CN108223145B - 利用cvvt和cvvd装置控制气门正时和气门开启持续时间的方法 - Google Patents

利用cvvt和cvvd装置控制气门正时和气门开启持续时间的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用CVVT和CVVD装置控制气门正时和气门开启持续时间的方法，所述CVVT装置配置为调整车辆发动机中的气门的开启时间，所述CVVD装置配置为调整气门升程的持续时间，所述方法可以包括：确定所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻；通过所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻来确定所期望的气门开启持续时间；通过所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间来确定所期望的气门正时；控制CVVD装置，以达到所期望的气门开启持续时间，同时控制CVVT装置，以达到所期望的气门正时。

Description

利用CVVT和CVVD装置控制气门正时和气门开启持续时间的 方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月14日提交的韩国专利申请第10-2016-0170712号的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明的示例性实施方案涉及一种利用连续可变气门正时(continuouslyvariable valve timing，CVVT)装置和连续可变气门开启持续时间(continuouslyvariable valve duration，CVVD)装置来控制气门正时和气门开启持续时间的方法。具体地，本发明的示例性实施方案涉及一种利用调节车辆发动机的气门开启时刻的CVVT装置和调节气门升程的持续时间的CVVD装置来控制气门正时和气门开启持续时间的方法。
背景技术
内燃机通过燃烧供应至燃烧室的燃料和空气来产生动力。通过驱动凸轮轴来操作进气气门以吸入空气，当进气气门开启时，燃料和空气被引入燃烧室。通过驱动凸轮轴来操作排气气门，当排气气门开启时，在燃烧后，空气从燃烧室排出。
一般来说，气门开关正时是固定的，使得发动机能够在特定的每分钟转数(RPM)范围内获得最大功率。因此，气门开关正时在低转速范围内必须延迟，以使得混合物膨胀和爆炸，但是气门开关正时必须在高转速范围内提前，以在爆炸后排出混合物。然而，如果气门正时调整为延迟，则当发动机高速旋转时，混合物的排放被延迟；如果气门正时调整为提前，则当发动机低速旋转时，混合物的压缩被延迟。因此，发动机的效率过低。
为了解决这个问题，已经提出了一种连续可变气门正时(CVVT)技术，该技术改变气门开关正时，以在气门开启持续时间固定的状态下适合发动机RPM，从而在高速和低速两种速度下获得高燃料效率和高功率。尽管CVVT技术可以有效地控制气门开启时刻，但它不能改变气门开启持续时间。
为了改变气门开启持续时间，已经开发了一种连续可变气门升程(CVVL)系统，其使得可以根据发动机RPM而通过不同的升程来操作气门。然而，在CVVL系统中，由于气门开启持续时间是变化的，但气门升程同时发生变化，因此CVVL系统在控制方面具有较低的自由度。
为了解决这一问题，开发了专利文件1中所公开的连续可变气门开启持续时间(CVVD)装置。通过与CVVT装置进行联动，CVVD装置可以有效地改变气门正时和气门开启持续时间，而不改变气门升程。此外，CVVD装置可以通过独立地控制气门开启正时和气门关闭正时来设置最优气门开关正时。
然而，当利用CVVD和CVVT来调整气门正时和气门开启持续时间时，当气门开启持续时间变化时，会由于气门正时的变化而无法获得所期望的气门正时。但是，目前还没有对利用CVVD和CVVT来控制气门正时和气门开启持续时间的方法进行充分的研究。
[现有技术文件]
[专利文件]
(专利文件1)韩国专利申请公开第10-2013-0063819号(2013年6月17日)。
发明内容
本发明实施方案针对一种利用CVVT装置和CVVD装置来控制气门正时和气门开启持续时间的方法，其中，可以根据发动机的运行状态来对气门正时和气门开启持续时间进行最优地控制。
可以通过以下描述来理解本发明的其他目的和优点，并且参照本发明的示例性实施方案，本发明的其他目的和优点将变得更加明显。此外，本发明所属技术领域的技术人员将明了，本发明的目的和优点可以通过所要求的装置和所述装置的组合来实现。
根据本发明的实施方案提出了一种利用CVVT装置和CVVD装置来控制气门正时和气门开启持续时间的方法，所述CVVT装置配置为调整车辆发动机中的气门的开启时间，所述CVVD装置配置为调整气门升程的持续时间，所述方法包括：由处理器来确定所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻；由所述处理器通过所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻来确定所期望的气门开启持续时间；由所述处理器通过所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间来确定所期望的气门正时；由所述处理器来控制CVVD装置，以达到所期望的气门开启持续时间，同时控制CVVT装置，以达到所期望的气门正时。
所述CVVD装置可以通过固定气门的峰值升程和改变气门开启时刻和气门关闭时刻来调整气门开启持续时间。
所述CVVD装置可以通过固定气门关闭时刻和改变气门开启时刻来调整气门开启持续时间。
根据本发明的另一实施方案提出了一种利用CVVT装置和CVVD装置来控制气门正时和气门开启持续时间的系统，所述CVVT装置配置为调整在车辆发动机中的气门的开启时间，所述CVVD装置配置为调整气门升程的持续时间，所述系统包括控制器，所述控制器配置为执行：确定所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻；通过所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻来确定所期望的气门开启持续时间；通过所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间来确定所期望的气门正时；控制CVVD装置，以达到所期望的气门开启持续时间，同时控制CVVT装置，以达到所期望的气门正时。所述CVVD装置通过固定气门的峰值升程和改变气门开启时刻和气门关闭时刻来调整气门开启持续时间。所述CVVD装置通过固定气门关闭时刻和改变气门开启时刻来调整气门开启持续时间。
附图说明
图1示出了这样的立体图，其示出了根据实施方案的利用CVVT装置和CVVD装置来控制气门正时和气门开启持续时间的方法中的包括CVVT装置和CVVD装置的发动机的一部分。
图2A示出了根据本发明的实施方案的方法中的CVVT装置的配置的示意图。
图2B示出了根据本发明的另一实施方案的方法中的CVVT装置的配置的示意图。
图3示意性地示出了根据本发明的实施方案的方法中的CVVD装置的配置的示意图。
图4示出了根据本发明的实施方案的方法的流程图。
图5A-图5D示出了根据本发明的实施方案的方法中对气门升程的控制行为的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来更详细地描述本发明的示例性实施方案。但是，本发明可以采用不同形式来实施，而不应被解释为仅限于在本文中所提出的实施方案。更确切而言，提供这些实施方案是为了使本发明变得详尽并完整，且能够充分地向本领域技术人员传达本发明的范围。在整个本发明中，本发明的多个附图和实施方案中相同的部件以相同的附图标记来表示。
图1示出了发动机的一部分的立体图，该发动机包括根据实施方案的利用连续可变气门正时(CVVT)装置100和连续可变气门开启持续时间(CVVD)装置200来控制气门正时和气门开启持续时间的方法中的CVVT装置100和CVVD装置200。如图1所示，内燃机包括气门600、CVVT装置100和CVVD装置200；气门600使得向燃烧室引入进气，以及从燃烧室排出排放气体；CVVT装置100调整气门600的开启时间；CVVD装置200调整气门升程的持续时间。
图2A和图2B示出了根据本发明实施方案的方法中的CVVT装置100的配置的示意图。参照图2A和图2B，系统的CVVT装置100连接至凸轮轴160的一端，并连接至机油控制阀300、气门正时检测单元400和控制器500；凸轮轴160控制气门600的开启和关闭；控制器500包括处理器和/或电气回路，所述处理器和/或电气回路通过执行嵌入其中的指令、控制机油控制阀300和气门正时检测单元400来执行下文所描述的各种功能。
此外，CVVT装置100包括壳体110和转子叶片120；转子叶片120连接至进气气门/排气气门(未显示)的凸轮轴160一端，并插入壳体110的内周缘。
壳体110具有多个形成于其中的提前室130和延迟室140，所述提前室130和延迟室140是由转子叶片120的各个叶片分隔开的空间。在转子叶片120的叶片的至少一部分中形成有锁定装置150，锁定装置150将凸轮轴160的旋转相位相对于发动机的曲轴(未显示)而固定在特定角度。
CVVT装置100对通过提前通道135和延迟通道145而从机油控制阀300供应至CVVT装置100的提前室130和延迟室140的机油的供应量进行调节，从而通过在最大提前相位和最大延迟相位之间改变凸轮轴160相对于曲轴的旋转相位来改变气门正时。
更详细地说，当将气门正时改变为提前时，机油控制阀300堵塞向延迟室140供应机油的延迟通道145，同时根据占空比控制来开启提前通道135，以向提前室130供应机油，从而通过改变提前室130中液压压力来提前凸轮轴的相位。
此外，当将气门正时改变为延迟时，机油控制阀300堵塞向提前室130供应机油的提前通道135，同时根据占空比控制来开启延迟通道145，以向延迟室140供应机油。从而通过改变延迟室140中液压压力来延迟凸轮轴的相位。
控制器500根据发动机RPM范围来计算最优气门正时，以基于最优气门正时来设置所期望的气门正时。控制器500计算改变凸轮轴160的旋转相位所需的角度，以达到所期望的气门正时，并基于所期望的气门正时来控制机油控制阀300。
气门正时检测单元400包括凸轮轴旋转角度传感器系统410和曲轴旋转角度传感器系统420；凸轮轴旋转角度传感器系统410包括至少一个凸轮轴旋转角度传感器(即，图2B中的凸轮轴旋转角度传感器1到n，其中n是自然数)，并检测凸轮轴的旋转角度；曲轴旋转角度传感器系统420包括至少一个曲轴旋转角度传感器(即，图2B中的曲轴旋转角度传感器1到n，其中n是自然数)，并检测曲轴的旋转角度。
通过分别从凸轮轴旋转角度传感器系统410和曲轴旋转角度传感器系统420读取凸轮轴旋转角度和曲轴旋转角度，然后从凸轮轴旋转角度减去曲轴旋转角度，控制器500可以通过CVVT装置100计算得到气门正时的实际变化角度。
图3示意性地示出了根据本发明的实施方案的方法中的CVVD装置200的示例性配置的示意图。
CVVD装置200包括凸轮轴210和凸轮部件220；凸轮轴210具有形成于凸轮轴210中的凸轮轴槽212；凸轮部件220设置于凸轮轴210，从而使凸轮部件220的相位可以相对于凸轮轴210改变，其中，凸轮部件220具有凸轮221、凸轮222和凸轮槽224，并且凸轮部件220的旋转中心与凸轮轴210的旋转中心重合。
CVVD装置200包括辊子引导部件230，辊子引导部件230连接至辊子引导部件230内的凸轮轴槽212和凸轮槽224。辊子引导部件230的一端通过铰链231和支架250而联结至发动机，而辊子引导部件230的另一端形成有控制槽232。此外，CVVD装置200包括控制轴240；控制轴240设置为平行于凸轮轴210，并具有插入控制槽232的控制销241，控制销241相对于控制轴240的中心是偏心的。
辊子引导部件230的旋转中心与凸轮轴210的旋转中心平行，并且辊子引导部件230的旋转中心可以通过由控制器500控制的致动器或电机来进行移动。通过辊子引导部件230的旋转中心与凸轮轴210的旋转中心之间的差异，可以改变凸轮槽224相对于凸轮轴槽212的相位角，因此可以改变凸轮部件220相对于凸轮轴210的旋转速度。通过这样的结构，可以改变气门开启持续时间(气门开启持续时间是指气门开启时刻和气门关闭时刻之间的经过时间)。
此外，根据铰链231的设计位置，通过固定气门开启时刻并改变气门关闭时刻，或者固定气门关闭时刻并改变气门开启时刻，CVVD装置200可以改变气门开启持续时间。或者，CVVD装置200可以通过固定峰值升程并改变气门开启时刻和气门关闭时刻来改变气门开启持续时间。
但是，根据本发明的实施方案的方法不限于使用图2A、图2B和图3所示的CVVT装置100和CVVD装置200，它适用于可以改变气门正时和气门开启持续时间的装置。
图4示出了根据本发明的实施方案的方法流程图。如图4所示，控制器500首先设置最适合于车辆行驶条件的所期望的气门正时和所期望的气门开启持续时间。一般来说，气门开关正时是固定的，从而使得发动机能够在特定的RPM范围内获得最大功率。因此，考虑到发动机当前RPM和负载来设置所期望的气门正时和气门开启持续时间，以确定最优气门开关正时。
为此，优选地是，控制器500首先将气门600的开启时刻和关闭时刻设置为使得向燃烧室引入进气以及从燃烧室排出排放气体(S100)。当设置了气门600的开启时刻和关闭时刻时，气门升程的气门开启持续时间由所期望的气门开启持续时间和所期望的气门关闭时刻之间的差来确定。
同时，通过所设置的气门开启时刻和当前实际气门开启持续时间来计算所期望的气门正时。
当设置了所期望的气门正时并确定了所期望的气门开启持续时间时，CVVT装置100和CVVD装置200分别被控制为达到所期望的值。当通过控制CVVD装置200来改变气门开启持续时间时，气门开启时刻就会改变。由于这个原因，气门600可以不在最初计划的气门正时开启。
然而，如上所述，CVVT装置100由所期望的气门开启时刻和实际气门开启持续时间来确定。因此，实时检测根据对气门开启持续时间的控制来变化的实际气门开启持续时间，通过所检测的实际气门开启持续时间和所期望的气门开启时刻来设置所期望的气门正时，并且CVVT装置100被控制为适合所期望的气门正时。因此，气门开启时刻可以根据气门开启持续时间的变化而改变。
这里，可以从传感器系统的测量值获得实际的可变气门开启持续时间，所述传感器系统包括至少一个传感器，所述传感器安装于致动器或电机，以在CVVD装置200中给出凸轮轴210和凸轮部件220之间的相对相位角。
控制器500分别控制CVVT装置100和CVVD装置200，直到最终实现所期望的气门正时和气门开启持续时间。通过这样的结构，即使在气门正时根据对气门开启持续时间的控制而改变时，也可以准确地控制最初计划的气门开启持续时间和气门正时。
图5A-图5D示出了根据本发明的实施方案的方法中对气门升程的控制行为的示意图。图5A-图5D所示的控制行为是CVVD装置200的示例，所述CVVD装置200用于在气门开启持续时间的控制期间，通过固定峰值升程和改变气门开启时刻和气门关闭时刻来改变气门开启持续时间。
图5A示出了可变地控制气门正时和气门开启持续时间之前对气门升程的控制行为。在这种情况下，气门开启时刻处于20°的角度，气门关闭时刻处于70°的角度，因此实际气门开启持续时间为50°的角度。在这种状态下，本实施方案的控制器500控制气门，从而使所期望的气门开启时刻处于-10°的角度，所期望的气门关闭时刻处于20°的角度。在这种情况下，所期望的气门正时处于-10°的角度，所期望的气门开启持续时间处于30°的角度。
图5B和图5C示出了在控制CVVT装置100和CVVD装置200以实现所期望的气门正时和气门开启持续时间时对气门升程的控制行为。
通常地，气门开启持续时间和气门正时几乎是同时变化的。然而，假设气门正时控制完全在气门开启持续时间控制之前执行，则实际气门开启持续时间为50°的角度而没有发生变化，而所期望的气门开启时刻处于-10°的角度。因此，如图5B所示，在气门开启持续时间(示例中为50°的角度)几乎不变的状态下，只有气门正时所设置的角度从20°变化到-10°(所期望的气门正时所设置的角度)。
在此之后，如图5C，所示当气门开启持续时间得到控制时，气门开启持续时间所设置的角度从50°变化到30°。在这种情况下，由于气门开启持续时间以这种方式变化，所以气门开启时刻和气门关闭时刻被改变，从而气门在0°的角度开启，而不是在实际所期望的气门开启时刻所设置的-10°的角度开启。
然而，在根据本发明的实施方案的方法中，所期望的气门正时是通过所期望的气门开启时刻(-10°的角度)和当前实际气门开启持续时间(30°的角度)来计算的。因此，将CVVT装置100控制为，通过设置为-20°的角度来实现所期望的气门正时。因此，如图5D所示，由于所期望的气门开启时刻处于-10°的角度，所期望的气门关闭时刻处于20°的角度，气门开启持续时间为30°的角度，所以可以实现最初计划的气门开启时刻和气门开启持续时间。
尽管图5A-图5D所示的控制行为是CVVD装置200的示例(所述CVVD装置用于在气门开启持续时间的控制期间，通过固定峰值升程和改变气门开启时刻和气门关闭时刻来改变气门开启持续时间)，但本发明并不局限于此。例如，即使CVVD装置200用于通过固定气门关闭时刻和改变气门开启时刻来改变气门开启持续时间，实际气门正时也会通过改变气门开启持续时间来改变。因此，即使在这种情况下，也可以根据所期望的气门开启时刻和气门开启持续时间，通过改变所期望的气门正时来实现所期望的气门开启时刻和气门开启持续时间。
如果将气门正时调整为，在完成对气门开启持续时间的控制后，实现所期望的气门开启时刻，则在完成对所期望的气门正时的控制之前，可能会以不希望的方式来提前或延迟气门正时。然而，按照根据本发明的示例性实施方案的控制气门正时和气门开启持续时间的方法，通过根据所期望的气门开启时刻和气门开启持续时间来改变所期望的气门正时，从而可以使此类问题减到最少。
按照根据本发明的示例性实施方案的控制气门正时和气门开启持续时间的方法，可以根据操作状态来轻易地准确控制所期望的气门正时和气门开启持续时间，从而提高车辆的动力和燃料效率。
尽管参考具体实施方案对本发明进行了描述，但是本技术领域的技术人员将明了可以做各种改变和修改而不偏离以下权利要求中所定义的本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种利用连续可变气门正时装置和连续可变气门开启持续时间装置来控制气门正时和气门开启持续时间的方法，所述连续可变气门正时装置配置为调整车辆发动机中的气门的开启时间，所述连续可变气门开启持续时间装置配置为调整气门升程开启的持续时间，所述方法包括：
由处理器来确定最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻；
由所述处理器通过最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻来确定所期望的气门开启持续时间；
由所述处理器通过最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间来确定所期望的气门正时；
由所述处理器来控制连续可变气门开启持续时间装置，以达到最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启持续时间，同时基于通过最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间确定的所期望的气门正时控制连续可变气门正时装置，以达到最适合车辆行驶条件的所期望的气门正时。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连续可变气门开启持续时间装置通过固定气门的峰值升程及改变气门开启时刻和气门关闭时刻来调整气门开启持续时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述连续可变气门开启持续时间装置通过固定气门关闭时刻和改变气门开启时刻来调整气门开启持续时间。
4.一种利用连续可变气门正时装置和连续可变气门开启持续时间装置来控制气门正时和气门开启持续时间的系统，所述连续可变气门正时装置配置为调整车辆发动机中的气门的开启时间，所述连续可变气门开启持续时间装置配置为调整气门升程开启的持续时间，所述系统包括控制器，所述控制器包括处理器，所述处理器配置为执行以下操作：
确定最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻；
通过最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和所期望的气门关闭时刻来确定所期望的气门开启持续时间；
通过最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间来确定所期望的气门正时；
控制连续可变气门开启持续时间装置，以达到最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启持续时间，同时基于通过最适合车辆行驶条件的所期望的气门开启时刻和实时测量的实际气门开启持续时间确定的所期望的气门正时控制连续可变气门正时装置，以达到最适合车辆行驶条件的所期望的气门正时。
5.根据权利要求4所述的利用连续可变气门正时装置和连续可变气门开启持续时间装置来控制气门正时和气门开启持续时间的系统，其中，所述连续可变气门开启持续时间装置通过固定气门的峰值升程及改变气门开启时刻和气门关闭时刻来调整气门开启持续时间。
6.根据权利要求4所述的利用连续可变气门正时装置和连续可变气门开启持续时间装置来控制气门正时和气门开启持续时间的系统，其中，所述连续可变气门开启持续时间装置通过固定气门关闭时刻和改变气门开启时刻来调整气门开启持续时间。
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