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

本申请要求保护于2015年12月11日提交的韩国专利申请第10-2015-0177463号的优先权和权益，其全部内容通过引证结合于此。

本公开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及方法。

背景技术：

本部分中的陈述仅提供了与本公开有关的背景信息并且可不构成现有技术。

内燃机通过设定的点火模式燃烧以预定比例混合的燃料和空气的混合气体，以通过利用爆炸压力产生动力。

通常，凸轮轴通过与曲轴连接的正时带驱动，其通过爆炸压力将活塞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，空气被吸入到燃烧室中，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，仅当根据发动机的转动速度和负载控制气门升程和气门打开/关闭时间(正时)时，才能确保改进发动机性能。因此，开发了控制发动机的进气门和排气门的打开持续时间的连续可变气门持续时间(cvvd)装置以及控制发动机的进气门和排气门的打开正时和关闭正时的连续可变气门正时(cvvt)装置。

cvvd装置调节气门的打开持续时间(打开时间)。此外，在气门的持续时间固定的情况下，cvvt装置提前或延迟气门的打开和关闭正时。换言之，当气门的打开正时被确定时，根据气门的持续时间自动确定关闭正时。

背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开的背景部分的理解，并因此，上述信息可包含不构成对于本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

从本文提供的描述中将使应用性的其他领域变得显而易见。应当理解的是，该描述和具体实施例仅旨在用于示出的目的而并非旨在限制本公开的范围。

技术实现要素：

本公开提供了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，其通过将连续可变气门持续时间装置安装在涡轮发动机的进气口上并且将两级可变气门持续时间装置和连续可变气门正时装置安装在涡轮发动机的排气口上而同时控制连续可变气门的持续时间和正时。

根据本公开的一种形式的用于控制在进气口处设置有连续可变气门持续时间(cvvd)装置并且在排气口处设置有两级可变气门持续时间(vvd)装置和连续可变气门正时(cvvt)装置的涡轮发动机的气门正时的方法可包括：根据发动机负载和发动机速度，将多个控制区域分类；在第一控制区域中，将最大持续时间应用于进气门，并且将长持续时间应用于排气门；在第二控制区域中，将最大持续时间应用于进气门、将长持续时间应用于排气门，并且维持最大气门重叠；在第三控制区域中，将长持续时间应用于排气门，并且将进气门关闭(ivc)正时和排气门关闭(evc)正时提前；在第四控制区域中，将短持续时间应用于排气门，并且将ivc正时控制为接近于下死点(bdc)；在第五控制区域中，将节气门控制为完全打开、将短持续时间应用于排气门，并且将ivc正时控制为bdc之后的角；并且在第六控制区域中，将节气门控制为完全打开、将长持续时间应用于排气门，并且控制ivc正时以减少爆震。

在第一控制区域中，evc正时可被设定为能够维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加，可通过延迟evc正时而维持最大气门重叠。

在第三区域中，当发动机速度小于一预定速度时，ivc正时可被提前至接近于下死点(bdc)，并且当发动机速度等于或大于预定速度时，ivc正时可被提前至bdc之后的角。

在第四控制区域中，evc正时可被控制为接近于上死点(tdc)以减少气门重叠。

在第五控制区域中，排气门打开(evo)正时可被延迟以减少排气干扰，并且evc正时可被控制为上死点(tdc)之后的角以维持催化剂温度。

在第六控制区域中，排气门打开(evo)正时可被提前至下死点(bdc)之后的角，并且evc正时可被控制为接近于上死点(tdc)，以抑制或防止排气泵送。

根据本公开的一种形式的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可包括：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持续时间；两级可变气门持续时间(vvd)装置，以两级方式控制发动机的排气门的打开持续时间；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，基于来自数据检测器和凸轮轴位置传感器的信号根据发动机速度和发动机负载将多个控制区域分类，并且根据控制区域控制进气cvvd装置、排气两级vvd装置和排气cvvt装置的操作，其中，在第一区域中，控制器将最大持续时间应用于进气门并且将长持续时间应用于排气门；在第二控制区域中，控制器将最大持续时间应用于进气门、将长持续时间应用于排气门，并且维持最大气门重叠；在第三控制区域中，控制器将长持续时间应用于排气门，并且将进气门关闭(ivc)正时和排气门关闭(evc)正时提前；在第四控制区域中，控制器将短持续时间应用于排气门，并且将ivc正时控制为接近于下死点；在第五控制区域中，控制器将节气门控制为完全打开、将短持续时间应用于排气门，并且将ivc正时控制为bdc之后的角；并且在第六控制区域中，控制器将节气门控制为完全打开、将长持续时间应用于排气门，并且控制ivc正时以减少或防止爆震。

在第一控制区域中，控制器可将evc正时设定为能够维持燃烧稳定性的最大值。

在第二控制区域中，控制器根据发动机负载的增加通过延迟evc正时来维持最大气门重叠。

在第三区域中，当发动机速度小于一预定速度时，控制器可将ivc正时提前至接近于下死点(bdc)，并且当发动机速度等于或大于预定速度时，控制器可将ivc正时提前至bdc之后的角。

在第四控制区域中，控制器可将evc正时控制为接近于上死点(tdc)以减少气门重叠。

在第五控制区域中，控制器可将排气门打开(evo)正时延迟以减少排气干扰，并且可将evc正时控制为上死点(tdc)之后的角以维持催化剂温度。

在第六控制区域中，控制器可将排气门打开(evo)正时提前至下死点(bdc)之后的角，并且可将evc正时控制为接近于上死点(tdc)，以抑制或防止排气泵送。

根据本公开的一种形式，连续可变气门的持续时间和正时被同时控制，因此发动机可以在改进的条件下被控制。

进气门和排气门的打开正时和关闭正时被控制，由此改进局部负载条件下的燃料效率以及高负载条件下的功率性能。此外，通过增加有效压缩比可以减少用于启动的燃料量，并且通过缩短用于加热催化剂的时间可以减少排出气体。

进一步地，因为在排气口处使用两级可变气门持续时间装置代替连续可变气门持续时间装置，所以可以在维持功率性能的同时降低生产成本。

从本文提供的描述中将使应用性的其他领域变得显而易见。应当理解的是，该描述和具体实施例仅旨在用于示出的目的而并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了很好地理解本公开，现将参考所附附图描述通过实例方式给出的各种形式，附图中：

图1是示出了用于控制根据本公开的一种形式的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是示出了根据本公开的一种形式的设置有连续可变气门正时装置的进气口与设置有两级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是示出了用于控制根据本公开的一种形式的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4a至图4c是示出了根据本公开的根据发动机负载和发动机速度的进气门的持续时间、打开正时和关闭正时的图表；并且

图5a至图5c是示出了根据本公开的根据发动机负载和发动机速度的排气门的持续时间、打开正时和关闭正时的图表。

本文描述的附图仅用于示出的目的而并非旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

下列描述在性质上仅是示例性而并非旨在限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的参考标号表示类似或对应的部件和特征。

本领域技术人员应当认识到，在完全不背离本公开的实质或范围的情况下可以通过各种不同的方式修改所描述的形式。

在本说明书和所附的权利要求中，除非明确相反地描述，否则术语“包括(comprise)”及诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”等变型将被理解为意指包括所述的元件，但并不排除任何其他元件。

在整个说明书中，相同的参考标号表示相同的元件。

应当理解的是，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他相似术语包括电动车辆，电动车辆包括通用混合动力车辆、插电式电动车辆以及其他可替代燃料(例如，源自于除汽油之外的资源的燃料)车辆。如本文提及的，混合电动车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，兼具汽油动力和电动力的车辆。

此外，应当理解的是，一些方法可以通过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，其被配置为执行被视为其算法结构的一个或多个步骤。存储器被配置为存储算法步骤，并且处理器被具体配置为执行所述算法步骤，以执行下面进一步描述的一个或多个过程。

此外，本公开的控制逻辑可实施为包含由由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质。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、闪存盘、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质还能分布在连接网络的计算机系统中，使得例如通过远程信息处理或控制器局域网络(can)以分布式方式储存并执行计算机可读介质。

图1是示出了用于控制根据本公开的一种形式的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。

在本公开的一种形式中，发动机(作为车辆的动力源)是包括涡轮增压器的涡轮发动机。

如图1所示，用于控制根据本公开的一种形式的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、排气两级可变气门持续时间(vvd)装置50、排气连续可变气门正时(cvvt)装置55以及节气门60，尽管其他传感器或系统可以用于检测或确定期望的数据。

数据检测器10检测与车辆的运行状态有关的数据以用于控制cvvt装置和vvd装置，并且包括车辆速度传感器11、发动机速度传感器12、燃油温度传感器13、空气流量传感器14以及油门踏板位置传感器(aps)15。

车辆速度传感器11检测车辆速度并且将与其对应的信号传输至控制器30。车辆速度传感器11可安装在车辆的车轮上。

发动机速度传感器12从曲柄轴或凸轮轴的相位变化检测发动机速度并且将与其对应的信号传输至控制器30。

燃油温度传感器(ots)13检测流经燃油控制气门(ocv)的燃油的温度并且将与其对应的信号传输至控制器30。

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可以确定由燃油温度传感器13检测的燃油温度。因此，在一种形式中，燃油温度传感器13可包括冷却剂温度传感器，并且燃油温度应被理解为冷却剂温度。

空气流量传感器14检测流入进气歧管中的空气量并且将与其对应的信号传输至控制器30。

油门踏板位置传感器(aps)15检测驾驶员推动油门踏板的程度并且将与其对应的信号传输至控制器30。当油门踏板被完全压下时，油门踏板的位置值是100％，并且当油门踏板完全没有被压下时，油门踏板的位置值是0％。

可以使用安装在进气通道上的节气门位置传感器(tps)代替油门踏板位置传感器15。因此，在一种形式中，油门踏板位置传感器15可包括节气门位置传感器，并且油门踏板的位置值应被理解为节气门的打开值。

凸轮轴位置传感器20检测凸轮轴角的位置并且将与其对应的信号传输至控制器30。

图2是示出了根据本公开的一种形式的设置有连续可变气门持续时间装置的进气口以及设置有两级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。

如图2所示，连续可变气门持续时间装置安装在进气口上，并且两级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，在本公开的一种形式中，进气门打开正时(ivo)是固定的。例如，ivo正时可以固定为上死点(tdc)之前的约0度至10度的角，以在燃料效率方面有利。

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持续时间。

排气两级可变气门持续时间(vvd)装置50根据来自控制器30的信号而以两级方式控制发动机的排气门的持续时间。因为使用由电磁阀操作的两级vvd装置50代替cvvd装置，所以可以省去用于操作cvvd装置的电机和传感器，从而降低生产成本。

如果排气门持续时间(evd)变长，则可以改进车辆的燃料效率和高速性能，但低速性能可能会劣化。因此，通过试验可以设定用于低速性能的短持续时间和用于高速性能的长持续时间。例如，短持续时间可以被设定为约180度至210度的角，并且长持续时间可以被设定为约240度至250度的角。

排气两级vvd装置50可通过切换将短持续时间和长持续时间应用于排气门。

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调节流入进气歧管中的空气量。

控制器30根据基于数据检测器10和凸轮轴位置传感器20的信号的发动机速度和发动机负载将多个控制区域分类，并且控制进气cvvd装置40、排气两级vvd装置50、排气cvvt装置55以及节气门60的操作。这里，多个控制区域可被分类为六个区域。

在第一控制区域中，控制器30将最大持续时间应用于进气门并且将长持续时间应用于排气门；在第二控制区域中，控制器将最大持续时间应用于进气门，将长持续时间应用于排气门并且维持最大气门重叠；在第三控制区域中，控制器将长持续时间应用于排气门并且将进气门关闭(ivc)正时和排气门关闭(evc)正时提前；在第四控制区域中，控制器将短持续时间应用于排气门并且将ivc正时控制为接近于下死点(bdc)；在第五控制区域中，控制器将节气门控制为完全打开，将短持续时间应用于排气门，并且将ivc正时控制为bdc之后的角；在第六控制区域中，将节气门控制为完全打开，将长持续时间应用于排气门，并且控制ivc正时以防止或减少爆震。

出于这些目的，控制器30可以用由预定程序执行的至少一个处理器实现，并且该预定程序可以被编程，以便执行用于控制根据本公开的一种形式的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。

例如，在由计算机或类似装置通过使用软件、硬件或其组合读取的记录介质内可以实现本文描述的各种形式。

例如，通过使用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理装置(dspd)、可编程逻辑装置(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器以及设计成执行任何其他功能的电子单元中的至少一个可以实现本文描述的各种形式的硬件。

通过独立的软件模块可以实现诸如本公开中描述的形式的程序和功能的软件。每个软件模块均可执行本公开中描述的一个或多个功能和操作。通过以适当编程语言编写的软件应用程序可以实现软件代码。

在下文中，将参考图3a至图5c详细描述用于控制根据本公开的一种形式的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4a至图4c是示出了根据发动机负载和发动机速度的进气门的持续时间、打开正时和关闭正时的图表，并且图5a至图5c是示出了根据发动机负载和发动机速度的排气门的持续时间、打开正时和关闭正时的图表。

如图3a和图3b所示，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始于在步骤s100的根据发动机负载和发动机速度将多个控制区域分类。在图4a至图5c中指出了第一控制区域至第六控制区域。

当发动机负载小于第一预定负载时，控制器30可将控制区域分类为第一控制区域，当发动机负载等于或大于第一预定负载且小于第二预定负载时，将控制区域分类为第二控制区域，并且当发动机负载等于或大于第二预定负载且小于第三预定负载时，将控制区域分类为第三控制区域。此外，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且小于第二预定速度时，控制器30可将控制区域分类为第四控制区域，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，可将控制区域分类为第五控制区域，并且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，可将控制区域分类为第六控制区域。

同时，如图4a至图5c所示，在进气门持续时间(ivd)映射和排气门持续时间(evd)映射中指出了曲柄角。此外，进气门打开(ivo)正时映射中标示的数字表示在上死点(tdc)之前，进气门关闭(ivc)正时映射中标示的数字表示在下死点(bdc)之后，排气门打开(evo)正时映射中标示的数字表示在bdc之前，并且排气门关闭(evc)正时映射中标示的数字表示在tdc之后。图4a至图5c中示出的区域和曲线仅是用于描述本公开的一种形式的实例，并且本公开不局限于此。

在步骤s100，当根据发动机负载和发动机速度将控制区域分类时，在步骤s110，控制器30确定当前发动机状态是否属于第一控制区域。

在步骤s110，当发动机负载小于第一预定负载时，控制器30确定当前发动机状态属于第一控制区域。在这种情况下，在步骤s120，控制器30将最大持续时间应用于进气门、将长持续时间应用于排气门，并且控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且排气门尚未关闭的状态。

换言之，当发动机在低负载条件下运转时，控制器30可固定ivc正时，以将最大持续时间应用于进气门。如图4c所示，ivc正时可被固定为下死点(bdc)之后的约100度至110度的角。

此外，控制器30通过在tdc之后的方向上移动evc正时可以将evc正时设定为能够维持燃烧稳定性的最大值。在这种情况下，因为长持续时间应用于排气门，所以控制器30将evo正时控制为bdc之前的约40度至50度的角。

在步骤s110，当当前发动机状态不属于第一控制区域时，在步骤s130，控制器30确定当前发动机状态是否属于第二控制区域。

在步骤s130，当发动机负载等于或大于第一预定负载且小于第二预定负载时，控制器30确定当前发动机状态属于第二控制区域。在这种情况下，在步骤s140，控制器30将最大持续时间应用于进气门、将长持续时间应用于排气门，并且维持最大气门重叠。

根据发动机负载的增加，控制器30通过在tdc之后的方向上延迟evc正时可以维持最大气门重叠。

当在tdc之后的方向上延迟evc正时时，随着气门重叠的增加，进气泵送可降低，然而，因为evo正时接近于bdc，所以排气泵送可增加。因为在第二控制区域中使用排气门的长持续时间，所以排气泵送未劣化并且可以使用最大气门重叠。

此外，控制器30可根据发动机负载的增加将最大持续时间应用于进气门以防止爆震，并且可将后进气门关闭(livc)位置维持在bdc之后的约100度至110度的角。

在步骤s130，当当前发动机状态不属于第二控制区域时，在步骤s150，控制器30确定当前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且小于第三预定负载时，控制器30确定当前发动机状态属于第三控制区域。在这种情况下，在步骤s160，控制器30将长持续时间应用于排气门并且将ivc正时和evc正时提前。

在第一控制区域和第二控制区域中，ivc正时被控制至livc位置(bdc之后的约100度至11度的角)。当ivc正时被定位在livc位置时，随着发动机负载的增加，升压压力也可增加，可能发生爆震，并且燃料可能劣化。为了防止或减少上述现象，控制器30在发动机负载相对较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可将ivc正时快速地提前至接近于bdc，并且当发动机速度等于或大于预定速度时，控制器可将ivc正时缓慢地提前至bdc之后的约30度至50度的角。预定速度可以为约1500rpm。

此外，因为在第一控制区域和第二控制区域中使用最大气门重叠，所以控制器30可以将evc正时提前。

在步骤s150，当当前发动机状态不属于第三控制区域时，在步骤s170，控制器30确定当前发动机状态是否属于第四控制区域。

在步骤s170，当控制器30确定当前发动机状态属于第四控制区域时，在步骤s180，控制器30将短持续时间应用于排气门并且将ivc正时控制为接近于bdc。

第四控制区域可以是低升压区域，在该低升压区域中，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且小于第二预定速度。例如，第一预定速度可以为约1500rpm，并且第二预定速度可以为约2500rpm。

在第四控制区域中，当ivc正时接近于bdc时，可以提高燃料效率。在本公开的一种形式中，因为ivc正时是固定的，所以当将ivc正时被控制为接近于bdc时，进气门持续时间可被控制为短持续时间(例如，约180度)。

此外，控制器30将evc正时控制为接近于tdc，以减少气门重叠。出于此目的，控制器30可将短持续时间代替长持续时间应用于排气门。参考图5c中所示的切换线，切换线的左侧是应用短持续时间的区域，并且切换线的右侧是应用长持续时间的区域。

在步骤s170，当当前发动机状态不属于第四控制区域时，在步骤s190，控制器30确定当前发动机状态是否属于第五控制区域。

在步骤s190，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则确定当前发动机状态是否属于第五控制区域。在这种情况下，在步骤s200，控制器30将节气门控制为完全打开、将短持续时间应用于排气门、并且将ivc正时控制为bdc之后的角。

在涡轮发动机中，在发动机速度小于第一预定速度(例如，约1500rpm)的第五控制区域中，当节气门完全打开时(即，wot；节气门全开)，进气端口压力可变得比排气端口压力更高。因此，与自然吸气式发动机相比较，容易产生扫气现象。然而，在本公开的一种形式中，因为ivo正时是固定的，所以扫气现象不大。因此，evo正时和evc正时可以用于通过减少排气干扰来补充扫气现象。换言之，控制器30将bdc之前的evo正时延迟，以减少排气干扰，并且将evc正时控制在tdc之后的约30度的角内，以将催化剂温度维持在预定范围内。在这种情况下，控制器30将短持续时间应用于排气门。

在步骤s190，当当前发动机状态不属于第五控制区域时，在步骤s210，控制器30确定当前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确定当前发动机状态属于第六控制区域。在这种情况下，在步骤s220，控制器30将节气门控制为完全打开、将长持续时间应用于排气门，并且控制ivc正时以防止爆震。

当发动机速度等于或大于第二预定速度(例如，约2500rpm)时，因为排气端口压力显著大于进气端口压力，所以扫气现象减小。因此，控制器30将evo正时提前至bdc之后的约30度的角并且将evc正时控制为接近于tdc以防止或减少排气泵送。在这种情况下，控制器30通过切换在第五控制区域中应用的短持续时间而将长持续时间应用于排气门。

同时，当在高速条件下执行wot控制时，自然吸气式发动机中几乎不会发生爆震。而相反，涡轮发动机中容易发生爆震。因此，控制器30将bdc之后的约50度角内的ivc正时提前，以降低升压压力，使得防止或减少爆震。

如上所述，根据本公开的一种形式，同步控制连续可变气门的持续时间和正时，因此可以在期望条件下控制发动机。

进气门和排气门的打开正时和关闭正时被适当控制，提高了局部负载条件下的燃料效率和高负载条件下的功率性能。此外，通过增加有效的压缩比可以减少用于启动的燃料量，并且通过缩短用于加热催化剂的时间可以减少排出的气体。

进一步地，因为在排气口处使用两级可变气门持续时间装置代替连续可变气门持续时间装置，所以在维持功率性能的同时可以降低生产成本。

尽管已经结合目前视为实际的形式描述了本公开，然而应当理解的是，本公开并不局限于所公开的形式，而相反，本公开旨在覆盖包括在本公开的实质和范围内的各种修改以及等同布置。

本公开的描述在性质上仅是示例性的，因此，不背离本公开的实质的变型旨在落在本公开的范围内。这种变型不被视为背离于本公开的实质和范围。