发动机的可变进气歧管及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种发动机的可变进气歧管及其控制方法，所述可变进气歧管具有第一进气通路、第二进气通路，第二进气通路的长度大于第一进气通路的长度，其特征在于：所述第一进气通路和第二进气通路的出口相邻设置并汇流至可变进气歧管的出口，在第一进气通路和第二进气通路出口端相邻的管壁上铰接有阀板，设有阀板驱动机构，所述阀板驱动机构根据发动机工况驱动阀板转动。通过控制阀板的位置实现进气通量控制。本发明提升了发动机的瞬态响应性能，且结构简单，控制方便。
【专利说明】发动机的可变进气歧管及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机的部分，具体涉及一种发动机的可变进气歧管，以及对该可变进气歧管的控制方法。
【背景技术】
[0002]进气歧管位于节气门与发动机的进气门之间，对应发动机汽缸的数量，空气在经过节气门后由进气歧管缓冲分流，导入各汽缸中。发动机的转速不同，需要的空气量不同。为了提高发动机的动力性能，现有技术中采用可变进气歧管(Variable Intake Manifold,VIM)技术，通常，采用不同长度的进气通道实现可变进气歧管长度控制，在中低速时使用长进气管，提高发动机的扭力输出，而在高速时使用短进气管，改善发动机的功率输出。但是，这种方式只能实现发动机的稳态控制，对于瞬态时动力响应没有改善；同时，采用0N/0FF两段式阀控制进气管的选择，切换时动力输出不够平滑。
[0003]日本发明专利公开文件特开2006-189015A公开了一种内燃机的进气装置，具有通道长度固定的固定进气通路、通道长短可调且出口端与所述固定进气通路的出口端合流连通的可变进气通路，用于调节所述固定进气通路的开度的第I阀，用于调节所述可变进气通路的出口端开度的第2阀，根据内燃机的负荷、转速等运行状态驱动所述第I阀和第2阀的驱动机构。该装置具有3种工作状态，分别是:(I)在内燃机低转速区，关闭第I阀，打开第2阀，单独使用可变进气通路，处于第I状态；(2)在内燃机中速区，打开第I阀，关闭第2阀，单独使用固定进气通路，处于第2状态；(3)在内燃机高转速区，同时打开两个阀，固定进气通路和可变进气通路同时使用，处于第3状态。其中，可变进气通路由设有内周沟的外筒和设有外周沟的内筒组合构成，当内筒绕中心轴转动时，可变进气通路的长度能够无级调整。
[0004]上述技术方案在利用两条通路实现稳态控制的同时，通过对可变进气通路的长度调节来调整瞬态动力响应。但是，一方面，上述方案仍然采用具有开、关状态的第I阀和第2阀，切换时存在动力输出不平滑的问题；另一方面，由于可变进气通路设置旋转的内筒，装置整体结构复杂，控制时需要分别控制第I阀、第2阀的开闭以及内筒的旋转角度，也导致了控制机构的设置及控制程序的设计复杂化。
[0005]因此，有必要对发动机进气歧管进行进一步的结构改进，以便通过简单的结构实现对进气量的控制，提高发动机的瞬态动力响应性能。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的是提供一种发动机的可变进气歧管，以提高发动机的瞬态动力响应；另发明的另一个发明目的是提供这种可变进气歧管的控制方法。
[0007]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种发动机的可变进气歧管，具有第一进气通路、第二进气通路，第二进气通路的长度大于第一进气通路的长度，所述第一进气通路和第二进气通路的出口相邻设置并汇流至可变进气歧管的出口，在第一进气通路和第二进气通路出口端相邻的管壁上铰接有阀板，设有阀板驱动机构，所述阀板驱动机构根据发动机工况驱动阀板转动。
[0008]上述技术方案中，由于采用转动式的阀板机构，通过控制阀板的位置，可以对第一进气通路和第二进气通路分别或同时进行限制，调节通气流量，从而实现过程控制，达到提闻发动机瞬态动力响应的目的。
[0009]上述技术方案中，所述阀板具有下列工作位置，分别是，封闭第一进气通路出口的第一工作位置，封闭第二进气通路出口的第二工作位置，位于第一进气通路出口和第二进气通路出口中间的第三工作位置，位于第一工作位置和第三工作位置之间的第四工作位置，位于第二工作位置和第三工作位置之间的第五工作位置。
[0010]进一步的技术方案，第一进气通路和第二进气通路的出口方向呈汇聚状态设置，所述阀板处于第一工作位置时所在平面与阀板处于第二工作位置时所在平面的夹角为80°?120°。由此，阀板的位置可以对两侧通道起到更好的限流作用。
[0011]为实现本发明的另一发明目的，提供一种发动机可变进气歧管的控制方法，包括下列步骤:
(1)检测发动机工况，如果发动机处于部分工况，进行步骤(2)，否则采用稳态控制模式，使阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口之间，重复步骤(I);
(2)检测加速踏板位置，如果当前加速踏板位置电压值大于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为加速状态；如果当前加速踏板位置电压值小于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为减速状态；否则阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口中间并重复步骤⑴;
(3)加速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第二进气通路出口方向；减速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第一进气通路出口方向；检测加速踏板位置并重复步骤(3)直至加速状态或减速状态结束；
(4)等待第一时间后，控制阀板转动至第一进气通路出口和第二进气通路出口中间，所述第一时间为100毫秒?500毫秒；
(5)执行步骤(I)，直至发动机停机。
[0012]上述技术方案中，所述部分工况由厂商定义，一般地，部分工况是指发动机当前转速小于最大转速的90%且发动机当前负荷小于最大负荷的90%。加速时，通过控制阀板由第一工作位置向第二工作位置方向运动，则相当于扩大第一进气通路的开口面积，缩小第二进气通路的开口面积；假定当时发动机气缸需求量为一定时，相对来说通过第一进气通路的空气量增大，而通过第二进气通路的空气量减小，而第一进气通路的空气流路短于第二进气通路。从而提升了加速时的空气进入气缸的流入速度，进而改善车辆的加速性能。
[0013]减速时:则相反；通过控制阀门由第二工作位置向第一工作位置方向运动，缩小第一进气通路的开口面积，提升第二进气通路的开口面积，从而降低减速时的空气流入气缸的速度，进而更快地降低此时的发动机输出，更快地实现车辆的减速。
[0014]上述技术方案中，加速状态或减速状态时，阀板的位置采用以下方法计算获得: 阀板的位置用α表示，从第一工作位置至第二工作位置α的值从0%至100%均匀变
化；当前加速踏板位置电压值为APS，上一次检测的加速踏板位置电压值为APS [ζ]，则阀板位置为
a =50%+kX (APS- APS[z]),
式中，k为转换系数，k的选择根据对应的APS值的范围确定，使α的值在0%至100%之间。
[0015]其中，加速踏板位置的检测时间间隔为10~40毫秒。
[0016]优选地，加速踏板位置的检测时间间隔为20毫秒。
[0017]进一步的技术方案，在进行步骤(2)之间，对车速进行检测，如果处于高车速状态，则采用稳态控制模式，返回步骤(1)。其中，所述高车速状态由厂商定义，通常，定义为车辆设计最大车速的90%。由于高车速状态已接近车辆设计的最大车速，属于危险状态，因此，此时不再进行瞬态控制，而改为稳态控制。
[0018]上述技术方案中，稳态控制模式时，阀板的位置确定方法是，阀板的位置用α表示，从第一工作位置至第二工作位置α的值从0%至100%均匀变化，阀板的位置α的计算主要取决于发动机的转速与发动机负荷，即采用常规的稳态控制方法。
[0019]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明通过设置铰接在第一进气通路和第二进气通路出口端相邻的管壁上的阀板，实现了对两个进气通路的通气量的连续控制，由此方便地提升了发动机的瞬态响应性能。
[0020]2.本发明在一组进气歧管中，只需要使用和控制一个动作件，与对比文件中采用两个阀体加上转动机构的方案相比，结构简单，控制方便。
[0021]3.本发明的控制方法同时考虑了汽车车速、发动机转速、发动机负荷和加速踏板变化速度，与现有技术仅考虑发动机转速和负荷的稳态控制方法不同，可以在发动机加速和减速时，起到控制作用，从而实现瞬态控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1中的局部放大不意图；
图3是实施例的第一种控制流程图；
图4是实施例的第二种控制流程图；
图5是控制过程示意图。
[0023]其中:1、第一进气通路；2、第二进气通路；3、可变进气歧管的出口 ；4、阀板；5、管壁；6、第一工作位置；7、第二工作位置；8、第三工作位置；9、第四工作位置；10、第五工作位置。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例:参见附图1所示，一种发动机的可变进气歧管，具有第一进气通路1、第二进气通路2，第二进气通路2的长度大于第一进气通路I的长度，所述第一进气通路I和第二进气通路2的出口 相邻设置并汇流至可变进气歧管的出口 3，在第一进气通路I和第二进气通路2出口端相邻的管壁5上铰接有阀板4，设有阀板驱动机构，所述阀板驱动机构根据发动机工况驱动阀板4转动。[0025]参见附图2所示，本实施例中，所述阀板4具有下列工作位置，分别是，封闭第一进气通路I出口的第一工作位置6，封闭第二进气通路2出口的第二工作位置7，位于第一进气通路I出口和第二进气通路2出口中间的第三工作位置8，位于第一工作位置6和第三工作位置8之间的第四工作位置9，位于第二工作位置7和第三工作位置8之间的第五工作位置10。
[0026]本实施例中，第一进气通路I和第二进气通路2的出口方向呈汇聚状态设置，所述阀板4处于第一工作位置6时所在平面与阀板4处于第二工作位置7时所在平面的夹角为80。~120。。
[0027]采用本实施例的发动机可变进气歧管，进行控制的方法，参见附图3所示，包括下列步骤:
(1)检测发动机工况，如果发动机处于部分工况，进行步骤(2)，否则采用稳态控制模式，使阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口之间，重复步骤(1);
(2)检测加速踏板位置，加速踏板位置的检测时间间隔为20毫秒，如果当前加速踏板位置电压值大于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为加速状态；如果当前加速踏板位置电压值小于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为减速状态；否则阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口中间并重复步骤(1)；
(3)加速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第二进气通路出口方向；减速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第一进气通路出口方向；检测加速踏板位置并重复步骤(3)直至加速状态或减速状态结束； (4)等待第一时间后，控制阀板转动至第一进气通路出口和第二进气通路出口中间，所述第一时间为100毫秒~500毫秒；
(5)执行步骤(1)，直至发动机停机。
[0028]本实施例中，加速状态或减速状态时，阀板的位置采用以下方法计算获得:
阀板的位置用α表示，从第一工作位置至第二工作位置α的值从0%至100%均匀变
化；当前加速踏板位置电压值为APS，上一次检测的加速踏板位置电压值为APS [ζ]，则阀板位置为
a =50%+kX (APS- APS[z]),
式中，k为转换系数，k的选择根据对应的APS值的范围确定，使α的值在0%至100%之间。
[0029]其中，在稳态控制模式时，阀板的位置α根据发动机的转速与发动机负荷决定。
[0030]实施例中的另一种控制方法，参见附图4所示，包括下列步骤:
(1)检测发动机工况，如果发动机处于部分工况，进行步骤(2)，否则采用稳态控制模式，使阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口之间，重复步骤(1)；
(2)对车速进行检测，如果处于高车速状态，则采用稳态控制模式，返回步骤(1)；
(3)检测加速踏板位置，加速踏板位置的检测时间间隔为20毫秒，如果当前加速踏板位置电压值大于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为加速状态；如果当前加速踏板位置电压值小于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为减速状态；否则阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口中间并重复步骤(1)； (4)加速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第二进气通路出口方向；减速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第一进气通路出口方向；检测加速踏板位置并重复步骤(4)直至加速状态或减速状态结束；
(5)等待第一时间后，控制阀板转动至第一进气通路出口和第二进气通路出口中间，所述第一时间为100毫秒?500毫秒；
(6)执行步骤(I)，直至发动机停机。
[0031]参见附图5所示，发动机加速工况指的是发动机转速及负荷双方的变化，不仅仅反映在发动机转速的变化，如图中的过程A、B、C都是发动机的加速工况。减速工况为过程A、B、C的逆过程，如A’、B’、C’。
[0032]本发明中，当发动机处于过程A、B、C状态时，控制方法判定为加速状态，从而计算阀板控制角度，按照加速工况控制阀板的动作；同理，当发动机处于过程A’、B’、C’状态时，会判定为减速工况，按照减速工况定义的阀板动作执行相应控制。由此在过程中控制空气通量，实现了对发动机性能的瞬态控制。
【权利要求】
1.一种发动机的可变进气歧管，具有第一进气通路、第二进气通路，第二进气通路的长度大于第一进气通路的长度，其特征在于:所述第一进气通路和第二进气通路的出口相邻设置并汇流至可变进气歧管的出口，在第一进气通路和第二进气通路出口端相邻的管壁上铰接有阀板，设有阀板驱动机构，所述阀板驱动机构根据发动机工况驱动阀板转动。
2.根据权利要求1所述的发动机的可变进气歧管，其特征在于:所述阀板具有下列工作位置，分别是，封闭第一进气通路出口的第一工作位置，封闭第二进气通路出口的第二工作位置，位于第一进气通路出口和第二进气通路出口中间的第三工作位置，位于第一工作位置和第三工作位置之间的第四工作位置，位于第二工作位置和第三工作位置之间的第五工作位置。
3.根据权利要求2所述的发动机的可变进气歧管，其特征在于:第一进气通路和第二进气通路的出口方向呈汇聚状态设置，所述阀板处于第一工作位置时所在平面与阀板处于第二工作位置时所在平面的夹角为80°~120°。
4.权利要求1至3中任一发动机可变进气歧管的控制方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)检测发动机工况，如果发动机处于部分工况，进行步骤(2)，否则采用稳态控制模式，使阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口之间，重复步骤(1)； (2)检测加速踏板位置，如果当前加速踏板位置电压值大于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为加速状态；如果当前加速踏板位置电压值小于上一次检测的加速踏板位置电压值，则为减速状态；否则阀板位于第一进气通路出口和第二进气通路出口中间并重复步骤⑴; (3)加速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第二进气通路出口方向；减速状态时，控制阀板位于第一进气通路出口与第二进气通路出口之间且偏向第一进气通路出口方向；检测加速踏板位置并重复步骤(3)直至加速状态或减速状态结束； (4)等待第一时间后，控制阀板转动至第一进气通路出口和第二进气通路出口中间，所述第一时间为100毫秒~500毫秒； (5)执行步骤(1)，直至发动机停机。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于:加速状态或减速状态时，阀板的位置采用以下方法计算获得: 阀板的位置用α表示，从第一工作位置至第二工作位置α的值从0%至100%均匀变化；当前加速踏板位置电压值为APS，上一次检测的加速踏板位置电压值为APS [ζ]，则阀板位置为
a =50%+kX (APS- APS[z]), 式中，k为转换系数，k的选择根据对应的APS值的范围确定，使α的值在0%至100%之间。
6.根据权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于:加速踏板位置的检测时间间隔为10~40毫秒。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于:加速踏板位置的检测时间间隔为20毫秒。
8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于:在进行步骤(2)之间，对车速进行检测，如果处 于高车速状态，则采用稳态控制模式，返回步骤(1)。
【文档编号】F02M35/104GK103883443SQ201410112570
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】裴建龙 申请人:日立汽车部件（苏州）有限公司