CN101603455A - 用于发动机充气控制的空气控制***及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于发动机充气控制的空气控制***及其方法。空气截止阀安装在提供压缩空气的空气罐和调节废气旁通阀开度的废气门控制阀之间。当向发动机控制单元输入怠速确认开关信号时,空气截止阀设计成切断通道。

Description

用于发动机充气控制的空气控制***及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年6月9日提交的申请号为10-2008-0053750的韩国专利的优先权,该申请的全部内容在此出于所有目的通过引用而被并入。
技术领域
本发明涉及空气控制***及方法,其用于防止用于废气门控制阀的控制的空气在发动机怠速过程中持续地消耗,其中废气门控制阀用于控制涡轮增压器(turbo charger)的废气旁通阀的开度。
背景技术
(压缩)天然气发动机的控制分为进气量控制、喷射燃料量控制以及点火定时控制。尤其,由于天然气发动机是空气燃料比控制发动机,控制进气量就非常重要。
在天然气发动机中,吸入空气量的控制通过控制涡轮增压器的充气程度(charging degree)来实现,涡轮增压器充气程度通过控制涡轮增压器废气旁通阀的开度从而调节废气的旁路量来控制。
图1所示为进气/废气***的总体结构。
涡轮增压器1的压缩机1a和涡轮1b分别安装在发动机2的进气管和排气管上,而且相互连接在同一轴上以整体旋转。
废气旁通阀3安装在废气管上以形成连接涡轮1b的前部和后部的旁通通路。废气旁通阀3的开度由通过空气压力操作的隔膜(diaphragm)3a来控制。向隔膜3a提供启动压力的压缩空气由与发动机互锁的空气压缩机4产生,且将压缩空气存储在空气罐5内并供给废气门控制阀6,从而作用于隔膜3a。
在废气旁通阀3的开度控制中,发动机控制单元7控制压缩空气的量,压缩空气是从空气罐5供给的,以PWM(脉宽调制)方法控制废气门控制阀6的开度从而通过允许剩余空气不被释放到空气中以作用于隔膜3a上来控制废气旁通阀3的阀板的开度,这样,压缩空气被释放到空气中。
因为当废气门控制阀6将空气罐5供给的所有空气释放到空气中时,作用力没有施加在隔膜3a上,废气旁通阀3被关闭,由此,充气量达到最大,同时,在通过完全闭合废气门控制阀6而不将空气释放到空气中的情况下所有空气作用于隔膜3a上时,废气旁通阀3被完全开启,由此,废气旁通量达到最大且充气量达到最小。
废气旁通阀3的开度与发动机控制单元7的PWM信号成比例地被线性控制。通过在发动机怠速时关闭废气旁通阀3,充气量控制在很大,使得考虑到车辆的启动任务,车辆能够快速起动。
相应地,为了保持废气旁通阀3的关闭状态,发动机控制单元7通过完全开启废气门控制阀6连续地将提供给空气罐5的空气释放到空气中。
然而,因为这个原因,由于空气罐5内的空气连续地排出,空气压缩机4连续被开动,增加了发动机负载。另外,由于新输入的压缩空气被立即充入到空气罐5中,通过安装在空气压缩机4与空气罐5之间的空气干燥器8不能充分除去湿气,从而导致空气管道在冬天冻结。
相应地,在发动机输出减小以及空气管道由于冻结而堵塞的情况下,空气不能顺利地供给到空气罐5,由此,采用废气门控制阀6和废气旁通阀3的充气控制不能正常进行。因此,发动机进气量的控制不能正常进行。
附图标记9表示气压调节器,其作用是将空气罐5的高压减少至适当压力,例如9bar至2bar。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明通用背景技术的理解,而不应当被视作是认可或以任何形式暗示该信息形成本领域普通技术人员已经知晓的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面涉及提供用于发动机充气控制的空气控制***及其方法,其中,在发动机怠速时,在保持废气旁通阀的关闭状态的同时,通过废气门控制阀来防止空气被连续排出,通过防止空气罐内的空气排出来防止发动机输出由于空气压缩机的连续启动而降低,并且通过保证从空气像提供的空气有充分的除湿时间来防止空气管道在冬季由于湿气结冻而堵塞。
在本发明一方面,用于发动机充气控制的控制***可以包括:涡轮增压器,其安装在发动机的进气管和排气管中;废气旁通阀(wastegate valve),其安装在排气管中,以使废气旁通到排气管下游;废气门控制阀(wastegate control valve),其接收从空气罐提供的空气,并提供空气的一部分作为用于控制废气旁通阀的致动空气;空气截止阀,其通过将空气罐和废气门控制阀流体连接的供气通道安装在空气罐的下游;以及控制单元,其控制废气门控制阀和空气截止阀的操作。
空气截止阀可以由控制单元加以开/关控制。
空气截止阀可以在开启状态下切断供气通道,并在关闭状态下开启供气通道。
空气截止阀可以是电磁阀。
当向控制单元输入怠速确认开关信号(idle validation switch signal,IVS)时,控制单元向空气截止阀产生空气截止阀开启信号。
IVS信号可以在加速踏板中产生,以确定在行驶中的怠速状态。
当没有输入IVS信号时,控制单元可以根据脚踏板位置(foot pedal position,FPP)信号来控制废气门控制阀。
FPP信号可以由加速踏板的控制量确定。
当没有输入IVS信号时,控制单元可以向空气截止阀产生空气截止阀关闭信号。
当没有输入怠速确认开关信号时,控制单元根据脚踏板位置(FPP)信号控制废气门控制阀。
FPP信号可以由加速踏板的控制量确定。
在本发明另一方面,用于发动机充气控制的空气控制方法可以包括:怠速信号输入步骤,其中确定是否输入了怠速确认开关信号(IVS);和空气截止阀致动步骤,其中,在IVS信号输入步骤中,当输入了IVS信号时,通过向空气截止阀产生空气截止阀开启信号来切断至废气门控制阀的供气通道,而当没有输入IVS信号时,通过向空气截止阀产生空气截止阀关闭信号来开启供气通道。
上述方法可以进一步包括:废气门控制阀致动步骤,其中,在空气截止阀致动步骤中,当空气截止阀处于开启状态时,完全开启废气门控制阀,而当空气截止阀处于关闭状态时,与脚踏板位置(FPP)信号成比例地调节废气门控制阀的开启量。
在废气门控制阀致动步骤中,当没有输入IVS信号时,控制单元可以根据脚踏板位置信号以PWM方法线性地控制废气门控制阀的开启量。
上述方法可以进一步包括:废气旁通阀致动步骤,其中,在废气门控制阀致动步骤中,当废气门控制阀完全开启时,完全切断废气旁通阀,而当根据FPP信号控制废气门控制阀的开启量时,根据废气门控制阀的开启量来控制废气旁通阀的开启量。
在本发明的再一个方面,用于发动机充气控制的空气控制方法可以包括:怠速信号输入步骤,其确定是否输入了怠速确认开关信号(IVS);空气截止阀致动步骤,其中,在IVS信号输入步骤中,当输入了IVS信号时,通过向空气截止阀产生空气截止阀开启信号来切断至废气门控制阀的供气通道,而当没有输入IVS信号时,通过向空气截止阀产生空气截止阀关闭信号来开启供气通道;废气门控制阀致动步骤,其中,在空气截止阀致动步骤中,当空气截止阀处于开启状态时,完全开启废气门控制阀,而当空气截止阀处于关闭状态时,与脚踏板位置(FPP)信号成比例地调节废气门控制阀的开启量;以及废气旁通阀致动步骤,其中,在废气门控制阀致动步骤中,当废气门控制阀完全开启时,完全切断废气旁通阀,而当根据FPP信号控制所述废气门控制阀的开启量时,根据废气门控制阀的开启量来控制废气旁通阀的开启量。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点,这些特征和优点如并入本文中的附图以及以下的具体实施方式中所详细描述,或者由其将是显而易见的,附图和具体实施方式一起用于阐明本发明的某些原理。
附图说明
图1示出了用于控制进气量的一般充气控制***的结构的框图。
图2示出了根据本发明的用于发动机充气控制的示例性空气控制***的结构的框图。
图3是根据本发明的用于发动机充气控制的示例性空气控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细地参照本发明的各个实施方式,其实施例图示在附图中,并在下文加以说明。尽管本发明将结合示例性实施方式进行描述,但应当理解,本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反,本发明不仅要涵盖这些示例性实施方案,还要涵盖各种替换方式、变化方式、等同方式和其它实施方式,其均可以包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内。
参见图2,在天然气发动机的进/排气***中,涡轮增压器1安装在发动机2的进/排气管中,涡轮增压器1包括废气旁通阀3,其开度由通过空气压力致动的隔膜3a来控制。
涡轮增压器1进一步包括废气门控制阀6,以控制废气旁通阀3的开度。用于控制废气门控制阀6的压缩空气由通过发动机2开动的空气压缩机4产生,并储存在空气罐5中。压缩空气通过空气压力调节器9减压至适当压力,并提供给废气门控制阀6。
空气压缩机4和空气罐5之间设置有空气干燥器8,以去除空气中的湿气。
废气门控制阀6的开度由发动机控制单元7发送的PWM信号控制。
在上述结构中,根据本发明各种实施方式,空气截止阀10安装在空气罐5与废气门控制阀6之间的液流通道上。更具体地说,空气截止阀10安装在空气压力调节器9下游的一部分处(废气门控制阀方向侧)。
由发动机控制单元7加以开/关控制的空气截止阀10,在开启状态下切断液流通道,在关闭状态下开启液流通道。
发动机控制单元7的空气截止阀开、关信号跟随于根据加速踏板11的操作状态产生的IVS(怠速确认开关)信号。也就是说,当输入了怠速确认开关信号时,产生空气截止阀开启信号,而当怠速确认开关信号没有输入时,产生空气截止阀关闭信号。
下文将描述用于发动机充气控制的空气控制方法。
根据本发明其他实施方式,用于发动机充气控制的空气控制方法包括:确定是否输入了来自加速踏板11的IVS信号的怠速确认信号输入步骤S1;空气截止阀致动步骤S2,其根据是否输入了IVS信号,当输入了IVS信号时,通过产生空气截止阀开启信号来允许空气截止阀10切断至废气旁通阀6的供气通道,当没有输入IVS信号时,通过空气截止阀关闭信号允许空气截止阀10开启供气通道;废气门控制阀致动步骤S3,其当在空气截止致动步骤S2中,空气截止阀10处于开启状态时,通过将废气门控制阀6的PWM量设定成100%来完全开启废气门控制阀6,当空气截止阀10处于关闭状态时,在0至100%的范围内将废气门控制阀6的PWM量调节成与脚踏板位置(FPP)信号即加速踏板11的操作量成比例;以及废气旁通阀致动步骤S4,在该步骤中,当在废气门控制阀致动步骤S3中,废气门控制阀6完全开启时,废气旁通阀3完全切断,以获得最大充气量,废气门控制阀6的开度根据PWM信号控制,以调节废气旁通阀3的开度。
也就是说,行驶中当发动机的驱动状态转换为怠速状态时(IVS信号输入步骤S1),加速踏板11中产生的IVS信号输入给发动机控制单元7。
随后,发动机控制单元7产生空气截止阀开启信号,接收到空气截止开启信号的空气截止阀10切断从空气罐5到废气门控制阀6的通道(空气截止阀致动步骤S2)。
这时,由于发动机处于怠速状态,从发动机控制单元7输入给废气门控制阀6的PWM信号是阀全开信号(PWM=100%),由此,废气门控制阀6处于完全开启状态(废气门控制阀致动步骤S3)。
相应地,从空气罐5供给的空气被排放到空气中,而并没有通过废气门控制阀6提供给废气旁通阀3的隔膜3a。
因此,废气旁通阀3处于关闭状态(开度0%),这样,废气并没有通过废气旁通阀3而旁通,由此,吸入空气在怠速状态以与相关技术相同的方式充气。
这时,只有保持在空气截止阀10与废气门控制阀6之间的通道上的空气被排放到空气中,保留在空气罐5中的空气并没有通过空气截止阀10排放,由此,空气罐5中的压缩空气并没有被排出。
因此,由于不需要开动空气压缩机4以充填废气,不会发生因开动空气压缩机4造成的发动机输出减小。
基于相同的原因,由于不需要在空气罐5中迅速填充压缩空气,空气干燥器8中不够潮湿的空气没有供给空气罐5。相应地,空气管道在冬季没有结冻,从而防止由于空气管道结冻造成的进气量不能被正常控制。
同时,当车辆再次启动时,由于没有输入IVS信号(IVS信号输入步骤S1),根据取决于加速踏板11的控制量而产生的脚踏板位置(FPP)信号,能够实现正常加速控制。
也就是说,当没有输入IVS信号时,发动机控制单元7通过关闭空气截止阀10而开启通道(空气截止阀致动步骤S2),从而允许压缩空气正常地从空气罐5提供给废气门控制阀6。
发动机控制单元7产生PWM信号,用以根据从加速踏板11输入的脚踏板位置信号来线性地控制废气门控制阀6的开度,并且废气门控制阀6的开度由PWM信号控制(废气门控制阀致动步骤S3)。
相应地,根据废气门控制阀6的开度,从空气罐5提供的部分空气排放到空气中,其余的剩余空气作为致动空气作用于废气旁通阀3的隔膜3a,以控制废气旁通阀3的开度(废气旁通阀致动步骤S4),由此,发动机2的进气量以与不安装空气截止阀10的情况相同的方式根据FPP信号加以控制。
为便于所附权利要求的解释和准确定义,术语““前”和“后”用于参照附图所示出的特征的位置来描述示例性实施方式的这些特征。
出于解释和描述的目的,已经进行了对本发明具体示例性实施方式的前述描述。它们不是要对本发明进行穷尽或将其限制于所公开的精确形式,显然,鉴于上述教导可以进行多种更改和变化。选择和描述示例性实施方式,以便解释本发明的某些原理及其实际应用,从而使本领域技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施方式,以及其各种替代方式和变化方式。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同方式加以限定。

Claims (13)

1.一种用于发动机充气控制的控制***,包括:
涡轮增压器,其安装在发动机的进气管和排气管中;
废气旁通阀,其安装在所述排气管中,以将废气旁通到所述排气管下游;
废气门控制阀,其接收从空气罐提供的空气,并提供所述空气的一部分作为用于控制所述废气旁通阀的致动空气;
空气截止阀,其通过将所述空气罐和所述废气门控制阀流体连接的供气通道安装在所述空气罐的下游;以及
控制单元,其控制所述废气门控制阀和所述空气截止阀的操作。
2.如权利要求1所述的***,其中所述空气截止阀由所述控制单元加以开/关控制,所述空气截止阀在开启状态下切断所述供气通道,并在关闭状态下开启所述供气通道,并且所述空气截止阀是电磁阀。
3.如权利要求1所述的***,其中,当向所述控制单元输入怠速确认开关信号(IVS)时,所述控制单元向所述空气截止阀产生空气截止阀开启信号。
4.如权利要求3所述的***,其中,在加速踏板中产生所述IVS信号,以确定在行驶中的怠速状态。
5.如权利要求3所述的***,其中,当没有输入所述IVS信号时,所述控制单元根据脚踏板位置(FPP)信号控制所述废气门控制阀。
6.如权利要求5所述的***,其中,所述FPP信号由加速踏板的控制量确定。
7.如权利要求3所述的***,其中,当没有输入IVS信号时,所述控制单元向所述空气截止阀产生空气截止阀关闭信号。
8.如权利要求7所述的***,其中,当没有输入所述怠速确认开关信号时,所述控制单元根据脚踏板位置(FPP)信号控制所述废气门控制阀。
9.一种用于发动机充气控制的空气控制方法,包括:
怠速信号输入步骤,其中,确定是否输入了怠速确认开关信号(IVS);和
空气截止阀致动步骤,其中,在所述IVS信号输入步骤中,当输入了所述IVS信号时,通过向空气截止阀产生空气截止阀开启信号来切断至废气门控制阀的供气通道,而当没有输入所述IVS信号时,通过向所述空气截止阀产生空气截止阀关闭信号来开启所述供气通道。
10.如权利要求9所述的方法,其进一步包括:
废气门控制阀致动步骤,其中,在所述空气截止阀致动步骤中,当所述空气截止阀处于开启状态时,完全开启所述废气门控制阀,而当所述空气截止阀处于关闭状态时,与脚踏板位置(FPP)信号成比例地调节所述废气门控制阀的开启量。
11.如权利要求10所述的方法,其中,在所述废气门控制阀致动步骤中,当没有输入所述IVS信号时,所述控制单元根据所述脚踏板位置信号以PWM方法线性地控制所述废气门控制阀的开启量。
12.如权利要求10所述的方法,其进一步包括:
废气旁通阀致动步骤,其中,在所述废气门控制阀致动步骤中,当所述废气门控制阀完全开启时,完全切断所述废气旁通阀,而当根据所述FPP信号控制所述废气门控制阀的开启量时,根据所述废气门控制阀的所述开启量来控制所述废气旁通阀的开启量。
13.一种用于发动机充气控制的空气控制方法,包括:
怠速信号输入步骤,其中,确定是否输入了怠速确认开关信号(IVS);
空气截止阀致动步骤,其中,在所述IVS信号输入步骤中,当输入了所述IVS信号时,通过向空气截止阀产生空气截止阀开启信号来切断至废气门控制阀的供气通道,而当没有输入所述IVS信号时,通过向所述空气截止阀产生空气截止阀关闭信号来开启所述供气通道;
废气门控制阀致动步骤,其中,在所述空气截止阀致动步骤中,当所述空气截止阀处于开启状态时,完全开启所述废气门控制阀,而当所述空气截止阀处于关闭状态时,与脚踏板位置(FPP)信号成比例地调节所述废气门控制阀的开启量;以及
废气旁通阀致动步骤,其中,在所述废气门控制阀致动步骤中,当所述废气门控制阀完全开启时,完全切断所述废气旁通阀,而当根据所述FPP信号控制所述废气门控制阀的开启量时,根据所述废气门控制阀的所述开启量来控制所述废气旁通阀的开启量。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091216