CN117231391A - 一种发动机补气控制方法及发动机补气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机补气控制方法及发动机补气系统，涉及汽车设备技术领域，该发动机补气控制方法，包括以下步骤：根据发动机在加速和制动状态下的工况参数与发动机气缸的实际进气量的映射关系得到补气调整参数；根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射时间和喷射压力，以使得所述发动机保持在标准工作状态下。本申请根据预先标定的补气参数，使用独立的补气系统在发动机制动和加速阶段向发动机气缸进行补气，以提高发动机响应速度，进而同时兼顾改善发动机加速性能和发动机制动性能。

Description

一种发动机补气控制方法及发动机补气系统

技术领域

本发明涉及汽车设备技术领域，具体涉及一种发动机补气控制方法及发动机补气系统。

背景技术

随着汽车保有量的不断上升，各大城市道路越来越拥挤，特别是上下班高峰期，车辆长时间处于堵车状态，且经常处于制动、加速启动状态。因此，人们对于车辆制动和加速性能有了更高要求。

常规汽车的压燃式或点燃式发动机一般包括：做功、排气、进气和压缩四个冲程。在汽车加速时，发动机在进气冲程中很容易遇到进气量不足从而无法达到较佳燃烧状态，影响动力输出。而汽车在制动状态时，发动机在进气冲程中，缸内排气能量相对更低。相关技术中，通常通过缸外辅助(如涡轮增压)措施来增加进气量。然而，该措施对于汽车加速过程中，存在响应性不够快的问题，加速较慢的问题。而在制动过程中，由于缸内排气能量相对更低，涡轮增压器可利用的能量更少，因此进气量也相对更少，导致发动机制动性能较差。因此，如何对发动机系统在制动和加速过程中进行有效压力控制，成为本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中发动机在汽车加速过程中，存在响应性不够快的问题，加速较慢的问题。而在制动过程中，由于缸内排气能量相对更低发动机制动性能较差的问题。

第一方面，本申请提供一种发动机补气控制方法，其包括：

根据发动机在加速和制动状态下的工况参数与发动机气缸的实际进气量的映射关系得到补气调整参数；

根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射时间和喷射压力，以使得所述发动机保持在标准工作状态下。

结合第一方面，本申请一些实施例中，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

使用电控单向阀将高压气体罐内的气体输送至所述发动机气缸内，并根据所述电控单向阀的占空比与所述发动机气缸收到补充气体喷射压力的映射关系得到喷射压力调整参数；

根据所述喷射压力调整参数，调整所述电控单向阀的占空比以使所述发动机保持在标准工作状态下。

结合第一方面，本申请一些实施例中，所述根据发动机在加速和制动状态下的工况参数与发动机气缸的实际进气量的映射关系得到补气调整参数，包括：

检测所述发动机在加速和制动状态下的发动机转速和油门加速度，并实时测量所述发动机气缸实际进气流量。

结合第一方面，本申请一些实施例中，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

在发动机处于加速状态下的进气冲程时，当所述发动机气缸实际进气流量低于当前工况目标进气流量，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，直至所述发动机气缸实际进气流量达到该工况下的目标进气流量；

在发动机处于加速状态下的做功冲程时，当所述油门增加速率超过预设限值时，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，直至所述发动机气缸实际进气流量达到该工况下的目标进气流量。

结合第一方面，本申请一些实施例中，所述当所述发动机气缸实际进气流量低于当前工况目标进气流量，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，包括：

根据所述发动机气缸内的实际压力将所述发动机处于加速状态下的进气冲程分为高压时段和低压时段；

当所述发动机气缸处于低压时段时，不向所述发动机气缸补气，当所述发动机气缸处于高压时段时，开始向所述发动机气缸补气。

结合第一方面，本申请一些实施例中，所述高压时段包括所述发动机气缸处于加速状态下的进气冲程的前1/3时间；

所述低压时段包括所述发动机气缸处于加速状态下的进气冲程的后2/3时间。

结合第一方面，本申请一些实施例中，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

在发动机处于制动状态下的进气冲程、压缩冲程和排气冲程时，控制所述补气系统向所述发动机气缸补气。

结合第一方面，本申请一些实施例中，当所述发动机处于制动状态下的进气冲程时，调整所述补气系统的喷射压力，以使所述补气系统的喷射压力大于所述发动机气缸内的实际压力，且两者压力差为0.5bar。

第二方面，本身请提供一种发动机的补气系统，其包括：

压力传感器，其设于所述发动机气缸内，所述压力传感器用于检测所述发动机气缸的实际进气量；

高压气体罐，其与所述发动机气缸连通；

发动机电子控制器，其与所述压力传感器和高压气体罐信号相连。

结合第二方面，本申请一些实施例中，还包括：所述高压气体罐上设有电控单向阀，所述高压气体罐通过所述电控单向阀与所述高压气体喷嘴连通，且所述电控单向阀与所述发动机电子控制器信号相连。

综上所述，本申请根据预先标定的补气参数，使用独立的补气系统在发动机制动和加速阶段向发动机气缸进行补气，以提高发动机响应速度，进而同时兼顾改善发动机加速性能和发动机制动性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中补气系统的示意图；

图2为本发明实施例中发动机加速状态下进气与排气的型线对比图；

图3为本发明实施例中发动机制动状态下进气与排气的型线对比图

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。针对现有技术中发动机在汽车加速过程中，存在响应性不够快的问题，加速较慢的问题。而在制动过程中，由于缸内排气能量相对更低发动机制动性能较差的问题。

需要说明的是，相关技术中本申请发动机补气控制方法适用于压燃式和点燃式发动机。而在压燃式和点燃式发动机的加速过程中的进气冲程时，进气冲程很容易遇到进气量不足从而无法达到较佳燃烧状态，影响动力输出。当前一般弥补方法是通过缸外辅助措施来增加进气量，存在响应性不够快的问题。而在，发动机制动状态下的进气冲程中，发动机气缸内排气能量相对更低，可利用的能量更少，因此进气量也相对更少。

第一方面，本申请提供一种发动机补气控制方法，其包括以下步骤：

S1.根据发动机在加速和制动状态下的工况参数与发动机气缸的实际进气量的映射关系得到补气调整参数；

具体地，上述步骤S1包括：检测所述发动机在加速和制动状态下的发动机转速和油门加速度，并实时测量所述发动机气缸实际进气流量。

需要说明的是，发动机在加速和制动状态下的工况参数包括：通过收集发动机转速和油门加速度，可以对发动机在加速和制动状态下的实际工况进行有效监控。

S2.根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射时间和喷射压力，以使得所述发动机保持在标准工作状态下。

具体地，步骤S2包括：

a.使用电控单向阀将高压气体罐内的气体输送至所述发动机气缸内，并根据所述电控单向阀的占空比与所述发动机气缸收到补充气体喷射压力的映射关系得到喷射压力调整参数。

b.根据所述喷射压力调整参数，调整所述电控单向阀的占空比以使所述发动机保持在标准工作状态下。

可以理解的是，采用电控单向阀对喷射压力和喷射时间进行控制，电控单向阀可以防止气体回流和控制喷射压力(占空比越高，喷射压力越大)。

进一步地，本申请提供一种步骤S2的具体控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一.在发动机处于加速状态下的进气冲程时，当所述发动机气缸实际进气流量低于当前工况目标进气流量，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，直至所述发动机气缸实际进气流量达到该工况下的目标进气流量。

具体地，所述当所述发动机气缸实际进气流量低于当前工况目标进气流量，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，包括：

根据所述发动机气缸内的实际压力将所述发动机处于加速状态下的进气冲程分为高压时段和低压时段。其中，当所述发动机气缸处于低压时段时，不向所述发动机气缸补气，当所述发动机气缸处于高压时段时，开始向所述发动机气缸补气。

可以理解的是，进气冲程因为缸内压力很低，喷射时刻选择范围比较宽广。做功冲程此冲程一般前1/3时间内缸内压力较高(50-200bar左右)，喷射时刻一般选择在后面2/3的时间段。因此所述高压时段包括所述发动机气缸处于加速状态下的进气冲程的前1/3时间；所述低压时段包括所述发动机气缸处于加速状态下的进气冲程的后2/3时间。

步骤二.在发动机处于加速状态下的做功冲程时，当所述油门增加速率超过预设限值时，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，直至所述发动机气缸实际进气流量达到该工况下的目标进气流量。

进一步地，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

在发动机处于制动状态下的进气冲程、压缩冲程和排气冲程时，控制所述补气系统向所述发动机气缸补气。其中，当所述发动机处于制动状态下的进气冲程时，调整喷射压力，以使喷射压力大于所述发动机气缸内的实际压力，且两者压力差为0.5bar。

第二方面，本申请提供一种发动机的补气系统，其包括：压力传感器、高压气体罐和发动机电子控制器；其中，

压力传感器，其设于所述发动机气缸内，所述压力传感器用于检测所述发动机气缸的实际进气量。高压气体罐，其与所述发动机气缸连通。发动机电子控制器，其与所述压力传感器和高压气体罐信号相连。

需要说明的是，由于补气系统所需喷射压力范围更高，整车所用的压缩储气罐无法作为补气系统补气单元，本申请实施例通过高压气体罐直接向缸内喷射高压气体，直接给活塞施加助力，响应更快的同时，喷射压力调整范围更大。

优选地，为防止气体回流和控制喷射压力，所述高压气体罐上设有电控单向阀，所述高压气体罐通过所述电控单向阀与所述高压气体喷嘴连通，且所述电控单向阀与所述发动机电子控制器信号相连。

一些可选地实施例中，发动机的补气系统，还包括：高压气体压缩机(压力最高可达200bar)，高压气体压缩机配备有专用电机和专用电池。高压气体压缩机可向高压气体罐供气。高压气体罐内同样设置有压力传感装置，当罐内气体压力低于限值，发动机ECU控制专用电机驱动高压气体压缩机向高压气体罐提供高压气体。

本申请补气系统的具体工作原理包括：

A.发动机加速状态时：

a1.补气系统在进气冲程：当发动机气缸的实际进气流量(传感器测量)低于当前工况目标进气流量(预先标定，存储在发动机ECU即电子控制器单元中)，在进气冲程中，开启电控单向阀，向缸内喷入(喷射时刻和持续期可标定)高压气体，以弥补进气量不足，保证燃烧，从而保证动力性和排放。

a2.补气系统在做功冲程：当发动机ECU检测到油门增加速率超过限值(说明加速需求较高)，在做功冲程中，开启电控单向阀，向缸内喷入(喷射时刻和持续期可根据补气调整参数预先标定)高压气体，相当于增加缸内爆发压力，从而提升加速性能，也可以改善瞬态加速过程中因进气量不足导致的排放问题。

需要说明的是，进气冲程因为缸内压力很低，喷射时刻选择范围比较宽广；做功冲程此冲程一般前1/3时间内缸内压力较高(50-200bar左右)，喷射时刻一般选择在后面2/3的时间段。同时，2.相同发动机转速下，油门加速度越大，喷射时刻越提前(不早于燃烧主燃期)，喷射持续期越大。油门加速度越小，喷射时刻越滞后(不早于燃烧主燃期)，喷射持续期越小。相关控制参数和表格通过台架和整车试验预先标定(调整不同转速和油门加速度的喷射时刻和喷射持续期，满足预定的加速性能目标)。在加速状态的进气冲程内，缸内压力很低，绝对压力一般在1-3bar左右.喷射压力比缸内压力高出0.5bar左右即可。而在加速状态的做功冲程。一般前1/3时间内缸内压力较高(50-200bar左右)，因此喷射压力范围可设置在100-200bar。

B.发动机制动状态时：

b1.进气冲程时适当喷入较低压力气体，即不会为活塞下行提供助力，又可以增加缸内新鲜空气量，缸内空气量越多，发动机制动功率也就越高。

b2.而在压缩冲程和排气冲程-向缸内喷射高压气体，相当于增加了活塞上行阻力，即增加了发动机制动的功率，改善了发动机制动性能。同时，设计新的发动机制动型线，增加做功冲程的型线升程(如图三中，标注为“做功”段的型线)，以保证压缩冲程中的气体可以较快排出，以免继续膨胀做功，影响发动机制动性能。

具体地，进气冲程内，缸内压力很低，绝对压力一般在1-3bar左右.喷射压力比缸内压力高出0.5bar左右即可。而在压缩冲程中可将喷射压力范围设置在(20-150)bar。在排气冲程将喷射压力范围控制在(2-50)bar。

进一步对于喷射量控制(适用于发动机正功和发动机制动两种模式)

i.通过对单向电磁阀的占空比标定来控制，占空比越大，电磁阀开启持续期越长，喷射量越大。

ii.发动机正功模式-基于发动机转速和油门加速度；发动机制动模型-基于发动机转速。

第三方面，本申请提供一种汽车，其包括一种补气系统，补气系统，其包括：压力传感器、高压气体罐和发动机电子控制器；其中，

压力传感器，其设于所述发动机气缸内，所述压力传感器用于检测所述发动机气缸的实际进气量。高压气体罐，其与所述发动机气缸连通。发动机电子控制器，其与所述压力传感器和高压气体罐信号相连。

需要说明的是，由于补气系统所需喷射压力范围更高，整车所用的压缩储气罐无法作为补气系统补气单元，本申请实施例通过高压气体罐直接向缸内喷射高压气体，直接给活塞施加助力，响应更快的同时，喷射压力调整范围更大。

优选地，为防止气体回流和控制喷射压力，所述高压气体罐上设有电控单向阀，所述高压气体罐通过所述电控单向阀与所述高压气体喷嘴连通，且所述电控单向阀与所述发动机电子控制器信号相连。

一些可选地实施例中，发动机的补气系统，还包括：高压气体压缩机(压力最高可达200bar)，高压气体压缩机配备有专用电机和专用电池。高压气体压缩机可向高压气体罐供气。高压气体罐内同样设置有压力传感装置，当罐内气体压力低于限值，发动机ECU控制专用电机驱动高压气体压缩机向高压气体罐提供高压气体。

本申请补气系统的具体工作原理包括：

A.发动机加速状态时：

a1.补气系统在进气冲程：当发动机气缸的实际进气流量(传感器测量)低于当前工况目标进气流量(预先标定，存储在发动机ECU即电子控制器单元中)，在进气冲程中，开启电控单向阀，向缸内喷入(喷射时刻和持续期可标定)高压气体，以弥补进气量不足，保证燃烧，从而保证动力性和排放。

a2.补气系统在做功冲程：当发动机ECU检测到油门增加速率超过限值(说明加速需求较高)，在做功冲程中，开启电控单向阀，向缸内喷入(喷射时刻和持续期可根据补气调整参数预先标定)高压气体，相当于增加缸内爆发压力，从而提升加速性能，也可以改善瞬态加速过程中因进气量不足导致的排放问题。

B.发动机制动状态时：

b1.进气冲程时适当喷入较低压力气体，即不会为活塞下行提供助力，又可以增加缸内新鲜空气量，缸内空气量越多，发动机制动功率也就越高。

b2.而在压缩冲程和排气冲程-向缸内喷射高压气体，相当于增加了活塞上行阻力，即增加了发动机制动的功率，改善了发动机制动性能。同时，设计新的发动机制动型线，增加做功冲程的型线升程(如图三中，标注为“做功”段的型线)，以保证压缩冲程中。

综上所述，本申请根据预先标定的补气参数，使用独立的补气系统在发动机制动和加速阶段向发动机气缸进行补气，以提高发动机响应速度，进而同时兼顾改善发动机加速性能和发动机制动性能。发动机ECU收到加速请求时，该装置可以即刻响应，增加发动机的有效功率，改善发动机加速性能；在发动机制动状态下，在不改变现有发动机制动机构前提下，也可以即刻响应，增加发动机制动功率，改善发动机制动性能。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种发动机补气控制方法，其特征在于，包括：

根据发动机在加速和制动状态下的工况参数与发动机气缸的实际进气量的映射关系得到补气调整参数；

根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射时间和喷射压力，以使得所述发动机保持在标准工作状态下。

2.如权利要求1所述的发动机补气控制方法，其特征在于，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

使用电控单向阀将高压气体罐内的气体输送至所述发动机气缸内，并根据所述电控单向阀的占空比与所述发动机气缸收到补充气体喷射压力的映射关系得到喷射压力调整参数；

根据所述喷射压力调整参数，调整所述电控单向阀的占空比以使所述发动机保持在标准工作状态下。

3.如权利要求2所述的发动机补气控制方法，其特征在于，所述根据发动机在加速和制动状态下的工况参数与发动机气缸的实际进气量的映射关系得到补气调整参数，包括：

检测所述发动机在加速和制动状态下的发动机转速和油门加速度，并实时测量所述发动机气缸实际进气流量。

4.如权利要求3所述的发动机补气控制方法，其特征在于，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

在发动机处于加速状态下的进气冲程时，当所述发动机气缸实际进气流量低于当前工况目标进气流量，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，直至所述发动机气缸实际进气流量达到该工况下的目标进气流量；

在发动机处于加速状态下的做功冲程时，当所述油门增加速率超过预设限值时，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，直至所述发动机气缸实际进气流量达到该工况下的目标进气流量。

5.如权利要求4所述的发动机补气控制方法，其特征在于，所述当所述发动机气缸实际进气流量低于当前工况目标进气流量，根据所述补气调整参数调整向所述发动机气缸补气的喷射压力和喷射时间，包括：

根据所述发动机气缸内的实际压力将所述发动机处于加速状态下的进气冲程分为高压时段和低压时段；

当所述发动机气缸处于低压时段时，不向所述发动机气缸补气，当所述发动机气缸处于高压时段时，开始向所述发动机气缸补气。

6.如权利要求5所述的发动机补气控制方法，其特征在于：

所述高压时段包括所述发动机气缸处于加速状态下的进气冲程的前1/3时间；

所述低压时段包括所述发动机气缸处于加速状态下的进气冲程的后2/3时间。

7.如权利要求3所述的发动机补气控制方法，其特征在于，所述根据所述补气调整参数调整所述补气系统的喷射时间和喷射压力包括：

在发动机处于制动状态下的进气冲程、压缩冲程和排气冲程时，控制所述补气系统向所述发动机气缸补气。

8.如权利要求7所述的发动机补气控制方法，其特征在于：当所述发动机处于制动状态下的进气冲程时，调整所述补气喷射压力，以使补气喷射压力大于所述发动机气缸内的实际压力，且两者压力差为0.5bar。

9.一种发动机的补气系统，其特征在于，包括：

压力传感器，其设于所述发动机气缸内，所述压力传感器用于检测所述发动机气缸的实际进气量；

高压气体罐，其与所述发动机气缸连通；

发动机电子控制器，其与所述压力传感器和高压气体罐信号相连。

10.如权利要求9所述的补气系统，其特征在于，还包括：所述高压气体罐上设有电控单向阀，所述高压气体罐通过所述电控单向阀与所述高压气体喷嘴连通，且所述电控单向阀与所述发动机电子控制器信号相连。