专利名称：一种应用电磁驱动气门的发动机高效快速启动方法
技术领域：
本发明所属技术领域为发动机(往复式内燃机)，特别是一类应用了电磁驱动气门的发动机。
背景技术：
发动机启动问题一直是技术发展中得到重视并对其性能有着重要影响的问题。常规发动机通过启动电机带动发动机启动，启动过程中进排气相位与其正常运转时相同，循环喷油量和点火能量一般均有增加。常规发动机中由于启动时温度过低、混合气形成不良等原因，使得CO、HC等排放严重，柴油机还有低温下不能可靠启动的情况，一般需有电加热等措施。研究表明，在城市交通中，汽车在交通路口等待绿灯等情况短暂停车时，一般发动机怠速运转，不仅要消耗一定的燃料，而且还产生对环境的有害排放。随着对车辆节能环保性能的要求不断提高，对发动机也提出了快速启动的要求。 为实现这一要求，目前应用的方法主要是
1、应用较大输出功率的启动电机(或集成的启动电机与发电机ISG)以及蓄电池，以缩短启动过程，特别在一类并联形式或弱混合动力电动车中较易于实现；
2、通过控制使发动机在停机时活塞运动到特定位置，启动时在缸内直接喷油、点火来提供辅助动力启动发动机，这一方法不适用于进气道喷射汽油机，控制较为复杂，同时也要消耗额外的燃料。日本mazda汽车公司应用该方法的发动机已有产品问世。此外，美国R)rd汽车公司申请的中国发明专利“快速启动具有机电气门的发动机”(200510055172. X)提出控制发动机气门正时，以便快速启动具有机电气门的内燃机的系统和方法。所述方法包括通过多个发动机启动位置识别具有足够向下运动活塞的气缸以产生发动机输出；及设置至少一个电力驱动的气门的进气和排气门正时，使得所述气缸处于进气行程。控制机电气门来降低发动机启动时的发动时间。所述方法控制进气门和排气门无需在启动期间明确地完成四行程的发动机循环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用电磁驱动气门的发动机高效快速启动方法，从而降低启动工况的燃油消耗及有害排放。实现本发明目的的技术解决方案为一种发动机高效快速启动的控制方法，发动机应用了电磁驱动进气门和电磁驱动排气门，并由发动机电控单元对其进行位置、电流双闭环反馈控制，实现发动机进、排气门开启和关闭时刻、升程及其运动规律独立的、连续可变的、实时的调节，当发动机处于停机状态需要启动时，其高效快速启动的控制方法包括以下步骤
步骤1、打开电源开关，初始状态控制为进气门开启，停止各缸的喷油及点火并关闭排气门；
3步骤2、启动电机通电工作，电机带动发动机转速逐步升高直至略低于发动机怠速转速的某一设定值，在此期间排气系统和喷油系统保持初始状态不变，在活塞运动至上止点附近时，通过曲轴相位传感器判断是否有开启的进气门与活塞顶部运动干涉的可能，如果有该种可能则减小进气门行程，从而避免出现与活塞顶部的运动干涉，如果不存在这种可能则继续保持进气门的初始状态；
步骤3、当发动机转速达到上述设定值，根据曲轴位置确定喷油及点火的起始气缸，具体是从该时刻活塞上行最接近上止点的气缸开始发动机的工作循环，即依次完成进气、压缩、燃烧与膨胀和排气冲程，进、排气门按设定好的配气相位工作，喷油器也按设定好的喷油时刻和喷油量喷油；
步骤4、其余气缸按照发动机的发火顺序依次开始工作。本发明与现有技术相比，其显著优点为1)由于发动机转速逐步升高过程中，进气门基本保持开启状态，在同样的启动电机功率下，过渡时间可明显缩短；2)启动过程前期， 当发动机转速未高于某一设定值时，不喷油及点火，降低了启动过程的燃油消耗与有害排放量；3)进气阀保持开启可以减小启动工况时压缩与膨胀过程中产生的泄漏和散热损失， 排气阀保持关闭可以使空气在反复多次流入与流出气缸的过程中温度会有一定程度的升高，有利于发动机启动着火。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为应用电磁驱动气门的发动机控制系统简2为应用电磁驱动气门的发动机结构示意图
图中标号所代表的含义为1电磁驱动进气门，2电磁驱动排气门，3火花塞/喷油器，4 曲柄连杆机构，5启动电机。
具体实施例方式结合图1、图2，一种发动机高效快速启动的控制方法，发动机应用了电磁驱动进气门和电磁驱动排气门，并由发动机电控单元对其进行位置、电流双闭环反馈控制，实现发动机进、排气门开启和关闭时刻、升程及其运动规律独立的、连续可变的、实时的调节，当发动机处于停机状态需要启动时，其高效快速启动的控制方法包括以下步骤
步骤1、打开电源开关，初始状态控制为进气门开启，停止各缸的喷油及点火并关闭排气门；
步骤2、启动电机通电工作，电机带动发动机转速逐步升高直至略低于发动机怠速转速的某一设定值(设为发动机怠速转速的75%，在环境温度低时，可适当调高设定转速)，在此期间排气系统和喷油系统保持初始状态不变，在活塞运动至上止点附近时，通过曲轴相位传感器判断是否有开启的进气门与活塞顶部运动干涉的可能，如果有该种可能则减小进气门行程，从而避免出现与活塞顶部的运动干涉，如果不存在这种可能则继续保持进气门的初始状态；为进一步提升发动机缸内温度，可通过控制进气门的行程来实现对流入或流出气流的适当节流；进气门与活塞顶部间的间隙应保证在不小于广3mm。步骤3、当发动机转速达到上述设定值，根据曲轴位置确定喷油及点火的起始气缸，具体是从该时刻活塞上行最接近上止点的气缸开始发动机的工作循环，即依次完成进气、压缩、燃烧与膨胀和排气冲程，进、排气门按原设定好的配气相位工作，喷油器也按原设定好的喷油时刻和喷油量喷油；
步骤4、其余气缸按照发动机的发火顺序依次开始工作。上述发动机转速的设定值略低于发动机怠速转速，与发动机类型、环境温度等因素有关，最终应通过试验确定，以确保首次喷油点火能着火。发动机在停止工作时，按发火顺序依次停止各缸工作，而不是同时切断各缸喷油和点火。主要是确保在下一启动过程开始时，发动机各缸内均无较多废气存在，影响启动过程进气量。本发明针对应用了电磁驱动气门的发动机(进气道喷射汽油机、缸内直接喷射汽油机或柴油机)，在不增加启动电机和蓄电池输出功率和不增加预热措施的条件下，通过电磁驱动气门的控制调节，实现快速启动，并显著降低启动工况的燃油消耗及有害排放。发动机进气门1、排气门2应用电磁驱动气门，并由发动机电控单元对其进行位置、电流双闭环反馈控制，实现发动机进、排气门开启和关闭时刻、升程及其运动规律独立的、连续可变的、实时的调节。发动机进气系统中取消节气门，其调节负荷的功能可由电磁驱动气门完成。喷油器应用电控喷油器，可根据需要实时控制喷油时刻和喷油量。3根据发动机类型不同，可以是火花塞(对于进气道喷射汽油机)、喷油器(对于柴油机)或火花塞和喷油器(对于缸内直接喷射汽油机)。启动电机5通过传动可驱动发动机曲柄连杆机构4从静止到开始运转。发动机的燃料为汽油、柴油等液体燃料，或为压缩天然气、氢气等气体燃料。
权利要求
1.一种应用电磁驱动气门的发动机高效快速启动方法，其特征在于，发动机应用了电磁驱动进气门和电磁驱动排气门，并由发动机电控单元对其进行位置、电流双闭环反馈控制，实现发动机进、排气门开启和关闭时刻、升程及其运动规律独立的、连续可变的、实时的调节，当发动机处于停机状态需要启动时，其高效快速启动的控制方法包括以下步骤步骤1、打开电源开关，初始状态控制为进气门开启，停止各缸的喷油及点火并关闭排气门；步骤2、启动电机通电工作，电机带动发动机转速逐步升高直至略低于发动机怠速转速的某一设定值，在此期间排气系统和喷油系统保持初始状态不变，在活塞运动至上止点附近时，通过曲轴相位传感器判断是否有开启的进气门与活塞顶部运动干涉的可能，如果有该种可能则减小进气门行程，从而避免出现与活塞顶部的运动干涉，如果不存在这种可能则继续保持进气门的初始状态；步骤3、当发动机转速达到上述设定值，根据曲轴位置确定喷油及点火的起始气缸，具体是从该时刻活塞上行最接近上止点的气缸开始发动机的工作循环，即依次完成进气、压缩、燃烧与膨胀和排气冲程，进、排气门按原设定好的配气相位工作，喷油器也按原设定好的喷油时刻和喷油量喷油；步骤4、其余气缸按照发动机的发火顺序依次开始工作。
2.根据权利要求1所述的应用电磁驱动气门的发动机高效快速启动方法，其特征在于，发动机转速的设定值略低于发动机怠速转速，与发动机类型、环境温度有关。
3.根据权利要求1所述的应用电磁驱动气门的发动机高效快速启动方法，其特征在于，发动机在停止工作时，按发火顺序依次停止各缸工作，而不是同时切断各缸喷油和点火。
4.根据权利要求1所述的应用电磁驱动气门的发动机高效快速启动方法，其特征在于，发动机的燃料为汽油、柴油等液体燃料，或为压缩天然气、氢气等气体燃料。
全文摘要
本发明公开了一种发动机高效快速启动的控制方法，发动机应用了电磁驱动进气门和电磁驱动排气门，并由发动机电控单元对其进行位置、电流双闭环反馈控制，实现发动机进、排气门开启和关闭时刻、升程及其运动规律独立的、连续可变的、实时的调节，由于发动机转速逐步升高过程中，进气门基本保持开启状态并停止各缸的喷油及点火直至设定转速，在同样的启动电机功率下，过渡时间可明显缩短，发动机节能环保性能得到改善。
文档编号F02N11/00GK102477877SQ201010557390
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者刘梁, 常思勤, 李子非 申请人:南京理工大学