利用可变气门实时控制缸内直喷汽油机当量燃烧的方法与流程

本发明涉及内燃机领域，更具体的说，是涉及一种利用可变气门实时控制缸内直喷汽油机当量燃烧的方法。

背景技术：

早期的汽油机采用气道喷射，形成当量均质混合气再进入缸内。但是，气道喷射会在进气口形成油膜，由于油膜的蒸发导致油量控制延迟和计量偏差，冷机启动时燃油蒸发困难，造成不稳定燃烧，显著加大汽油机的未燃hc排放水平。此外，气道喷射的汽油机是“量调节”来控制负荷大小，即通过控制均质混合气进入缸内的量来控制负荷的大小，这样势必会造成节流损失。随着发动机零部件制造技术的迅速提高，精度高、响应快的电控汽油直喷系统使得缸内直喷技术得到快速的发展。缸内直喷汽油机动机在中、小负荷时采用分层充气工作模式，通过控制喷入气缸的油量来控制发动机的负荷，不采用节气门可以降低泵气损失，从而提高发动机的燃油经济性，比气道喷射汽油机节油20％-30％，同时快速的响应能力能更精确的控制燃烧过程从而具有良好的动力性能。

虽然缸内直喷发动机具有诸多优点，但是其本身也有一些问题，亟待解决。混合气分层稀燃是缸内直喷发动机的燃烧方式。在分层混合过程中，混合气的浓度是非均匀的，因此会在某些区域存在浓度比较大的混合气，而在这些区域站，局部燃烧会导致温度较高，从而导致nox排放较多。另外由于缸内直喷发动机压缩比大，放热速率快，也会引起nox排放升高。原本用于解决化学当量比燃烧的汽油机的三效催化转化器，在缸内直喷汽油机稀燃模式下，转化效率不高，无法满足严格的排放法规，因此缸内直喷稀薄燃烧的排放问题成为一个难题。

随着排放法规的不断加严，鉴于稀燃催化剂技术不成熟导致采用缸内直喷分层混合气稀薄燃烧的汽油机的nox排放无法满足近年来严格的排放法规，2005年以后采用化学当量比以及均质混合气(均质当量比)燃烧模式的gdi发动机逐渐成为主流。缸内直喷化学当量比燃烧发动机所有工况下都在进气冲程早喷，以形成均质混合气，并保持在化学计量比条件下工作，以适应三效催化剂的要求。缸内直喷化学当量比燃烧的汽油机虽然实现了负荷的质调节，即通过控制喷油量来调节负荷，但是为了采用三效催化转化器满足排放法规的要求，还是需要电子节气门等进气节流装置控制进气流量实现化学当量比燃烧，因此不可避免存在节流损失，降低发动机的燃油经济性。本发明的主要目的就是提出一种新的方法，控制缸内的当量燃烧同时，取消电子节气门等进气节流装置，从而提高汽油机的燃油经济性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决以上提出的缸内直喷式汽油机的缺点，提出一种利用可变气门实时控制缸内直喷汽油机当量燃烧的方法，通过负反馈调节控制进气门的关闭时刻来控制缸内的新鲜充量，实现当量燃烧。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明利用可变气门实时控制缸内直喷汽油机当量燃烧的方法，包括以下步骤：

第一步：ecu根据汽油机各个传感器获取的信息，获得此时汽油机的运行状态，计算得到此时所需的喷油脉宽，将信号发送给喷油器，喷油器根据喷油脉宽向缸内喷出燃料；

第二步：ecu根据汽油机此时的运行状态，读取燃烧空燃比map，获得此时汽油机缸内燃烧需要保持的燃烧空燃比；

第三步：氧传感器实时检测排气中的氧气浓度，将氧浓度信号通过信号线传递给ecu，ecu计算出缸内燃烧空燃比；

第四步：ecu将缸内燃烧空燃比与map中对应的空燃比进行比较，ecu向气门驱动机构发出相应的信号调节进气门关闭时刻，从而控制缸内燃烧空燃比。

第四步中缸内燃烧空燃比与map中对应的空燃比进行比较：若缸内燃烧空燃比小于map中对应的空燃比，ecu向气门驱动机构发出相应的信号，气门驱动机构将进气门关闭时刻提前，汽油机的进气量增多，缸内燃烧空燃比提高；若缸内燃烧空燃比大于map中对应的空燃比，ecu向气门驱动机构发出相应的信号，气门驱动机构将进气门关闭时刻推迟，汽油机的进气量降低，缸内燃烧空燃比降低。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明通过负反馈调节控制进气门的关闭时刻来控制缸内的新鲜充量，实现当量燃烧。其中进气门的最晚关闭时刻，应使得气门不与压缩冲程中的活塞产生干涉。若缸内燃烧空燃比小于map中对应的空燃比，ecu向气门驱动机构发出相应的信号，气门驱动机构将进气门关闭时刻提前，汽油机的进气量增多，缸内燃烧空燃比提高；若缸内燃烧空燃比大于map中对应的空燃比，ecu向气门驱动机构发出相应的信号，气门驱动机构将进气门关闭时刻推迟，汽油机的进气量降低，缸内燃烧空燃比降低。

当进气门晚关时，活塞上行过程中会推动已经进入缸内的空气回流，从而减少缸内的新鲜空气。控制进气门的关闭时刻来控制进入缸内的新鲜充量，能够取消电子节气门等节流装置，从而降低泵气损失，提高直喷式汽油机的燃油经济性并能够保证直喷式汽油机三效催化转化装置高效转化排放。

在不接收到来自ecu的信号时，气门驱动机构按照内部设定的配气相位驱动进气门的开启和关闭。在需要改变进气门的关闭时刻时，ecu向气门驱动机构发送信号，气门驱动机构按照ecu设定的进气门的关闭时刻驱动进气门的关闭。通过气门驱动机构对进气门的驱动，能够实现汽油机每循环的进气门的配气相位的实时准确的控制。在保证当量比燃烧的情况下，汽油机的负荷调节是通过控制进气量进行调节的。因此通过控制进气门的关闭时刻能够控制进气量从而控制汽油机的负荷。

附图说明

图1是本发明方法的一种实现装置的示意图。

图2是本发明的原理流程图。

附图标记：1进气道，2气门驱动机构，3排气门，4ecu，5氧传感器，

6排气道，7进气门，8燃烧室，9喷油器，10火花塞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述，所描述的具体实施方式仅对本发明进行解释说明，不用以限制发明。

如图1所示，缸内直喷式汽油机包括燃烧室，燃烧室设置有进气道1和排气道6，进气道1内设置有进气门7，排气道6内设置有排气门3，且排气道6管壁设置有氧传感器5，进气门7设置有气门驱动机构2，气门驱动机构2和氧传感器5均通过信号线与ecu4电连接。燃烧室8还设置有喷油器9和火花塞10，喷油器9应通过信号线与ecu4电连接。

其中，进气门7和排气门3为汽油机的普通配件，与汽油机匹配即可。ecu4是汽油机的控制单元，根据发动机运行状态、缸内的空燃比等信息，输出控制信号传递给气门驱动执行机构2，改变进气门7的关闭时刻，以实现缸内燃烧当量比的控制。燃烧室8形状、喷油器9配置及安装位置、火花塞10位置、气道形状及布置均非本发明关注的重点，示意图仅为示范。凡是本发明的主旨思想内的具体实现方式，均涵盖在本发明范围内，均受本发明专利保护。

其中，气门驱动机构2的具体结构以及形式非本发明的核心，气门驱动机构2在本发明中所实现的主要功能为：在不接收到来自ecu4的信号时，气门驱动机构2按照内部设定的配气相位驱动进气门7的开启和关闭。在需要改变进气门7的关闭时刻时，ecu4向气门驱动机构2发送信号，气门驱动机构2按照ecu4设定的进气门7的关闭时刻驱动进气门7的关闭。通过气门驱动机构2对进气门7的驱动，能够实现汽油机每循环的进气门7的配气相位的实时准确的控制。在保证当量比燃烧的情况下，汽油机的负荷调节是通过控制进气量进行调节的。因此通过控制进气门7的关闭时刻能够控制进气量从而控制汽油机的负荷。

如图2所示，本发明利用可变气门实时控制缸内直喷汽油机当量燃烧的方法，包括以下步骤：

第一步：ecu4根据汽油机各个传感器获取的信息，获得此时汽油机的运行状态，计算得到此时所需的喷油脉宽，将信号发送给喷油器9，喷油器9根据喷油脉宽向缸内喷出一定量的燃料。

第二步：ecu4根据汽油机此时的运行状态，读取燃烧空燃比map，获得此时汽油机缸内燃烧需要保持的燃烧空燃比。

第三步：氧传感器5实时检测排气中的氧气浓度，将氧浓度信号通过信号线传递给ecu4，ecu4通过每循环喷油量等信息计算出缸内燃烧空燃比。缸内燃烧空燃比指的是汽油机在在不同状况所设定的空燃比(例如：起动空燃比、加速空燃比等)。

第四步：ecu4将缸内燃烧空燃比与map中对应的空燃比进行比较，ecu4向气门驱动机构2发出相应的信号调节进气门7关闭时刻，从而控制缸内燃烧空燃比。

本发明通过负反馈调节控制进气门的关闭时刻来控制缸内的新鲜充量，实现当量燃烧。其中进气门的最晚关闭时刻，应使得气门不与压缩冲程中的活塞产生干涉。缸内燃烧空燃比与map中对应的空燃比进行比较具体为：若缸内燃烧空燃比小于map中对应的空燃比，ecu4向气门驱动机构2发出相应的信号，气门驱动机构2将进气门7关闭时刻提前，汽油机的进气量增多，缸内燃烧空燃比提高；若缸内燃烧空燃比大于map中对应的空燃比，ecu4向气门驱动机构2发出相应的信号，气门驱动机构2将进气门7关闭时刻推迟，汽油机的进气量降低，缸内燃烧空燃比降低。

本发明通过负反馈调节控制进气门7的关闭时刻来控制缸内的新鲜充量，实现当量燃烧。当进气门7晚关时，活塞上行过程中会推动已经进入缸内的空气回流，从而减少缸内的新鲜空气。控制进气门7的关闭时刻来控制进入缸内的新鲜充量，能够取消电子节气门等节流装置，从而降低泵气损失，提高直喷式汽油机的燃油经济性并能够保证直喷式汽油机三效催化转化装置高效转化排放。

一般汽油机的当量燃烧时空燃比为14.7，因此以下举例中以空燃比14.7代表当量燃烧。

示例1：假定汽油机运行在1400r/min，50％负荷时。

(1)ecu4根据汽油机各个传感器获取的信息，获得此时汽油机处于加速状态，汽油机需要提高负荷。计算得出此时的喷油脉宽的设定应该从490us提高至500us，将信号发送给喷油器9，喷油器9根据喷油脉宽向缸内喷射燃料。

(2)ecu4根据汽油机此时的运行状态，读取燃烧空燃比map，此时燃烧空燃比应该保持在14.7。

(3)氧传感器5实时检测排气中的氧气浓度，将氧浓度信号通过信号线传递给ecu4，ecu4通过每循环喷油量等信息计算出缸内燃烧空燃比为14.2。

(4)ecu4将缸内燃烧空燃比与map中对应的空燃比进行比较，缸内燃烧空燃比14.2小于14.7。ecu向气门驱动机构2发出相应的信号，气门驱动机构2将进气门7关闭时刻提前。

(5)进气门7关闭时刻提前，汽油机的进气量增多，缸内燃烧空燃比提高。

(6)氧传感器5反馈给ecu4，ecu4重复上述过程，直到缸内燃烧空燃比在map中设定的空燃比数值附近波动。

示例2：假定汽油机运行在1400r/min，50％负荷时。

(1)ecu4根据汽油机各个传感器获取的信息，获得此时汽油机处于加速状态，汽油机需要提高负荷。计算得出此时的喷油脉宽的设定应该从490us降低至480us，将信号发送给喷油器9，喷油器9根据喷油脉宽向缸内喷射燃料。

(2)ecu4根据汽油机此时的运行状态，读取燃烧空燃比map，此时燃烧空燃比应该保持在14.7。

(3)氧传感器5实时检测排气中的氧气浓度，将氧浓度信号通过信号线传递给ecu4，ecu4通过每循环喷油量等信息计算出缸内燃烧空燃比为14.9。

(4)ecu4将缸内燃烧空燃比与map中对应的空燃比进行比较，缸内燃烧空燃比14.9大于14.7。ecu4向气门驱动机构2发出相应的信号，气门驱动机构2将进气门关闭时刻推迟。

(5)进气门7关闭时刻推迟，汽油机的进气量降低，缸内燃烧空燃比降低。

(6)氧传感器5反馈给ecu4，ecu4重复上述过程，直到缸内燃烧空燃比在map中设定的空燃比数值附近波动。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。