CN202510230U - 汽车发动机配气系统以及装设其的汽车 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种汽车发动机配气系统，其包括分别与发动机的进气歧管总成、排气歧管总成相连通的进气子系统和排气子系统，所述进气子系统中设有第一测量部件，其被设置用于测量进气湿度并且与发动机控制单元相连接。它还涉及装设有上述发动机配气系统的汽车。采用本实用新型可以有效提高系统标定的灵活性和精确性、优化发动机性能、提高燃烧质量和燃油经济性，尤其能够促进排放指标的改善，从而有助于实现整车达到欧V或者其他的更高排放标准的设计要求。

Description

汽车发动机配气系统以及装设其的汽车
技术领域
本实用新型涉及汽车发动机技术领域，尤其涉及一种汽车发动机配气系统以及装设了该汽车发动机配气系统的汽车。
背景技术
随着全球汽车保有量的不断增加，尤其是中国的汽车保有量的迅猛增加，它们所消耗的石油资源和产生的废气对于能源和环境都造成了巨大的压力，因此需要改进现有技术并且提高现有系统的匹配水平，以便来达到更高的燃油消耗率和更低的排放指标。
自2012年开始，中国大陆对乘用车的燃油经济性要求将会从当前的第二阶段逐步提高到第三阶段，对尾气排放要求也将从目前的欧IV标准提升到欧V标准。然而，现实情况是由于现有的发动机系统尚存在着一些不足指出，因此如果不针对其进行改进的话，则很难同时达到以上这些标准。所以，确实需要进一步改进和完善当前的系统标定和系统设计水平，以便能够优化发动机性能、提高燃烧质量和燃油经济性、改善排放指标等来满足上述要求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种汽车发动机配气系统，以解决现有技术中存在的上述及其他问题。
此外，本实用新型的目的还在于提供装设了上述汽车发动机配气系统的汽车，从而能够更好地解决以上问题。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种汽车发动机配气系统，其包括分别与发动机的进气歧管总成、排气歧管总成相连通的进气子系统和排气子系统，所述进气子系统中设有第一测量部件，其被设置用于测量进气湿度并且与发动机控制单元相连接。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述进气子系统包括：
空滤装置，其通过进气管道与所述进气歧管总成相连通；以及
空气流量传感器，其设置于所述进气管道中并且与所述发动机控制单元相连接，所述第一测量部件被集成在所述空气流量传感器中。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述进气子系统还包括空气压力传感器，其被设置用于监测所述进气歧管总成的内部气压并且与所述发动机控制单元相连接。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述进气子系统中还设有第二测量部件，其被设置用于测量进气温度并且与发动机控制单元相连接。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述进气子系统包括：
空滤装置，其通过进气管道与所述进气歧管总成相连通；以及
空气流量传感器，其设置于所述进气管道中并且与所述发动机控制单元相连接，所述第一测量部件和第二测量部件均被集成在所述空气流量传感器中。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述进气子系统还包括空气压力传感器，其被设置用于监测所述进气歧管总成的内部气压并且与所述发动机控制单元相连接。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述发动机的进气凸轮轴和排气凸轮轴采用同向调节可变双凸轮轴，并且所述汽车发动机配气系统还包括：
第一控制装置，其被设置成通过控制所述进气凸轮轴的运行相位来调节进气阀系统的工作时点，所述进气阀系统设置于所述进气歧管总成和发动机燃烧室之间；以及
第二控制装置，其被设置成通过控制所述排气凸轮轴的运行相位来调节排气阀系统的工作时点，所述排气阀系统设置于所述排气歧管总成和发动机燃烧室之间。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述排气子系统中设有氧传感器，其被设置用于监测从所述排气歧管总成排出气体的氧含量并且与所述发动机控制单元相连接。
在上述的汽车发动机配气系统中，优选地，所述发动机是直列四缸缸内直喷型自然吸气发动机。
一种汽车，所述汽车上装设有如以上任一项所述的汽车发动机配气系统。
本实用新型的有益效果在于：与现有技术相比，在本汽车发动机配气系统中通过对进气系统中的空气湿度参数进行检测，特别是将该湿度检测等功能集成在空气流量传感器中，这样就能根据空气湿度来修正所进入的新鲜空气流量，从而更准确地检测和估算出在发动机燃烧室内参与燃烧的气流量，使得经修正优化后的进气模型比原先模型更加精确、完善，并且由此能够实现更准确地控制喷油定时、喷油量和火花塞点火定时等。此外，在本实用新型中还采用了同向可变调节双凸轮轴、气流回流控制、氧传感器反馈信号闭环控制等更多改进设计，这些技术手段的应用不仅为扭矩估计模型、点火定时确定和喷油量的精确控制提供了基础，而且可以有效提高系统标定的灵活性和精确性、优化发动机性能、提高燃烧质量和燃油经济性，尤其能够促进排放指标的改善。根据试验结果表明，采用本汽车发动机配气系统后可与相同排量的类似发动机相比降低燃油消耗8％以上，并且排放指标能达到欧V第一阶段的排放要求，因此这对于实现整车达到欧V下一阶段或者其他的更高排放标准的设计要求具有重要参考价值。
附图说明
以下将结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述。其中：
图1是本汽车发动机配气系统一个实施例的组成布置示意图。
具体实施方式
总体而言，本实用新型的汽车发动机配气系统主要包括进气子系统和排气子系统，这两个子系统分别与发动机的进气歧管总成和排气歧管总成相连通，从而形成了提供气体流动的通道。在图1中以示意性方式显示出了本汽车发动机配气系统一个实施例的基本组成布置情形，以下将通过该示例来具体说明本实用新型的工作原理、特点以及优点。然而，必须明确以下这些描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本实用新型形成任何的限制。
如图1所示，在上述实施例中，在进气子系统中特别设置有设有分别用来测量进气湿度和温度的第一测量部件和第二测量部件，它们都与发动机控制单元(EMC)21相连接，其中的进气湿度数据被用于进气流量值的修正计算，这样就可以在进气标定中通过增加空气湿度来对所进入的新鲜空气量进行修正，从而使得改进后的进气模型相对于缺少空气湿度修正的原先进气模型更加精确、有效。
在图1的实施例中，进气子系统主要包括空滤装置1、空气流量传感器2和空气压力传感器5等组成部分，上述第一测量部件和第二测量部件都被集成在空气流量传感器2中，空滤装置1将经过其过滤处理后的清洁空气经由进气管道3输送到进气歧管总成18，空气压力传感器5是用来监测进气歧管总成18的内部气压的并且将测量到的内部气压数据提供给发动机控制单元21。
此外，发动机的进气凸轮轴和排气凸轮轴在本示例中采用的是同向调节可变双凸轮轴，并且分别通过第一控制装置7和第二控制装置9来对它们以及位于进气歧管总成18和发动机燃烧室15之间的进气阀系统8、位于排气歧管总成和发动机燃烧室15之间排气阀系统12等进行相应的控制。具体而言，可以通过第一控制装置7来控制发动机的进气凸轮轴的运行相位，以便由此及时、有效地调节进气阀系统8的工作时点，改变有效压比和平顺的空气流动挤冲效益，使得燃烧室富集氧气从而允许喷射更多的燃油；与之类似地，可以通过第二控制装置9来控制发动机的排气凸轮轴的运行相位，从而能对排气阀系统12的工作时点进行及时、有效的调节，将惰性的CO2引入到发动机燃烧室15内，使得该燃烧室内由于稀释而使氧气变稀，排气稀释降低了NOX的形成，从而减少发动机进气真空度和泵气平均有效压力而产生更多的有效功。同时，通过第一控制装置7和第二控制装置9可以操纵进排气凸轮轴实现气门低重叠，尤其在发动机怠速工况下，可以降低燃烧波动而使得怠速操控感觉平顺。
另外，在上述的排气子系统中特别设置有氧传感器13，它被用来监测从排气歧管总成排出气体的氧含量，即监测发动机燃烧室15内的燃烧反应是否完全，并且将监测到的氧含量信号反馈发送至发动机控制单元21，从而使得整个系统形成闭环控制，由此能更精确地控制喷油量和火花塞点火时点、提高燃烧质量和燃油的经济性，并且改善排放指标能以便达到欧V标准。
优选地，可以将本实用新型应用到直列四缸缸内直喷型自然吸气发动机，并将本实用新型装设到汽车上。请参考图1，下面将结合该类型发动机的若干工况下来进一步显示详细说明本汽车发动机配气系统的工作过程及其原理，显然这些具体的描述性说明都不应构成对本实用新型的任何限制。
首先，当发动机开始工作时，压力为P0的新鲜空气经过空滤装置1的过滤后进入到进气管道3，并且在经过该进气管道3时吹动空气流量传感器2上的感应部件。如前所述，此时由空气流量传感器2检测该处空气的温度、压力和湿度参数信号，并计算出经空气湿度修正后的空气流量，以上这些信号可以通过线束接头17传送给发动机控制单元21。随后，进气管道3中的新鲜空气经由节气门体4后进入到进气歧管总成18中，并且该处空气在进气阀系统8开启时进入到发动机燃烧室15中。通过调节可变进气凸轮轴7的相对相位可以调节进气阀系统8的开启点，发动机控制单元21根据接收到的信号和活塞曲轴连杆运动系统14中的曲轴的位置信号，可以按照空燃比14.7或者其他的适宜比例经由喷油器电子控制端6来控制高压燃油系统喷油端的喷油器11的喷油量，并且按照最大功率和最佳扭矩的条件来控制点火系统中火花塞10的点火起始时点。通过调节可变排气凸轮轴9来控制排气阀系统12的开启时点，则可以将燃烧后的废气排入排气歧管总成。此外，通过氧传感器13来监测以上燃烧反应过程是否完全，并且将其监测到的相应信号发送给发动机控制单元21来形成闭环控制。在发动机稳定工况下，通过空气流量传感器2监测的空气流量与通过进气歧管总成18进入到燃烧室15的新鲜空气流量是相同的。此外，如图1中还显示出了温度传感器16，它被设置用来对发动机冷却液进行检测以便能更好地实现温度控制。
当发动机处于低转速大负荷区域时，节气门体4接近全部打开，，由于进气气流的左右往复运动造成了进气歧管总成18内部的压力波动，这使得有时进气歧管的压力大于所处环境的大气压力，进而形成部分进气气流发生回流，以上情形会使得通过空气流量传感器2的流量显示偏移实际的空气流量。在本实用新型中，可以通过标定采用查表来判断是否发生回流，一是在给定转速下判断节气门体位置是否超过预设的门限值，同时判断在该转速下的进气歧管的真空度是否大于预设的门限值，以上门限值的标定可以通过关闭燃油长期学习值，根据氧传感器13反馈回的燃油瞬时学习值的偏移量是大于5％来进行确定。即，在判定发生回流时，可以先通过修正系数表和进气歧管18上的空气压力传感器5的压力值来计算出理论流量，然后再根据其所在的速度和负荷区的容积效率修正系数表进行修正而估算出进气流量。随后，依次控制喷油和火花塞10的点火，并且通过氧传感器13将信号发送给发动机控制单元21，从而完成闭环控制。
在发动机处于怠速等稳态工况下，通过调节可变进气凸轮轴7和可变排气凸轮轴9，可以使得残留的废气量和新鲜进气量达到合适的匹配值，从而促使燃烧反应更加完全，同时改善排放指标。如图1中所示的来自曲轴通风阀19的压力为P1的曲轴箱混合气、来自炭罐电磁阀20的压力为P2的油箱内蒸发气体，它们在满足各自开启条件后件进入到进气歧管总成18中，发动机控制单元21可以根据曲轴箱通风阀和炭罐电磁阀的流量来进一步修正发动机的每缸进气量。
当发动机处于节气门体快速打开或关闭、进排气凸轮轴快速条件等瞬态工况下时，由于进气歧管总成8等充气以及气体本身的压缩特性，此时对进气量的精确估算需要借助稳态工况下建立的容积效率系数表来进行修正。具体而言，建立各种稳态工况在不同转速和负荷划分的区域下的容积效率系数表，并根据气体流动的连续性，借助于当前所测的进气流量数值和上一时刻所测的进气流量值，然后通过二次项迭代处理来预测下一时刻进入到燃烧室的进气流量数值，如此不仅考虑了容积效率的修正，而且也保证能够按照最佳的空燃比来准确地控制喷油定时、喷油量和点火时点。在瞬态工况下，可以先采用进气歧管压力的速度密度法来标定每缸进气流量，同时借助如上所述在稳态工况下建立的容积效率系数表来对其进行修正，如此保证了对进入燃烧室的新鲜空气流量的准确估算。
在本实用新型中，由于发动机所处环境下的大气压力大小与发动机当前工作位置的海拔高度密切相关，由于该压力值直接影响到空气相同流速下的进入到发动机燃烧室15内的压力值，因此在部分应用中可以直接通过环境压力传感器来测量环境压力，然而由于传感器直接处在环境中变脏之后就会影响其测量精度，对此可以通过对不同进气流速下的空滤装置1的阻力进行标定来估算得发动机的当前所处环境压力。
以上列举阐明了本实用新型的汽车发动机配气系统以及装设了该汽车发动机配气系统的汽车，这些示例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。例如，在本文各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意的组合，从而获得可能未在本文中直接提及的本实用新型的更多其他实施例。举例而言，根据某些应用需求或者出于诸如节省成本等方面的考虑，可以不设置前述的第二测量部件、空气压力传感器和/或氧传感器等部件，或者单独布置第一测量部件和/或第二测量部件而不将它们都集成在前述的空气流量传感器中。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种汽车发动机配气系统，其包括分别与发动机的进气歧管总成、排气歧管总成相连通的进气子系统和排气子系统，其特征在于，所述进气子系统中设有第一测量部件，其被设置用于测量进气湿度并且与发动机控制单元相连接。
2.根据权利要求1所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述进气子系统包括：
空滤装置，其通过进气管道与所述进气歧管总成相连通；以及
空气流量传感器，其设置于所述进气管道中并且与所述发动机控制单元相连接，所述第一测量部件被集成在所述空气流量传感器中。
3.根据权利要求2所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述进气子系统还包括空气压力传感器，其被设置用于监测所述进气歧管总成的内部气压并且与所述发动机控制单元相连接。
4.根据权利要求1所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述进气子系统中还设有第二测量部件，其被设置用于测量进气温度并且与发动机控制单元相连接。
5.根据权利要求4所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述进气子系统包括：
空滤装置，其通过进气管道与所述进气歧管总成相连通；以及
空气流量传感器，其设置于所述进气管道中并且与所述发动机控制单元相连接，所述第一测量部件和第二测量部件均被集成在所述空气流量传感器中。
6.根据权利要求5所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述进气子系统还包括空气压力传感器，其被设置用于监测所述进气歧管总成的内部气压并且与所述发动机控制单元相连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述发动机的进气凸轮轴和排气凸轮轴采用同向调节可变双凸轮轴，并且所述汽车发动机配气系统还包括：
第一控制装置，其被设置成通过控制所述进气凸轮轴的运行相位来调节进气阀系统的工作时点，所述进气阀系统设置于所述进气歧管总成和发动机燃烧室之间；以及
第二控制装置，其被设置成通过控制所述排气凸轮轴的运行相位来调节排气阀系统的工作时点，所述排气阀系统设置于所述排气歧管总成和发动机燃烧室之间。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述排气子系统中设有氧传感器，其被设置用于监测从所述排气歧管总成排出气体的氧含量并且与所述发动机控制单元相连接。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的汽车发动机配气系统，其特征在于，所述发动机是直列四缸缸内直喷型自然吸气发动机。
10.一种汽车，其特征在于，所述汽车上装设有如权利要求1-9中任一项所述的汽车发动机配气系统。
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