相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月11日提交的第10-2016-0150481号韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
本发明涉及一种用于控制发动机系统的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种用于控制发动机系统的方法和装置，包括可以提高燃烧稳定性和燃烧效率的连续可变气门持续时间(cvvd)装置和废气再循环(egr)。
背景技术：
内燃机通过在吸入腔室内的空气介质中燃烧燃烧室中的燃料来生成动力。进气气门由曲轴操作以吸入空气，并且当进气气门打开时，空气被吸入燃烧室中。另外，排气气门由曲轴操作，并且在排气气门打开的同时从燃烧室排出燃烧气体。
进气气门和排气气门的最佳操作取决于发动机的转速。也就是说，气门的最佳升程或最佳打开或闭合正时取决于发动机的转速。为了根据发动机的转速来实现这种最佳气门操作，已经进行了各种研究，例如可以根据发动机速度改变气门升程的多个凸轮和连续可变气门升程(cvvl)的设计。
而且，为了根据发动机的转速来实现这种最佳气门操作，已经研究了可以根据发动机速度实现不同气门正时操作的连续可变气门正时(cvvt)装置。一般的cvvt可以在固定的气门打开持续时间内改变气门正时。
然而，一般的cvvl和cvvt结构复杂，制造成本高。
因此，已经研究了可以根据发动机的操作状态来调节气门的持续时间的连续可变气门持续时间(cvvd)装置。
废气再循环(egr)装置将从燃烧室排出的废气的一部分再供应至燃烧室。
为了将cvvd装置和egr装置应用于发动机系统，需要诊断cvvd装置和egr装置是否正常操作的方法。
本发明的背景部分公开的信息仅是为了增强对发明的一般背景的理解，并且可能不被认为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的各个方面涉及提供一种用于控制发动机系统的方法和装置，其具有配置为用于改善包括连续可变气门持续时间(cvvd)装置和废气再循环(egr)装置的发动机系统的燃烧稳定性和燃烧效率的优点。
根据本发明的示例性实施例的控制包括连续可变气门持续时间(cvvd)装置和废气再循环(egr)装置的发动机系统的方法可以包括：确定egr装置的egr气门是否打开；当egr气门打开时，根据egr气门的开度确定外部egr气体的量，并且根据cvvd装置的操作确定内部egr气体的量；将通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值与egr极限值进行比较；以及当通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值大于egr极限值时，减小进气气门的持续时间。
可以基于egr气门的前端部和后端部之间的压力差以及egr气门的打开量来确定外部egr气体的量。
可以基于进气压力和排气压力之间的差值以及进气气门和排气气门之间的气门重叠量来确定内部egr气体。
该方法还可以包括：将进气气门的持续时间与阈值进行比较；并且当进气气门的持续时间达到阈值时，保持cvvd装置的操作状态。
该方法还可以包括：当通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值等于或小于egr极限值时，保持cvvd装置的操作状态。
根据本发明的示例性实施例的用于控制包括连续可变气门持续时间(cvvd)装置和废气再循环(egr)装置的发动机系统的装置可以包括：压力差检测器，配置为检测egr气门的前端部和后端部之间的压力差；进气压力检测器，配置为检测进气压力；排气压力检测器，配置为检测排气压力；以及控制器，确定egr气门是否打开，并且根据egr气门的开度确定外部egr气体的量，以及根据cvvd装置的操作确定内部egr气体的量，其中，控制将通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值与egr极限值进行比较，并且当通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值大于egr极限值时，减小进气气门的持续时间。
控制器可以基于egr气门的前端部和后端部之间的压力差以及egr气门的打开量来确定外部egr气体。
控制器可以基于进气压力和排气压力之间的差值以及进气气门和排气气门之间的气门重叠量来确定内部egr气体。
控制器可以将进气气门的持续时间与阈值进行比较，并且当进气气门的持续时间达到阈值时，保持cvvd装置的操作状态。
当通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值等于或小于egr极限值时，控制器可以保持cvvd装置的操作状态。
根据本发明的另一示例性实施例的控制包括连续可变气门持续时间(cvvd)装置和废气再循环(egr)装置的发动机系统的方法可以包括：确定egr装置的egr气门是否打开；当egr气门打开时，根据egr气门的开度确定外部egr气体的量，并且根据cvvd装置的操作确定内部egr气体的量；将通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值与egr极限值进行比较；以及当通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值大于egr极限值时，减小排气气门的持续时间。
根据本发明的另一示例性实施例的用于控制包括连续可变气门持续时间(cvvd)装置和废气再循环(egr)装置的发动机系统的装置可以包括：压力差检测器，配置为检测egr气门的前端部和后端部之间的压力差；进气压力检测器，配置为检测进气压力；排气压力检测器，配置为检测排气压力；以及控制器，确定egr气门是否打开，并且根据egr气门的开度确定外部egr气体的量，以及根据cvvd装置的操作确定内部egr气体的量，其中，控制将通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值与egr极限值进行比较，并且当通过对外部egr气体的量和内部egr气体的量求和所获得的值大于egr极限值时，减小排气气门的持续时间。
根据本发明的示例性实施例，通过连续可变气门持续时间(cvvd)装置的操作来调节内部egr气体，从而提高发动机的燃烧稳定性和燃烧效率。
本发明的方法和装置具有其他特征和优势，这些特征和优势将从在此所附的附图和以下详细描述中变得显而易见并且被详细阐释，附图和详细描述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的发动机系统的示意图。
图2是根据本发明的示例性实施例的用于控制发动机系统的装置的框图。
图3是根据本发明的示例性实施例的控制发动机系统的方法的流程图。
可以理解，附图没有必要按比例，而是呈现本发明基本原理的各种说明性特征的有所简化的表示。将通过特殊预期应用和使用环境部分确定在此所公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、定向、位置、和形状。
在附图中，参考标号指代附图的若干图中的本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
以下将详细参考并且描述本发明的各个实施例以及附图中示出的示例。尽管将结合示例性实施例描述发明，但是将理解，本描述不旨在将发明限制于那些示例性实施例。相反，发明不仅意欲涉及示例性实施例，还涉及各种替换方案、变型例、等同物和其他实施例，其可以包括在通过所附权利要求限定的发明的精神和范围内。
在下文中，将参考附图更全面地描述本申请的示例性实施例，在附图中示出本发明的示例性实施例。然而，本发明不限于本文描述的示例性实施例，并且可以以各种不同的方式进行修改。
附图和描述在本质上将被认为是说明性的而不是限制性的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。为了更好地理解和易于描述而任意地示出附图中所示的配置，但是本发明不限于此。
图1是根据本发明的示例性实施例的发动机系统的示意图，并且图2是根据本发明的示例性实施例的用于控制发动机系统的装置的框图。
参考图1和图2，根据本发明的示例性实施例的发动机系统可以包括发动机10、涡轮增压器20、进气管线30、节气门40、第一排气管线50、第二排气管线60、废气再循环(egr)装置70和连续可变气门持续时间(cvvd)装置80。
发动机10燃烧燃料和空气以将化学能转化为机械能。发动机10包括气缸11、活塞12、曲轴13、进气气门14和排气气门15。
活塞12和曲轴13安装在气缸11中。活塞12通过燃料的爆发力往复运动，并使曲轴13旋转。燃烧室16形成在气缸11和活塞12之间。
发动机10连接至进气管线30以接收空气，并且在燃烧过程中产生的废气通过第一排气管线50排出到发动机10外部。通过进气气门14打开或闭合进气管线30，并且通过排气气门15打开或闭合第一排气管线50。可以通过cvvd装置80的进气凸轮81操作进气气门14，并且可以通过排气凸轮83操作排气气门15。
喷射器17将燃料喷射到燃烧室16中，并且火花塞18点燃混合有燃料和空气的混合气体。
冷却剂温度传感器11a、爆震传感器11b和曲轴位置传感器11c安装至气缸11。冷却剂温度传感器11a检测冷却剂的温度并将与其对应的信号发送至控制器100。爆震传感器11b检测振动并且将与其对应的信号发送至控制器100，并且控制器100基于爆震传感器11b的信号来确定是否发生爆震。曲轴位置传感器11c检测曲轴13的旋转角度并将与其对应的信号发送至控制器100，并且控制器100基于曲轴位置传感器11c的信号来确定发动机速度。
涡轮增压器20包括涡轮机21和压缩机22。涡轮机21可以通过废气来进行旋转，并且压缩机22可以通过涡轮机21的旋转产生的动力来进行旋转。
进气管线30向发动机10供应空气。当压缩机22旋转时，从外部进入的空气被压缩以供应至发动机10。因此，供应压缩空气以增强发动机10的输出。为了冷却通过压缩机22的空气，中间冷却器31可以安装在进气管线30上。
节气门40安装在进气管线30上，并且根据节气门40的开度来控制从进气管线30供应至发动机的空气的流动。
进气压力传感器94安装在节气门40与发动机10之间的进气管线30上，并且检测进气压力以将与其对应的信号发送至控制器100。
第一排气管线50将从发动机10排出的废气排出到车辆外部。催化剂51可以安装在第一排气管线50上以减少废气中的有害成分。
第二排气管线60形成为使得一部分废气经由涡轮机21进入第一排气管线50。根据安装在第一排气管线50上的废气旁通气门52的打开量来控制通过涡轮机21的废气的量。
排气压力传感器95安装在第一排气管线50上，并且检测排气压力以将与其对应的信号发送至控制器100。
egr装置70可以包括egr管线71、egr冷却器72和egr气门73。
egr管线71可以连接催化剂51的下游和进气管线30。从催化剂51排出的废气的一部分可以经由egr管线71再供应至发动机10。
egr冷却器72安装在egr管线71上以冷却供应至进气管线30的废气。
egr气门73安装在egr管线71上。当egr气门73打开时，从催化剂51排出的废气的一部分可以经由egr管线71再供应至发动机10。当egr气门73闭合时，从催化剂51排出的废气不再经由egr管线71再供应至发动机10。根据egr气门73的打开量经由egr管线71供应至进气管线30的废气称为外部egr气体。
cvvd装置80调节进气气门14的持续时间。cvvd装置80包括进气凸轮81和曲轴82。cvvd装置80可以改变进气凸轮81相对于曲轴82的相对转速。换句话说，进气气门14的持续时间根据cvvd装置80的操作而增大或减小。由于在第10-2015-0178650号韩国专利申请中描述了cvvd装置80，所以将省略其详细描述。另外，应当理解的是，第10-2015-0178650号韩国专利申请中包括的全部内容作为参考，并且完全包括在本说明书中。第10-2015-0178650号韩国专利申请中描述的cvvd装置80是可以应用本发明的精神或范围的连续可变气门持续时间(cvvd)装置的示例，并且本发明的精神和范围可以应用于各种cvvd装置以及第10-2015-0178650号韩国专利申请中描述的cvvd装置80。
作为进气气门14和排气气门15同时打开的部分的气门重叠根据cvvd装置80的操作而发生，并且因此从燃烧室16排出的废气的一部分可以被再供应至燃烧室16。根据cvvd装置80的操作而供应至燃烧室16的废气称为内部egr气体。可以使用内部egr气体来降低燃烧室16的温度。在本发明的示例性实施例中，示出了cvvd装置80调节进气气门14的持续时间，但是本发明的范围或精神可以应用于cvvd装置80调节排气气门15的持续时间的情况。
根据本发明的示例性实施例的用于控制发动机系统的装置可以包括数据检测器90、控制器100、egr气门73和cvvd装置80。
数据检测器90检测用于控制发动机系统的数据，并且将由数据检测器90检测到的数据发送至控制器100。数据检测器90可以包括压力差传感器91、进气压力传感器92和排气压力传感器93。数据检测器90还可以包括用于控制发动机系统的传感器(例如，加速器踏板位置传感器、制动器踏板位置传感器、车辆速度传感器等)。
压力差传感器91检测egr气门73的前端部和后端部之间的压力差，并将与其对应的信号发送至控制器100。
进气压力传感器92检测流入发动机10的空气的进气压力，并将与其对应的信号发送至控制器100。
排气压力传感器93检测从发动机10排出的废气的排气压力，并将与其对应的信号发送至控制器100。
控制器100可以基于压力差传感器91的信号和egr气门73的打开量来确定外部egr气体的量。另外，控制器100可以基于进气压力传感器92的信号、排气压力传感器93的信号以及根据cvvd装置80的操作的气门重叠量来确定内部egr气体的量。可以利用由预定程序执行的至少一个处理器来实施控制器100，并且预定程序可以包括用于进行根据本发明的示例性实施例的控制发动机系统的方法中包括的每一个步骤的一系列命令。此外，控制器100可以基于由数据检测器90检测到的数据来控制egr气门73和cvvd装置80的操作。
图3是根据本发明的示例性实施例的控制发动机系统的方法的流程图。
如图3所示，在步骤s100中，控制器100根据发动机速度和发动机负载来确定进气气门14的持续时间，并且操作cvvd装置80以实施确定的进气气门14的持续时间。
在步骤s110中，控制器100确定egr气门73是否打开。当发动机10在高负载区域操作时，可以打开egr气门73。
当在步骤s110中打开egr气门73时，在步骤s120中，控制器100根据egr气门73的开度来确定外部egr气体的量a1并且根据cvvd装置80的操作来确定内部egr气体的量a2。控制器100可以基于egr气门73的前端部和后端部之间的压力差以及egr气门73的打开量来确定外部egr气体的量a1。另外，控制器100可以基于进气压力和排气压力之间的差值以及进气气门14和排气气门15之间的气门重叠量来确定内部egr气体的量a2。
在步骤s130中，控制器100将通过对外部egr气体的量a1和内部egr气体的量a2求和所获得的值a3与egr极限值b进行比较。考虑到发动机10的燃烧效率和燃烧稳定性，可以通过实验来确定egr极限值b。当egr极限值或以上的废气供应至发动机10时，可能发生不点火(misfire)或者燃烧稳定性可能劣化。
当在步骤s130中通过对量a1和量a2求和所获得的值a3大于egr极限值b时，在步骤s140中，控制器100操作cvvd装置80以减小进气气门14的持续时间。随着进气气门14的持续时间减小，气门重叠量减小，并且内部egr气体的量a2减少。考虑到发动机10的燃烧效率和燃烧稳定性，可以通过实验来确定进气气门14的持续时间的减少量。
在步骤s150中，控制器100将进气气门14的持续时间与阈值进行比较。例如，阈值可以是配置为通过操作cvvd装置80实施的进气气门14的最小持续时间。
当在步骤s150中进气气门14的持续时间大于阈值时，控制器100可以再次进行从s110开始的步骤。重复进行步骤s110至s140，并且因此进气气门14的持续时间逐渐减小。
当在步骤s150中进气气门14的持续时间达到阈值时，在步骤s160中，控制器100可以保持cvvd装置80的操作状态。在本情况下，进气气门14的持续时间可以保持为最小持续时间。
同时，当在步骤s130中通过对量a1和量a2求和所获得的值a3等于或小于egr极限值b时，在步骤s160中，控制器100可以保持cvvd装置80的操作状态。在本情况下，进气气门14的持续时间可以保持为配置为使发动机10的燃烧效率最大化的持续时间。
在本发明的示例性实施例中，示出了cvvd装置80调节进气气门14的持续时间，但是即使在cvvd装置80调节排气气门15的持续时间的情况下，也可以通过包括步骤s100至s160的控制发动机系统的方法来调节内部egr气体。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，通过cvvd装置80的操作来调节内部egr气体，从而提高发动机10的燃烧稳定性和燃烧效率。
为了便于解释和所附权利要求的准确限定，可以使用术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“前方”、“后方”、“背侧”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内”、“外”、“内部的”、“外部的”、“向前”、以及“向后”来相对于附图中显示的示例性实施例的特征的位置描述该特征。
为了说明和描述的目的示出了本发明的具体示例性实施例的前述描述。不意欲穷举本发明或将本发明限制于所公开的精确行驶，并且明显低，有可能根据上述教导进行许多变型和改变。选择并且描述的示例性实施例以解释发明的某些原理及其实际应用，使本领域的技术人员完成并且使用本发明的各个示例性实施例及其各种替换和变型。期望通过在此所附的权利要求及其等同物来限定发明的范围。