CN204458057U - 发动机局部闭缸管理系统及节气门检测机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆行驶时的发动机局部闭缸管理系统及节气门检测机构，该系统可以根据行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆当前行驶状态是否满足预存的局部闭缸行驶条件，以满足预存的局部闭缸行驶条件为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令，即控制一部分汽缸处于闭缸状态，另一部分汽缸处于预定的比较高的负荷范围内运行，这样工作的汽缸的节气门开度比较大，对气流的阻力大大降低，充气性能比较高，故大大节约了燃油，提高了车用汽油机经济性，并且能够大幅度降低发动机的比油耗和有害气体的排放，有利于环境保护。

Description

发动机局部闭缸管理系统及节气门检测机构

技术领域

本实用新型涉及汽车控制技术领域，特别涉及发动机局部闭缸管理系统及节气门检测机构。

背景技术

根据汽车行驶功率的不同，大致可将汽车的行驶分为两种：高功率行驶状态，较低功率行驶状态。一般地，高功率行驶状态是指汽车的起步、加速、上坡、以及满载高速行驶时发动机在较大负荷下工作，在我国现有的大多数公路条件下，连续超过120公里/小时高速行驶的情况就太少了。除以上几种行驶状态，其余的均可属于较低功率行驶状态。

目前，行驶在平坦良好路面上时，维持100公里/小时左右的车速，以及载重不多的情况下，发动机是在部分负荷下工作，实际使用的功率是额定功率的30％—50％。特别是小轿车，实际使用功率是额定功率的20％—30％。这就对内燃机的经济性能有很大的影响。实践证明，与高功率行驶状态相比较，现有技术中发动机在上述行驶状态下的耗油量和有害气体的排放并未降低，尤其是有害气体的排放有增加趋势。

另外，现有技术中车用汽油发动机的负荷调节是靠改变节气门开度控制进入汽缸内的充气量来实现的。汽车在行驶过程中司机根据路面条件决定油门(节气门开度)的大小实现发动机输出功率。因此，发动机是在不稳定的工况下运行，这时残余废气量、冷却损失、进气量和燃烧速率都在变化，经济性也随之而异。

因此，如何提供一种用于车辆行驶控制的发动机局部闭缸管理系统，该管理系统可大幅度降低发动机的油耗和有害气体的排放，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的为提供一种发动机局部闭缸管理系统及节气门检测机构，该管理系统可大幅度降低发动机的油耗，同时操作简单易行适合范围比较广，且操作安全性比较高。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种节气门检测机构，用于检测节气门的开度信号，包括永磁体以及传感器本体；

所述永磁体固定于所述节气门的阀片摇臂弯曲头部顶面；

所述传感器本体包括外壳以及设置于所述外壳内的获取电路板，所述获取电路板安装有检测所述永磁体位置的电子元件。

优选地，所述壳体包括壳体座以及传感器盖，所述传感器盖与所述壳体座扣合围成所述获取电路板安装内腔，两者通过螺丝固定；所述传感器盖上开设有引线口，所述获取电路板的引线从所述引线口穿出；所述壳体座上设置有与车体定位的固定结构。

优选地，所述电子元件与所述永磁体间距范围为：1mm-2.5mm。

本实用新型还提供了一种发动机局部闭缸管理系统，发动机为多缸发动机，包括上述所述的节气门检测机构，还包括以下部件：

车速传感器，用于获取车辆的行驶速度信号；

制动信号机，用于获取制动信号；

控制器，根据上述行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆当前行驶状态是否满足预存的局部闭缸行驶条件，以满足预存的局部闭缸行驶条件为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令；

驱动装置，接收上述控制指令，并关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内；

所述预定负荷范围为：70％-90％。

优先地，所述制动信号机的配置如下：

汽车刹车灯线路、在汽车刹车灯线路上接出的引线以及设置于引线上的电路处理模块；所述引线中的电流和电压经所述电路处理模块转换为符合使用要求的电流和电压；所述制动信号为转换后的电流和电压。

优先地，所述车速传感器包括安装于车轮壳上的永磁体和信号获取元件。

优先地，还进一步包括以下部件：

进气传感器，用于获取发动机进气信号；

温度传感器，用于获取发动机温度信号；

排气传感器，用于获取发动机排气中的有害气体成分信号；

所述控制器综合考虑所述发动机进气信号、所述发动机温度信号以及所述有害气体成分信号，判断是否判断车辆是否发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令。

优先地，车辆的发动机为多缸发动机，其汽缸的数量为2N个，其中，N为大于等于2的自然数；

所述控制器将所述的汽缸划分为两组，前1至N汽缸为第一汽缸组，后N+1至2N汽缸为第二汽缸组，当发动机处于低功率行驶状态时，所述第一汽缸组和所述第二汽缸组交替开启工作。

优先地，所述控制器控制车辆进行局部闭缸的条件之一为：节气门开度范围在5度-50度。

优先地，所述控制器为设置于车辆驾驶室座椅底下的单片微型计算机。

本实用新型中当车辆处于运行时，控制器可以根据上述行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆当前行驶状态是否满足预存的局部闭缸行驶条件，以满足预存的局部闭缸行驶条件为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令，即控制一部分汽缸处于闭缸状态，另一部分汽缸处于预定的比较高的负荷范围内运行，这样工作的汽缸的节气门开度比较大，对气流的阻力大大降低，充气性能比较高，故大大节约了燃油，提高了车用汽油机经济性，并且能够大幅度降低比油耗和有害气体的排放，有利于环境保护。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例中四行程四缸汽油发动机的发动机局部闭缸管理系统框图；

图2为本实用新型一种实施例中四行程六缸油发动机的发动机局部闭缸管理系统框图；

图3为本实用新型一种实施例中节气门检测机构的结构示意图；

图4为本实用新型所提供的一种具体实施例中发动机局部闭缸管理系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

本实用新型的核心为提供一种车辆行驶时的发动机局部闭缸管理系统及节气门开度检测机构，该管理系统可大幅度降低发动机的油耗，同时操作简单易行适合范围比较广，且操作安全性比较高。

不失一般性，本文以具有四行程汽油发动机的车辆为例介绍技术方案，为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合节气门开度检测机构、管理系统、控制方法、附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

车辆发动机的动力一般通过离合器、变速箱、动力传动机构传递至连接车轮连接盘的驱动轴，车轮连接盘通过轴承安装于车桥的羊角上，变速箱、动力传动机构、车轮连接盘与车架之间的连接位置关系可以参考现有技术，在此不做赘述。

为了进一步了解发动机使用寿命、节油和减排效果，本文还进行了以下研究，具体如下。

本实用新型仍以车辆发动机为四行程汽油发动机，其中发动机的比油耗可用下式表示：

$g_e=\frac{{632.2\×10}^3}{{\mathrm{\η}}_i{\mathrm{\η}}_m{H}_u}---\left(1\right)$

其中，上述公式中各符号代表的含义为：g_e为比油耗(克/马力小时)；η_i为指示热效率；η_m为机械效率；H_u为燃料低热值(千卡/公斤)。

从(1)式不难看出要降低比油耗g_e只需要提高热效率η_i和η_m即可。机械效率应该采取减少摩擦损失、泵损失和降低附属机构的消耗功能即可。提高热效率的主要途径是提高压缩比和燃烧烯混合气。热效率和汽油发动机压缩比的关系可用下式表示。

${\mathrm{\η}}_i=1-\frac{1}{{\mathrm{\ϵ}}^{(k-1)}}---\left(2\right)$

其中，上述式中各符号所代表的含义为：ε为发动机的压缩比；k为绝热指数。

一般来说燃烧烯混合气需要较高的压缩比或者采取其他措施。而压缩比的提高又受到燃油辛烷值的限制，同时单从提高压缩比对大气污染也是不利的。

汽油发动机的负荷特性所标示的功率、扭矩和比油耗都是指该发动机在标定工况下的数值，一般所称的比油耗是指的外特性上的最低比油耗值。在实际使用中，由于地形的不同，道路的起伏，路面条件差别很大，要使汽车在各种工况下都能达到外特性上的最低比油耗是不可能的。因为它的功率和转速是在较大范围内变化，其具体变化情况，因使用条件而异。汽车的起步、加速、上坡、以及满载高速行驶时发动机在大负荷下工作，在我国现有的大多数公路条件下，连续超过120公里/小时高速行驶的情况就太少了。行驶在平坦良好路面上时，维持100公里/小时左右的车速，在发动机为1.6～2.0排量的小汽车仍然可以实现局部闭缸行驶。以及载重不多的情况下，发动机是在部分负荷下工作，实际使用的功率是额定功率的30％—50％。特别是小轿车，实际使用功率是额定功率的20％—30％。这就对内燃机的经济性能有很大的影响。同时评价汽车的经济性能的好坏应当评价其在各种工况下的综合经济性能。

车用汽油发动机的负荷调节是靠改变节气门开度控制进入汽缸内的充气量来实现的。汽车在行驶过程中司机根据路面条件决定油门(节气门开度)的大小实现发动机输出功率。因此，发动机是在不稳定的工况下运行，这时残余废气量、冷却损失、进气量和燃烧速率都在变化，所以经济性也随之而异。发动机节气门部分开启，增加了进气阻力，充气效率η_v下降了，而且随着发动机转速的增高充气效率，下降的更加显著。

机械效率η_m也受节气门开度的影响，当节气门部分开启时，随着发动机转速的提高，机械效率η_m的下降比节气门全开时要快的多。机械效率随着发动机转速的变化而变化；节气门开度越小机械效率也越低。其变化规率亦可用下式表示：

${\mathrm{\η}}_m=1-\frac{P_m}{{\mathrm{A\η}}_v{\mathrm{\η}}_i/\mathrm{\α}}---\left(3\right)$

其中，公式中η_i/α值随着节气门开度的减小略有下降，为了便于分析，把它看做近似常数；η_v为充气效率；α为混合比(该参数基本不随转速变化；)p_m为平均机械损失压力(发动机机械损失和辅助机构损失压力)。

发动机空运转时，指示功完全消耗于机械摩擦损失上，这时机械效率为零，即：

η_m＝0

则：

$0=1-\frac{P_m}{{\mathrm{A\η}}_v{\mathrm{\η}}_i/\mathrm{\α}};$

P_m＝Aη_vη_i/α

充气效率η_v和机械效率η_m的乘积决定了发动机的扭矩曲线的形状。

$M_e=K\frac{{\mathrm{\η}}_i}{\mathrm{\α}}{\mathrm{\η}}_v{\mathrm{\η}}_m---\left(4\right)$

从式(4)中可知影响扭矩的参数是指示热效率η_i，机械效率η_m，充气效率η_v，和过量空气系数α。提高扭矩的有效办法是提高充气效率η_v，发动机在低转速时，节气门开度小，充气效率η_v低指示热效率η_i略有下降。发动机在高转速时，由于燃烧所占的曲轴转角和进排气泵吸功增大，对指示热效率产生不利影响，所以指示热效率在中间某一转速时其值较大。

上述分析说明了车用汽油发动机经济性能差的根本原因是经常处于低负荷工况下工作。如能实现改变发动机的排量让一部分汽缸停止工作，而让另一部分汽缸在较大负荷下工作(节气门开度在80％左右)，就可以有效的节约燃油。这是提高车用汽油机经济性的有效办法。从上述分析可知汽油发动机的节气门开度越小，充气性能越差，其经济性能越差。不同开度的节气门有着不同的充气效率η_v，当转速一定把节气门开度关小时节气门周边的空气流速很高，通过节气门后断面的空气流量应当按可压缩流体方程计算，可得：

其中，G为通过节气门的混合气流量(kg/s)；F_k为节气门处的通流面积(平方公分)。

四行程汽油发动机之充气量可用下式计算：

其中，η_v为充气系数；V_n为发动机单缸排量(升)；Υ₀为空气密度(公斤/立方米)；i为汽缸数；n为发动机转速(转/分)。

由前式可知发动机之充气量即为通过节气门之流量。即：Gx＝G由式(5)与式(6)合并后则得：

${\mathrm{\η}}_v=\frac{12\×{10}^4}{{\mathrm{iV}}_n{\mathrm{\γ}}_{0}n}\·\frac{F_k}{{\mathrm{RT}}_k}\sqrt{\frac{1}{1+{\mathrm{\λ}}_T+{\mathrm{\λ}}_v}}\·\sqrt{2g\frac{K}{K-1}\·\frac{P_0}{{\mathrm{\γ}}_0}[1-{\left(\frac{P_k}{P_0}\right)}^{\frac{k-1}{k}}]}\·[P_0-(P_0-P_K)---\left(7\right)$

式中：λ_v为节气门到阀门之前的阻力系数，一般为1.8-2之间范围；λ_T为节气门阻力系数。

请参考图1和图2，图1为本实用新型一种实施例中四行程汽油发动机的发动机局部闭缸管理系统框图；图2为本实用新型一种实施例中六行程汽油发动机的发动机局部闭缸管理系统框图。

本实用新型中的发动机局部闭缸管理系统还包括车速传感器，该车速传感器用于获取车辆的行驶速度信号；车速传感器可以包括安装于车轮壳上的永磁体和信号获取元件，车速传感器所获取的车速是发动机进行怠速、减速、换挡的判断条件之一。

该车辆滑行管理系统还包括用于获取油门位置信号的节气门检测机构以及控制器；其中，节气门检测机构用于获取节气门的开度信号；控制器根据上述行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆是否处于低功率行驶状态，以车辆处于低功率行驶状态为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令。

行驶一般是指发动机是在部分负荷下工作，实际使用的功率是额定功率的30％—50％。特别是小轿车，实际使用功率是额定功率的20％—30％。

对于四缸发动机而言，经实验证实当车辆行驶速度小于35公里/小时，闭缸对四缸发动机损害比较大，不适宜闭缸；当车辆行驶速度大于100公里/小时，此时发动机处于85％以上负荷不能闭缸，如果正在闭缸工作时它也会自动开缸。本文中节气门开度范围在5度-50度范围内定义为进行局部闭缸的必要条件之一。

本实用新型中当车辆处于运行时，控制器可以根据上述行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆当前行驶状态是否满足预存的局部闭缸行驶条件，以满足预存的局部闭缸行驶条件为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令，即控制一部分汽缸处于闭缸状态，另一部分汽缸处于预定的比较高的负荷范围内运行，这样工作的汽缸的节气门开度比较大，对气流的阻力大大降低，充气性能比较高，故大大节约了燃油，提高了车用汽油机经济性，并且能够大幅度降低比油耗和有害气体的排放，有利于环境保护。

请参考图4，图4为本实用新型所提供的一种具体实施例中发动机局部闭缸管理系统的控制方法的流程图；具体控制如下：

S1、获取行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号；

S2、根据上述行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆当前行驶状态是否满足预存的局部闭缸行驶条件，以满足预存的局部闭缸行驶条件为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令；

S3、接收上述控制指令，并关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内。

本实用新型提供的控制方法是以上述管理系统为基础实施的，故该控制方法具有管理系统的上述技术效果，本文中不再次做赘述。

为了尽量减少对于现有技术中整车结构的改造，本实用新型提供了一种不改变现有车辆的整体控制、结构的一种管理系统，具体设置如下描述。

上述实施例中的制动信号机的配置如下：汽车刹车灯线路、在汽车刹车灯线路上接出的引线以及设置于引线上的电路处理模块；引线中的电流和电压经所述电路处理模块转换为符合使用要求的电流和电压；制动信号为转换后的电流和电压。

这样，该发动机局部闭缸管理系统应用于现有汽车时，无需将原车的结构进行改动，只需在汽车刹车灯线路略作改动，从汽车刹车灯线路上引出引线，利用该线路中的电流和电压作为控制器判断的制动信号。该方式可以节省现有汽车的改造成本。

请参考图3，图3为本实用新型一种实施例中节气门检测机构的结构示意图。

另外，上述各实施例中的节气门检测机构可以包括永磁体2以及传感器本体，永磁体2设置于发动机节气门的阀片摇臂1弯曲头部顶面，传感器本体包括外壳以及设置于外壳内的获取电路板4，获取电路板4安装有检测所述永磁体2位置的电子元件，电子元件与永磁体2相对设置，电子元件与永磁体2间距范围为：1mm-2.5mm。

在不破坏车辆现有的节气门传感器，且不影响现有节气门传感器的工作前提下，本文提供了一种新的节气门检测机构，用于本文中的发动机局部闭缸管理系统，结构简单，测量精确，可实现车辆行驶的精确控制。

上述壳体可以包括壳体座6以及传感器盖7，传感器盖7与壳体座6扣合围成获取电路板4安装内腔，两者通过螺丝8固定；传感器盖7上开设有引线口5，获取电路板4的引线从引线口5穿出；壳体座6上设置有与车体定位的固定结构。

本实用新型中的发动机局部闭缸管理系统，还进一步包括以下部件：

进气传感器，用于获取发动机进气信号；

温度传感器，用于获取发动机温度信号；

排气传感器，用于获取发动机排气中的有害气体成分信号；

所述控制器综合考虑所述发动机进气信号、所述发动机温度信号以及所述有害气体成分信号，判断是否判断车辆是否发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令。

这样，管理系统进一步考虑车辆的综合性能，对发动机闭缸进行控制，进一步优化了发动机的工作性能。

上述各实施例中，发动机为多缸发动机，其汽缸的数量为2N个，其中，N为大于等于2的自然数；该控制方法进一步包括以下步骤：

当发动机处于怠速状态时，将所述汽缸划分为两组，前1至N缸为第一汽缸组，后N+1至2N缸为第二汽缸组，第一汽缸组缸和第二汽缸组缸交替开启工作。

以四缸发动机为例，发动机局部闭缸工作如下设置，将所述发动机汽缸划分为两组，前C1、C2缸为第一汽缸组，C3、C4缸为第二汽缸组，C1、C2缸工作时，C3、C4缸关闭，然后C3、C4缸再工作时，C1、C2缸关闭，交替进行。

同理，六缸发动机的局部闭缸工作如下设置：前C1、C2、C3缸为第一汽缸组，C4、C5、C6缸为第二汽缸组，C1、C2、C3缸工作时，C4、C5、C6缸关闭，然后C4、C5、C6缸再工作，C1、C2、C3缸关闭，交替进行。

驱动装置可以包括驱动器A、驱动器B、驱动器C、驱动器D，驱动器B控制第一汽缸组工作，驱动器D控制第二汽缸组工作，驱动器A和驱动器C分别控制第一汽缸组的喷油嘴P1和第二汽缸组的喷油嘴P2，当该组气缸闭缸工作时，其相应的喷油嘴也停止喷油。

其中，驱动器A、驱动器B、驱动器C、驱动器D可以为各类电磁阀，也可以为其他部件。

其它数量的多缸发动机的行驶状态的工作原理与以上相同，不做一一列举。

在一种具体实施方式中，本文中开启工作的汽缸组中各汽缸的节气门开度为：70％-90％，当然优选80％左右时，节能减排效果较佳。本文通过大量实验给出了节气门不同开度下的阻力系数，详见表1。

上述各实施例中的控制器为设置于车辆驾驶室座椅底下的单片微型计算机，当然也可以直接利用汽车的ECU。

表1发动机节气门开度与阻力系数的对应关系表

θ	0°	20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°	60°	65°	70°	75°	80°	85°	90°
																	λT	∞	751	256	118	58.8	32.6	18.7	10.8	6.22	3.91	2.51	1.54	0.90	0.52	0.24	0.05

以上对本实用新型所提供的发动机局部闭缸管理系统及节气门检测机构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种节气门检测机构，用于检测节气门的开度信号，其特征在于，包括永磁体以及传感器本体；

所述永磁体固定于所述节气门的阀片摇臂弯曲头部顶面；

所述传感器本体包括外壳以及设置于所述外壳内的获取电路板，所述获取电路板安装有检测所述永磁体位置的电子元件。

2.如权利要求1所述的节气门检测机构，其特征在于，所述壳体包括壳体座以及传感器盖，所述传感器盖与所述壳体座扣合围成所述获取电路板安装内腔，两者通过螺丝固定；所述传感器盖上开设有引线口，所述获取电路板的引线从所述引线口穿出；所述壳体座上设置有与车体定位的固定结构。

3.如权利要求1所述的节气门检测机构，其特征在于，所述电子元件与所述永磁体间距范围为：1mm-2.5mm。

4.一种发动机局部闭缸管理系统，发动机为多缸发动机，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的节气门检测机构，还包括以下部件：

车速传感器，用于获取车辆的行驶速度信号；

制动信号机，用于获取制动信号；

控制器，根据上述行驶速度信号、节气门的开度信号、制动信号判断车辆当前行驶状态是否满足预存的局部闭缸行驶条件，以满足预存的局部闭缸行驶条件为条件发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令；

驱动装置，接收上述控制指令，并关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内；

所述预定负荷范围为：70％-90％。

5.如权利要求4所述的发动机局部闭缸管理系统，其特征在于，所述制动信号机的配置如下：

汽车刹车灯线路、在汽车刹车灯线路上接出的引线以及设置于引线上的电路处理模块；所述引线中的电流和电压经所述电路处理模块转换为符合使用要求的电流和电压；所述制动信号为转换后的电流和 电压。

6.如权利要求4所述的发动机局部闭缸管理系统，其特征在于，所述车速传感器包括安装于车轮连接盘上的永磁体和信号获取元件。

7.如权利要求4所述的发动机局部闭缸管理系统，其特征在于，还进一步包括以下部件：

进气传感器，用于获取发动机进气信号；

温度传感器，用于获取发动机温度信号；

排气传感器，用于获取发动机排气中的有害气体成分信号；

所述控制器综合考虑所述发动机进气信号、所述发动机温度信号以及发动机排放的有害气体成分信号，判断是否判断车辆是否发出关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内的控制指令。

8.如权利要求4至7任一项所述的发动机局部闭缸管理系统，其特征在于，车辆的发动机为多缸发动机，其汽缸的数量为2N个，其中，N为大于等于2的自然数；

所述控制器将所述的汽缸划分为两组，前1至N汽缸为第一汽缸组，后N+1至2N汽缸为第二汽缸组，当发动机处于低功率行驶状态时，所述第一汽缸组和所述第二汽缸组交替开启工作。

9.如权利要求4所述的发动机局部闭缸管理系统，其特征在于，所述控制器控制车辆进行局部闭缸的条件之一为：节气门开度范围在5度-50度。

10.如权利要求4所述的发动机局部闭缸管理系统，其特征在于，所述控制器为设置于车辆驾驶室座椅底下的单片微型计算机，

接收上述控制指令，并关闭部分气缸并使其余气缸工作在预定负荷范围内。