，大约1500rpm)的第五控制区域中，可以根据发动机转速的增加来延迟IVC正时。由于在本发明的一个实施方案中，IVO正时是基于IVC正时来确定的，因此当IVC正时在中等转速(例如，大约1500-3000rpm)被延迟时，提前IVO正时并增加气门重叠。控制器30可以将IVC正时延迟为在BDC之后大约40度的角度。
控制器30可以将EVC正时控制为靠近TDC，以便防止或抑制气门重叠的产生。
如上所述，同时控制了连续可变气门的持续时间和正时，因此可以在期望的条件下控制发动机。
也即，由于进气门和排气门的开启正时和关闭正时被适当地控制，因此在部分负载条件下的燃料效率和在高负载条件下的动力性能得以改善。此外，通过提高有效压缩比可以降低用于起动的燃料量，并且通过缩短用于加热催化剂的时间可以减少排放气体。
由于省略了在进气的连续可变气门打开持续时间装置和在排气的连续可变气门正时装置，因此可以降低生产成本。
尽管已经结合目前被认为是实用的实施方案来描述本发明，应该理解本发明不限于公开的实施方案，而是相反地，旨在涵盖包括在本发明的精神和范围内的各种变化和等同布置。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不脱离本发明的实质的变化包含在本发明的范围内。这种变化不应被看作对本发明的精神和范围的偏离。

Claims (10)

1.一种用于控制发动机的气门正时的方法，所述发动机在进气部分处设置有连续可变气门正时装置并且在排气部分处设置有连续可变气门打开持续时间装置，所述方法包括：
根据发动机转速和发动机负载来通过控制器划分多个控制区域；
在第一控制区域中，通过控制器延迟进气门关闭正时并且限制在进气门和排气门之间的气门重叠；
在第二控制区域中，通过控制器提前进气门关闭正时并将最大持续时间应用至排气门；
在第三控制区域中，根据发动机负载的增加而通过控制器提前进气门关闭正时；
在第四控制区域中，通过控制器将节气门控制为完全打开并提前进气门关闭正时；
在第五控制区域中，通过控制器将节气门控制为完全打开并延迟进气门关闭正时。
2.根据权利要求1所述的用于控制发动机的气门正时的方法，其中，在第一控制区域中，将排气门关闭正时设定为能够维持燃烧稳定性的最大值。
3.根据权利要求1所述的用于控制发动机的气门正时的方法，其中，在第二控制区域中，将排气门关闭正时控制为在上止点之后，从而产生气门重叠。
4.根据权利要求1所述的用于控制发动机的气门正时的方法，其中，在第三控制区域中，将排气门关闭正时控制为靠近上止点，以减小排气门持续时间。
5.根据权利要求1所述的用于控制发动机的气门正时的方法，其中，在第五控制区域中，将排气门关闭正时控制为靠近上止点，以抑制气门重叠的产生。
6.一种用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统，所述系统包括：
数据检测器，其配置成检测与车辆的运行状态有关的数据；
凸轮轴位置传感器，其配置成检测凸轮轴的位置；
进气连续可变气门正时装置，其配置成控制发动机的进气门的开启正时和关闭正时；
排气连续可变气门打开持续时间装置，其配置成控制发动机的排气门的打开持续时间；以及
控制器，其配置成基于来自所述数据检测器和所述凸轮轴位置传感器的信号，根据发动机转速和发动机负载来划分控制区域，并且配置成根据控制区域来控制进气连续可变气门正时装置和排气连续可变气门打开持续时间装置的操作；
其中，控制器在第一控制区域内延迟进气门关闭正时并且限制进气门和排气门之间的气门重叠，在第二控制区域内提前进气门关闭正时并将最大持续时间应用至排气门，在第三控制区域内根据发动机负载的增加来提前进气门关闭正时，在第四控制区域内将节气门控制为完全打开并提前进气门关闭正时，在第五控制区域内将节气门控制为完全打开并延迟进气门关闭正时。
7.根据权利要求6所述的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统，其中，在第一控制区域中，所述控制器将排气门关闭正时设定为能够维持燃烧稳定性的最大值。
8.根据权利要求6所述的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统，其中，在第二控制区域中，所述控制器将排气门关闭正时控制为在上止点之后，从而产生气门重叠。
9.根据权利要求6所述的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统，其中，在第三控制区域中，所述控制器将排气门关闭正时控制为靠近上止点，以减小排气门持续时间。
10.根据权利要求6所述的用于控制连续可变气门打开持续时间发动机的气门正时的系统，其中，在第五控制区域中，所述控制器将排气门关闭正时控制为靠近上止点，以抑制气门重叠的产生。
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