可变压缩比机构控制方法与流程

本发明涉及车辆发动机技术领域，特别涉及一种可变压缩比机构控制方法。

背景技术：

能源和环境问题是人类所面临的最严峻的挑战，内燃机作为目前应用最广泛的动力机械，是石油能源的主要消费渠道，随着汽车保有量的增加，内燃机的石油消费量也迅速增加，在消耗大量能源的同时，内燃机工作时排放的尾气也是大气环境污染的一大来源，因此创新内燃机技术，对于节约能源和减轻环境污染均有着重大意义。

传统发动机由于活塞行程和活塞上止点位置在发动机工作循环中保持不变，也就是发动机气缸总容积与燃烧室容积都不变，根据压缩比计算公式：压缩比＝气缸总容积/燃烧室容积，所以发动机的压缩比也是不变的。但实际上压缩比的确定，应是兼顾动力性、经济性和燃烧下的折中结果，在低速小负荷或部分负荷时，若压缩比较小会使可燃混合气不能充分混合，造成燃烧效率低、油耗高，且燃烧不充分而排放高，在高速大负荷时，如果压缩比较大则易产生爆震，轻则影响动力输出，重则对发动机零部件造成损坏。

多连杆式可变压缩比发动机，其是一种通过改变活塞上止点位置进而实现压缩比调整的可变压缩比设计，通过压缩比的可变能够满足不同发动机负荷需求，使发动机始终工作在最佳工作区，以此既可提高动力性降低油耗，又能够减少排放，而很好的解决动力性与经济性、排放性之间的矛盾。

不过，现有的可变压缩比机构中仍存在着在内燃机长期运行后，因机构磨损会导致压缩比控制不准确，从而影响压缩比的调节效果，以及一旦可变压缩比机构在工作中发生诸如电控元件失效或驱动电机损坏等问题，会导致可变压缩比机构不能正常工作，而影响发动机正常工作等不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种可变压缩比发动机控制方法，以期至少能克服现有技术中的一点不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可变压缩比发动机控制方法，用于具有可变压缩比机构的发动机运行的控制，所述可变压缩比机构具有由电机驱使转动的偏心轴，检测所述偏心轴转角的传感器，以及设于所述发动机内的曲轴与活塞及所述偏心轴三者间的多连杆机构，并于所述发动机的ecu控制下，所述电机驱使所述偏心轴，而可由所述多连杆机构构成所述活塞上止点位置的变化，以改变所述发动机的压缩比；且所述控制方法包括：

a、所述发动机上电后，进行压缩比位置自学习，且由当前压缩比位置先学习到最小压缩比位置，再学习到最大压缩比位置；

b、若步骤a中的自学习成功，进入所述最小压缩比位置，并等待所述发动机启动，且：

若所述发动机常温启动，由所述最小压缩比位置启动；

若所述发动机低温启动，由所述最小压缩比位置与所述最大压缩比位置之间的中间位置启动；

c、若步骤a中的自学习失败，获取当前压缩比位置及该当前压缩比位置对应的压缩比值，由该压缩比值对应的节气门开度启动发动机。

进一步的，在步骤b中，所述发动机启动完成后的运行中，

若搭载所述发动机的车辆为加速工况，控制压缩比位置处于最大压缩比位置的80％-90％的位置；

若所述车辆为减速工况，控制压缩比位置处于与当前发动机负荷对应的压缩比位置；

若所述车辆为制动工况，控制压缩比位置处于所述最小压缩比位置，且关闭所述发动机的节气门；

若所述车辆为怠速工况，控制压缩比位置处于所述最小压缩比位置与所述最大压缩比位置之间的中间位置。

进一步的，在步骤b中，发动机下电时，先学习所述最小压缩比位置，并于发动机停机后保持于所述最小压缩比位置。

进一步的，在步骤c中，所述发动机启动完成后的运行中，保持于当前压缩比位置运行。

进一步的，所述多连杆机构被配置为使得所述偏心轴经由该多连杆机构而可承接所述活塞的作用力，以使所述偏心轴转动并进入所述最小压缩比位置；且所述控制方法还包括：于所述发动机的ecu控制下，而未能由所述多连杆机构构成所述活塞上止点变化时，控制所述可变压缩比机构进入跛行模式，且该跛行模式包括：

s1、若所述电机未损坏，所述发动机保持于当前压缩比位置运行；

s2、若所述电机损坏，所述偏心轴经由所述多连杆机构而承接所述活塞的作用力，以进入所述最小压缩比位置，且所述发动机保持于所述最小压缩比位置运行。

进一步的，于所述发动机的ecu控制下，未能由所述多连杆机构构成所述活塞上止点变化，而控制所述可变压缩比机构进入跛行模式的故障包括但不限于所述可变压缩比机构中的电控元器件失效，和/或所述电机三相线路中的至少一相失效。

进一步的，所述多连杆机构被配置为使得所述偏心轴经由该多连杆机构而可承接所述活塞的作用力，以使所述偏心轴转动并进入所述最小压缩比位置；且所述控制方法还包括：因所述偏心轴被驱使转动而进入所述最小压缩比位置的90％附近时，对所述电机施加反向控制，及至进入所述最小压缩比位置。

进一步的，所述多连杆机构包括转动设于所述曲轴的曲柄上的调节连杆，铰接于所述调节连杆的一端与所述活塞之间的执行连杆，以及铰接于所述调节连杆的另一端与所述偏心轴上的偏心轮之间的驱动连杆。

进一步的，压缩比位置自学习中，为获取所述传感器的检测电压，且将所述检测电压与设定的最小压缩比位置目标电压阈值或最大压缩比位置目标电压阈值比较，若所述检测电压与所述最小压缩比位置目标电压阈值或所述最大压缩比位置目标电压阈值之间的差值处于设定的偏差区间内，则判定学习到所述最小压缩比位置或最大压缩比位置。

进一步的，步骤a中，若由所述传感器所获取的所述偏心轴于所述最小压缩比位置和所述最大压缩比位置之间的转动角度为设定的角度阈值区间内，则判定自学习成功，否则判定自学习失败。

相对于现有技术，本发明的可变压缩比发动机控制方法具有以下优势：

本发明的可变压缩比发动机控制方法，通过在发动机上电后对最大压缩比位置与最小压缩比位置的自学习，可实现对压缩比位置的更新与确认，使得当前压缩比位置与可变压缩比机构构件状态相匹配，从而能够避免可变压缩比机构因机构磨损导致的压缩比控制不准确的问题，由此保证压缩比的调节效果。

同时，本发明的控制方法中通过在发动机低温启动时，将压缩比适当提高，可提高发动机气缸内混合气压缩终了时的温度，进而能够改善发动机低温启动性能。

此外，本发明通过在发动机运行中根据车辆工况的不同采用不同的压缩比，可使发动机在与当前工况相匹配的状态下运行，以此可使发动机工作在较佳状态下，而利于提高发动机的工作效率，且利于实现节能减排。

另外，本发明通过在压缩比位置自学习失败后，通过控制发动机以当前压缩比位置启动发动机，并保持于当前压缩比位置运行，可避免发动机出现无序变化而导致发动机运行不稳定的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的可变压缩比机构的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的可变压缩比机构的最大压缩比位置与最小压缩比位置的示意图；

图3为本发明实施例所述的可变压缩比发动机控制方法的原理框图；

图4为本发明实施例所述的可变压缩比机构的压缩比调节示意图；

附图标记说明：

1-曲轴，2-偏心轴，3-活塞，4-调节连杆，5-执行连杆，6-驱动连杆，7-电机，8-减速器，9-传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种可变压缩比发动机控制方法，该控制方法用于具有可变压缩比机构的发动机运行的控制，且其中的可变压缩比机构整体上具有由电机驱使转动的偏心轴，检测偏心轴转角的传感器，以及设于发动机内的曲轴与活塞及偏心轴三者间的多连杆机构，并于发动机的ecu控制下，所述的电机驱使偏心轴，而可由多连杆机构构成活塞上止点的变化，以此实现对发动机的压缩比位置的改变。

具体来说，对于上述的采用多连杆机构的可变压缩比机构，其一种示例性结构如图1中所示，此时，所述的多连杆机构包括转动设于发动机中曲轴1的曲柄上的调节连杆4，铰接于调节连杆4的一端与活塞3之间的执行连杆5，以及铰接于调节连杆4的另一端与偏心轴2上的偏心轮之间的驱动连杆6。而可变压缩比机构亦还包括通过减速器8与偏心轴2传动连接，以驱使偏心轴2转动的电机7，以及相对于与电机7相连的一端，设置于偏心轴2另一端的传感器9，该传感器9用于对电机7驱使下的偏心轴2的转动角度进行检测。

本实施例上述具有曲柄的曲轴1与具有偏心轮的偏心轴2，以及两者在发动机中的设置参见现有发动机结构便可，而构成多连杆机构的调节连杆4、执行连杆5和驱动连杆6，其亦借鉴于现有的连杆结构即可。而上述连接于电极7与偏心轴2之间的减速器8，其例如可采用谐波减速器，以具有减速比高、传动精度高、效率高和占用空间较小、安装简便等优点。当然，除了采用谐波减速器，该减速器8也可采用其它机械减速传动结构。此外，上述用于检测偏心轴2转动角度的传感器9采用现有的角度传感器结构即可，且在本实施例中该传感器9选用输出为电压信号的传感器件。

本实施例的图1中所示出的可变压缩比机构，通过电机7控制偏心轴2转动，偏心轴2转动时在其上的偏心轮的带动下，驱动连杆6会推动调节连杆4于曲轴2上旋转一定的角度。调节连杆4的旋转经由执行连杆5带动活塞3，从而可改变活塞3上止点的位置，以实现对发动机压缩比的调节。

而在具体工作时，发动机ecu则为根据车辆的扭矩需求计算发动机的目标压缩比，并由该目标压缩比并结合于发动机转速和当前压缩比，计算得到电机7所需旋转的方向和角度，以此控制电机7进行动作，进而通过上述的调节过程实现压缩比的改变。

此外，对于本实施例的可变压缩比机构，可以确定的是，通过电机7的驱使带动，活塞3上止点于发动机气缸内的变化存在其最高点与最低点，而该活塞3上止点的最高点即为发动机的最大压缩比位置，相应的，活塞3上止点的最低点便是发动机的最小压缩比位置。所述最大压缩比位置与最小压缩比位置的状态如图2中所示，由图2中可以看出，在电机7所驱使的偏心轴2的带动下，活塞3上止点上、下变动位移h，以此使得发动机压缩比在上述最大压缩比位置和最小压缩比位置之间变动。

基于上述的可变压缩比发动机的结构，本实施例的可变压缩比发动机控制方法，其包括如下的步骤：

步骤a：发动机上电后，进行压缩比位置自学习，且由当前压缩比位置先学习到最小压缩比位置，再学习到最大压缩比位置；

步骤b：若步骤a中的自学习成功，进入最小压缩比位置，并等待发动机启动，且：

若发动机常温启动，由最小压缩比位置启动；

若发动机低温启动，由最小压缩比位置与最大压缩比位置之间的中间位置启动；

步骤c：若步骤a中的自学习失败，获取当前压缩比位置及该当前压缩比位置对应的压缩比值，由该压缩比值对应的节气门开度启动发动机。

具体上，结合于图3中所示的，由于随着发动机运行时间的增加，发动机内包含上述可变压缩比机构在内的各部件难以避免的会存在发生磨损的情况，而因可变压缩比机构中构件的磨损，则会导致压缩比控制不准确，并进而影响压缩比的调节效果。基于此，本实施例的控制方法设置为在发动机上电后，首先进行压缩比位置的自学习，且因本实施例的可变压缩比机构的机构特性，电机7驱使偏心轴2以向最小压缩比位置、也即向小压缩比方向调整时，因下文所述的“机构助力”，所需驱动力较小，而向大压缩比方向调整时，所需驱动力大，为避免电机7启动瞬间由于阻尼大导致瞬态电流的产生，故而上述自学习中先学习最小压缩比位置，然后再学习最大压缩比位置。

而对于所述最小压缩比位置和最大压缩比位置的自学习，还需说明的是，在具体实施上，其为在电机7驱使偏心轴2旋转以进行学习时，通过传感器9对偏心轴2转动角度的检测，获取传感器9的检测电压，该检测电压即对应着偏心轴2不同的转动角度，而根据如前所述的可变压缩比机构的调节过程，偏心轴2不同的转角便对应着活塞3上止点的不同位置，也即对应着不同的压缩比位置。

由此，获取传感器9的检测电压后，发动机ecu将该检测电压与设定的最小压缩比位置目标电压阈值或最大压缩比位置目标电压阈值进行比较，如果检测电压与最小压缩比位置目标电压阈值或最大压缩比位置目标电压阈值之间的差值在设定的偏差区间内，则可判定学习到最大压缩比位置以及最小压缩比位置。

而进一步的，当分别学习到最小压缩比位置和最大压缩比位置后，此时由传感器9可获取偏心轴2在学习该最小压缩比位置和最大压缩比位置中所转动的角度，且发动机ecu再将该转动的角度与设定的角度阈值区间进行比较，若所转动的角度处于设定角度阈值区间内，则能够判定自学习成功，如若获取的转动角度不在设定的角度阈值区间内，则判定为自学习不成功。

其中，上述最小压缩比位置目标电压阈值和最大压缩比位置目标电压阈值，以及设定角度阈值区间均可根据可变压缩比机构整体设计下的机构特性获得。设定角度阈值区间为一区间范围值，正是考虑因机构磨损或其它因素而可能造成的活塞3上止点于最小压缩比位置和最大压缩比位置之间变化时，偏心轴2的转动角度会存在不同。当然，基于可变压缩比机构的机构特性，上述设定角度阈值区间应采用合理范围，例如其可为设计标定值的-5％～+5％。而对于上述的“偏差区间”其具体的例如亦可为目标电压阈值的-5％～+5％。

本实施例中继续的，当自学习成功后，发动机ecu控制再进入最小压缩比位置，并等待发动机启动。而在发动机的启动上，本实施例也根据车辆所处环境的不同而进行了专门设置，以此可基于环境条件，特别是温度条件的不同，而选择较佳的启动方式。详细来说，当发动机在常温环境而进行常温启动时，使得发动机直接由最小压缩比位置启动即可，而当发动机处于低温环境时，发动机为低温启动，此时则发动机ecu控制以最小压缩比位置和最大压缩比位置之间的中间位置进行启动。

上述通过在低温启动时，选择在中等压缩比位置进行启动，以此可将压缩比适当提高，从而可提高发动机气缸内混合气压缩终了时的温度，进而达到改善发动机低温启动性能的效果。而通过上述常温启动或低温启动模式，使得发动机启动后，本实施例的控制方法亦设计根据搭载该发动机的车辆的不同的运行工况，而为由发动机ecu选择不同的压缩比控制方式。

具体而言，当所述车辆为加速工况时，ecu控制压缩比位置迅速增大至最大压缩比位置的80％-90％的位置，以获得较好的动力响应性。当车辆为减速工况时，ecu控制压缩比位置处于与当前发动机负荷对应的压缩比位置，且该发动机负荷与压缩比位置之间的对应关系，为在发动机设计时即已制定，并将对应关系存储于ecu中，以供调用。而当车辆为制动工况时，ecu控制压缩比位置处于最小压缩比位置，且关闭所述发动机的节气门，以节约能耗。而若车辆为怠速工况时，ecu则控制压缩比位置也处于最小压缩比位置与最大压缩比位置之间的中间位置，以提高发动机怠速时的燃烧效率。

本实施例通过在车辆运行中根据车辆工况的不同而采用不同的压缩比控制方式，可使发动机在与当前工况匹配的状态下运行，由此可使发动机工作在较佳状态下，从而有利于提高发动机的工作效率，并有助于实现节能减排。

同时，本实施例中进一步的，对于运行的上述发动机，当需发动机下电停机时，该控制方法具体则为在发动机下电时，先学习最小压缩比位置，且在发动机停机后保持于最小压缩比位置处。

此外，除了如上所阐述的发动机压缩比位置自学习成功的情形，当自学习不成功，也即自学习失败时，本实施例的控制方法则设置可通过传感器9获得偏心轴2的当前转角，由该当前转角ecu可计算获得当前的压缩比位置，并进而计算得出当前的压缩比值。此时，发动机ecu便可由该压缩比值对应的节气门开度启动发动机，且在发动机启动后，也控制发动机保持于当前压缩比位置运行，以此可避免发动机出现无序变化而导致发动机发生运行不稳定等问题。

需要注意的是，对于自学习失败且已启动运行的发动机，在其下电停机时，仍可为使发送机停机于其运行时的压缩比位置。当发动机重新上电准备运行时，会再进入新的自学习过程，以重复前述的控制步骤。

结合于图4中所示的，以图4所示方向为基准，针对于本实施例的可变压缩比机构，可以看到在发动机工作中，活塞3受到燃料燃烧产生的爆发压力可通过多连杆机构进而作用于偏心轴2上，并且该作用力f会使得偏心轴2产生逆时针的转动。而基于防止发动机爆震的需要，本实施例中仍以图4所示方向为基准，也设计偏心轴2顺时针转动向大压缩比方向调节，而偏心轴2逆时针转动则向小压缩比方向调节。

因此，由于活塞3所产生的作用力f，当向小压缩比方向调节时，由于偏心轴2会受到活塞3所带来的机构助力，便会使得偏心轴2快速向小压缩比方向转动，并容易造成偏心轴2与发动机中提供的限位结构等发生碰撞，而存在较大的部件损坏风险。为避免该风险，本实施例的控制方法中也包括当偏心轴2由电机7驱使而转动进入最小压缩比位置的90％附近时，ecu控制对电机7施加反向控制，以使偏心轴2提前进入软着陆，直至进入最小压缩比位置。

其中，上述最小压缩比位置的90％附近，一般可为包含90％，以及该位置点左右-5％至+5％的范围。此外，ecu施加于电极7上的反向控制电流也可通过采用基于传感器9检测信号的闭环控制策略，以具有较好的控制效果。

另外，本实施例中对于上述可变压缩比机构，不可否认的是，在发动机运行中难以避免的会存在机构中的电控元器件或用于驱使偏心轴2转动的电机7发生故障的情况，且该电控元器件例如可是传感器9或其它部件，电机7故障则例如为其三相线路中的至少一相发生失效。当出现上述故障时，由于检测信号缺失，或是无法对偏心轴2进行驱动，进而在发动机的ecu控制时，便不能由上述多连杆机构构成活塞上止点变化，也即不能对压缩比进行调整。

此时，针对于所述可变压缩比机构出现故障的情况，本实施例的控制方法中还包括在发生故障时使得可变压缩比机构进入跛行模式，并且该跛行模式包括首先对故障信息进行判断，以叛定是否为电机7发生故障，且该判定例如可通过对电机7的各相电流或电压进行检测获得，电控元器件的损坏可通过相关模块的自检获知。而在所述跛行模式中，如果电机7未损坏，而是相关电控元器件发生损坏，则ecu控制发动机保持于当前压缩比位置运行。而若电机7亦损坏，由于不能再对偏心轴2进行驱动，因此使得偏心轴2经由多连杆机构承接活塞的“机构助力”，以此进入最小压缩比位置，并使得发动机保持于该最小压缩比位置运行。

本实施例的可变压缩比发动机控制方法通过对压缩比位置的自学习，可实现对压缩比位置的更新与确认，能够避免可变压缩比机构因机构磨损导致的压缩比控制不准确的问题，由此可保证压缩比的调节效果。与此同时，该控制方法亦能够改善发动机低温启动性能，且可使发动机工作在较佳状态下，并能够避免发动机出现无序变化而导致发动机运行不稳定，而有着很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。