CN1167870C - 变量可变压缩比和可变配气相位 - Google Patents

Abstract

本发明是由微机(1)控制的变量可变压缩比和可变配气相位。加速位置传感器(14)及其它传感器(2、3、4、5、6、7、9、10)以电信号输入微机(1)控制进、排气门控制器(11、8)，随四行程发动机的变量可变压缩比、可变配气相位、自动关闭气缸、自动冷却温度调节、压缩力制动、自动减压起动的工作状况和工作状况变化时，在曲轴的准确位置上控制进、排气门(13、12)的开启和关闭。以提高发动机的热效率、容积效率、机械效率，可节约燃料和减少发动机的预热时间及防止冷却温度过高，减少汽车制动器的磨损。

Description

变量可变压缩比和可变配气相位

                        技术领域

本发明涉及一种四行程发动机的微机控制的变量可变压缩比和可变配气相位。

                        背景技术

目前，微机对四行程发动机(下面简称发动机)的控制技术迅速发展。人民交通出版社1982年6月出版的汽车节油常识一书51页，揭示了可变压缩比发动机，要改变压缩比，一种办法是改变活塞行程；第二种办法是改变燃烧室容积，而且要随时可大可小，但是几十年来，始终未能在实际中付诸使用，原因是结构复杂，工艺要求高。

中国专利说明书94108814中揭示了微机控制交流液压可变配气相位式发动机的工作方法，控制轴由同步带驱动，轴转动带动凸轮片转动，通过液压油推动柱塞移动，进而带动凸轮片上的柱塞移动，以实现进排气门的开闭。各种传感器采集到的发动机的工况数据反馈给微机，根据这些数据，微机控制装置发出控制指令，打开或关闭可变相位电磁阀，控制可变相位液压柱塞的升降，以改变凸轮片的配气相位角。在输出功率减小的情况下，微机可发出指令，关闭一个或数个气缸，这样，在满足工作的情况下降低油耗。由于该机械传动件过多，磨损后，影响配气相位的准确性。

人民交通出版社1982年6月出版的汽车节油常识一书149页，揭示了汽车在冷起动时，一定要预热。其作用是缩短发动机升温到正常工作温度的时间，并使燃油容易蒸发，雾化均匀，减少燃油的消耗。同时，可减少发动机的磨损以及磨擦阻力。该发动机加热进行预热，受到条件限制，不能在发动机工作时，减少预热的时间。

人民交通出版社1976年4月出版的汽车构造下册一书265页，揭示了排气制动装置，为了加强发动机的制动效果，可以在发动机的排气管内装一个片状阀门，在汽车下坡使用发动机制动时即将该阀门关闭，以加大发动机排气阻力。该不足之处是增加了这套装置，制动力小，不能对稳定汽车速度进行自动控制。

机械工业出版社1979年7月出版的内燃机使用维修问答一书416页，揭示了减压起动装置，将减压机构处于减压位置，然后用手摇柄转动发动机，当转速升高时，使减压机构处于不减压位置，柴油发动机便可起动。该减压装置是在单气缸X195型柴油发动机上使用，不足之处是手动操作，增加了设备。

                        发明内容

本发明的目的是在上述用于发动机的可变压缩比、可变配气相位、关闭气缸、加热预热、排气制动、减压起动的各控制装置的基础上提供一种汽车用的微型计算机控制***(下面简称微机)，控制气门控制器以控制发动机的变量可变压缩比、可变配气相位、自动关闭气缸、自动冷却温度调节、压缩力制动和自动减压起动，并对提高发动机的热效率、容积效率、机械效率、冷却温度调节进行有效控制。

为达到上述目的，本发明是用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，在发动机工作的同时，微机根据加速位置传感器、各控制的指令、发动机转速与曲轴位置传感器、进气管压力传感器也可用空气流量传感器、空气温度传感器、冷却水温度传感器、爆震传感器、海拔高度传感器、线位移传感器的各种测量的数据和各种控制方法的数据，以电信号输入微机，根据微机内的预存程序加以比较和修正后，微机控制进气门控制器或排气门控制器，于是进气门控制器带动进气门在曲轴转角的不同位置上的开启时刻和关闭时刻，排气门控制器带动排气门在曲轴转角的不同位置上的开启时刻和关闭时刻。

所述的使用高压缩比发动机，也就是固定的压缩比高过该燃料使用的压缩比。微机根据发动机有发生爆震或工作粗爆时，自动控制进气门提前关闭或不提前关闭，以减少或不减少气缸内的进气量，是确定于压缩终了时，不发生爆震或工作粗爆。点然式发动机的最佳控制以不发生爆震的边缘，压燃式发动机的控制以不发生工作粗爆为准；所述的微机根据发动机在高转速时，自动控制配气相位的持续角和叠开角相应发动机的转速增大，当发动机转速低时，自动控制配气相位的持续角和叠开角相应发动机的转速减小，于是提高了各个转速的进气量；所述的微机根据自动关闭气缸的指令，同时要根据发动机的工作状况，自动控制轮流关闭部分气缸或全部气缸；所述的微机根据发动机的工作温度，低于规定的正常温度时，自动控制排气门延迟开启，当发动机的工作温度高于正常的温度时，自动控制排气门提前开启，使发动机保持正常的工作温度；所述的微机根据自动控制压缩力制动的指令时，自动控制排气门在压缩行程的上止点开启，继续开到排气行程终了时关闭，自动控制进气门提前关闭或不提前关闭，以减少或增加气缸内的进气量，于是进气量多时，压缩行程的压缩阻力增大；所述的微机根据发动机的起动工作状况，自动控制排气门或进气门开启，当发动机的转速达到正常起动转速时，解除自动减压起动的控制，使发动机在瞬间起动。当转速低于正常起动转速时，微机自动重复以上的自动减压起动程序到起动为止。

本发明变量可变压缩比和可变配气相位与现有技术相比较有如下有益效果：

1、进气门控制器和排气门控制器取代了配气机构的传动部分，降低了磨擦损失，提高了机械效率；

2、在长时间工作后，可变配气相位定位准确，无机械磨损；

3、变量可变压缩比，是使用高压缩比发动机，于是提高了热效率，提高了最大功率的转速；

4、可变配气相位在发动机的相应转速内，提高了容积效率；

5、在自动关闭汽缸时可节约燃料；

6、自动冷却温度调节，是减少发动机的预热时间或温度过高，可减少零件磨损，可节约燃料；

7、压缩力制动取代了排气制动装置，作为汽车的辅助制动器，在压缩力制动工作时，可减少汽车的制动器的磨损，可节约燃料；

8、自动减压起动，是减少发动机的起动阻力，在未解除自动减压起动时，可节约燃料；

9、每气缸可用多个气门不受装置的位置限制。

                        附图说明

图1为本发明变量可变压缩比和可变配气相位的示意图。

                      具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明变量可变压缩比和可变配气相位的示意图：在发动机工作的同时，微机1根据加速位置传感器14控制发动机的稳定转速或负荷的各种控制数据；各种指令控制数据；发动机转速与曲轴位置传感器7测量发动机转速、上止点位置和曲轴转角的数据；进气管压力传感器3测量空气压力的数据，也可用空气流量传感器；空气温度传感器2测量进气温度的数据；冷却水温度传感器5测量发动机冷却温度的数据；爆震传感器4测量有没有爆震发生的数据；海拔高度传感器6测量该地区空气密度的数据；线位移传感器10、9测量进、排气门13、12开启和关闭时刻变化的数据，以电信号输入微机1，根据微机1内的预存程序加以比较和修正后，以电流驱动，并且分别输出到进气门控制器11和排气门控制器8，随发动机的变量可变压缩比、可变配气相位、自动关闭气缸、自动冷却温度调节、压缩力制动、自动减压起动的工作状况和工作状况变化时，在曲轴转角的准确的位置上，分别控制进气门13和排气门12的开启时刻和关闭时刻。

由于各种发动机的进气通道、排气通道、进、排气门13、12的尺寸、形状和位置的不相同，不相同的设计，对于进气和排气的气流畅通和容积效率有一定的影响。所以微机1内的预存程序，是根据发动机的各负荷和各转速及备工作状况的试验数据存入的。

进气门控制器11和排气门控制器8的工作，是以一定的速度带动进气门13和排气门12的开启时刻和关闭时刻，它装有对进、排气门13、12最大的升程进行调整定位的装置，还装有线位移传感器10、9测量进、排气门13、12的开启和关闭，与微机1的控制是不是一致，当不一致时，微机1进行修正，使控制一致，若有故障时进行警告。进、排气门控制器11、8有电磁铁式、液压式、气压式等三种，按工作分双向作用与单向作用两种。可根据发动机的工作需要，优选其中一种使用。下面就进、排气门控制器11、8的三种工作结构，作举例说明：双向作用电磁铁，是微机1以一定的电流控制电磁线圈，当左边的电磁线圈通电时，衔铁在电磁力作用下向左移动，而当左边的电磁线圈断电，右边的电磁线圈通电时，衔铁在电磁力作用下，从左边向右边移动。单向作用电磁铁，是微机1以一定的电流控制电磁线圈，当电磁线圈通电时，衔铁在电磁力的作用下，从右边向左边移动，当电磁线圈断电时，在回位弹簧的作用力下，衔铁回到右边的位置。

双向作用液压，是微机1以一定的电流控制电磁换向阀，向左边开启时，高压油流入双作用油缸里的左边，双作用活塞在高压油的作用力下，向右边移动，当电磁换向阀向右边开启时，高压油流入双作用油缸里的右边，双作用活塞在高压油的作用力下，从右边向左边移动，在双作用活塞的推动下，左边的油通过电磁换向阀回流。单向作用液压，是微机1以一定的电流控制电磁换向阀，向左边开启时，高压油流入单作用油缸里的左边，单作用活塞在高压油的作用力下，向右边移动，当电磁换向阀关闭时，在回位弹簧的作用力下，单作用活塞推动油缸里的油通过电磁换向阀回流，单作用活塞也回到左边的位置。气压式的工作方法与液压式的工作方法相类似，只是气体或液体的区别。

加速位置传感器14是控制进气门13在下止点的前后关闭时刻，以增加或减少气缸内的进气量，对发动机的稳定转速或负荷的两种工作状况进行控制，指令微机1选择其中一种控制方法。第一种稳定转速的控制方法是加速位置传感器14的最大开度一定，发动机保持在规定的最高稳定转速，当发动机无载荷或小载荷的工作时，因此转速会超过规定的最高转速，当超过规定的最高转速时，微机1自动控制进气门13提前关闭，以减少气缸内的进气量、使发动机保持在规定的最高稳定转速时工作；当载荷逐渐增大，转速逐渐下降到发生爆震或工作粗爆的同时，微机1自动控制进气门13提前关闭或不提前关闭，以减少或增加气缸内的进气量，确定于压缩终了时，不发生爆震或工作粗爆为准。加速位置传感器14的部分开度一定，发动机保持在相应一定的稳定转速，当发动机无载荷或小载荷时，因此转速会超过相应一定的稳定转速，于是超过的达到自动关闭气缸时，微机1自动关闭超过的气缸的同时，控制进气门13的关闭时间来调整转速，使发动机保持在关闭前的稳定转速；当载荷逐渐增大时，微机1逐渐自动控制进气门13的关闭时间，以增加气缸内的进气量，使发动机保持在相应一定的稳定转速时工作。加速位置传感器14的最小开度一定，发动机保持在规定的最小稳定转速，当发动机的转速升高或降低时，微机1自动控制进气门13的关闭时间来调整转速，使发动机保持在规定的最小稳定转速时工作。

第二种负荷的控制方法是加速位置传感器14的最大开度一定，发动机保持在全负荷工作，微机1自动控制进气门13的关闭时刻是随发动机的转速变化，以可变配气相位为基准和可变配气相位的持续角关闭一致，当发动机的载荷逐渐增大时，转速逐渐下降到发生爆震或工作粗爆的同时，微机1自动控制进气门13提前关闭或不提前关闭，以减少或增加气缸内的进气量，确定于压缩终了时，不发生爆震或工作粗爆为准。加速位置传感器14的部分开度一定，发动机保持在一定的部分负荷工作，微机1自动控制进气门13在曲轴转角相应的准确位置上关闭，当发动机无载荷时，转速升高，载荷逐渐增大时，转速逐渐下降。加速位置传感器14的最小开度一定，发动机保持在零负荷工作，微机1自动控制进气门13在曲轴转角相应的准确位置上关闭，以最少的进气量，使发动机保持在无载荷的最低转速时工作，也可指令微机1对转速进行调整。前所述的加速位置传感器14的控制方法，主要是以点燃式发动机为主，对于压燃式发动机的不同之处作如下说明：加速位置传感器14的控制方法，适宜微机1控制的压燃式发动机的电控燃油喷射制***。压燃式发动机在全部转速内，气缸内的进气量要保持在压缩行程终了时压力在30公斤/平方厘米以上。当发生工作粗爆时，微机1自动控制进气门13，不提前关闭，以增加气缸内的进气量，以提高压缩终了时的空气温度和压力，不发生工作粗爆。压燃式发动机在正常工作时，进气门13要有一定的提前关闭，以保留未提高压缩比前的压缩终了时的气缸压力。全部所述的进气门13和排气门12的提前关闭或不提前关闭，是以可变配气相位的持续角为基准。

变量可变压缩比，是使用高压缩比发动机，也就是固定压缩比高过该燃料使用的压缩比。高压缩比的选择，是根据发动机的使用情况选择较适宜的压缩比。要求发动机在部分负荷的输出扭矩大和要求最大功率的转速较高，压缩比则选择在高位。微机1根据发动机有发生爆震或工作粗爆时，自动控制进气门13提前关闭或不提前关闭，以减少或增加气缸内的进气量，是确定于压缩终了时，不发生爆震或工作粗爆。点燃式发动机的最佳控制在不发生爆震的边缘，压缩式发动机的控制在不发生工作粗爆为准。在使用不同规格的燃料时，微机1根据爆震传感器4的测量数据，自动控制进气门13的关闭时间，以适应该燃料使用的压缩比。

可变配气相位，是微机1根据发动机在转速高时，自动控制进气门13和排气门12的开启和关闭的时刻，相对应配气相位的持续角和叠开角，随发动机的转速增大，当发动机转速低时，自动控制配气相位的持续角和叠开角，随发动机的转速减小，于是提高了各个转速的进气量，微机1根据海拔高度传感器6的测量数据，在不同的海拔高度，自动增加或减小配气相位的持续角和叠开角，以适应该海拔高度的空气密度的变化。

自动关闭气缸，是微机1根据自动关闭气缸的指令，同时要根据发动机的工作状况，自动轮流或不轮流控制部分或全部排气门12在压缩行程、膨胀行程和排气行程时开启，开到进气行程时关闭，进气门13在进气行程时开启，开到压缩行程时关闭，实现自动控制轮流关闭部分气缸或全部气缸。由于各气缸轮流工作，可保持各气缸内的温度相应平均，发动机的相关磨损件，磨损平均。相应地要关闭该气缸的燃料供给。

自动冷却温度调节，是微机1根据发动机的工作温度，低于规定的正常温度时，自动控制排气门12延迟开启，以增加高温气体在气缸内的停留时间，于是传给发动机的热量增加，当发动机进入规定的正常温度时，解除自动冷却温度调节控制。当发动机的工作温度高于规定的正常温度时，自动控制排气门12提前开启，以减少高温气体在气缸内的停留时间，于是传给发动机的热量减少，使发动机退回到规定的正常工作温度时，解除自动冷却温度调节控制，使发动机保持在规定的正常工作温度。由于缩短发动机的温度升到规定的正常温度的时间。可减少发动机的磨损和磨擦阻力，可减少燃料消耗。

压缩力制动，较适宜于配合发动机的稳定转速控制，是微机1根据自动控制压缩力制动的指令，同时根据发动机的工作状况，自动控制排气门12在压缩行程的上止点开启，继续开到排气行程终了时关闭，自动控制进气门13提前关闭或不提前关闭，以减少或增加气缸内的进气量，于是进气量多时，压缩行程的阻力增大，进气量少时、压缩行程的阻力减小。在压缩力制动的同时要关闭燃料供给。在压缩力制动工作时，以减少汽车制动器的磨损，可节约燃料。压缩力制动配合在汽车上，是作为辅助制动使用。例如：在没有使用压缩力制动的汽车在下坡时，加速踏板在最小开度，挡位在直接挡，车速为70公里/小时，需要减速到50公里/小时时，要使用制动器减速为50公里/小时。在上述相同的情况时，控制加速位置传感器14在中等开度，相应于汽车的加速踏板的中等开度，于是微机1根据自动控制压缩力制动的指令，同时根据发动机的稳定转速为中等转速，增加自动控制压缩力制动的阻力，使车速从70公里/小时下降到50公里/小时，这时减少压缩力制动的阻力，使车速稳定在50公里/小时持续下坡。当汽车下完坡后，惯性力减少到车速低于50公里/小时的同时，自动解除压缩力制动的控制。发动机恢复正常工作，在发动机稳定转速的控制下，汽车保持在50公里/小时行驶。

自动减压起动，是微机1根据发动机的起动工作状况，自动控制排气门12或进气门13开启，使气缸内无压缩力，当发动机的转速达到规定的正常起动转速时，解除自动减压起动的控制，使发动机在瞬间起动，若发动机不能顺利起动，转速低于规定的正常起动转速时，微机1自动重复以上的自动减压起动的程序，到发动机完成起动工作为止。在自动减压起动的同时要关闭燃料供给，可节约燃料。自动减压起动，是减少发动机的起动阻力。

Claims (7)

1.一种用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，在发动机工作的同时，微机(1)根据加速位置传感器(14)、各控制指令、发动机转速与曲轴位置传感器(7)、进气管压力传感器(3)、空气温度传感器(2)、冷却水温度传感器(5)、爆震传感器(4)、海拔高度传感器(6)、线位移传感器(9、10)的各种测量的数据和各种控制方法的数据，以电信号输入微机(1)，其特征在于：根据微机(1)内的预存程序加以比较和修正后，微机(1)控制进气门控制器(11)或排气门控制器(8)，于是进气门控制器(11)带动进气门(13)在曲轴转角的不同位置上的开启时刻和关闭时刻，排气门控制器(8)带动排气门(12)在曲轴转角的不同位置上的开启时刻和关闭时刻。

2.根据权利要求1所述的用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，其特征在于：高过该燃料使用压缩比的高压缩比发动机，微机(1)根据发动机有发生爆震或工作粗爆时，自动控制进气门(13)提前关闭或不提前关闭，以减少或不减少气缸内的进气量，是确定于压缩终了时，点燃式发动机不发生爆震或压燃式发动机不发生工作粗爆为准。

3.根据权利要求1所述的用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，其特征在于：微机(1)根据发动机在高转速时，自动控制配气相位的持续角和叠开角相应发动机的转速增大，当发动机转速低时，自动控制配气相位的持续角和叠开角相应发动机的转速减小，于是提高了各个转速的进气量。

4.根据权利要求1所述的用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，其特征在于：微机(1)根据自动关闭气缸的指令，同时要根据发动机的工作状况，自动控制轮流关闭部分气缸或全部气缸。

5.根据权利要求1所述的用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，其特征在于：微机(1)根据发动机的工作温度，低于正常的温度时，自动控制排气门(12)延迟开启，当发动机的工作温度高于正常的温度时，自动控制排气门(12)提前开启，使发动机保持正常的工作温度。

6.根据权利要求1所述的用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，其特征在于：微机(1)根据自动控制压缩力制动的指令，自动控制排气门(12)在压缩行程的上止点开启，继续开到排气行程终了时关闭，自动控制进气门(13)提前关闭或不提前关闭，以减少或增加气缸内的进气量，于是进气量多时，压缩行程的压缩阻力增大。

7.根据权利要求1所述的用于发动机的变量可变压缩比和可变配气相位，其特征在于：微机(1)根据发动机的起动工作状况，自动控制排气门(12)或进气门(13)开启，当发动机的转速达到正常起动转速时，解除自动减压起动的控制，使发动机在瞬间起动，当转速低于正常起动转速时，微机(1)自动重复自动减压起动的程序到起动为止。

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