专利名称：内燃机进排气门控制方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机进排气门控制方法，以实现涡轮增压内燃机的高压缩比低膨胀比或低压缩比高膨胀比两种驱动模式和以进为进-以排为排的制动模式，自然吸气内燃机的制动模式所要求的进排气门事件，属于内燃机进排气系统和制动领域。
背景技术：
一方面，随着内燃机保有量的急剧增加，世界石油价格的不断上涨，大气污染的日益严重，如何有效地提高内燃机效率和降低排放的问题日益紧迫，而涡轮增压内燃机因具有高效率低排放的优势，所占比例越来越大。目前涡轮增压内燃机主要存在以下问题1)高速大负荷时涡轮叶片的热负荷过高、在低速下扭矩降低严重、低负荷下燃油消耗率增加以及加速工况下进气增压压力上升的响应性明显变差等问题。2)高原环境下，动力性变差，低温启动慢，加速时间长，而如何使涡轮增压内燃机在高原环境下良好运行成为急需解决的一大问题。3)当进气压力增加后，气门启闭规律对内燃机进排气过程的影响程度大大增加， 因此，可变气门技术系统的开发及其控制方法的研究至关重要。另一方面，内燃机保有量的急剧增加，车辆安全性越来越受到人们的重视，越来越多的国家将辅助制动系统列为车辆必备的附件之一。然而目前辅助制动系统大多存在制动部件过热、制动效率降低过快、制动效率可控程度低、车辆制动时容易跑偏、制动系统占用有限的车辆空间等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述内燃机研究领域的问题，利用可变气门驱动系统在涡轮增压内燃机上实现高压缩比低膨胀比或低压缩比高膨胀比两种驱动模式，以达到全面提高涡轮增压内燃机的低速大扭矩工况和高原工况的动力性，提高启动性、加速性，以及高速性能的目的；利用可变气门驱动系统在自然吸气内燃机和涡轮增压内燃机上分别实现不同制动模式，以达到将720° /循环的内燃机变为360° /循环的压气机，取代车辆辅助制动系统来实现内燃机制动，并且调节气门的开启参数实现制动效果可调的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种内燃机进排气门控制方法，对涡轮增压内燃机或自然吸气内燃机的进排气门采用可变进气门系统和可变排气门系统进行控制，可变进气门系统的第1进气门控制信号控制进气门供油电磁阀的开启正时和进气门泄油电磁阀的关闭正时，决定进气门的开启正时；第2进气门控制信号控制进气门供油电磁阀的开启持续期，决定进气门的升程；第3进气门控制信号控制进气门泄油电磁阀的关闭持续期，决定进气门的关闭正时；所述可变排气门系统的第1排气门控制信号控制排气门供油电磁阀的开启正时和排气门泄油电磁阀的关闭正时，决定排气门的开启正时；第 2排气门控制信号控制排气门供油电磁阀的开启持续期，决定排气门的升程；第3排气门控制信号控制排气门泄油电磁阀的关闭持续期，决定排气门的关闭正时；第4控制信号控制在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀的启闭状态；在涡轮增压内燃机低速大扭矩工况、高原环境和加速工况下，采用高压缩比低膨胀比循环进行控制，通过控制进排气门系统来提前开启排气门，提前开启进气门，增加进气门升程，推迟关闭进气门； 在涡轮增压内燃机高速大负荷工况下，采用低压缩比高膨胀比循环进行控制，通过控制进排气门系统来推迟开启排气门，提前开启进气门，降低进气门升程，提前关闭进气门，同时， 打开在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀；在冷启动时，推迟开启排气门，减小排气门升程，提前关闭排气门，提前开启进气门，增加进气门升程，提前关闭进气门；按照内燃机制动的要求来调节气门开启参数，对涡轮增压内燃机采用以进为进-以排为排的制动模式，通过控制进排气门系统，在上止点前后两次启闭排气门，在下止点附近启闭进气门。自然吸气内燃机按照制动的要求来调节气门开启参数，通过控制进排气门系统， 在上止点前后两次启闭进气门或排气门，在下止点附近启闭进气门或排气门。涡轮增压内燃机低速大扭矩工况、高原运行工况和加速工况下，当涡轮增压器的进气增压程度低于内燃机相应工况的进气增压设定值时，则基于高压缩比低膨胀比的热力循环，采用以下方式电控单元通过控制第1排气门控制信号，减小排气门供油电磁阀的开启正时和排气门泄油电磁阀的关闭正时，提前开启排气门；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀的开启正时和进气门泄油电磁阀的关闭正时，提前开启进气门；电控单元通过控制第2进气门控制信号，增加进气门供油电磁阀的开启持续期，增加进气门的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，增加进气门泄油电磁阀的关闭持续期，推迟关闭进气门。涡轮增压内燃机高速大负荷工况下，当涡轮增压器进气增压程度高于内燃机相应工况的进气增压设定值时，则基于低压缩比高膨胀比的热力循环，采用以下方式电控单元通过控制第1排气门控制信号，增加排气门供油电磁阀的开启正时和排气门泄油电磁阀的关闭正时，推迟开启排气门；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀的开启正时和进气门泄油电磁阀的关闭正时，提前开启进气门；电控单元通过控制第2 进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀的开启持续期，减小进气门的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，减小进气门泄油电磁阀的关闭持续期，提前关闭进气门；同时， 电控单元控制第4控制信号打开在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀。内燃机低温环境条件启动时，电控单元通过控制第1排气门控制信号，增加排气门供油电磁阀的开启正时和排气门泄油电磁阀的关闭正时，推迟开启排气门；电控单元通过控制第2排气门控制信号，减小排气门泄油电磁阀的开启持续期，减小排气门升程；电控单元通过控制第3排气门控制信号，减小排气门泄油电磁阀的关闭持续期，提前关闭排气门；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀的开启正时和进气门泄油电磁阀的关闭正时，提前开启进气门；电控单元通过控制第2进气门控制信号，增加进气门供油电磁阀的开启持续期，增加进气门的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，减小进气门泄油电磁阀的关闭持续期，提前关闭进气门；启动后，内燃机进入加速阶段， 则按照加速工况来控制进排气门的运动。涡轮增压内燃机制动时，在上止点前电控单元通过控制第1排气门控制信号，开启排气门；随后电控单元控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点前关闭排气门；在上止点后电控单元再次控制第1排气门控制信号，开启排气门；随后电控单元通过控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，关闭排气门；在下止点前电控单元通过控制第1进气门控制信号，开启进气门；在下止点后电控单元通过控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，关闭进气门。自然吸气内燃机制动时，在上止点前电控单元通过控制第1进气门控制信号或第 1排气门控制信号，开启进气门或排气门；随后电控单元控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，或第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点前关闭进气门或排气门；在上止点后电控单元再次控制第1进气门控制信号或第1排气门控制信号，开启进气门或排气门；随后电控单元控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，或第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点后关闭进气门或排气门；在下止点前电控单元通过控制第1排气门控制信号或第1进气门控制信号，开启排气门或进气门；在下止点后电控单元通过控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，或第2进气门控制信号和第 3进气门控制信号，关闭排气门或进气门。本发明的有益效果是(a)对于处于驱动模式下的涡轮增压内燃机，在低速大扭矩工况、高原运行工况和加速工况下，采用高压缩比低膨胀比的热力循环，通过提前开启排气门来增加输入涡轮机的能量，以及增加进气门的开启时面值和减少进排气门扫气程度的方式来增加留在气缸内的新鲜空气量；在高速大负荷工况下，采用低压缩比高膨胀比的热力循环，通过推迟开启排气门来减少输入涡轮机的能量，同时通过打开设置在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀，实现冷的进气直接对涡流叶片的冷却；在冷启动时，通过推迟开启排气门，减小排气门升程，提前关闭排气门来保留热的缸内气体以实现快速提高缸内温度，同时通过提前开启进气门，增加进气门升程，提前关闭进气门来增加进气量，两者相结合以达到快速启动的目的。以上控制方法大幅提高内燃机的低速大扭矩工况和高原工况的动力性，提高启动性、加速性，并且降低高速大负荷下的内燃机热负荷， 使得涡轮增压技术不仅能够更加充分地实现它在提高内燃机的动力性和经济性，减少有害气体的排放量方面的优势，而且能够很好地解决传统涡轮增压器无法兼顾高低速，以及瞬态响应性差等问题。(b)对于处于制动模式下的自然吸气内燃机和涡轮增压内燃机，分别采用不同的制动模式，将720° /循环的内燃机变为360° /循环的压气机，取代车辆辅助制动系统来实现内燃机制动，并且调节气门的开启参数可调节制动的效果。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是内燃机进排气门控制方法示意图。图2是可变进气门系统示意图。图中1.共轨管，2.输油设备，3.油箱，4.进气门，5.进气门弹簧，6.进气门驱动活塞，7.进气门驱动油腔，8.进气门供油电磁阀，9.进气门泄油电磁阀，10.排气门，11.排气门弹簧，12.排气门驱动活塞，13.排气门驱动油腔，14.排气门供油电磁阀，15.排气门泄油电磁阀。
具体实施例方式图1是内燃机进排气门控制方法示意图。其具体控制方法为通过实时检测到的内燃机性能参数(主要是内燃机转速信号、离合器位置信号、油门踏板位置信号、制动踏板位置信号等)，判断当前内燃机运行工况是驱动模式还是制动模式。本发明的气门控制方法是以采用可变进气门系统的涡轮增压内燃机的进排气门启闭参数为基准点。(1)若为驱动模式，则首先判断是否处于启动工况，接着对于涡轮增压内燃机，继续判断当前运行工况是否处于低速大负荷工况或者高速大负荷工况。(a)如果当前工况处于启动工况时，电控单元通过控制第1排气门控制信号，增加排气门供油电磁阀14的开启正时和排气门泄油电磁阀15的关闭正时，推迟开启排气门10 ； 电控单元通过控制第2排气门控制信号，减小排气门泄油电磁阀14的开启持续期，减小排气门10升程；电控单元通过控制第3排气门控制信号，减小排气门泄油电磁阀15的关闭持续期，提前关闭排气门10 ；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀 8的开启正时和进气门泄油电磁阀9的关闭正时，提前开启进气门4 ；电控单元通过控制第 2进气门控制信号，增加进气门供油电磁阀8的开启持续期，增加进气门4升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，减小进气门泄油电磁阀9的关闭持续期，提前关闭进气门4 ； 启动后，内燃机进入加速阶段，则按照加速工况来控制进排气门的运动。(b)如果当前工况处于涡轮增压内燃机低速大扭矩工况或者加速工况时，接着判断涡轮增压器的进气增压程度是否低于内燃机相应工况的进气增压设定值，如果是，则采用以下控制方式电控单元通过控制第1排气门控制信号，减小排气门供油电磁阀14的开启正时和排气门泄油电磁阀15的关闭正时，提前开启排气门10 ；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀8的开启正时和进气门泄油电磁阀9的关闭正时，提前开启进气门4 ；电控单元通过控制第2进气门控制信号，增加进气门供油电磁阀8的开启持续期，增加进气门4的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，增加进气门泄油电磁阀9的关闭持续期，推迟关闭进气门4。(c)如果当前工况处于涡轮增压内燃机高速大负荷工况时，接着判断涡轮增压器进气增压程度是否高于内燃机相应工况的进气增压设定值，如果是则采用以下控制方式 电控单元通过控制第1排气门控制信号，增加排气门供油电磁阀14的开启正时和排气门泄油电磁阀15的关闭正时，推迟开启排气门10 ；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀8的开启正时和进气门泄油电磁阀9的关闭正时，提前开启进气门4 ； 电控单元通过控制第2进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀8的开启持续期，减小进气门4的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，减小进气门泄油电磁阀9的关闭持续期，提前关闭进气门4 ；同时，电控单元控制第4控制信号打开在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀。(d)如果当前工况不处于上述任何一个工况其他工况或者虽然处于上述某个工况，但是二次判断为“否”时，则根据工况要求，在进排气门的初始控制状态附近进行微调。(2)若为制动模式，则进行以下控制(a)对于自然吸气内燃机制动，在上止点前电控单元通过控制第1进气门控制信号或第1排气门控制信号，开启进气门4或排气门10 ；随后电控单元控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，或第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点前关闭进气门4或排气门10 ；在上止点后电控单元再次控制第1进气门控制信号或第1排气门控制信号，开启进气门4或排气门10 ；随后电控单元控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，或第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点后关闭进气门4或排气门10 ；在下止点前电控单元通过控制第1排气门控制信号或第1进气门控制信号，开启排气门10或进气门4 ；在下止点后电控单元通过控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，或第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，关闭排气门10或进气门4。根据内燃机制动要求，调节进排气门的控制参数。(b)对于涡轮增压内燃机，在上止点前电控单元通过控制第1排气门控制信号，开启排气门10 ；随后电控单元控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点前关闭排气门10 ；在上止点后电控单元再次控制第1排气门控制信号，开启排气门10 ；随后电控单元通过控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，关闭排气门10 ；在下止点前电控单元通过控制第1进气门控制信号，开启进气门4 ；在下止点后电控单元通过控制第 2进气门控制信号和第3进气门控制信号，关闭进气门4 ；根据内燃机制动要求，调节进排气门的控制参数。对于进排气门控制信号的调节量则是按照模糊PID等控制算法计算得到的。图2示出了可变进气门系统示意图。进气门工作过程为(a)进气门开启阶段当电控单元的第1进气门控制信号到达时，进气门供油电磁阀8被激励打开，进气门泄油电磁阀9被激励关闭，共轨管1内具有一定压力的液压油通过进气门供油电磁阀8进入进气门驱动油腔7中，克服进气门弹簧5的作用力，驱动进气门驱动活塞6下行，进气门4开启。(b)进气门最大升程保持阶段当电控单元的第2进气门控制信号到达时，进气门供油电磁阀8不被激励，恢复关闭状态，进气门泄油电磁阀9继续被激励关闭，进气门驱动油腔7内的液压油被阻塞，进气门保持在最大升程处。(c)进气门关闭阶段当电控单元的第3进气门控制信号到达时，进气门供油电磁阀8继续不被激励，保持关闭状态，进气门泄油电磁阀9不被激励，恢复打开状态，在进气门弹簧5的作用下，进气门驱动油腔7内的液压油通过进气门泄油电磁阀9进入油箱3中，进气门驱动活塞6上行，进气门4关闭。由于排气门的工作过程与进气门的一样，此处不再重复。
权利要求
1.一种内燃机进排气门控制方法，对涡轮增压内燃机或自然吸气内燃机的进排气门采用可变进气门系统和可变排气门系统进行控制，所述可变进气门系统的第1进气门控制信号控制进气门供油电磁阀⑶的开启正时和进气门泄油电磁阀(9)的关闭正时，决定进气门(4)的开启正时；第2进气门控制信号控制进气门供油电磁阀(8)的开启持续期，决定进气门(4)的升程；第3进气门控制信号控制进气门泄油电磁阀(9)的关闭持续期，决定进气门(4)的关闭正时；所述可变排气门系统的第1排气门控制信号控制排气门供油电磁阀 (14)的开启正时和排气门泄油电磁阀(15)的关闭正时，决定排气门(10)的开启正时；第2 排气门控制信号控制排气门供油电磁阀(14)的开启持续期，决定排气门(10)的升程；第3 排气门控制信号控制排气门泄油电磁阀(15)的关闭持续期，决定排气门(10)的关闭正时； 第4控制信号控制在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀的启闭状态； 其特征是在涡轮增压内燃机低速大扭矩工况、高原环境和加速工况下，采用高压缩比低膨胀比循环进行控制，通过控制进排气门系统来提前开启排气门(10)，提前开启进气门0)， 增加进气门(4)升程，推迟关闭进气门(4)；在涡轮增压内燃机高速大负荷工况下，采用低压缩比高膨胀比循环进行控制，通过控制进排气门系统来推迟开启排气门(10)，提前开启进气门G)，降低进气门(4)升程，提前关闭进气门G)，同时，打开在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀；在冷启动时，推迟开启排气门(10)，减小排气门(10) 升程，提前关闭排气门(10)，提前开启进气门G)，增加进气门(4)升程，提前关闭进气门 (4)；按照内燃机制动的要求来调节气门开启参数，对涡轮增压内燃机采用以进为进-以排为排的制动模式，通过控制进排气门系统，在上止点前后两次启闭排气门(10)，在下止点附近启闭进气门⑷。
2.根据权利要求1所述的内燃机进排气门控制方法，其特征是所述自然吸气内燃机按照制动的要求来调节气门开启参数，通过控制进排气门系统，在上止点前后两次启闭进气门(4)或排气门(10)，在下止点附近启闭进气门(4)或排气门(10)。
3.根据权利要求1所述的内燃机进排气门控制方法，其特征是在所述涡轮增压内燃机低速大扭矩工况、高原运行工况和加速工况下，当涡轮增压器的进气增压程度低于内燃机相应工况的进气增压设定值时，则基于高压缩比低膨胀比的热力循环，采用以下方式电控单元通过控制第1排气门控制信号，减小排气门供油电磁阀(14)的开启正时和排气门泄油电磁阀(15)的关闭正时，提前开启排气门(10)；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀(8)的开启正时和进气门泄油电磁阀(9)的关闭正时，提前开启进气门(4)；电控单元通过控制第2进气门控制信号，增加进气门供油电磁阀(8)的开启持续期，增加进气门(4)的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，增加进气门泄油电磁阀(9)的关闭持续期，推迟关闭进气门G)。
4.根据权利要求1所述的内燃机进排气门控制方法，其特征是在所述涡轮增压内燃机高速大负荷工况下，当涡轮增压器进气增压程度高于内燃机相应工况的进气增压设定值时，则基于低压缩比高膨胀比的热力循环，采用以下方式电控单元通过控制第1排气门控制信号，增加排气门供油电磁阀(14)的开启正时和排气门泄油电磁阀(15)的关闭正时，推迟开启排气门(10)；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀(8) 的开启正时和进气门泄油电磁阀(9)的关闭正时，提前开启进气门；电控单元通过控制第2进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀(8)的开启持续期，减小进气门(4)的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，减小进气门泄油电磁阀(9)的关闭持续期，提前关闭进气门；同时，电控单元控制第4控制信号打开在压缩机后的进气管和涡轮增压器前的排气管之间的气阀。
5.根据权利要求1所述的内燃机进排气门控制方法，其特征是在所述内燃机低温环境条件启动时，电控单元通过控制第1排气门控制信号，增加排气门供油电磁阀(14)的开启正时和排气门泄油电磁阀(15)的关闭正时，推迟开启排气门(10)；电控单元通过控制第 2排气门控制信号，减小排气门泄油电磁阀(14)的开启持续期，减小排气门(10)升程；电控单元通过控制第3排气门控制信号，减小排气门泄油电磁阀(1 的关闭持续期，提前关闭排气门(10)；电控单元通过控制第1进气门控制信号，减小进气门供油电磁阀⑶的开启正时和进气门泄油电磁阀(9)的关闭正时，提前开启进气门(4)；电控单元通过控制第2 进气门控制信号，增加进气门供油电磁阀(8)的开启持续期，增加进气门(4)的升程；电控单元通过控制第3进气门控制信号，减小进气门泄油电磁阀(9)的关闭持续期，提前关闭进气门；启动后，内燃机进入加速阶段，则按照加速工况来控制进排气门的运动。
6.根据权利1所要求的内燃机进排气门控制方法，其特征是在所述涡轮增压内燃机制动时，在上止点前电控单元通过控制第1排气门控制信号，开启排气门(10)；随后电控单元控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点前关闭排气门(10)；在上止点后电控单元再次控制第1排气门控制信号，开启排气门(10)；随后电控单元通过控制第2 排气门控制信号和第3排气门控制信号，关闭排气门(10)；在下止点前电控单元通过控制第1进气门控制信号，开启进气门；在下止点后电控单元通过控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，关闭进气门0)。
7.根据权利要求1所述的内燃机进排气门控制方法，其特征是在所述自然吸气内燃机制动时，在上止点前电控单元通过控制第1进气门控制信号或第1排气门控制信号，开启进气门(4)或排气门(10)；随后电控单元控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号， 或第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点前关闭进气门⑷或排气门(10)； 在上止点后电控单元再次控制第1进气门控制信号或第1排气门控制信号，开启进气门(4) 或排气门(10)；随后电控单元控制第2进气门控制信号和第3进气门控制信号，或第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，在上止点后关闭进气门(4)或排气门(10)；在下止点前电控单元通过控制第1排气门控制信号或第1进气门控制信号，开启排气门(10)或进气门⑷；在下止点后电控单元通过控制第2排气门控制信号和第3排气门控制信号，或第 2进气门控制信号和第3进气门控制信号，关闭排气门(10)或进气门0)。
全文摘要
一种内燃机进排气门控制方法，属于内燃机进排气系统和制动领域。该控制方法提出涡轮增压内燃机的高压缩比低膨胀比或低压缩比高膨胀比两种驱动模式和以进为进-以排为排的制动模式，自然吸气内燃机的制动模式以及实现这些模式的进排气门控制方法。通过对涡轮增压内燃机的低速大扭矩、高原环境和加速工况采用高压缩比低膨胀比模式以及对高速大负荷工况采用低压缩比高膨胀比循环模式相结合，同时提高低速大扭矩和高原工况的动力性，加速性能和高速性能。通过采用制动模式将720°/循环的内燃机变为360°/循环的压气机，取代车辆辅助制动系统来实现内燃机制动，并且调节气门的开启参数可调节制动的效果。
文档编号F02D13/04GK102444443SQ20111042830
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年1月13日
发明者冷先银, 崔靖晨, 张强, 田江平, 盛凯, 董全, 隆武强, 齐鲲鹏 申请人:大连理工大学