CN113944524A - 发动机的配气机构、配气机构的控制方法、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机的配气机构、配气机构的控制方法、车辆，发动机的配气机构，包括：进气凸轮轴和进气门；在发动机低转速时，进气门开启对应的气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为低速进气相位提前角α1；在发动机高转速时，进气门开启对应的气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为高速进气相位提前角α2；其中α1和α2满足：α1＜α2。根据本发明的发动机的配气机构，通过设置高升程凸轮和低升程凸轮，使发动机在低转速时可以有较高的扭力输出，在高转速时可以具有较高的动力性能。

Description

发动机的配气机构、配气机构的控制方法、车辆

技术领域

本发明属于车辆制造技术领域，具体而言，涉及一种发动机的配气机构、配气机构的控制方法、车辆。

背景技术

相关技术中，发动机低速时，由于进气冲程时，缸内的温度较低，压缩冲程其温度升高较慢，做功冲程时，燃烧不充分且放热速度无法控制，容易引起爆震；另外传统的汽油机发动机的气门升程-凸轮型线设计是对发动机在全工况下的平衡选择，可以得到全工况最平衡的性能，但满足不了最佳的扭矩输出及最佳的动力性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以减少怠速时不均质燃烧，同时提高中低速时的扭矩输出及高速时的动力性的发动机的配气机构、配气机构的控制方法、车辆。

根据本发明实施例的发动机的配气机构，包括：进气凸轮轴和进气门，所述进气凸轮轴具有高升程凸轮和低升程凸轮，所述高升程凸轮与所述低升程凸轮可选择地驱动所述进气门；在所述发动机低转速时，所述低升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到上止点之前开启，此时，所述进气门开启对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为低速进气相位提前角α1；在所述发动机高转速时，所述高升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到上止点之前开启，此时，所述进气门开启对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为高速进气相位提前角α2；其中所述α1和所述α2满足：α1＜α2。

根据本发明的发动机的配气机构，通过设置高升程凸轮和低升程凸轮，使发动机在低转速时可以有较高的扭力输出，在高转速时可以具有较高的动力性能。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构，在发动机低转速时，所述低升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到下止点之后关闭，此时，所述进气门关闭对应的所述气缸的活塞距离下止点的曲轴转角为低速进气相位滞后角β1；在发动机高转速时，所述高升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到下止点之后关闭，此时，所述进气门关闭对应的所述气缸的活塞距离下止点的曲轴转角为高速进气相位滞后角β2；其中所述β1和所述β2满足：β1＜β2。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构，还包括：排气凸轮轴和排气门，所述排气凸轮轴驱动所述排气门；在发动机低转速时，所述排气门在所述气缸的活塞运动到上止点之前关闭，此时，所述排气门关闭对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为排气关闭提前角为δ，其中所述α1和所述δ满足：α1＜δ。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构，在发动机高转速时，所述排气门在所述气缸的活塞运动到上止点之前关闭，此时，所述排气门关闭对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为排气关闭提前角为δ，其中所述α2和所述δ满足：α2＞δ。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构，所述排气门在所述发动机的气缸的活塞运动到下止点之前开启。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构，还包括驱动装置，所述高升程凸轮和低升程凸轮沿轴向间隔设置在所述进气凸轮轴，所述驱动装置驱动所述凸轮轴沿轴向移动，以使所述高升程凸轮或低升程凸轮驱动所述进气门。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构，还包括：进气相位执行器，所述进气相位执行器用于控制所述进气凸轮轴驱动所述进气门；排气相位执行器，所述排气相位执行器用于控制所述排气凸轮轴驱动所述排气门。

本发明还提出了一种发动机的配气机构的控制方法，所述发动机的配气机构为根据本发明任一项实施例所述的发动机的配气机构，所述发动机的配气机构还包括进气相位执行器，所述进气相位执行器用于控制所述进气凸轮轴驱动所述进气门；排气相位执行器，所述排气相位执行器用于控制所述排气凸轮轴驱动所述排气门；所述控制方法包括至少如下步骤：S1：检测发动机的运行工况；S2：根据发动机的运行工况，所述进气相位执行器控制所述进气凸轮轴上的所述高升程凸轮或所述低升程凸轮驱动所述进气门。

根据本发明的配气机构的控制方法，可以减少怠速时不均质燃烧，降低爆震倾向，同时提高中低速时的扭矩输出及高速时的动力性，提高发动机的充气效率。

根据本发明一些实施例的发动机的配气机构的控制方法，在所述步骤发动机检测之后，当发动机怠速，所述低升程凸轮驱动所述进气门，所述进气相位执行器和所述排气相位执行器不工作；当发动机中低速，所述低升程凸轮驱动所述进气门，所述进气相位执行器和所述排气相位执行器工作；当发动机高转速，所述高升程凸轮驱动所述进气门，所述进气相位执行器和所述排气相位执行器工作。

本发明还提出了一种车辆，所述车辆包括根据本发明任一项实施例所述的发动机的配气机构。

所述车辆与上述的发动机的配气机构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一些实施例的发动机的配气机构的结构示意图；

图2是根据本发明的一些实施例的进气凸轮轴的轮廓示意图；

图3是根据本发明的一些实施例的配气机构的配气相位的示意图。

附图标记：

发动机的配气机构100；

进气凸轮轴11；低升程凸轮111a；高升程凸轮111b；进气门12；进气相位执行器13；

排气凸轮轴21；排气凸轮211；排气门22；排气相位执行器23。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的发动机的配气机构100、配气机构的控制方法、车辆。

如图1所示，根据本发明的发动机的配气机构100包括进气凸轮轴11和进气门12。进气凸轮轴11具有高升程凸轮111b和低升程凸轮111a，高升程凸轮111b与低升程凸轮111a可选择地驱动进气门12，在发动机转速不同时，可以选择不同的凸轮驱动进气门12打开或关闭，以改变发动机的升程曲线，使进气门12的升程和进气门12的开闭角度根据发动机转速调整，以使发动机具有较好的动力性能及燃油经济性。

如图3所示，在发动机低转速时，低升程凸轮111a驱动进气门12在发动机的气缸运动到上止点之前开启，此时，进气门12开启对应的气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为低速进气相位提前角α1；在发动机高转速时，高升程凸轮111b驱动进气门12在发动机的气缸的活塞运动到上止点之前开启，此时，进气门12开启对应的气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为高速进气相位提前角α2；其中α1和α2满足：α1＜α2。

配气相位以压缩上止点为零点，高升程凸轮111b驱动进气门12在上止点之前开启，进气门12在下止点之后关闭；低升程凸轮111a驱动进气门12在上止点之前开启，在进气门12在下止点之后关闭，低升程凸轮111a相位角度范围在高升程凸轮111b相位的范围内，即低升程凸轮111a使进气门12提前开启的进气相位提前角α1小于高升程凸轮111b使进气门12提前开启的进气相位提前角α2。

由此，当发动机以低转速工作时，进气相位提前角较小，当发动机以高转速工作时，进气相位提前角较大，该种进气相位采用两段式相位，即高升程凸轮相位和低升程凸轮相位，低升程凸轮相位可以提高发动机的扭力输出，高升程凸轮相位可以提高发动机的动力性。

根据本发明的发动机的配气机构100，通过设置高升程凸轮111b和低升程凸轮111a，使发动机在低转速时可以有较高的扭力输出，在高转速时可以具有较高的动力性能。

下面参照图1-图3描述根据本发明的一些实施例。

在一些实施例中，如图3所示，发动机的排气门22在气缸的活塞运动到下止点前开启，在发动机低转速时，低升程凸轮111a驱动进气门12在发动机的气缸的活塞运动到下止点之后关闭，此时，进气门12关闭对应的气缸的活塞距离下止点的曲轴转角为低速进气相位滞后角β1；在发动机高转速时，高升程凸轮111b驱动进气门12在发动机的气缸的活塞运动到下止点之后关闭，此时，进气门12关闭对应的气缸的活塞距离下止点的曲轴转角为高速进气相位滞后角β2；其中β1和β2满足：β1＜β2。

进气关闭的相位以下止点为零点，排气门22在气缸的活塞运动到下止点之后关闭，低速进气相位滞后角β1小于高速进气相位滞后角β2，即在发动机高速工作时进气门12的关闭时间晚于发动机低速工作时的进气门12关闭时间，以使发动机在高速工作时，气缸的进气门12的开启时间较长，以使进气更加充分，在低速时，进气门12开启时间较短，在保证进气量的同时，进气量较少，提升发动机的燃油经济性。

在一些示例中，如图3所示，发动机的配气机构100包括，排气凸轮轴21和排气门22，排气凸轮轴21驱动排气门22；在发动机低转速时，排气门22在气缸的活塞运动到上止点之前关闭，此时，排气门22关闭对应的气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为排气关闭提前角δ，其中α1和δ满足：α1＜δ。

由此，当发动机以低速工作时，在气缸运动到上止点之前，排气门22先关闭，之后进气门12打开，且排气关闭提前角δ大于低速进气相位提前角α1，这样则形成初始的负气门重叠角，负气门重叠角为δ-α1，这种配气相位的优点在于初始形成的负气门重叠角可以在缸内预留部分废气，加热新鲜混合气，实现均质燃烧，降低爆震倾向，且可以在发动机低速工作时，节省燃油，采用低气门凸轮时混合气雾化效果好，可以改善燃烧，增加缸内压力及燃烧功，减少发动机的泵气损失，提高扭力输出。

在一些实施例中，在发动机高转速时，排气门22在气缸的活塞运动到上止点之前关闭，此时，排气门22关闭对应的气缸距离上止点的曲轴转角为排气关闭提前角为δ，其中α2和δ满足：α2＞δ。

由此，当发动机以高速工作时，在气缸的活塞运动到上止点之前，进气门12先开启，之后排气门22关闭，且排气门22在上止点之前关闭的角度小于进气门12在上止点之前开启的角度，这样则形成初始的正气门重叠角，正气门重叠角α2-δ。由于新气和废气的流动惯性，可以使进气更充分，排气更干净，降低缸内温度，可以控制爆震倾向。

在一些实施例中，如图1和图2所示，发动机的配气机构100还包括驱动装置，高升程凸轮111b和低升程凸轮111a沿轴向间隔设置在进气凸轮轴11，驱动装置驱动凸轮轴沿轴向移动，以使高升程凸轮111b或低升程凸轮111a驱动进气门12。由此，驱动装置通过驱动凸轮轴沿轴向运动来切换高升程凸轮111b和低升程凸轮111a。例如发动机以低转速工作，低升程凸轮111a的型线抵压进气门12以驱动进气门12运动，而后发动机以高速工作，驱动装置驱动进气凸轮轴11运动，使低升程凸轮111a脱离进气门12并将高升程凸轮111b的型线抵压进气门12，从而完成了低升程凸轮111a到高升程凸轮111b的切换。

在一些实施例中，如图1所示，发动机的配气机构100还包括：进气相位执行器13和排气相位执行器23，进气相位执行器13用于控制进气凸轮轴11驱动进气门12，排气相位执行器23用于控制排气凸轮轴21驱动排气门22。

进气相位执行器13可以控制进气凸轮轴11的工作，具体地，进气相位执行器13可以控制进气相位提前角的增大或减小、进气相位滞后角的增大或减小、选择低升程凸轮111a或高升程凸轮111b驱动进气门12。

排气相位执行器23可以控制排气凸轮轴21的工作，具体地，排气相位执行器23可以控制排气门22关闭的提前角的增大或减小。

本发明还提出一种发动机配气机构的控制方法。控制方法包括至少如下步骤：

S1：检测发动机的运行工况；

S2：根据发动机的运行工况，进气相位执行器13控制进气凸轮轴11上的高升程凸轮111b或低升程凸轮111a驱动进气门12。

由此，可以根据发动机的转速改变发动机的进气相位，以减少发动机怠速时不均质燃烧，同时提高中低速时的扭矩输出及高速时的动力性。

下面描述根据本发明的一些实施例的发动机的配气机构100的控制方法在发动机由怠速转为中低速再转为高速过程中，各部件的工作情况：

在步骤发动机检测之后，进气相位执行器13和排气相位执行器23根据发动机工况工作，以调整排气门22和进气门12的相位。

在发动机怠速阶段，由于主油道油压低，低升程凸轮111a驱动进气门12，进气相位执行器13和排气相位执行器23不工作，低升程凸轮111a驱动进气门12，进气相位和排气相位形成负气门重叠角，由于提前关闭排气门22，在缸内预留部分废气，这部分废气对进气冲程进入缸内的新鲜混合气进行加热，使得混合气在压缩上止点附近达到自燃温度，实现自燃燃烧；同时参与废气本身能够稀释混合气，进而控制自燃燃烧的放热速度，可以起到降低爆震倾向。

在发动机由怠速转为中低速阶段，主油道油压升高，进气相位执行器13和排气相位执行器23工作，低升程凸轮111a继续驱动进气门12工作，进气相位提前，即进气门12开启时间提前，低速进气相位提前角α1增大；排气相位滞后，排气关闭提前角为δ减小，排气门22关闭滞后，形成正气门重叠角。由于新气和废气的流动惯性，可以使进气更充分，排气更干净；降低缸内温度，可以控制爆震倾向；采用低气门凸轮时混合气雾化效果好，可以改善燃烧，增加缸内压力及燃烧功，减少发动机的泵气损失，提高扭力输出。

在发动机由中低速阶段转为高转速阶段，进气凸轮轴11上由低升程凸轮111a切换到高升程凸轮111b，进气相位执行器13和排气相位执行器23工作，高升程凸轮111b相位提前，高速进气相位提前角α2增大，进气门12开启进一步提前；排气凸轮211相位滞后，排气关闭提前角δ减小，排气门22关闭滞后，同时高速进气相位提前角α2大于低速进气相位提前角α1，形成更大的正气门重叠角,提高充气效率，进而提高发动机的动力性。

根据本发明的配气机构的控制方法，可以减少怠速时不均质燃烧，降低爆震倾向，同时提高中低速时的扭矩输出及高速时的动力性，提高发动机的充气效率。

本发明还提出一种车辆，包括根据本发明任一项实施例所述的发动机的配气机构100。

根据本发明的车辆通过设有根据本发明的发动机的配气机构100从而具有相应的优点，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种发动机的配气机构，其特征在于，包括：

进气凸轮轴和进气门，所述进气凸轮轴具有高升程凸轮和低升程凸轮，所述高升程凸轮与所述低升程凸轮可选择地驱动所述进气门；

在所述发动机低转速时，所述低升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到上止点之前开启，此时，所述进气门开启对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为低速进气相位提前角α1；

在所述发动机高转速时，所述高升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到上止点之前开启，此时，所述进气门开启对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为高速进气相位提前角α2；其中所述α1和所述α2满足：α1＜α2。

2.根据权利要求1所述的发动机的配气机构，其特征在于，

在发动机低转速时，所述低升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到下止点之后关闭，此时，所述进气门关闭对应的所述气缸的活塞距离下止点的曲轴转角为低速进气相位滞后角β1；

在发动机高转速时，所述高升程凸轮驱动所述进气门在所述发动机的气缸的活塞运动到下止点之后关闭，此时，所述进气门关闭对应的所述气缸的活塞距离下止点的曲轴转角为高速进气相位滞后角β2；其中所述β1和所述β2满足：β1＜β2。

3.根据权利要求1所述的发动机的配气机构，其特征在于，还包括：

排气凸轮轴和排气门，所述排气凸轮轴驱动所述排气门；

在发动机低转速时，所述排气门在所述气缸的活塞运动到上止点之前关闭，此时，所述排气门关闭对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为排气关闭提前角为δ，其中所述α1和所述δ满足：α1＜δ。

4.根据权利要求3所述的发动机的配气机构，其特征在于，

在发动机高转速时，所述排气门在所述气缸的活塞运动到上止点之前关闭，此时，所述排气门关闭对应的所述气缸的活塞距离上止点的曲轴转角为排气关闭提前角为δ，其中所述α2和所述δ满足：α2＞δ。

5.根据权利要求1所述的发动机的配气机构，其特征在于，所述排气门在所述发动机的气缸的活塞运动到下止点之前开启。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的发动机的配气机构，其特征在于，还包括驱动装置，所述高升程凸轮和低升程凸轮沿轴向间隔设置在所述进气凸轮轴，所述驱动装置驱动所述凸轮轴沿轴向移动，以使所述高升程凸轮或低升程凸轮驱动所述进气门。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的发动机的配气机构，其特征在于，还包括：

进气相位执行器，所述进气相位执行器用于控制所述进气凸轮轴驱动所述进气门；

排气相位执行器，所述排气相位执行器用于控制所述排气凸轮轴驱动所述排气门。

8.一种发动机的配气机构的控制方法，其特征在于，所述发动机的配气机构为权利要求1-7中任一项所述的发动机的配气机构，

所述发动机的配气机构还包括进气相位执行器，所述进气相位执行器用于控制所述进气凸轮轴驱动所述进气门；排气相位执行器，所述排气相位执行器用于控制所述排气凸轮轴驱动所述排气门；

所述控制方法包括至少如下步骤：

S1：检测发动机的运行工况；

S2：根据发动机的运行工况，所述进气相位执行器控制所述进气凸轮轴上的所述高升程凸轮或所述低升程凸轮驱动所述进气门。

9.根据权利要求8所述的发动机的配气机构的控制方法，其特征在于，

在所述步骤发动机检测之后，

当发动机怠速，所述低升程凸轮驱动所述进气门，所述进气相位执行器和所述排气相位执行器不工作；

当发动机中低速，所述低升程凸轮驱动所述进气门，所述进气相位执行器和所述排气相位执行器工作；

当发动机高转速，所述高升程凸轮驱动所述进气门，所述进气相位执行器和所述排气相位执行器工作。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的发动机的配气机构。

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