用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的方法与流程

相关申请的交叉引证

本申请要求于2015年12月10日提交的韩国专利申请第10-2015-0176329号的优先权及权益，其全部内容通过引证结合于此。

本公开涉及一种用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统和方法。

背景技术：

本部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可不构成现有技术。

内燃机通过设定的点火模式燃烧燃料和空气以预定比例混合的混合气体以通过使用爆炸压力产生动力。

通常，凸轮轴由与曲轴连接的正时带驱动，该曲轴通过爆炸压力将气缸的线性运动转换成旋转运动以致动进气门和排气门，并且当进气门打开时，空气被吸入燃烧室中，并且当排气门打开时，在燃烧室中燃烧的气体被排出。

为了改进进气门和排气门的操作并且从而改进发动机性能，可以根据发动机的转速或负载控制气门升程和气门打开/关闭时间(正时)。因此，已开发出控制发动机的进气门和排气门的打开持续时间的连续可变气门持续时间(cvvd)装置一集控制发动机的进气门和排气门的打开和关闭正时的连续可变气门正时(cvvt)装置。

cvvd装置可以控制气门的打开持续时间。而且，在气门的打开持续时间固定的状态中，cvvt装置可以将气门的打开或关闭正时提前或延迟。即，如果定气门的打开正时被确定，则关闭正时根据气门的打开持续时间被自动确定。

在此背景技术部分中公开的以上信息仅用于加强对本公开的背景的理解，并且因此，本公开可包含不构成对于本领域普通技术人员而言已经知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开涉及一种用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统和方法，该系统和方法同时控制气门的持续时间和正时，发动机配备有布置在进气门侧上的连续可变气门持续时间装置并配备有布置在排气门侧上的连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置。

用于控制气门正时的方法可以包括根据发动机速度和发送机负载对多个控制区域进行分类，发动机设置有布置在进气门侧上的连续可变气门持续时间装置以及布置在排气门侧上的连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置。多个控制区域可以包括：当发动机负载小于第一预定负载时的第一控制区域；当发动机负载大于或等于第一预定负载且小于第二预定负载时的第二控制区域；当发动机负载大于或等于第二预定负载且小于第三预定负载时的第三控制区域；当发动机负载大于或等于第二预定负载且发动机速度小于预定速度时的第四控制区域；以及当发动机负载大于或等于第三预定负载且发动机速度大于或等于预定速度时的第五控制区域。

用于控制气门正时的方法还包括：在第一控制区域中，将最大持续时间应用于进气门并且通过使用排气门控制气门重叠；在第二控制区域中，将最大持续时间应用于进气门和排气门；在第三控制区域中，控制进气歧管的歧管绝对压力(map)保持恒定；在第四控制区域中，控制全开节气门(wot)并且延迟排气门打开(evo)正时；以及在第五控制区域中，控制全开节气门(wot)并延迟进气门关闭(ivc)正时。

如果控制区域在第一控制区域中，那么控制器可以固定evo正时并且控制排气门关闭(evc)正时被设置为与保持燃烧稳定性一样多的最大值，以便限制气门重叠。

如果控制区域在第二控制区域中，那么控制器可以将排气门关闭(evc)正时控制为随着发动机负载增大而延迟，使得排气门达到最大持续时间。

如果控制区域在第三控制区域中，那么控制器可以将排气门关闭(evc)正时和进气门关闭(ivc)正时两者提前，以便在发动机负载增大时使map保持恒定。

一种用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统可以包括：数据检测器，检测与车辆的运行状态有关的数据；凸轮轴位置传感器，检测凸轮轴的位置；进气连续可变气门持续时间(cvvd)装置，控制发动机的进气门的打开时间；排气连续可变气门持续时间(cvvd)装置，控制发动机的排气门的打开时间；排气连续可变气门正时(cvvt)装置，控制发动机的排气门的打开和关闭正时；以及控制器，被配置为基于来自数据检测器和凸轮轴位置传感器的信号根据发动机速度和发动机负载对多个控制区域进行分类，并且被配置为根据多个控制区域控制进气cvvd装置、排气cvvd装置以及排气cvvt装置。

多个控制区域可以包括：当发动机负载小于第一预定负载时的第一控制区域；当发动机负载大于或等于第一预定负载且小于第二预定负载时的第二控制区域；当发动机负载大于或等于第二预定负载且小于第三预定负载时的第三控制区域；当发动机负载大于或等于第二预定负载且发动机速度小于预定速度时的第四控制区域；以及当发动机负载大于或等于第三预定负载且发动机速度大于或等于预定速度时的第五控制区域。

在第一控制区域中，控制器可以将最大持续时间应用于进气门并且通过使用排气门控制气门重叠，在第二控制区域中，将最大持续时间应用于进气门和排气门。在第三控制区域中，控制器可以控制进气歧管中的歧管绝对压力(map)保持恒定，在第四控制区域中，可以控制全开节气门(wot)并且控制排气门打开(evo)正时延迟。在第五控制区域中，控制器可以控制全开节气门(wot)并控制进气门关闭(ivc)正时延迟。

在第一控制区域中，控制器可以固定evo正时并且控制排气门关闭(evc)正时被设置为与保持燃烧稳定性一样多的最大值，以便限制气门重叠。

在第二控制区域中，控制器可以将排气门关闭(evc)正时控制为随着发动机负载增大而延迟，使得排气门达到最大持续时间。

在第三控制区域中，控制器可以将排气门关闭(evc)正时和进气门关闭(ivc)正时提前，以便在发动机负载增大时使map保持恒定。

如上所述，连续可变气门的持续时间和正时被同时控制，因此发动机可以被控制在期望条件下。

即，由于适当控制进气门和排气门的打开正时和关闭正时，所以在部分负载条件下的燃料效率和在高负载条件下的发动机性能增强。此外，可以通过增大有效压缩比减少启动燃料量，并且可以通过缩短加热催化剂的时间减少废气。

此外，即使省去连续可变气门正时装置也可以低成本地保持动力性能。

从本文中提供的描述中，适用性的其他领域将变得显而易见。应理解的是，该描述和具体实例旨在仅用于说明目的，而并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了可充分理解本公开，现将参考附图描述以实例的方式给出的本公开的各种形式，附图中：

图1是示出了根据本公开的一种形式的用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统的示意性框图；

图2是示出了布置在进气门侧上的连续可变气门持续时间装置，以及布置在排气门侧上的连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置的立体图；

图3a和图3b是示出了根据本公开的一种形式的用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的方法的流程图；

图4a至图4c是示出了根据本公开的一种形式的根据发动机负载和发动机速度的进气门的持续时间、打开正时和关闭正时的曲线图；以及

图5a至图5c是示出了根据本公开的一种形式的根据发动机负载和发动机速度的排气门的持续时间、打开正时和关闭正时的曲线图。

本文中描述的附图仅用于说明目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述实际上仅是示例性的并不旨在限制本公开内容、应用或者用途。应理解的是，在整个附图中，相应的参考标号指代相同或相应的部件和特征。

本领域技术人员应当认识到，在完全不背离本公开的实质或范围的情况下，可通过各种不同的方式修改所描述的形式。

在整个说明书和所附的权利要求书中，除非有明确相反的说明，否则词语“包括(comprise)”以及诸如“包含(comprises)”或者“含有(comprising)”的变形应被理解为意指包括所陈述的元件，但并不排除任何其他的元件。

应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，包括混合动力车辆、插电混合动力车辆，以及其他替代燃料(例如，源于非石油资源的燃料)车辆。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，兼具汽油动力和电动力的车辆。

此外，应当理解的是，可由至少一个控制器执行一些方法。术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件装置，该硬件装置被配置为执行应当解释为其算法结构的一个或多个步骤。存储器被配置为存储算法步骤，并且处理器具体被配置为执行所述算法步骤从而进行下面进一步描述的一个或多个处理。

此外，本公开的控制逻辑可体现为在计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的实例包括但不限于rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存、智能卡、以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络耦接的计算机系统中，使得例如通过远程信息处理服务器(telematicsserver)或控制器局域网(can)以分布式方式存储和执行该计算机可读介质。

图1是示出了根据本公开的一种形式的用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统的示意性框图。

如在图1中示出的，用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统包括：数据检测器10、凸轮轴位置传感器20、控制器30、进气连续可变气门持续时间(cvvd)装置40、排气连续可变气门持续时间(cvvd)装置50，以及排气连续可变气门正时(cvvt)装置55。

数据检测器10检测与用于控制进气连续可变气门持续时间(cvvd)装置40、排气连续可变气门持续时间(cvvd)装置50、以及排气连续可变气门正时(cvvt)装置55的车辆的运行状态的数据，并且数据检测器10包括车辆速度传感器11、发动机速度传感器12、油温度传感器13、空气流动传感器14以及油门踏板位置传感器(aps)15，但也可以采用其他传感器。

车辆速度传感器11检测车辆速度，将对应的信号发送至控制器30，并且可以安装在车辆的车轮处。

发动机速度传感器12从曲轴或凸轮轴的相位变化中检测发动机的旋转速度，并将对应的信号发送至控制器30。

油温度传感器(ots)13检测流动通过油控制阀(ocv)的油的温度，并将对应的信号发送至控制器30。

可以通过使用安装在进气歧管的冷却剂通道处的冷却剂温度传感器测量冷却剂温度来确定由油温度传感器13检测的油温度。因此，在一种形式中，油温度传感器13可以包括冷却剂温度传感器，并且油温度应当被理解为包括冷却剂温度。

空气流动传感器14检测吸入进气歧管中的空气量，并将对应的信号发送至控制器30。

油门踏板位置传感器(aps)15检测驾驶员推动油门踏板的程度，并将对应的信号发送至控制器30。当油门踏板被完全踩压时油门踏板的位置值可以是100％，并且当完全不踩压油门踏板时油门踏板的位置值可以是0％。

可以使用安装在进气通道上的节气门位置传感器(tps)代替油门踏板位置传感器15。因此，在一种形式中，油门踏板位置传感器15可以包括节气门位置传感器，并且油门踏板的位置值应当被理解为包括节气门的打开值。

凸轮轴位置传感器20检测凸轮轴角度的变化，并将对应的信号发送至控制器30。

图2是示出了布置在进气门侧上的连续可变气门持续时间装置40，以及布置在排气门侧上的连续可变气门持续时间装置50和连续可变气门正时装置55的立体图。

如在图2中示出的，只有连续可变气门持续时间(cvvd)装置通过固定的凸轮组装至进气门，然而连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时设置于排气门。因此，进气门打开(ivo)的正时是固定的。例如，由于在几乎所有的控制区域中邻近于上死点的ivo正时的值对燃料效率更有利，所以ivo正时可以固定为上死点(tdc)之前的大约0度至10度的角度。

进气连续可变气门持续时间(cvvd)装置40根据来自控制器30的信号控制发动机的进气门的打开时间，排气连续可变气门持续时间(cvvd)装置50根据来自控制器30的信号控制发动机的排气门的打开时间。

排气连续可变气门正时(cvvt)装置55根据来自控制器30的信号控制发动机的排气门的打开和关闭正时。

控制器30可以基于来自数据检测器10和凸轮轴位置传感器20的信号根据发动机速度和发动机负载将多个控制区域分类，并且控制器30根据控制区域控制进气cvvd装置40以及排气cvvd装置50和cvvt装置55。本文中，多个控制区域可以分类成五个区域。

控制器30在第一控制区域中将最大持续时间应用于进气门并且通过使用排气门控制气门重叠，在第二控制区域中将最大持续时间应用于进气门和排气门，在第三控制区域中控制进气歧管中的歧管绝对压力(map)保持恒定，在第四控制区域中控制全开节气门(wot)并控制排气门打开(evo)正时延迟，在第五控制区域中控制全开节气门(wot)并控制进气门关闭(ivc)正时延迟。

出于这些目的，控制器30可以实现为通过预定程序操作的至少一个处理器，并且预定程序可以被编程以便执行用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的方法的每个步骤。

可以在记录介质内实现本文中所描述的各种实施方式，该记录介质由计算机或类似装置通过使用软件、硬件或其结合读取。

例如，可以通过使用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑装置(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和设计为执行任何其他功能的电子单元中的至少一种来实现本文中所描述的形式的硬件。

可以通过分开的软件模块实现诸如在本公开中描述的形式的程序和功能的软件。每个软件模块可以执行本公开中所描述的一个或多个功能和操作。可以通过以合适的程序语言编写的软件应用来实现软件代码。

在下文中，将参考图3a至图5c详细地描述根据本公开的一种形式的用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的方法。

图3a和图3b是示出了用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的方法的流程图。

图4a至图4c是示出了根据发动机负载和发动机速度的进气门的持续时间、打开正时和关闭正时的曲线图，以及图5a至图5c是示出了根据发动机负载和发动机速度的排气门的持续时间、打开正时和关闭正时的曲线图。

如在图3a和图3b中示出的，在步骤s100中，用于控制连续可变气门持续时间发动机的气门正时的方法开始于由控制器30根据发动机速度和发动机负载对多个控制区域进行分类。

将参考图4a至图5c描述控制区域。在图4a至图5c中表示了第一控制区域至第五控制区域。

控制器30可以将控制区域分类为当发动机负载小于第一预定负载时的第一控制区域、当发动机负载大于或等于第一预定负载且小于第二预定负载时的第二控制区域，以及当发动机负载大于或等于第二预定负载且小于第三预定负载时的第三控制区域。此外，控制器30可以将控制区域分类为当发动机负载大于或等于第二预定负载且发动机速度小于预定速度时的第四区域、当发动机负载大于或等于第三预定负载且发动机速度大于或等于预定速度时的第五区域。

同时，参考图4a至图5c，曲柄角被标记在进气门持续时间(ivd)图表和排气门持续时间(evd)图表中，其表示进气门和排气门的打开时间。例如，关于图4a中的ivd图表，在第五区域的内侧写为数字220的曲线是指曲柄角为大约220度。尽管附图中未示出，大于大约220度且小于大约240度的曲柄角位于数字220的曲线与数字240的曲线之间。

此外，在进气门打开(ivo)正时图表中表示的数字的单位是在上死点(tdc)之前，在进气门关闭(ivc)正时图表中表示的数字的单位是在下死点(bdc)之后，在排气门打开(evo)正时图表中表示的数字的单位是在bdc之前，并且在排气门关闭(evc)图表中表示的数字的单位是在tdc之后。

在图4a和图5c中的每个区域和曲线是本公开的示例性形式，可以在本公开的技术构思和范围内进行修改。

参考图3a至图5c，在s100的步骤中，根据的发动机转速和负载对控制区域进行分类。然后，在步骤s110中，控制器30确定发动机状态是否在第一控制区域下。

在s110的步骤中，如果发动机负载小于第一预定负载，则控制器30确定发动机状态在第一控制区域下。这时，在步骤s120中，控制器30将最大持续时间应用于进气门并且控制排气门与进气门之间的气门重叠。气门重叠是进气门打开并且排气门仍不关闭的状态。

换言之，当发动机在低负载下时，由于进气门打开(ivo)是固定的，所以控制器30可以通过将最大持续时间应用于进气门来控制进气门关闭(ivc)正时定位在livc(进气门晚关闭；在bdc之后的大约100-110度的角，参考图4a至图4c)。如在图4a至图4c中示出的，在ivc正时图表中，可以将ivc正时控制为在下死点(bdc)之后的大约100至110度的角。

而且，控制器30可以控制evc正时在上死点(tdc)之后的方向上移动，这样使得evc正时被设为在燃烧稳定性的范围内的最大值。同时，由于气门重叠增大，燃料消耗削减，然而燃烧稳定性劣化。因此，期望适当地设置气门重叠。然而，根据本公开，可以通过设置期望的气门重叠获得显著改善的燃料效率，其固定evo正时并且控制evc正时被设置为可持续的燃烧稳定性内的最大值。可以通过预定图表确定正时值。如在图5a至图5c中示出的，可以将evo正时控制在下死点(bdc)之前的大约40度至大约50度的角度。

在步骤s110中，当当前的发动机状态不属于第一控制区域时，在步骤s130中，控制器30确定当前发动机状态是否属于第二控制区域。

在s130的步骤中，如果发动机负载大于或等于第一预定负载且小于第二预定负载，则控制器30确定发动机状态在第二控制区域下。这时，在步骤s140中，控制器30分别控制一直具有最大持续时间的进气门和排气门两者。

控制器30可以将evc正时控制为随着发动机负载增大而延迟，使得排气门达到最大持续时间。本文中，在第一控制区域中，控制器30处于固定ivo正时和ivc正时以将最大持续时间应用于的进气门的过程中，从而控制器30可以将最大持续时间应用于排气门使得大气压力与进气歧管的压力之间的差保持为预定值。例如，歧管绝对压力(map)可以为大约950hpa，该歧管绝对压力是大气压力与进气歧管的压力之间的差。

在步骤s130中，当当前的发动机状态不属于第二控制区域时，在步骤s150中，控制器30确定当前发动机状态是否属于第三控制区域。

在s150的步骤中，如果发动机负载大于或等于第二预定负载且小于第三预定负载，控制器30确定发动机状态在第三控制区域下。这时，在步骤s160中，控制器30控制map保持固定。

换言之，控制器30将最大持续时间应用于进气门和排气门并且控制map在第二控制区域中保持恒定。并且之后，随着发动机负载增大，当发动机状态在第三控制区域下时，控制器30可以使evc正时和ivc正时提前并且控制map保持恒定。

参考图4a至图5c，在第三区域中ivc正时和evc正时提前以便维持map。在这种情况下，在ivo正时固定的状态中，如果evc正时提前，那么气门重叠可缩短，因此可以减少爆震。

在步骤s150中，当当前的发动机状态不属于第三控制区域时，在步骤s170中，控制器30确定当前发动机状态是否属于第四控制区域。

在s170中，如果发动机负载大于或等于第二预定负载且发动机转速小于预定转速，则控制器30确定发动机状态在第四控制区域下。这时，在步骤s180中，控制器30完全打开节气门(wot：全开节气门)并且延迟evo正时。

在发动机转速小于预定转速(例如，大约1500rmp)的第四控制区域中，正常地，控制器可以延迟evo正时以避免排气干扰。然而，由于ivo正时固定，所以难以产生扫气(scavenging，清除)效果。

在步骤s170中，当当前的发动机状态不属于第四控制区域时，在步骤s190中，控制器30确定当前发动机状态是否属于第五控制区域。

在s190中，如果发动机负载大于或等于第三预定负载且发动机转速大于或等于预定转速，那么控制器30确定发动机状态在第五控制区域下。这时，在步骤s200中，控制器30完全打开节气门(wot：全开节气门)并且控制ivc正时延迟。

由于在第五控制区域中发动机转速大于或等于预定转速(例如，大约1500rmp)并且扫气可能消失，所以控制器30可以控制ivc正时为最优值。参考图4a至图4c，随着发动机转速增大，ivc正时可从当发动机转速小于预定转速(低速)时的大约20度的角度延迟至大约60度的角度。

然而，在一种形式中，ivo正时可以是固定的，从而不会发生气门下重叠(underlap)。因此，在中速(例如，大约1500-3000rpm)时，发动机性能可能劣化。

如上所述，根据本公开，同时控制连续可变气门的持续时间和正时，这样发动机可被控制在期望条件下。

即，由于适当控制进气门和排气门的打开时间和关闭时间，改进在部分负载条件下的燃料效率和在高负载条件下的发动机性能。而且，通过增大有效压缩比可以减少起动燃料量，并且通过缩短加热催化剂的时间可以减少排气。

此外，即使取出连续可变气门正时装置，也可以低成本地保持动力性能。

虽然已结合目前被视为实用的形式对本公开进行了描述，但应当理解，本公开不限于所公开的形式。相反的，本发明旨在涵盖包含在本公开的精神与范围内的各种修改与等效布置。