CN108868943A - 应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，能根据实际工况切换冲程模式；在低负荷工况下，可将发动机切换至四冲程模式运行，以实现最佳燃油经济性；在高负荷工况下，可将发动机切换至二冲程模式运行，从而提高发动机的动力性；且发动机在冲程模式切换过程中不需要借助于其他的液压机械驱动，结构简单、利用率高。

Description

应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法
技术领域
本发明涉及应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法。
背景技术
在城市路况条件下，四冲程发动机负荷率只有20%-40%，而为了满足发动机在汽车爬坡、加速等短时间内较大负荷的需求，发动机设计时必须储备一定的后备功率，这就造成了发动机的经济性较差。二冲程发动机的工作原理与四冲程的不同，其在曲轴旋转一周的运动中即可完成一次作功，因此，和同等排量的四冲程发动机相比，功率是其1.5-1.7倍。若将二冲程和四冲程两种不同的工作模式集于一台发动机上，在四冲程工作模式下充分提高其负荷率，以达到完善其经济性的目的；而在二冲程工作模式下，为满足其在短时间内对大功率的需求，以动力性为目的，这样兼顾了发动机的经济性和动力性。
目前实现可变冲程技术的方案主要有三种：第一种是在发动机上配置有两种冲程的气缸，即多缸合作模式，发动机利用率低，增加了发动机的重量和成本；第二种是一套配气***可以同时满足二冲程和四冲程的配气，凸轮轴上加工有二冲程配气型线、四冲程配气型线以及切换用的过度型线，利用液压或者机械驱动的方式改变可变凸轮的位置，来完成二冲程配气和四冲程配气的切换，设计和加工难度较高，可控性低；第三种是对传统四冲程发动机进行结构改变，在气缸外侧设置有侧置进气道和排气道，由电磁阀来控制其开闭，摇臂上设置有切换装置来转换冲程模式，这种方案使得发动机机构复杂，存在气门控制不够精确等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其能根据实际工况切换冲程模式。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，所述发动机为四冲程发动机，发动机的进气门、排气门都采用电磁全可变气门；
发动机电控单元按照当前冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在当前冲程模式状态下持续运行；所述当前冲程模式为四冲程模式或二冲程模式；
且电控单元根据多个传感器上传的信号判断当前工况，
当判断出当前工况为高负荷工况，且当前冲程模式为四冲程模式时，电控单元控制发动机在四冲程模式下继续运行至当前循环压缩冲程结束，并在当前循环压缩冲程结束时，按照二冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在二冲程模式状态下持续运行，实现从四冲程模式向二冲程模式的切换；
当判断出当前工况为低负荷工况，且当前冲程模式为二冲程模式时，电控单元控制发动机在二冲程模式下继续运行至当前循环压缩冲程结束，并在当前循环压缩冲程结束时，按照四冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在四冲程模式状态下持续运行，实现从二冲程模式向四冲程模式的切换；
所述二冲程模式的控制过程如下：电控单元控制火花塞点火，缸内混合工质燃烧，使缸内压力迅速升高，并推动活塞从上止点往下止点方向运动，进行做功冲程；活塞下行过程中，电控单元先后开启排气门、进气门开始排气和进气；活塞下行到达下止点后在曲轴连杆作用下上行；活塞上行过程中，电控单元先后关闭排气门、进气门完成排气和进气，排气门、进气门都关闭时，电控单元控制喷油器喷油与新鲜空气混合；活塞上行到达上止点时完成压缩冲程；
所述四冲程模式的控制过程如下：电控单元控制火花塞点火，缸内混合工质燃烧，使缸内压力迅速升高，并推动活塞从上止点往下止点方向运动，进行做功冲程；活塞下行到达下止点后在曲轴的作用下上行；活塞上行过程中，电控单元开启排气门开始排气；活塞上行到达上止点时，电控单元关闭排气门完成排气冲程；活塞上行到达上止点后在曲轴的作用下下行；活塞下行过程中，电控单元开启进气门；活塞下行到达下止点时，电控单元关闭进气门完成进气冲程；活塞下行到达下止点后在曲轴作用下上行；活塞上行过程中，电控单元控制喷油器喷油与新鲜空气混合；活塞上行到达上止点时完成压缩冲程。
优选的，所述多个传感器包括：曲轴转角传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和气门位移传感器。
优选的，所述电控单元对进气门、排气门进行全柔性控制，进气门和排气门的气门升程、气门开闭角以及气门运动规律独立连续可调。
优选的，所述发动机的燃料为液体燃料或气体燃料。
优选的，所述液体燃料为汽油或柴油；所述气体燃料为天然气或氢气。
本发明的优点和有益效果在于：提供一种应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其能根据实际工况切换冲程模式。
本发明发动机的进气门、排气门都采用电磁全可变气门，可通过电控单元分别对进气门、排气门进行全柔性控制，可实现配气***全柔化精确控制，实现发动机气门的升程、气门开闭角以及气门运动规律的独立连续可调，保证合理的配气定时，并且配合对喷油点火的实时控制，可确保精确地在二四冲程之间切换，能够适应发动机不同负荷下的工作，发动机在二四冲程切换中也不需要借助于其他的液压机械驱动，结构简单、利用率高。
本发明发动机应用电磁全可变气门，根据不同负荷下的工作需求，在二四冲程切换中不需要借助液压机械驱动，结构简单、利用率高。
本发明可实现根据发动机的工况需求实时进行二冲程模式与四冲程模式的切换；在低负荷工况下，发动机在四冲程模式下运行，以实现最佳燃油经济性；在高负荷工况下，发动机切换到二冲程模式下工作，从而提高发动机的动力性。
本发明在进气、压缩、做功、排气四个工作冲程中选择压缩冲程完成时，即活塞到达上止点这个节点进行二四冲程切换，原因在于此处的进排气门均关闭，无需考虑在这个上止点附近因冲程改变而影响进排气门关闭、开启的延时或提前角度问题，前一个冲程模式完成喷油后压缩可燃气体之后，可与后一个冲程模式的点火膨胀做功平稳切换。
本发明可在四冲程平台上实现二冲程循环，本发明不需要改变四冲程发动机的气缸结构，只需要合理的配气相位正时，依靠较长气门叠开过程来完成较短时间内的充分换气，并且配合适度增压的进气口环境，利用进气口的高压新鲜工质配合上行的活塞进行扫气过程，将气缸内的残余废气从排气门强制排出，排气门关闭后，活塞压缩可燃混合气一段行程，然后点火开始下一个循环。
本发明可将四冲程发动机的进气排气配气方式和二冲程发动机的扫气换气方式相结合，启用不同进排气闭合开启组合方式完成各个冲程的工作，在保障发动机经济性能、动力性能和排放性能的基础上充分发挥两种工作模式的优点，使发动机的转矩和功率在更大的发动机转速范围内都能够有较好的表现，缓解发动机经济性能与动力性能之间的矛盾。
本发明在四冲程模式下，可运用米勒循环，通过电控单元控制进气门延迟关闭，使得压缩行程缩短，增加膨胀功，可以有效抑制发动机爆震，提高发动机热效率。
本发明可根据不同工况需求，进行二四冲程平稳切换，获得更好的燃油经济性和动力性，并且能满足不同燃料的工作。本发明发动机的燃料可以为汽油、柴油等液体燃料，也可为天然气、氢气等气体燃料。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
本发明提供一种应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，所述发动机为四冲程发动机，发动机的进气门、排气门都采用电磁全可变气门；
发动机电控单元按照当前冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在当前冲程模式状态下持续运行；所述当前冲程模式为四冲程模式或二冲程模式；
且电控单元根据多个传感器上传的信号判断当前工况，
当判断出当前工况为高负荷工况，且当前冲程模式为四冲程模式时，电控单元控制发动机在四冲程模式下继续运行至当前循环压缩冲程结束，并在当前循环压缩冲程结束时，按照二冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在二冲程模式状态下持续运行，实现从四冲程模式向二冲程模式的切换；
当判断出当前工况为低负荷工况，且当前冲程模式为二冲程模式时，电控单元控制发动机在二冲程模式下继续运行至当前循环压缩冲程结束，并在当前循环压缩冲程结束时，按照四冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在四冲程模式状态下持续运行，实现从二冲程模式向四冲程模式的切换；
所述二冲程模式的控制过程如下：电控单元控制火花塞点火，缸内混合工质燃烧，使缸内压力迅速升高，并推动活塞从上止点往下止点方向运动，进行做功冲程；活塞下行过程中，电控单元先后开启排气门、进气门开始排气和进气；活塞下行到达下止点后在曲轴连杆作用下上行；活塞上行过程中，电控单元先后关闭排气门、进气门完成排气和进气，排气门、进气门都关闭时，电控单元控制喷油器喷油与新鲜空气混合；活塞上行到达上止点时完成压缩冲程；
所述四冲程模式的控制过程如下：电控单元控制火花塞点火，缸内混合工质燃烧，使缸内压力迅速升高，并推动活塞从上止点往下止点方向运动，进行做功冲程；活塞下行到达下止点后在曲轴的作用下上行；活塞上行过程中，电控单元开启排气门开始排气；活塞上行到达上止点时，电控单元关闭排气门完成排气冲程；活塞上行到达上止点后在曲轴的作用下下行；活塞下行过程中，电控单元开启进气门；活塞下行到达下止点时，电控单元关闭进气门完成进气冲程；活塞下行到达下止点后在曲轴作用下上行；活塞上行过程中，电控单元控制喷油器喷油与新鲜空气混合；活塞上行到达上止点时完成压缩冲程。
所述多个传感器包括：曲轴转角传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和气门位移传感器。
所述电控单元对进气门、排气门进行全柔性控制，进气门和排气门的气门升程、气门开闭角以及气门运动规律独立连续可调。
所述发动机的燃料为液体燃料或气体燃料。
优选的，所述液体燃料为汽油或柴油；所述气体燃料为天然气或氢气。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其特征在于，所述发动机为四冲程发动机，发动机的进气门、排气门都采用电磁全可变气门；
发动机电控单元按照当前冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在当前冲程模式状态下持续运行；所述当前冲程模式为四冲程模式或二冲程模式；
且电控单元根据多个传感器上传的信号判断当前工况，
当判断出当前工况为高负荷工况，且当前冲程模式为四冲程模式时，电控单元控制发动机在四冲程模式下继续运行至当前循环压缩冲程结束，并在当前循环压缩冲程结束时，按照二冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在二冲程模式状态下持续运行，实现从四冲程模式向二冲程模式的切换；
当判断出当前工况为低负荷工况，且当前冲程模式为二冲程模式时，电控单元控制发动机在二冲程模式下继续运行至当前循环压缩冲程结束，并在当前循环压缩冲程结束时，按照四冲程模式控制进气门、排气门、火花塞和喷油器工作，使发动机在四冲程模式状态下持续运行，实现从二冲程模式向四冲程模式的切换；
所述二冲程模式的控制过程如下：电控单元控制火花塞点火，缸内混合工质燃烧，使缸内压力迅速升高，并推动活塞从上止点往下止点方向运动，进行做功冲程；活塞下行过程中，电控单元先后开启排气门、进气门开始排气和进气；活塞下行到达下止点后在曲轴连杆作用下上行；活塞上行过程中，电控单元先后关闭排气门、进气门完成排气和进气，排气门、进气门都关闭时，电控单元控制喷油器喷油与新鲜空气混合；活塞上行到达上止点时完成压缩冲程；
所述四冲程模式的控制过程如下：电控单元控制火花塞点火，缸内混合工质燃烧，使缸内压力迅速升高，并推动活塞从上止点往下止点方向运动，进行做功冲程；活塞下行到达下止点后在曲轴的作用下上行；活塞上行过程中，电控单元开启排气门开始排气；活塞上行到达上止点时，电控单元关闭排气门完成排气冲程；活塞上行到达上止点后在曲轴的作用下下行；活塞下行过程中，电控单元开启进气门；活塞下行到达下止点时，电控单元关闭进气门完成进气冲程；活塞下行到达下止点后在曲轴作用下上行；活塞上行过程中，电控单元控制喷油器喷油与新鲜空气混合；活塞上行到达上止点时完成压缩冲程。
2.根据权利要求1所述的应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其特征在于，所述多个传感器包括：曲轴转角传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和气门位移传感器。
3.根据权利要求1所述的应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其特征在于，所述电控单元对进气门、排气门进行全柔性控制，进气门和排气门的气门升程、气门开闭角以及气门运动规律独立连续可调。
4.根据权利要求1所述的应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其特征在于，所述发动机的燃料为液体燃料或气体燃料。
5.根据权利要求4所述的应用电磁全可变气门的发动机二四冲程切换方法，其特征在于，所述液体燃料为汽油或柴油；所述气体燃料为天然气或氢气。
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