CN108223043A - 用于控制发动机系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制发动机系统的方法和装置。控制发动机系统的方法可以包括：控制包括连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置的发动机系统的方法，该方法包括如下步骤：检测用于控制发动机系统的数据；确定发动机的转速是否小于预定转速；当发动机的转速小于预定转速的时候，确定加速踏板的位置值是否大于预定位置值；当加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，操作CVVD装置以增加气门重叠；以及在增加气门重叠之后，执行爆燃控制。

Description

用于控制发动机系统的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月13提交的韩国专利申请第10-2016-0169863号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种用于控制发动机系统的方法和装置。更特别地，本发明涉及这样一种用于控制发动机系统的方法和装置，其包括连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置。
背景技术
内燃机发动机通过使燃烧室中的燃料在吸入燃烧室内的空气媒介中燃烧而产生动力。进气门由凸轮轴操作用以吸入空气，在进气门打开的同时所述空气被引入至燃烧室中。另外，排气门由凸轮轴操作，在排气门打开的同时将燃烧气体从燃烧室排出。
进气门和排气门的最佳操作取决于发动机的转速。也就是说，这些气门的最佳升程或最佳打开/关闭正时取决于发动机的转速。为了获得这种取决于发动机转速的最佳气门操作，已经开始进行各种研究，包括多个凸轮和可以根据发动机转速而改变气门升程的连续可变气门升程(CVVL)的设计。
另外，为了实现这种取决于发动机的转速的最佳气门操作，已经开始进行关于根据发动机转速而能够进行不同气门正时操作的连续可变气门正时(CVVT)装置的研究。一般的CVVT可以改变具有固定气门打开持续时间的气门正时。
然而，一般的CVVL和CVVT具有复杂的结构并且制造成本也较高。
因此，已经研究根据发动机的工作状态而调节气门的打开持续时间的连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置。
而且需要用于提高发动机系统(其包括CVVD装置)的驱动性能和燃料消耗率的方法。
公开于本发明的背景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
本发明的各个方面旨在提供一种用于控制发动机系统的方法和装置，其具有在发动机的低转速范围中提高加速性能和燃料消耗率的优点。
根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统(发动机系统包括连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置)的方法可以包括如下步骤：检测用于控制发动机系统的数据；确定发动机的转速是否小于预定转速；当发动机的转速小于预定转速的时候，确定加速踏板的位置值是否大于预定位置值；当加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，操作CVVD装置以增加气门重叠；以及在增加气门重叠之后，执行爆燃控制。
执行爆燃控制可以包括将点火正时提前。
所述方法可以进一步包括如下步骤：当点火正时提前的时候，确定是否发生发动机的爆燃；以及当爆燃发生的时候，将点火正时延迟。
所述方法可以进一步包括如下步骤：在增加气门重叠之后，执行空燃比控制。
执行空燃比控制可以包括将空燃比控制成稀的。
增加气门重叠的所述CVVD装置的操作可以包括增加进气门的打开持续时间。
增加气门重叠的所述CVVD装置的操作可以包括增加排气门的打开持续时间。
根据本发明的示例性实施方案的用于控制发动机系统(发动机系统包括连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置)的装置可以包括：爆燃检测器，其被构造成用于检测发动机的汽缸的振动；曲轴位置检测器，其被构造成用于检测曲轴的旋转角度；加速踏板位置检测器，其被构造成用于检测加速踏板的位置值；氧气检测器，其被构造成用于检测从发动机排出的排放气体中包含的氧气量；控制器，其被构造成用于根据所述爆燃检测器、所述曲轴位置检测器、所述加速踏板位置检测器以及所述氧气检测器的信号来控制喷射器、火花塞、节气门、排放气体再循环(EGR)阀、废气旁通阀以及CVVD装置的操作，其中当发动机的转速小于预定转速且加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，所述控制器被构造为操作CVVD装置以增加气门重叠，并被构造为在增加气门重叠之后执行爆燃控制。
所述控制器可以在执行爆燃控制的时候将点火正时提前。
当点火正时提前的同时发生爆燃的时候，所述控制器可以将点火正时延迟。
所述控制器可以在增加气门重叠之后执行空燃比控制。
所述控制器可以被构造为在执行空燃比控制的时候将空燃比控制成稀的。
当发动机的转速小于预定转速且加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，所述控制器可以操作CVVD装置以增加进气门的打开持续时间。
当发动机的转速小于预定转速且加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，所述控制器可以操作CVVD装置以增加排气门的打开持续时间。
根据本发明的示例性实施方案，在发动机的低转速范围中增加气门重叠，由此提高根据涡轮的旋转速度的增量的转矩响应能力。此外，当气门重叠增加的时候，点火正时提前且空燃比控制成较稀的，提高了加速性能和燃料消耗率。
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描述，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为根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图。
图2为根据本发明的示例性实施方案的用于控制发动机系统的装置的框图。
图3为示出了根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的流程图。
图4A至图4D为用于说明根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的曲线图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，附图标记涉及本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的实施方案，这些实施方案的示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，应当理解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。
下文将参考所附附图对本发明的各个示例性实施方案进行更为全面的描述，在这些附图中显示了本发明的示例性实施方案。然而，本发明可以以各种不同的方式进行改进，而不限于本文所描述的示例性实施方案。
附图和说明书应当被认为本质上是显示性的而非限制性的。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。附图中所示的构造是任意显示的以用于更好的理解和便于说明，但是本发明并不限于此。
图1为根据本发明的示例性实施方案的发动机系统的示意图，图2为根据本发明的示例性实施方案的用于控制发动机系统的装置的框图。
参考图1和图2，根据本发明的示例性实施方案的发动机系统可以包括发动机10、涡轮增压器20、进气管30、节气门40、第一排气管50、第二排气管60、低压排放气体再循环(LP-EGR)装置70以及连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置80。
发动机10燃烧燃料和空气以将化学能转化为机械能。发动机10包括汽缸11、活塞12、曲轴13、进气门14以及排气门15。
活塞12和曲轴13安装于汽缸11中。活塞12通过燃料的爆炸力而往复运动并使曲轴13旋转。在汽缸11与活塞12之间形成燃烧室16。
发动机10连接至进气管30连接以接收空气，燃烧过程中产生的排放气体经过第一排气管50排出至发动机10的外部。进气管30通过进气门14而打开或关闭，第一排气管15通过排气门15而打开或关闭。进气门14可以通过CVVD装置80的进气凸轮81来操作，排气门15可以通过排气凸轮83来操作。
喷射器17将燃料喷射至燃烧室16，火花塞18将混合了燃料和空气的混合气体点燃。
冷却剂温度检测器11a、爆燃检测器11b以及曲轴位置检测器11c安装至汽缸11。冷却剂温度检测器11a检测冷却剂的温度并将与其对应的信号传递至控制器100。爆燃检测器11b检测振动并将与其对应的信号传递至控制器100，而控制器100基于爆燃检测器11b的信号来确定是否发生爆燃。曲轴位置检测器11c检测曲轴13的旋转角度并将与其对应的信号传递至控制器100，而控制器100基于曲轴位置检测器11c的信号来计算发动机转速。
涡轮增压器20包括涡轮21和压缩机22。涡轮21可以利用排放气体而旋转，压缩机22可以通过涡轮21的旋转所产生的动力而旋转。
进气管30向发动机10供应空气。当压缩机22旋转的时候，从其外部进入的空气压缩以供应至发动机10。因此，供应压缩的空气以提高发动机10的输出。为了冷却经过压缩机22的空气，可以在进气管30上安装中冷器31。
节气门40安装于进气管30，根据节气门40的开度而控制从进气管30供应至发动机的空气流动。
在节气门40与发动机10之间的进气管30上安装进气压力检测器94，该进气压力检测器94检测进气压力以将与其对应的信号传递至控制器100。
第一排气管50将从发动机10排出的排放气体排放至车辆的外部。可以在第一排气管50上安装催化剂51以减少排放气体的有害成分。
第二排气管60形成为使得排放气体的一部分经过涡轮21而加入到第一排气管50。根据安装于第一排气管50的废气旁通阀52的开度来控制经过涡轮21排放气体的量。
在第一排气管50上安装排气压力检测器95，该排气压力检测器95检测排气压力以将与其对应的信号传递至控制器100。
在第一排气管50上安装氧气检测器96，该氧气检测器96检测从发动机10排出的排放气体中所包含的氧气量并将与其对应的信号传递至控制器100。氧气检测器96的测量值可以用λ表示。λ表示实际空燃比与化学计量空燃比的比值。当λ大于1的时候，空燃比是较稀的。另一方面，当λ小于1的时候，空燃比是较浓的。
低压EGR装置70可以包括EGR管71、EGR冷却器72以及EGR阀73。
EGR管71可以连接催化剂51的下游和进气管30。从催化剂51排出的排放气体的一部分可以经过EGR管71而再供应至发动机10。
EGR冷却器72可以安装于EGR管71上以冷却供应至进气管30的排放气体。
EGR阀73安装于EGR管71上。当EGR阀73打开的时候，从催化剂51排出的排放气体的一部分可以经过EGR管71而再供应至发动机10。当EGR阀73关闭的时候，从催化剂51排出的排放气体不能经过EGR管71而再供应至发动机10。根据EGR阀73的开度经过EGR管71而供应至进气管30的排放气体指的是外部EGR气体。
CVVD装置80调节进气门14的打开持续时间。CVVD装置80包括进气凸轮81和凸轮轴82。CVVD装置80可以改变进气凸轮81相对于凸轮轴82的相对旋转速度。换言之，根据CVVD装置80的操作来增大或减小进气门14的打开持续时间。由于在韩国专利申请第10-2015-0178650号中描述了CVVD装置80，因此将省略其详细描述。另外，可以理解韩国专利申请第10-2015-0178650号中包括的全部内容作为参考并全部包含于本实施方案中。韩国专利申请第10-2015-0178650号中描述的CVVD装置80为本发明的精神或范围可以应用的连续可变气门打开持续时间(CVVD)装置的示例，而本发明的精神或范围可以应用于各种CVVD装置以及韩国专利申请第10-2015-0178650号中描述的CVVD装置80。
气门重叠为进气门14和排气门15同时打开时的部分，根据CVVD装置80的操作而发生气门重叠。通过增加气门重叠而可以改善清除效果。当气门重叠增加的时候，排放气体的流动增强而涡轮21的旋转速度增大，提高了转矩响应能力。因此，当气门重叠非常大的时候，可以通过将空燃比控制成较稀的而提高燃料消耗率。另外，当气门重叠增加的时候，燃烧室16中的残余气体减少，降低了燃烧室16的温度。在本发明的示例性实施方案中，示出了CVVD装置80调节进气门14的打开持续时间，但是本发明的范围和精神也可以应用于CVVD装置80调节排气门15的打开持续时间的情况。
根据本发明的示例性实施方案的用于控制发动机系统的装置可以包括数据检测器90、控制器100、喷射器17、火花塞18、节气门、EGR阀73、废气旁通阀52以及CVVD装置80。
数据检测器90检测用于控制发动机系统的数据，而由数据检测器90检测的数据传递至控制器100。数据检测器90可以包括爆燃检测器11b、曲轴位置检测器11c、加速踏板位置检测器91以及氧气检测器96。
爆燃检测器11b检测发动机10的汽缸11的振动，并将与其对应的信号传递至控制器100。控制器100可以基于爆燃检测器11b的信号来确定是否发生爆燃。
曲轴位置检测器11c检测曲轴13的旋转角度，并将与其对应的信号传递至控制器100。控制器100可以基于曲轴位置检测器11c的信号来确定发动机10的转速。
加速踏板位置检测器91检测加速踏板的位置值(即加速踏板的脚踏程度)，并将与其对应的信号传递至控制器100。当加速踏板被完全踩踏的时候，加速踏板的位置值为100％，而当加速踏板未被踩踏的时候，加速踏板的位置值为0％。
氧气检测器96检测从发动机10排出的排放气体中包含的氧气量，并将与其对应的信号传递至控制器100。氧气检测器96的测量值可以用λ表示。λ表示实际空燃比与化学计量空燃比的比值。当λ大于1的时候，空燃比是较稀的。另一方面，当λ小于1的时候，空燃比是较浓的。
控制器100可以基于由数据检测器90所检测的数据来控制喷射器17、火花塞18、节气门40、EGR阀73、废气旁通阀52以及CVVD装置80的操作。控制器100可以基于所述数据而执行爆燃控制和空燃比控制。可以通过调节火花塞18的点火正时而执行爆燃控制，可以通过调节从喷射器17喷射的燃料量来执行空燃比控制。控制器100可以用至少一个处理器执行预定程序而实施，预定程序可以包括一系列命令以用于执行根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法中所包含的每个步骤。
在下文中，将参考图3、图4A、图4B、图4C和图4D来更具体地描述根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法。
图3为示出了根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的流程图，图4A至图4D为用于说明根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法的曲线图。
参考图3、图4A、图4B、图4C和图4D，在步骤S101中，控制器100检测用于控制发动机系统的数据。换言之，爆燃检测器11b检测发动机10的汽缸11的振动，曲轴位置检测器11c检测曲轴13的旋转角度、加速踏板位置检测器91检测加速踏板的位置值，氧气检测器96检测从发动机10排出的排放气体的氧气量。控制器100基于曲轴位置检测器11c的信号而确定发动机10的转速。
在步骤S102中，控制器100确定发动机10的转速是否小于预定转速。预定转速可以由本领域技术人员设定以确定发动机10是否在低速范围工作。例如，预定转速可以为1700RPM。
在步骤S102中，当发动机10的转速等于或大于预定转速的时候，控制器100终止根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法。
当在步骤S102中发动机10的转速小于预定转速的时候，在步骤S103中控制器100确定加速踏板的位置值是否大于预定位置值。预定位置值可以由本领域技术人员设定以确定驾驶员是否有加速意向。
在步骤S103中，当加速踏板的位置值等于或小于预定位置值的时候，控制器100终止根据本发明的示例性实施方案的控制发动机系统的方法。
当在步骤S103中加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，在步骤S104中控制器100操作CVVD装置80以增加进气门14的打开持续时间。随着进气门14的打开持续时间增加，气门重叠(气门重叠为进气门14和排气门15同时打开时的部分)增加。因此，排放气体的流动增强而涡轮21的旋转速度增大，提高了转矩响应能力。进气门14的打开持续时间的增加量可以由本领域技术人员通过试验而设定。同时，控制器100可以基于发动机10的转速和加速踏板的位置值而确定节气门40的开度、EGR阀73的开度以及废气旁通阀52的开度。换言之，控制器100可以通过控制节气门40、EGR阀73以及废气旁通阀52的开度而增大增压压力。
在进气门14的打开持续时间增加之后，在步骤S105中控制器100可以执行爆燃控制。更具体地，控制器100可以使点火正时提前。当活塞12位于上死点(TDC，top deadcenter)时，基本点火正时设定为相对于曲轴13的旋转角度提前预定角度的点。可以通过使点火正时提前而增大发动机10的转矩。控制器100可以使点火正时提前至产生发动机10的最大转矩的最佳转矩时的最小点火提前角量(MBT，Minimum spark advance for BestTorque)。可以通过试验而将MBT设定为比发动机10的爆燃所处的点火点更延迟的点。
当点火正时提前的时候，在步骤S106中控制器100确定发动机10是否发生爆燃。更具体地，控制器100可以基于爆燃检测器11b的信号而确定在燃烧过程中发生的振动量等于或大于预定振动量时发动机10发生爆燃。当点火正时提前至MBT的时候，可能发生发动机10的爆燃。
当步骤S106中未发生发动机10的爆燃的时候，控制器100可以连续地提前点火正时。
当步骤S106中发生发动机10的爆燃的时候，在步骤S107中控制器100可以使点火正时延迟以防止发生爆燃。
同时，在步骤S105中控制器100可以执行空燃比控制。更具体地，控制器100可以将空燃比控制成较稀的。换言之，可以通过减少从喷射器17喷射的燃料量而将燃烧环境控制成较稀的。因此，与使用化学计量空燃比的情况相比，可以提高燃料消耗率并降低燃烧室16的温度。控制器100可以执行空燃比控制使得λ变为1.2至1/4。
同时，在本发明的示例性实施方案中，示出了CVVD装置80调节进气门14的打开持续时间，但是本发明的范围和精神也可以应用于CVVD装置80调节排气门15的打开持续时间的情况。
如上所述，根据本发明的示例性实施方案，在发动机10的低转速范围中增加气门重叠，由此根据涡轮21的旋转速度的增量来提高转矩响应能力。此外，当气门重叠增加的时候，点火正时提前并且空燃比控制成较稀的，提高了加速性能和燃料消耗率。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上方”、“下方”、“内”、“外”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内”、“外”、“向前”和“向后”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案的特征。
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。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在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 (14)

1.一种控制发动机系统的方法，所述发动机系统包括连续可变气门打开持续时间装置，所述方法包括如下步骤：
检测用于控制发动机系统的数据；
确定发动机的转速是否小于预定转速；
当发动机的转速小于预定转速的时候，确定加速踏板的位置值是否大于预定位置值；
当加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，操作所述连续可变气门打开持续时间装置以增加气门重叠；以及
在增加气门重叠之后，执行爆燃控制。
2.根据权利要求1所述的控制发动机系统的方法，其中，执行爆燃控制包括将点火正时提前。
3.根据权利要求2所述的控制发动机系统的方法，进一步包括如下步骤：
当点火正时提前的时候，确定是否发生发动机的爆燃；以及
当爆燃发生的时候，将点火正时延迟。
4.根据权利要求1所述的控制发动机系统的方法，进一步包括如下步骤：在增加气门重叠之后，执行空燃比控制。
5.根据权利要求4所述的控制发动机系统的方法，其中，执行空燃比控制包括将空燃比控制成稀的。
6.根据权利要求1所述的控制发动机系统的方法，其中，增加气门重叠的所述连续可变气门打开持续时间装置的操作包括增加进气门的打开持续时间。
7.根据权利要求1所述的控制发动机系统的方法，其中，增加气门重叠的所述连续可变气门打开持续时间装置的操作包括增加排气门的打开持续时间。
8.一种用于控制发动机系统的装置，所述发动机系统包括连续可变气门打开持续时间装置，所述用于控制发动机系统的装置包括：
爆燃检测器，其被构造成用于检测发动机的汽缸的振动；
曲轴位置检测器，其被构造成用于检测曲轴的旋转角度；
加速踏板位置检测器，其被构造成用于检测加速踏板的位置值；
氧气检测器，其被构造成用于检测从发动机排出的排放气体中包含的氧气量；
控制器，其被构造成用于根据所述爆燃检测器、所述曲轴位置检测器、所述加速踏板位置检测器以及所述氧气检测器的信号来控制喷射器、火花塞、节气门、排放气体再循环阀、废气旁通阀以及连续可变气门打开持续时间装置的操作，
其中当发动机的转速小于预定转速且加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，所述控制器被构造为操作连续可变气门打开持续时间装置以增加气门重叠，并被构造为在增加气门重叠之后执行爆燃控制。
9.根据权利要求8所述的用于控制发动机系统的装置，其中，所述控制器被构造为在执行爆燃控制的时候将点火正时提前。
10.根据权利要求9所述的用于控制发动机系统的装置，其中，当点火正时提前的同时发生爆燃的时候，所述控制器被构造为将点火正时延迟。
11.根据权利要求8所述的用于控制发动机系统的装置，其中，所述控制器被构造为在增加气门重叠之后执行空燃比控制。
12.根据权利要求11所述的用于控制发动机系统的装置，其中，所述控制器被构造为在执行空燃比控制的时候将空燃比控制成稀的。
13.根据权利要求8所述的用于控制发动机系统的装置，其中，当发动机的转速小于预定转速且加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，所述控制器被构造为操作连续可变气门打开持续时间装置以增加进气门的打开持续时间。
14.根据权利要求8所述的用于控制发动机系统的装置，其中，当发动机的转速小于预定转速且加速踏板的位置值大于预定位置值的时候，所述控制器被构造为操作连续可变气门打开持续时间装置以增加排气门的打开持续时间。
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