用于控制涡轮发动机的气门正时的方法及相关系统与流程

相关申请的交叉引证

本申请要求于2015年12月11日提交的韩国专利申请第10-2015-0177482号的优先权，出于所有目的，将该韩国专利申请的全部内容通过引证结合于此。

本发明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。更具体地，涉及这样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，其通过在涡轮发动机中将连续可变气门持续时间装置安装在进气口上并将连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置安装在排气口上来同时控制连续可变气门的持续时间和正时。

背景技术：

内燃机通过设置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破压力产生动力。

在这种情况下，通过与曲轴连接的正时带驱动凸轮轴，曲轴通过爆破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。

在进气门和排气门的操作中，只有当根据发动机的旋转速度或负载控制气门升程和气门打开/关闭时间(正时)时才能够确保最佳发动机性能。因此，已开发了控制发动机的进气门和排气门的打开时间的连续可变气门持续时间(cvvd)装置和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装置调节气门的持续时间。此外，在气门的持续时间固定的状态中，cvvt装置将气门的打开和关闭正时提前或延迟。换言之，当确定气门的打开正时时，根据气门的打开持续时间自动确定关闭正时。

然而，在将cvvd装置和cvvt装置结合的情况下，应当同时控制气门的持续时间和正时。

在本发明的该背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的整体背景的理解并且不得被视为承认或任何形式地暗示该信息构成对于本领域技术人员而言已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面旨在提供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，其优点在于通过在涡轮发动机中将连续可变气门持续时间装置安装在进气口上并将连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置安装在排气口上来同时控制连续可变气门的持续时间和正时。

根据本发明的各个方面，提供一种用于控制涡轮发动机的气门正时的方法，该涡轮发动机中，在进气口设置有连续可变气门持续时间(cvvd)装置并在排气口设置有连续可变气门持续时间(cvvd)装置和连续可变气门正时(cvvt)装置，该方法可以包括：由控制器根据发动机负载和发动机速度对多个控制区域进行分类；在第一控制区域中，由控制器将最大持续时间应用于进气门并控制排气门与进气门之间的气门重叠；在第二控制区域中，由控制器保持进气门的最大持续时间；在第三控制区域中，由控制器将进气门关闭(ivc)正时和排气门关闭(evc)正时提前；在第四控制区域中，由控制器控制ivc正时接近下止点(bdc)；在第五控制区域中，由控制器控制节气门完全打开并且将排气门打开(evo)正时延迟；以及在第六控制区域中，由控制器控制节气门完全打开并控制ivc正时以防止爆震。

在第一控制区域中，evc正时可以被设置为用于保持燃烧稳定性的最大值。

在第二控制区域中，根据发动机负载的增大，通过延迟evc正时而可以将最大持续时间应用于排气门。

在第三控制区域中，当发动机速度小于预定速度时可以将ivc正时提前以接近bdc并且当发动机速度等于或大于预定速度时可以将ivc正时提前至bdc之后的角度。

在第四控制区域中，可以将ivc正时控制为接近bdc并且可以将evc正时控制为接近上止点(tdc)。

在第五控制区域中，可以将evo正时延迟到bdc之后并且可以将evc正时控制为上止点(tdc)之后的角度以将催化剂温度保持在预定范围内。

在第六控制区域中，可以将evo正时提前并可以控制evc正时以接近上止点(tdc)。

根据本公开的各个方面，提供了一种用于控制包括涡轮增压器的连续可变气门持续时间发动机的气门正时的系统，该系统可以包括：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，控制排气门的打开正时和关闭正时；以及控制器，基于所述控制器从数据检测器和凸轮轴位置传感器接收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，并且根据这些控制区域控制进气cvvd装置、排气cvvd装置、以及排气cvvt装置的操作，其中，控制器可以在第一控制区域中将最大持续时间应用于进气门并控制排气门与进气门之间的气门重叠；在第二控制区域中保持进气门的最大持续时间；在第三控制区域中将进气门关闭(ivc)正时和排气门关闭(evc)正时提前；在第四控制区域中控制ivc正时接近下止点(bdc)；在第五控制区域中控制节气门完全打开并将排气门打开(evo)正时延迟；以及在第六控制区域中控制节气门完全打开并控制ivc正时以防止爆震。

在第一控制区域中，控制器可以将evc正时设置为能够保持燃烧稳定性的最大值。

在第二控制区域中，控制器可以根据发动机负载的增大，通过延迟evc正时而将最大持续时间施加于排气门。

在第三控制区域中，控制器可以在发动机速度小于预定速度时将ivc正时提前以接近bdc并且在发动机速度等于或大于预定速度时将ivc正时提前至bdc之后的角度。

在第四控制区域中，控制器可以控制ivc正时以接近bdc并控制evc正时以接近上止点(tdc)。

在第五控制区域中，控制器可以将evo正时延迟到bdc之后并且将evc正时控制为上止点(tdc)之后的角度以将催化剂温度保持在预定范围内。

在第六控制区域中，控制器可以将evo正时提前并控制evc正时接近上止点(tdc)。

根据本发明的各种实施方式，同时控制连续可变气门的持续时间和正时，这样可将发动机控制在最佳条件下。

最佳控制进气门和排气门的打开正时和关闭正时，从而改善在部分负载条件下的燃料效率和在高负载条件下的动力性能。此外，通过增大有效压缩比可以减少用于启动的燃料量，并且通过缩短加热催化剂的时间可以减少排气。

此外，由于省去在进气口处的连续可变气门正时装置，生产成本可以降低，同时维持动力性能。

应当理解的是，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一般的机动车辆，诸如，载客车辆(包括运动型多用途车辆(suv)、巴士、卡车、各种商用车辆)、船舶(包括各种船只和舰船)、航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如，从除石油以外的资源获取的燃料)。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，汽油动力和电动的车辆。

本发明的方法和设备具有从附图中将显而易见或在附图中更详细地提出的其他特征和优点，附图被结合在此，并且与以下详细描述一起用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示出了根据本发明的各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是示出了根据本发明各种实施方式的设置有连续可变气门持续时间装置的进气口和设置有连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置的排气口的立体图。

图3a和图3b是示出了根据本发明的各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4是示出了根据本发明的各种实施方式的取决于发动机负载和发动机速度的进气门的持续时间、打开正时、以及关闭正时的曲线图。

图5是示出了根据本发明的示例性实施方式的取决于发动机负载和发动机速度的排气门的持续时间、打开正时、以及关闭正时的曲线图。

应理解的是，附图无需按比例地绘制，而是呈现对阐释本发明的基本原理的各个特征的一定程度简化的表示。如本文所公开的本发明的特定设计特征(包括诸如特定的尺寸、方位、位置和形状)将部分地由特定预期的应用和使用环境确定。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各种实施方式，本发明的实例在附图中示出并且在下面描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，然而应理解的是，本说明书并不旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可以包括在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的各种改变、修改、等同替换和其他实施方式。

另外，应理解的是，本发明的各种实施方式的一些方法可以由至少一个控制器执行。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过程。

此外，本发明的各种实施方式的控制逻辑可体现为在计算机可读介质上的非临时性计算机可读介质，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、闪存驱动、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，从而例如通过远程信息处理或控制器局域网络(can)以分布式方式存储和执行该计算机可读介质。

图1是示出了根据本发明的各种实施方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。

在本发明的各种实施方式中，作为车辆的动力源的发动机是包括涡轮增压器的涡轮发动机。

如在图1中示出的，根据本发明的各种实施方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、排气连续可变气门正时(cvvt)装置55、以及节气门60。

数据检测器10检测有关车辆的运行状态的数据以用于控制cvvd装置和cvvt装置，并且其包括：车辆速度传感器11、发动机速度传感器12、油温传感器13、气流传感器14、以及油门踏板位置传感器15。

车辆速度传感器11检测车辆速度，并将与其对应的信号发送至控制器30。车辆速度传感器11可以安装在车辆的车轮上。

发动机速度传感器12从曲轴或凸轮轴的相位的改变中检测发动机速度，并将与其对应的信号发送至控制器30。

油温传感器(ots)13检测流动通过油控制阀(ocv)的油的温度，并将与其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确定冷却剂温度来确定由油温传感器13检测的油温度。因此，在本说明书和所附权利要求的范围中，油温传感器13可以包括冷却剂温度传感器，并且油温度应当理解为冷却剂温度。

气流传感器14检测流入进气歧管中的空气量，并将与其对应的信号发送至控制器30。

油门踏板位置传感器15检测驾驶员推动油门踏板的程度，并将与其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是100％，并且当完全不踩压油门踏板时油门踏板的位置值是0％。

可以用安装在进气通道上的节气门位置传感器代替油门踏板位置传感器15。因此，在本说明书和所附权利要求的范围中，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理解为节气门的开度值。

凸轮轴位置传感器20检测凸轮轴角度的位置，并将与其对应的信号发送至控制器30。

图2是示出了根据本发明的各种实施方式的设置有连续可变气门持续时间装置的进气口和设置有连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置的排气口的立体图。如图2中所示，连续可变气门持续时间装置安装在进气口上并且连续可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置安装在排气口上。因此，在本发明的各种实施方式中，进气门打开正时(ivo)固定。例如，ivo正时可以上止点前(tdc)0至10度的角度固定以便在燃料效率方面是有利的。

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(持续时间)，并且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(持续时间)。

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正时和关闭正时。

节气门60调节流入进气歧管的空气量。

控制器30基于数据检测器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分类为多个控制区域，并且控制进气cvvd装置40、排气cvvd装置50、排气cvvt装置55、以及节气门60的操作。本文中，多个控制区域可以分类成六个区域。

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控制排气门与进气门之间的气门重叠，在第二控制区域中保持进气门的最大持续时间，在第三控制区域中将进气门关闭(ivc)正时和排气门关闭(evc)正时提前，在第四控制区域中控制ivc正时接近下止点(bdc)，在第五控制区域中控制节气门完全打开并延迟排气门打开(evo)正时，以及在第六控制区域中控制节气门完全打开并控制ivc正时以防止爆震。

出于这些目的，控制器30可以利用通过预定程序执行的至少一个处理器来实现，并且该预定程序可以被编程以便执行根据本发明的各种实施方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每个步骤。

可以在记录介质中实现本文中所描述的各种实施方式，例如，通过使用软件、硬件或其结合由计算机或类似装置读取该记录介质。

根据硬件实现方式，可以通过使用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dspd)、可编程逻辑器件(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各种实施方式。

根据软件实现方式，可以通过单独的软件模块来实现本发明实施方式的各种实施方式中所描述的诸如工序和功能的实施方式。软件模块中的每一个可以执行在本发明的各种实施方式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程序来实现软件代码。

在下文中，将参考图3a至图5详细地描述根据本发明的各种实施方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是示出了根据本发明的各种实施方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4是示出了根据本发明的各种实施方式的取决于发动机负载和发动机速度的进气门的持续时间、打开正时、以及关闭正时的曲线图，以及图5是示出了根据本发明的各种实施方式的取决于发动机负载和发动机速度的排气门的持续时间、打开正时、以及关闭正时的曲线图。

如图3a和图3b中所示，根据本发明的各种实施方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开始于步骤s100的根据发动机负载和发动机速度对多个控制区域进行分类。在图4和图5中标明第一控制区域到第六控制区域。

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；当发动机负载等于或大于第一预定负载并小于第二预定负载时的第二控制区域；以及当发动机负载等于或大于第二预定负载并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：当发动机负载等于或大于第二预定负载并且发动机速度等于或大于第一预定速度并小于第二预定速度时的第四控制区域；当发动机负载等于或大于第三预定负载并且发动机速度小于第一预定速度时的第五控制区域，以及当发动机负载等于或大于第三预定负载并且发动机速度等于或大于第二预定速度时的第六控制区域。

同时，如图4和图5所示，在进气门持续时间(ivd)映射(map)和排气门持续时间(evd)映射中标明曲柄角。此外，在进气门打开(ivo)正时映射中标明的数字的单位是在上止点(tdc)之前，在进气门关闭(ivc)正时映射中标明的数字的单位是在下止点(bdc)之后，在排气门打开(evo)正时映射中标明的数字的单位是在bdc之前，并且在排气门关闭(evc)正时映射中标明的数字的单位是在tdc之后。在图4和图5中示出的区域和曲线仅仅是用于描述本发明的各种实施方式的实例，并且本发明的各种实施方式不限于此。

当在步骤s100中根据发动机负载和发动机速度对控制区域进行分类时，在步骤s110中，控制器30确定当前的发动机状态是否属于第一控制区域。

在步骤s110中，当发动机负载小于第一预定负载时，控制器30确定当前的发动机状态属于第一控制区域。在这种情况下，在步骤s120中，控制器30将最大持续时间应用于进气门并且限制排气门与进气门之间的气门重叠。气门重叠表示进气门打开并且排气门仍不关闭的状态。

换言之，当发动机以低负载状态运行时，控制器30可以固定ivc正时以将最大持续时间应用于进气门。如图4中所示，由于在本发明的各种实施方式中ivo正时固定，ivc正时可以下止点之后(bdc)100至110度的角度固定。

此外，控制器30可以固定evo正时并且可以将evc正时设置为能够保持燃烧稳定性的最大值使得气门重叠受到限制。在这种情况下，evo正时可以bdc之前的40至50度的角度固定，并且可以通过在tdc之后的方向上移动evc正时而将evc正时设置为能够保持燃烧稳定性的最大值。

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确定当前的发动机状态是否属于第二控制区域。

在步骤s130中，当发动机负载等于或大于第一预定负载并小于第二预定负载时，控制器30确定当前的发动机状态属于第二控制区域。在这种情况下，在步骤s140中，控制器30保持进气门的最大持续时间。

控制器30可以根据发动机负载的增大通过延迟evc正时将最大持续时间应用于排气门。因此，在第二控制区域中可以使用排气门的最大持续时间。

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确定当前的发动机状态是否属于第三控制区域。

当发动机负载等于或大于第二预定负载并小于第三预定负载时，控制器30确定当前的发动机状态属于第三控制区域。在这种情况下，在步骤s160中，控制器30将ivc正时和evc正时提前。

在第一控制区域和第二控制区域中，将ivc正时控制为进气门晚关闭(livc)位置(在bdc之后的100至110度的角度)。随着发动机负载增大，当ivc正时定位在livc位置处时，增压(boost)压力会增大，可能发生爆震，并且燃料效率可能劣化。为了防止发生上述现象，控制器30在发动机负载相对大的第三控制区域中将ivc正时提前。

在这种情况下，当发动机速度小于预定速度时，控制器30可以将ivc正时快速提前以接近bdc，并且当发动机速度等于或大于预定速度时，可以将ivc正时缓慢提前至bdc之后30至50度的角度。预定速度可以是1500rpm。

此外，由于在第二控制区域中evc正时定位在最大气门重叠，控制器30可以将evc正时提前以接近tdc。

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确定当前的发动机状态是否属于第四控制区域。

在步骤s170中，当控制器30确定当前的发动机状态属于第四控制区域时，在步骤s180中，控制器30控制ivc正时以接近bdc。

第四控制区域可以是发动机负载等于或大于第二预定负载并且发动机速度等于或大于第一预定速度并小于第二预定速度的低增压区域。例如，第一预定速度可以是1500rpm，并且第二预定速度可以是2500rpm。

当ivc正时在第四控制区域中接近bdc时，燃料效率可以改善。此外，控制器30可以控制evc正时以接近tdc以便减少气门重叠。由于在本发明的各种实施方式中ivo正时固定，当将ivc正时控制为接近bdc时，可以将进气门持续时间控制为短持续时间(例如，180度)。

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确定当前的发动机状态是否属于第五控制区域。

在步骤s190中，当发动机负载等于或大于第三预定负载并且发动机速度小于第一预定速度时，控制器30确定当前的发动机状态属于第五控制区域。在这种情况下，在步骤s200中，控制器30控制节气门60以完全打开并将evo正时延迟。

在涡轮发动机中，当在发动机速度小于第一预定速度(例如，1500rpm)的第五控制区域中节气门60完全打开(即，wot：节气门全开)时，进气端口压力可能会变得高于排气端口压力。因此，与自然吸气的发动机相比，容易发生扫气现象。然而，由于在本发明的各种实施方式中ivo正时固定，扫气现象不大。因此，evo正时和evc正时可以用于通过排气干扰减少补充扫气现象。控制器30可以将evo正时延迟到bdc之后以减少排气干扰，并将evc正时控制在tdc之后的30度的角度内以将催化剂温度保持在预定范围内。在这种情况下，控制器30在第五控制区域中将短持续时间(例如，180至210度)应用于排气门。

在步骤s190中，当当前的发动机状态不属于第五控制区域时，在步骤s210中，控制器30确定当前的发动机状态是否属于第六控制区域。

当发动机负载等于或大于第三预定负载并且发动机速度等于或大于第二预定速度时，控制器30确定当前的发动机状态属于第六控制区域。在这种情况下，在步骤s220中，控制器30控制节气门60完全打开，并且控制ivc正时防止爆震。

当发动机速度等于或大于第二预定速度(例如，2500rpm)时，由于排气端口压力显著大于进气端口压力，因此扫气现象消失。因此，控制器30将evo正时提前到bdc之前30度的角度并控制evc正时以接近tdc以防止排气泵出(exhaustpumping)。

同时，当在高速度条件下执行wot控制时，在自然吸气的发动机中很少发生爆震，相反，在涡轮发动机中容易发生爆震。因此，控制器30将ivc正时提前到bdc之后50度的角度内以减小增压压力，从而防止爆震。

如上所述，根据本发明的各种实施方式，同时控制连续可变气门的持续时间和正时，这样可将发动机控制在最佳条件下。

最佳控制进气门和排气门的打开正时和关闭正时，从而改善在部分负载条件下的燃料效率和在高负载条件下的动力性能。而且，通过增大有效压缩比可以减少用于启动的燃料量，并且通过缩短加热催化剂的时间可以减少排气。

此外，由于省去在进气口处的连续可变气门正时装置，生产成本可以降低，且维持动力性能。

已出于示出和描述的目的呈现了本发明的具体示例性实施方式的以上描述。以上描述并非旨在是详尽的或者将本发明限于公开的精确形式，并且显而易见，根据上述教导，许多修改和变型是可能的。为了解释本发明的特定原理及其实际应用，选择并且描述了示例性实施方式，由此使得本领域技术人员能够做出并且利用本发明的各种示例性实施方式以及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。