CN111878185A - 可变气门升程机构的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车辆发动机的可变气门升程机构的控制方法，所述方法包括：计算需求进气量；响应于所述需求进气量为中等需求进气量，计算气门的第一基本升程、节气门的第一基本开度和增压器的第一基本开度；控制所述节气门打开至所述节气门的第一基本开度，使空气进入总进气管路，制所述气门打开至所述第一基本升程，使空气进入气缸；控制所述增压器打开至所述增压器的第一基本开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压，以用于发动机中的燃油燃烧。这一控制方法可以有效扩大非全升程控制方式的运行范围，充分利用了非全升程控制方式的优势，进一步降低中小负荷工况运行过程中的泵气损失，改善爆震边界，增强了缸内湍动能，改善了油耗。

Description

可变气门升程机构的控制方法

技术领域

本申请主要涉及车辆的发动机领域，尤其涉及一种可变气门升程机构的控制方法。

背景技术

车辆发动机中，进气门和排气门是控制车辆发动机中进气和排气的重要部件，其严重影响着车辆的燃油效率。

发动机的气门行程是受凸轮轴转角长度控制的，在普通的发动机上，凸轮轴的转角长度固定，气门行程也是固定不变的。类似于不可变气门正时的发动机，这种气门行程固定不变的发动机，它采用的气门行程设计也是根据发动机的需求设定。如赛车发动机采用长行程设计，以获得高转速时强大的功率输出，但在低转速的时候会工作不稳定。普通民用车则采用兼顾高低转速的气门行程设计，但会在高低转速区域损失动力。

而采用可变行程技术的发动机，气门行程能随发动机转速的改变而改变。在高转速时，采用长行程来提高进气效率，让发动机的呼吸更顺畅，在低速时，采用短行程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的扭力输出。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种车辆发动机的可变气门升程机构的控制方法，所述方法包括：计算需求进气量；响应于所述需求进气量满足预设的中等需求进气量时，确定气门的第一基本升程、节气门的第一基本开度和增压器的第一基本开度；控制所述节气门打开至所述节气门的第一基本开度，使空气进入总进气管路；控制所述气门打开至所述第一基本升程，使空气进入气缸；控制所述增压器打开至所述增压器的第一基本开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压，以用于发动机中的燃油燃烧。

根据本申请的一个实施方式，其中，所述气门的第一基本升程小于所述气门的最大升程，所述节气门的第一基本开度为所述节气门的最大开度。

根据本申请的一个实施方式，还包括：检测实际进气量；根据所述需求进气量和所述实际进气量，计算所述增压器的修正开度；根据所述增压器的第一基本开度和所述增压器的修正开度，计算所述增压器的目标开度；控制所述增压器由所述增压器第一基本开度打开至所述增压器的目标开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压。

根据本申请的一个实施方式，还包括：调节所述气门的第一基本升程，以调节进入所述气缸内的空气流量。

根据本申请的一个实施方式，还包括：响应于所述需求进气量满足预设的低等需求进气量时，确定所述气门的第二基本升程和所述节气门的第二基本开度；控制所述节气门打开至所述节气门的第二基本开度，使空气进入所述总进气管路；控制所述气门打开至所述第二基本升程，使空气进入所述气缸。

根据本申请的一个实施方式，其中，所述气门的第二基本升程小于所述气门的最大升程。

根据本申请的一个实施方式，还包括：检测实际进气量；根据所述需求进气量和所述实际进气量，计算所述节气门的修正开度；根据所述节气门的第二基本开度和所述节气门的修正开度，计算所述节气门的目标开度；控制所述节气门由所述节气门的第二基本开度打开至所述节气门的目标开度，并调节所述第二基本升程，以调节进入所述气缸的空气流量气缸。

根据本申请的一个实施方式，还包括：响应于所述需求进气量满足预设的高等需求进气量时，确定所述气门的第三基本升程、所述节气门的第三基本开度和所述增压器的第三基本开度；控制所述节气门打开至所述节气门的第三基本开度，使空气进入所述总进气管路；控制所述气门打开至所述第三基本升程，使空气进入所述气缸；控制所述增压器打开至所述增压器的第三基本开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压，以用于所述发动机中的燃油燃烧；其中，所述第三基本升程为所述气门的最大升程，所述节气门的第三基本开度为所述节气门的最大开度。

根据本申请的一个实施方式，还包括：检测实际进气量；根据所述需求进气量和所述实际进气量，计算所述增压器的第二修正开度；根据所述增压器的第三基本开度和所述增压器的第二修正开度，计算所述增压器的第二目标开度；控制所述增压器由所述增压器第三基本开度打开至所述增压器的第二目标开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压。

本申请还涉及一种车辆，应用如上所述的可变气门升程机构的控制方法。

本申请在中等需求进气量的时候，通过采用增压器对进气管路进行增压的方式，弥补气门无法达到最大行程，造成进气不足，燃料不充分的损失。这一控制方法可以有效扩大非全升程控制方式的运行范围，充分利用了非全升程控制方式的优势，进一步降低小负荷工况运行过程中的泵气损失，增强了缸内湍动能，改善了油耗。

附图说明

下面结合附图说明说明本申请的具体实施方式。说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是现有可变行程技术的发动机的控制方法。

图2是本申请一实施例的可变气门升程机构的控制方法。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语""长度"、"横向"、"纵向"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

车辆发动机中的进气门(在本申请中简称为气门)和节气门与发动机的燃油效率息息相关。为了提高发动机的燃油效率，往往会设置节气门和多个气门。在这当中，节气门一般安装在进气歧管上，是一个活塞，被发动机的凸轮轴控制，节气门打开，空气才能流进，即相当于进气管道的总开关，管控着进入发动机的总的空气量。而气门也就是俗称的油门，控制气缸进气量，由油门踏板控制，包括进气门和排气门。为了提高燃烧效率，气门往往设置多个。在发动机中还设置有增压器，增压器通过对总进气管道中的气体增压，增加进入气缸中进气量和进气速度，以提升燃烧效率。增压器往往作为气门和节气门的辅助手段使用。比如，在气门达到最大升程，节气门开到最大的时候，仍无法达到所需的进气量，此时往往需要增压器对气体进行增压。

传统的汽油发动机的气门升程是固定不变的。也就是凸轮轴的凸轮型线只有一种。这就造成了该升程不可使发动机在高速区和低速区得到良好的响应。可变的气门升程机构，可通过改变发动机的凸轮轴型线，使发动机在不同的转速和负荷区间都可以得到满足需求的气门升程，从而改善发动机的动力和油耗，使得发动机拥有更好的响应性和燃油经济性，全工况下拥有更加平衡的性能。

在汽车行进过程中，可以大致划分为三个状态。一，车辆启动阶段，此时车辆所需动能较低，对应的此时的进气量也较低，设定为低等需求进气量。二，车辆普通速度行驶阶段。此时，车辆达到稳定状态，所需动能较稳定，此时的进气量设定为中等需求进气量。三，车辆高速行驶或者加速阶段，此时，车辆所需动能较大，相应的进气量也较大，设定为高等需求进气量。由行驶经验可知，多数的车辆大部分时间属于中等需求进气量。

图1是现有可变行程技术的发动机的控制方法。图2是本申请一实施例的可变气门升程机构的中等需求进气量时的控制方法。

现有的可变气门行程的发动机的控制方法如图1所示：1)当发动机处于低水平需求进气量区域时，气门升程选用非全升程控制方式，即气门升程小于最大升程，此时增压器不介入，通过节气门闭环控制实现实际进气量精确控制。2)当发动机运行至中等水平的需求进气量区域时，为保证目标性能,采用气门增大升程的控制方式,增压器仍然保持不介入的工作状态，节气门闭环控制以实现精确控制实际进气量。3)当发动机运行至较高水平的需求进气量区域时,此时的进气门已位于最大升程位置且节气门达到全开状态,若仍无法满足发动机的需求性能，则需要增压器介入，对进气管路中的新鲜空气进行增压,增压器采用闭环控制,以实现精确控制实际进气量,保证发动机拥有足够多的气量以达到需求性能。

所谓闭环控制，指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。带有反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统后，通过系统运行将控制信息输向受控对象，并将受控对象的状态信息反馈到输入中，以修正操作过程，使系统的输出符合预期要求。

其中，全升程的控制方式为气门升程达到最大，此时气缸内进气量最大。相对应的，非全升程的控制方式为气门的升程不为最大，即此时气缸内进气量不为最大。

非全升程控制方式，可以降低有效压缩比，改善爆震边界。并且非全升程的控制方式可降低小负荷工况运行过程中的泵气损失，增强缸内湍动能，使缸内新鲜空气与燃油更好的混合，达到改善油耗的目的。因此延长非全升程控制方式的范围是有效降低油耗的方式之一。

下面将分别介绍当发动机所需进气量为中、低、高等进气量时，发动机的可变气门升程机构的控制方法。

当发动机所需进气量为中等进气量时，上述的控制方法包括以下步骤：

1)计算需求进气量。

通过发动机的电控制单元，根据发动机的转速、扭矩计算此时运行状态下的需求进气量。

2)响应于需求进气量满足预设的中等需求进气量，发动机的电控制单元确定气门的第一基本升程、节气门的第一基本开度和增压器的第一基本开度。

其中预设的中等需求进气量可以根据不同的车型运行情况进行预先设定。对此不作限制。

3)发动机的电控制单元控制节气门打开至上述节气门的第一基本开度，使得空气进入总进气管路。控制气门打开至上述的第一基本升程，使得空气进入气缸。控制增压器打开至上述增压器的第一基本开度，使得增压器对总进气管路中的空气进行增压，以用于发动机中的燃油燃烧。

此时气门的第一基本升程需小于气门总升程，节气门的第一基本开度为节气门的最大开度。

此方法与传统中等需求进气量的控制方法相比，传统方法气门为全升程，节气门开到最大。本申请中节气门同样开到最大，但是气门不达到全升程，增加了增压器的使用，对进气管路中的空气加压，使即便气门非全升程时气缸内仍可获得足够的空气量，弥补了气门非全升程的损失，提高了非全升程的使用范围。

4)增压器闭环控制。

由于车辆中各个零部件的制造散差，导致即便相同的控制参数，仍不能达到相同的需求进气量结果，无法保证实现驾驶意图。因此需要对实际的进气量进行闭环控制。由于此时需求进气量较大，节气门需保持最大开度，只能通过增压器的修正开度和可变的第一升程开度，实现进气量的闭环控制。

需首先检测此时的实际进气量。再根据需求的进气量和实际的进气量，发动机电控制单元计算出增压器的修正开度。并根据增压器的第一基本开度和增压器的修正开度，计算增压器的目标开度。经过不断的修正，实现实际进气量和需求进气量的匹配。

需注意的是，此时气门的第一基本升程是可以调节，其可以和增压器的第一基本开度相配合，以逐渐使实际进气量和需求进气量相匹配。

通过此方法可以降低发动机做功过程中的泵气损失,同时保证满足需求进气量的同时尽可能帮助进气发动机可变气门正时技术(原理是根据发动机的运行情况，调整进气量、气门开合时间、角度，使进入的空气量达到最佳值，提高燃烧效率)处于更加提前的位置,从而降低发动机实际工作过程中的有效压缩比,达到改善爆震边界的目的,从而实现在保证发动机满足需求性能的同时,提高发动机的燃油经济性。

当发动机所需进气量为低等进气量时，控制方法包括以下步骤：

1)计算需求进气量。

通过发动机的电控制单元，根据发动机的转速、扭矩计算此时运行状态下的需求进气量。

2)响应于需求进气量满足预设的低等需求进气量，发动机的电控制单元确定气门的第二基本升程、节气门的第二基本开度。

其中预设的低等需求进气量可以根据不同的车型运行情况进行预先设定。对此不作限制。

3)发动机的电控制单元控制节气门打开至上述节气门的第二基本开度，使得空气进入总进气管路。控制气门打开至上述的第二基本升程，使得空气进入气缸。控制增压器打开至上述增压器的第二基本开度，使得增压器对总进气管路中的空气进行增压，以用于发动机中的燃油燃烧。

此时气门的第二基本升程需小于气门总升程。此时的进气量足以满足发动机使用，无需启动增压器。

4)节气门闭环控制。

类似于中等需求进气量，由于车辆中各个零部件的制造散差，导致即便相同的控制参数，仍不能达到相同的需求进气量结果，无法保证实现驾驶意图。因此需要对实际的进气量进行闭环控制。由于此时需求进气量较小，可通过节气门的修正开度和可变的第二升程开度，实现进气量的闭环控制。

需首先检测此时的实际进气量。再根据需求的进气量和实际的进气量，发动机电控制单元计算出节气门的修正开度。并根据节气门的第二基本开度和节气门的修正开度，计算节气门的目标开度。经过不断的修正，实现实际进气量和需求进气量的匹配。

需注意的是，此时气门的第二基本升程可以调节，其可以和节气门的第二基本开度相配合，以逐渐使实际进气量和需求进气量相匹配。

低等需求进气量的情况下，气门、节气门均未开至最大，无需采用增压器，即可保证气缸内的空气量需求。并且节气门的开度和气门升程的调节的闭环控制，进一步精确控制了所需的空气量，有助于空气和燃油混合，提升燃烧效率，节省燃油。

当发动机所需进气量为高等进气量时，上述的控制方法包括以下步骤：

1)计算需求进气量。

通过发动机的电控制单元，根据发动机的转速、扭矩计算此时运行状态下的需求进气量。

2)响应于需求进气量满足预设的高等需求进气量，发动机的电控制单元确定气门的第三基本升程、节气门的第三基本开度和增压器的第三基本开度。

其中预设的高等需求进气量可以根据不同的车型运行情况进行预先设定。对此不作限制。

3)发动机的电控制单元控制节气门打开至上述节气门的第三基本开度，使得空气进入总进气管路。控制气门打开至上述的第三基本升程，使得空气进入气缸。控制增压器打开至上述增压器的第三基本开度，使得增压器对总进气管路中的空气进行增压，以用于发动机中的燃油燃烧。

此时气门的第三基本升程为气门的最大升程或较大升程，节气门的第三基本开度为节气门的最大开度。即此时的气门升程较大。此时的节气门全开，进入气缸的进气量为最大。但是此时的进气量仍不足以满足发动机使用，需启动增压器对进气管路中的空气进行加压，进一步加大进入气缸的空气量。

4)增压器闭环控制。

类似地，高等需求进气量时同样需要对实际的进气量进行闭环控制。由于此时需求进气量较大，节气门需保持最大开度，只能通过增压器的修正开度，实现进气量的闭环控制。

需首先检测此时的实际进气量。再根据需求的进气量和实际的进气量，发动机电控制单元计算出增压器的修正开度。并根据增压器的第三基本开度和增压器的第二修正开度，计算增压器的目标开度。经过不断的修正，实现实际进气量和需求进气量的匹配。

高等需求进气量的情况下，气门、节气门均开至最大，并采用增压器，保证了气缸内的空气量需求。并且增压器的闭环控制，进一步精确控制了所需的空气量，有助于提升燃烧效率，节省燃油。

本申请进一步挖掘可变气门升程机构的潜力,扩大非全升程区域的覆盖范围。打破了小负荷使用非全升程、中高负荷使用全升程的控制方式。更大程度发挥非全升程的优势,使非全升程工作范围更大程度覆盖到发动机的常用工况,充分发挥可变气门升程机构的作用,改善发动机在实际使用过程中的油耗。

最后应说明的是：以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆发动机的可变气门升程机构的控制方法，所述方法包括：

计算需求进气量；

响应于所述需求进气量满足预设的中等需求进气量时，确定气门的第一基本升程、节气门的第一基本开度和增压器的第一基本开度；

控制所述节气门打开至所述节气门的第一基本开度，使空气进入总进气管路；

控制所述气门打开至所述第一基本升程，使空气进入气缸；

控制所述增压器打开至所述增压器的第一基本开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压，以用于发动机中的燃油燃烧。

2.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述气门的第一基本升程小于所述气门的最大升程，所述节气门的第一基本开度为所述节气门的最大开度。

3.如权利要求1所述的控制方法，还包括：

检测实际进气量；

根据所述需求进气量和所述实际进气量，计算所述增压器的修正开度；

根据所述增压器的第一基本开度和所述增压器的修正开度，计算所述增压器的目标开度；

控制所述增压器由所述增压器第一基本开度打开至所述增压器的目标开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压。

4.如权利要求2所述的控制方法，还包括：

调节所述气门的第一基本升程，以调节进入所述气缸内的空气流量。

5.如权利要求1所述的控制方法，还包括：

响应于所述需求进气量满足预设的低等需求进气量时，确定所述气门的第二基本升程和所述节气门的第二基本开度；

控制所述节气门打开至所述节气门的第二基本开度，使空气进入所述总进气管路；

控制所述气门打开至所述第二基本升程，使空气进入所述气缸。

6.如权利要求5所述的控制方法，其中，所述气门的第二基本升程小于所述气门的最大升程。

7.如权利要求5所述的控制方法，还包括：

检测实际进气量；

根据所述需求进气量和所述实际进气量，计算所述节气门的修正开度；

根据所述节气门的第二基本开度和所述节气门的修正开度，计算所述节气门的目标开度；

控制所述节气门由所述节气门的第二基本开度打开至所述节气门的目标开度，并调节所述第二基本升程，以调节进入所述气缸的空气流量。

8.如权利要求1所述的控制方法，还包括：

响应于所述需求进气量满足预设的高等需求进气量时，确定所述气门的第三基本升程、所述节气门的第三基本开度和所述增压器的第三基本开度；

控制所述节气门打开至所述节气门的第三基本开度，使空气进入所述总进气管路；

控制所述气门打开至所述第三基本升程，使空气进入所述气缸；

控制所述增压器打开至所述增压器的第三基本开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压，以用于所述发动机中的燃油燃烧；

其中，所述第三基本升程为所述气门的最大升程，所述节气门的第三基本开度为所述节气门的最大开度。

9.如权利要求8所述的控制方法，还包括：

检测实际进气量；

根据所述需求进气量和所述实际进气量，计算所述增压器的第二修正开度；

根据所述增压器的第三基本开度和所述增压器的第二修正开度，计算所述增压器的第二目标开度；

控制所述增压器由所述增压器第三基本开度打开至所述增压器的第二目标开度，使所述增压器对所述总进气管路中的空气进行增压。

10.一种车辆，应用如权利要求1-9任一所述的可变气门升程机构的控制方法。

Images