CN109798178B - 用于分层扫气发动机的电控分层进气系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于分层扫气发动机的电控分层进气系统及其控制方法，电控分层进气系统包含进气喷油模块、曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和电子控制单元；进气喷油模块包含壳体、第一空气滤清器、第二空气滤清器、第一节气门、第二节气门、第一舵机、第二舵机、第一至第四摆臂、第一拉杆、第二拉杆、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器和喷油器。工作时，电子控制单元根据曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器的感应数据控制第一舵机、第二舵机、喷油器工作。

Description

用于分层扫气发动机的电控分层进气系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及分层进气二冲程内燃机领域，尤其涉及一种用于分层扫气发动机的电控分层进气系统及其控制方法。

背景技术

内燃机通过工质在缸内剧烈的燃烧，产生大量的热能转换机械运转的为动能，然后向外输出动力做功。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。二冲程往复式活塞发动机的特点是具有结构简单、升功率高、推重比大，成本较低等。

二冲程发动机不同于四冲程发动机的进排气。二冲程发动机的进气是先进入曲轴箱，再从曲轴箱通过扫气道扫入燃烧室内，进、扫、排气阀一般通过活塞阀或是簧片阀，极易地简化了配气机构。简易后的配气常常具有一定的缺陷。经由曲轴箱的换气过程导致了新鲜混合气逃逸损失。针对二冲程汽油机以上问题的主要措施是：1、采用缸内直喷技术；2、排气调谐技术；3、分层扫气技术等等。针对分层扫气技术需要一个可靠的分层进气系统支撑分层扫气功能。分层扫气是指二冲程发动机换气过程中，使混合气与废气之间形成分层介质，由此介质承担短路损失的扫气方式。这便需要一个分别由油气混合气组成进气的主进气道和由纯空气组成进气的副进气道组成的分层进气系统。

为应对愈来愈严格的排放法规，二冲程发动机需要引进分层扫气等新型技术降低排放。传统的化油器式的分层扫气发动机的进气管节气门之间常常通过机械连动，两节气门之间的相对开度是确定的，缺乏可调控性，对发动机的分层扫气作用具有一定的制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有的电控二冲程分层扫气发动机的分层进气控制问题，提供了一种用于分层扫气发动机的电控分层进气系统及其控制方法，提高了分层扫气的作用性，进而降低二冲程发动机的油耗。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

用于分层扫气发动机的电控分层进气系统，包含进气喷油模块、曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和电子控制单元；

所述进气喷油模块包含壳体、第一空气滤清器、第二空气滤清器、第一节气门、第二节气门、第一舵机、第二舵机、第一至第四摆臂、第一拉杆、第二拉杆、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器和喷油器；

所述壳体和分层扫气发动机的进气口固连，其内设有第一进气通道、第二进气通道和喷油通道，其中，所述第一空气滤清器设置在所述第一进气通道的一端，第一进气通道的另一端和分层扫气发动机的主进气道入口相联通；所述第二空气滤清器设置在所述第二进气通道的一端，第二进气通道的另一端和分层扫气发动机的副进气道入口相联通；所述第一节气门、第二节气门分别设置在所述第一进气通道、第二进气通道内，分别用于控制第一进气通道、第二进气通道的开合程度；所述喷油器设置在所述喷油通道的一端，喷油通道的另一端和第一节气门、分层扫气发动机的主进气道入口之间的第一进气通道相联通；

所述第一舵机、第二舵机均设置在所述壳体上；

所述第一摆臂的一端和所述第一舵机输出轴的末端垂直固连、另一端和所述第一拉杆的一端铰接；所述第一拉杆的另一端和所述第二摆臂的一端铰接；所述第二摆臂的另一端和所述第一节气门的输入轴垂直固连；所述第一舵机用于带动第一摆臂转动，通过第一拉杆、第二摆臂传递，使得第一节气门的输入轴转动，进而控制第一节气门的开度；

所述第三摆臂的一端和所述第二舵机输出轴的末端垂直固连、另一端和所述第二拉杆的一端铰接；所述第二拉杆的另一端和所述第四摆臂的一端铰接；所述第四摆臂的另一端和所述第二节气门的输入轴垂直固连；所述第二舵机用于带动第三摆臂转动，通过第二拉杆、第四摆臂传递，使得第二节气门的输入轴转动，进而控制第二节气门的开度；

所述第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器分别设置在第一节气门、第二节气门上，分别用于感应第一节气门、第二节气门的开度，并将其传递给所述电子控制单元；

所述曲轴位置传感器设置在分层扫气发动机上，用于感应分层扫气发动机的活塞上止点位置和发动机的转速，并将其传递给所述电子控制单元；

所述第一温度传感器、第二温度传感器分别设置在分层扫气发动机的缸头处、排气管内，分别用于感应分层扫气发动机缸头处、排气管内的温度，并将其传递给所述电子控制单元；

所述电子控制单元分别和所述曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器、第一舵机、第二舵机、喷油器电气相连，用于根据所述曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器控制第一舵机、第二舵机、喷油器工作。

作为本发明用于分层扫气发动机的电控分层进气系统进一步的优化方案，所述第一温度传感器采用J型热电偶温度传感器或者PT100温度传感器。

作为本发明用于分层扫气发动机的电控分层进气系统进一步的优化方案，第二温度传感器采用K型热电偶温度传感器。

本发明还公开了一种该用于分层扫气发动机的电控分层进气系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器分别感应分层扫气发动机的转速、缸头处的温度、排气管内的排气温度、第一节气门的开度、第二节气门的开度，并将其传递给所述电子控制单元；

步骤2），在预设的周期阈值内，如果第一节气门的开度大于等于5°小于等于15°、发动机转速的平均值小于等于预设的第一速度阈值、发动机转速的最大值和发动机转速平均值差值的绝对值大于预设的稳定转速阈值或发动机转速的最小值和发动机转速平均值差值的绝对值大于预设的稳定转速阈值、缸头处温度的平均值小于等于预设的第一温度阈值且缸头处的温度随时间增大、排气管内的温度小于等于预设的第二温度阈值且排气管内的温度随时间增大，电子控制单元判断此时为发动机启动工况，此时电子控制单元控制第一节气门和喷油器正常工作，控制第二节气门关闭第二进气通道；

步骤3），在预设的周期内，如果第一节气门的开度大于15°、发动机转速的最大值和发动机转速平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定转速阈值、发动机转速的最小值和发动机转速平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定转速阈值、缸头处温度的平均值大于预设的第一温度阈值、缸头处温度的最大值和缸头处温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、缸头处温度的最小值和缸头处温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、排气管内的温度大于预设的第二温度阈值、排气管内温度的最大值和排气管内温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、排气管内温度的最小值和排气管内温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值，电子控制单元判断此时为正常工作工况，此时：

步骤3.1），电子控制单元控制第一节气门和喷油器正常工作；

步骤3.2），电子控制单元根据第一节气门的开度在预设设定的第一节气门和第二节气门开度对照表中查询到对应的第二节气门的目标开度；

步骤3.3），电子控制单元根据查询到的第二节气门的目标开度控制第二舵机工作，使得第二节气门的开度等于第二节气门的目标开度。

第一节气门正常工作的控制方法如下：电子控制单元根据外部传递的第一节气门目标开度，结合发动机的转速、缸头处的温度、排气管内的温度计算得到第一节气门的最佳开度，然后控制第一舵机工作，使得第一节气门的开度等于计算得到的第一节气门的最佳开度。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明相对现有技术，提供了一种适用于分层扫气电控发动机双进气道的双舵机协同式控制系统。克服了两节气门之间相对开度的可调性问题，提高了发动机的分层扫气作用。降低了发动机的油耗和排放。

附图说明

图1为本发明中进气喷油模块的剖面示意图；

图2为本发明中进气喷油模块正面的结构示意图；

图3为本发明中进气喷油模块反面的结构示意图；

图4为第一节气门和第一节气门位置传感器、第一摆臂相配合的结构示意图。

图中，1-壳体，2-第一进气通道，3-第二进气通道，4-喷油通道，5-第一节气门位置传感器，6-第二节气门位置传感器，7-喷油器，8-第一空气滤清器，9-第二空气滤清器，10-第二舵机，11-第三摆臂，12-第二拉杆，13-第四摆臂，14-第一舵机，15-第一摆臂，16-第一拉杆，17-第二摆臂，18-第一节气门的输入轴，19-第一节气门的阻风片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种用于分层扫气发动机的电控分层进气系统，包含进气喷油模块、曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和电子控制单元；

所述进气喷油模块包含壳体、第一空气滤清器、第二空气滤清器、第一节气门、第二节气门、第一舵机、第二舵机、第一至第四摆臂、第一拉杆、第二拉杆、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器和喷油器。

如图1所示，所述壳体和分层扫气发动机的进气口固连，其内设有第一进气通道、第二进气通道和喷油通道，其中，所述第一空气滤清器设置在所述第一进气通道的一端，第一进气通道的另一端和分层扫气发动机的主进气道入口相联通；所述第二空气滤清器设置在所述第二进气通道的一端，第二进气通道的另一端和分层扫气发动机的副进气道入口相联通；所述第一节气门、第二节气门分别设置在所述第一进气通道、第二进气通道内，分别用于控制第第一进气通道、第二进气通道的开合程度；所述喷油器设置在所述喷油通道的一端，喷油通道的另一端和第一节气门、分层扫气发动机的主进气道入口之间的第一进气通道相联通。

如图2、图3所示，所述第一舵机、第二舵机均设置在所述壳体上；

所述第一摆臂的一端和所述第一舵机输出轴的末端垂直固连、另一端和所述第一拉杆的一端铰接；所述第一拉杆的另一端和所述第二摆臂的一端铰接；所述第二摆臂的另一端和所述第一节气门的输入轴垂直固连；所述第一舵机用于带动第一摆臂转动，通过第一拉杆、第二摆臂传递，使得第一节气门的输入轴转动，进而控制第一节气门的开度；

所述第三摆臂的一端和所述第二舵机输出轴的末端垂直固连、另一端和所述第二拉杆的一端铰接；所述第二拉杆的另一端和所述第四摆臂的一端铰接；所述第四摆臂的另一端和所述第二节气门的输入轴垂直固连；所述第二舵机用于带动第三摆臂转动，通过第二拉杆、第四摆臂传递，使得第二节气门的输入轴转动，进而控制第二节气门的开度；

所述第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器分别设置在第一节气门、第二节气门上，分别用于感应第一节气门、第二节气门的开度，并将其传递给所述电子控制单元。

所述曲轴位置传感器设置在分层扫气发动机上，用于感应分层扫气发动机的活塞上止点位置和发动机的转速，并将其传递给所述电子控制单元；

所述第一温度传感器、第二温度传感器分别设置在分层扫气发动机的缸头处、排气管内，分别用于感应分层扫气发动机缸头处、排气管内的温度，并将其传递给所述电子控制单元；

所述电子控制单元分别和所述曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器、第一舵机、第二舵机、喷油器电气相连，用于根据所述曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器控制第一舵机、第二舵机、喷油器工作。

所述第一温度传感器采用J型热电偶温度传感器或者PT100温度传感器，第二温度传感器采用K型热电偶温度传感器。

如图4所示，第一节气门包含输入轴和阻风片，阻风片通过螺钉固定在输入轴上，输入轴的一端和第一摆臂的一端垂直固连，输入轴的另一端设有第一节气门位置传感器。

本发明还公开了一种该用于分层扫气发动机的电控分层进气系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器分别感应分层扫气发动机的转速、缸头处的温度、排气管内的温度、第一节气门的开度、第二节气门的开度，并将其传递给所述电子控制单元；

步骤2），在预设的周期阈值内，如果第一节气门的开度大于等于5°小于等于15°、发动机转速的平均值小于等于预设的第一速度阈值、发动机转速的最大值和发动机转速平均值差值的绝对值大于预设的稳定转速阈值或发动机转速的最小值和发动机转速平均值差值的绝对值大于预设的稳定转速阈值、缸头处温度的平均值小于等于预设的第一温度阈值且缸头处的温度随时间增大、排气管内的温度小于等于预设的第二温度阈值且排气管内的温度随时间增大，电子控制单元判断此时为发动机启动工况，此时电子控制单元控制第一节气门和喷油器正常工作，控制第二节气门关闭第二进气通道；

步骤3），在预设的周期内，如果第一节气门的开度大于15°、发动机转速的最大值和发动机转速平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定转速阈值、发动机转速的最小值和发动机转速平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定转速阈值、缸头处温度的平均值大于预设的第一温度阈值、缸头处温度的最大值和缸头处温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、缸头处温度的最小值和缸头处温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、排气管内的温度大于预设的第二温度阈值、排气管内温度的最大值和排气管内温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、排气管内温度的最小值和排气管内温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值，电子控制单元判断此时为正常工作工况，此时：

步骤3.1），电子控制单元控制第一节气门和喷油器正常工作；

步骤3.2），电子控制单元根据第一节气门的开度在预设设定的第一节气门和第二节气门开度对照表中查询到对应的第二节气门的目标开度；

步骤3.3），电子控制单元根据查询到的第二节气门的目标开度控制第二舵机工作，使得第二节气门的开度等于第二节气门的目标开度。

第一节气门正常工作的控制方法如下：电子控制单元根据外部传递的第一节气门目标开度，结合发动机的转速、缸头处的温度、排气管内的温度计算得到第一节气门的最佳开度，然后控制第一舵机工作，使得第一节气门的开度等于计算得到的第一节气门的最佳开度。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.用于分层扫气发动机的电控分层进气系统，其特征在于，包含进气喷油模块、曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和电子控制单元；

所述进气喷油模块包含壳体、第一空气滤清器、第二空气滤清器、第一节气门、第二节气门、第一舵机、第二舵机、第一至第四摆臂、第一拉杆、第二拉杆、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器和喷油器；

所述壳体和分层扫气发动机的进气口固连，其内设有第一进气通道、第二进气通道和喷油通道，其中，所述第一空气滤清器设置在所述第一进气通道的一端，第一进气通道的另一端和分层扫气发动机的主进气道入口相联通；所述第二空气滤清器设置在所述第二进气通道的一端，第二进气通道的另一端和分层扫气发动机的副进气道入口相联通；所述第一节气门、第二节气门分别设置在所述第一进气通道、第二进气通道内，分别用于控制第第一进气通道、第二进气通道的开合程度；所述喷油器设置在所述喷油通道的一端，喷油通道的另一端和第一节气门、分层扫气发动机的主进气道入口之间的第一进气通道相联通；

所述第一舵机、第二舵机均设置在所述壳体上；

所述第一摆臂的一端和所述第一舵机的输出轴的末端垂直固连、另一端和所述第一拉杆的一端铰接；所述第一拉杆的另一端和所述第二摆臂的一端铰接；所述第二摆臂的另一端和所述第一节气门的输入轴垂直固连；所述第一舵机用于带动第一摆臂转动，通过第一拉杆、第二摆臂传递，使得第一节气门的输入轴转动，进而控制第一节气门的开度；

所述第三摆臂的一端和所述第二舵机的输出轴的末端垂直固连、另一端和所述第二拉杆的一端铰接；所述第二拉杆的另一端和所述第四摆臂的一端铰接；所述第四摆臂的另一端和所述第二节气门的输入轴垂直固连；所述第二舵机用于带动第三摆臂转动，通过第二拉杆、第四摆臂传递，使得第二节气门的输入轴转动，进而控制第二节气门的开度；

所述第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器分别设置在第一节气门、第二节气门上，分别用于感应第一节气门、第二节气门的开度，并将其传递给所述电子控制单元；

所述曲轴位置传感器设置在分层扫气发动机上，用于感应分层扫气发动机的活塞上止点位置和发动机的转速，并将其传递给所述电子控制单元；

所述第一温度传感器、第二温度传感器分别设置在分层扫气发动机的缸头处、排气管内，分别用于感应分层扫气发动机缸头处、排气管内的温度，并将其传递给所述电子控制单元；

所述电子控制单元分别和所述曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器、第一舵机、第二舵机、喷油器电气相连，用于根据所述曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器控制第一舵机、第二舵机、喷油器工作；

所述第一温度传感器采用J型热电偶温度传感器或者PT100温度传感器；

第二温度传感器采用K型热电偶温度传感器。

2.基于权利要求1所述的用于分层扫气发动机的电控分层进气系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），曲轴位置传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一节气门位置传感器、第二节气门位置传感器分别感应分层扫气发动机的转速、缸头处的温度、排气管内的温度、第一节气门的开度、第二节气门的开度，并将其传递给所述电子控制单元；

步骤2），在预设的周期阈值内，如果第一节气门的开度大于等于5°小于等于15°、发动机转速的平均值小于等于预设的第一速度阈值、发动机转速的最大值和发动机转速平均值差值的绝对值大于预设的稳定转速阈值或发动机转速的最小值和发动机转速平均值差值的绝对值大于预设的稳定转速阈值、缸头处温度的平均值小于等于预设的第一温度阈值且缸头处的温度随时间增大、排气管内的温度小于等于预设的第二温度阈值且排气管内的温度随时间增大，电子控制单元判断此时为发动机启动工况，此时电子控制单元控制第一节气门和喷油器正常工作，控制第二节气门关闭第二进气通道；

步骤3），在预设的周期内，如果第一节气门的开度大于15°、发动机转速的最大值和发动机转速平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定转速阈值、发动机转速的最小值和发动机转速平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定转速阈值、缸头处温度的平均值大于预设的第一温度阈值、缸头处温度的最大值和缸头处温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、缸头处温度的最小值和缸头处温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、排气管内的温度大于预设的第二温度阈值、排气管内温度的最大值和排气管内温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值、排气管内温度的最小值和排气管内温度的平均值差值的绝对值小于等于预设的稳定温度阈值，电子控制单元判断此时为正常工作工况，此时：

步骤3.1），电子控制单元控制第一节气门和喷油器正常工作；

步骤3.2），电子控制单元根据第一节气门的开度在预设设定的第一节气门和第二节气门开度对照表中查询到对应的第二节气门的目标开度；

步骤3.3），电子控制单元根据查询到的第二节气门的目标开度控制第二舵机工作，使得第二节气门的开度等于第二节气门的目标开度。