本申請要求于2015年12月8日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請No.10-2015-0173877的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時(variable valve timing，VVT)的設備和方法，并且更具體而言，涉及這樣一種用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的設備：其能夠在掃氣(scavenging，清除)狀態(tài)中防止催化劑傷害，其中，新鮮空氣直接從發(fā)動機的進氣口傳輸?shù)脚艢饪?；及其方法?/p>

背景技術(shù)：

近年來，內(nèi)燃發(fā)動機裝有渦輪增壓器和中間冷卻器，以便減少燃料消耗并且獲得大輸出。在這種內(nèi)燃發(fā)動機中，渦輪增壓器的壓縮器吸入并且壓縮廢氣或室外空氣，使得在該過程中生成的增壓空氣供應給發(fā)動機。

圖5示出了具有傳統(tǒng)的渦輪增壓器的發(fā)動機。增壓空氣穿過渦輪增壓器20并且通過進氣口12供應給在發(fā)動機10的氣缸16內(nèi)部的燃燒室11，并且在燃燒室11內(nèi)燃燒的廢氣通過排氣口13排放。

然而，在具有渦輪增壓器20的發(fā)動機10中，由于在低速和高負荷區(qū)中增壓升高，所以在進氣口12內(nèi)的進氣壓力在某些部分大于在排氣口13內(nèi)的排氣壓力。在這種情況下，如圖5所示，在進氣門14和排氣門15重疊的部分中，新鮮空氣30通過進氣口12供應并且直接傳輸?shù)脚艢饪?3。

由于在掃氣狀態(tài)下掃氣效率增大，使得在燃燒室11內(nèi)的殘余氣體量減小，所以燃料加注效率增大，并且扭矩增大。

傳輸?shù)脚艢饪?3的新鮮空氣30的量增大，然而，在掃氣狀態(tài)下，安裝在催化劑裝置40周圍的氧氣傳感器可以識別到燃燒處于貧燃狀態(tài)中。由于該確定結(jié)果，所以供應給燃燒室11的燃料量增大，使得未燃燒的燃料的量可以在燃燒室11內(nèi)增多。如果未燃燒的燃料通過排氣口13直接傳輸?shù)酱呋瘎?，則未燃燒的燃料與新鮮空氣起反應，使得可以在催化劑裝置40內(nèi)發(fā)生后燃燒。因此，催化劑的溫度提高，使得可以損壞催化劑裝置40。

以上內(nèi)容旨在僅僅幫助理解本公開的背景，并非旨在表示本公開落入本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本公開致力于解決在相關(guān)技術(shù)中發(fā)生的以上問題，并且本公開提出了一種用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的設備和方法，其能夠在具有渦輪增壓器的發(fā)動機處于掃氣狀態(tài)中時防止在排氣系統(tǒng)中損害催化劑裝置。

根據(jù)在本公開中的示例性實施方式的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的設備包括控制器，該控制器被配置成確定當前發(fā)動機狀態(tài)在進氣門和排氣門的重疊區(qū)域中是否進入掃氣區(qū)，并且控制VVT，以根據(jù)在發(fā)動機狀態(tài)進入掃氣區(qū)之后經(jīng)過的時間段，減少氣門重疊。

通過組合在VVT、發(fā)動機的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、進氣口的壓力以及發(fā)動機的溫度之中的至少兩個或更多個測量值，控制器可以確定發(fā)動機狀態(tài)是否進入掃氣區(qū)。

控制器可以將在發(fā)動機狀態(tài)進入掃氣區(qū)之后經(jīng)過的時間設置為進入時間，并且進行控制，以便在所述進入時間超過恒定的時間段時，通過調(diào)整VVT，來減小氣門重疊時間(valve overlap period)。

控制器可以在發(fā)動機狀態(tài)離開掃氣區(qū)時測量在發(fā)動機離開掃氣區(qū)之后經(jīng)過的時間段，并且將從進入時間中減去在發(fā)動機狀態(tài)離開掃氣區(qū)之后經(jīng)過的時間段的值設置為新的進入時間，以便調(diào)整VVT。

根據(jù)在本公開中的另一個示例性實施方式的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法包括：確定發(fā)動機狀態(tài)在進氣門和排氣門的重疊區(qū)域中是否進入掃氣區(qū)；測量在發(fā)動機狀態(tài)進入掃氣區(qū)之后經(jīng)過的第一進入時間段；根據(jù)進入時間，相對于進氣門或排氣門，計算VVT的控制校正量；并且通過根據(jù)VVT設備的控制校正量調(diào)整VVT，減少氣門重疊時間。

通過組合在VVT、發(fā)動機的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、進氣口的壓力以及發(fā)動機的溫度之中的至少兩個或更多個測量值，所述確定的步驟可以確定發(fā)動機狀態(tài)是否進入掃氣區(qū)。

所述方法可以進一步包括以下步驟：在進入掃氣區(qū)之后確定發(fā)動機離開掃氣區(qū)時，測量在發(fā)動機狀態(tài)離開掃氣區(qū)之后經(jīng)過的進入時間；并且計算從進入時間中減去在發(fā)動機狀態(tài)離開掃氣區(qū)之后經(jīng)過的時間段的值，作為新的進入時間。

計算控制校正量的步驟可以通過朝著減小氣門重疊的方向增大控制校正量，來計算控制校正量，以便在進入時間超過第一預定值時，減小氣門重疊。

計算控制校正量的步驟可以通過朝著減小氣門重疊的方向減小控制校正量，來計算控制校正量，以便在進入時間等于或小于第一預定值時，增大氣門重疊。

在所計算的控制校正量變成零“0”時，通過確定不需要控制VVT來調(diào)整氣門重疊，計算控制校正量的步驟可以結(jié)束。

根據(jù)本公開，具有以下效果：在低速和高負荷區(qū)中，可以盡可能減少轉(zhuǎn)矩損失，并且在發(fā)動機處于掃氣狀態(tài)下時，隨著進入掃氣狀態(tài)內(nèi)的時間，通過主動調(diào)整氣門重疊，可以防止損害設置在排氣系統(tǒng)內(nèi)的催化劑裝置。

附圖說明

通過結(jié)合附圖進行的以下詳細描述，可以更清晰地理解本公開的以上和其他目標、特征以及優(yōu)點。

圖1是示出根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的設備的系統(tǒng)配置的示圖。

圖2是簡單示出進氣門和排氣門的進氣和排氣時間的示圖。

圖3A和3B是示出根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法的流程圖。

圖4A和4B是比較根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法的效果和相關(guān)技術(shù)的效果的示圖。

圖5是示出具有掃氣現(xiàn)象的傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機的示圖。

具體實施方式

在后文中，參考附圖，將詳細描述根據(jù)本公開的示例性實施方式。

圖1是示出根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的設備的大致系統(tǒng)配置的示圖。

在發(fā)動機10的氣缸16內(nèi)部，設置有通過連接桿18連接至曲軸19的活塞17，并且氣缸16的位于活塞17的上部分之上的內(nèi)部空間形成燃燒室11。

渦輪增壓器20可以安裝在發(fā)動機10的進氣口12的上游。渦輪增壓器20可以通過未示出的壓縮機吸入并且壓縮廢氣或室外空氣，并且通過進氣口12將由該過程增壓的空氣供應給燃燒室11。

從進氣口12供應的增壓空氣可以與通過未示出的燃料噴射氣門供應的燃料混合，以形成空氣/燃料混合物，然后，在燃燒室11內(nèi)燃燒。然后，廢氣可以通過排氣口13排放到排氣系統(tǒng)中。

在排氣口13的下游，可以安裝催化劑裝置40。催化劑裝置40是去除包含在廢氣內(nèi)的有害氣體、煙灰以及有害顆粒材料等的后處理裝置。

進氣門14和排氣門15可以分別調(diào)整進氣口12和排氣口13的打開和關(guān)閉。進氣門14和排氣門15可以分別連接至進氣曲軸21和排氣曲軸22，并且分別根據(jù)每個曲軸的旋轉(zhuǎn)而打開和關(guān)閉進氣口12和排氣口13。進氣曲軸21和排氣曲軸22可以在其每端連接至可變氣門正時(VVT)設備23。

VVT設備23是能夠通過改變進氣門14和排氣門15的打開和關(guān)閉時間，以適合于發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度，來在發(fā)動機的低速驅(qū)動區(qū)和高速驅(qū)動區(qū)中同時獲得高燃料效率和高輸出的設備。通過相對于曲軸19將進氣曲軸和排氣曲軸22的旋轉(zhuǎn)相位改變預定的控制量，VVT設備23可以通過改變氣門正時來調(diào)整氣門正時。

圖2示出由VVT設備調(diào)整在進氣門和排氣門內(nèi)的進氣和排氣時間的過程。

在圖2示出的實心曲線表示在曲軸21和23的旋轉(zhuǎn)相位控制不由VVT設備23實現(xiàn)時進氣門14和排氣門15的打開和關(guān)閉時間。如圖2所示，在氣門正時控制不由VVT設備23實現(xiàn)時，排氣門15和進氣門14均變成朝著提前方向和延遲方向偏置，所以將要理解的是，氣門重疊時間非常短。

在圖2示出的其他虛線曲線表示在氣門正時控制由VVT設備23實現(xiàn)的情況下進氣門14和排氣門15的打開和關(guān)閉時間。如圖2所示，通過朝著延遲方向改變排氣門15的打開和關(guān)閉時間或者朝著提前方向改變進氣門14的打開和關(guān)閉時間，能夠增大在排氣門15和進氣門14之間的氣門重疊時間。

此時，隨著VVT設備23的控制量的增大，氣門重疊時間增大，而在減小VVT設備23的控制量時，氣門重疊時間減小。通過調(diào)整VVT設備23的控制量，可以調(diào)整在進氣門14和排氣門15之間的氣門重疊時間。

根據(jù)在圖1示出的內(nèi)容，根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的設備可以進一步包括掃氣區(qū)進入確定裝置26和控制器27。

掃氣區(qū)進入確定裝置26檢測發(fā)動機狀態(tài)，并且確定當前發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)中。

在可能發(fā)生的掃氣狀態(tài)中，進氣口12的壓力高于排氣口13的壓力，使得新鮮空氣從進氣口12直接傳輸?shù)脚艢饪?3。因此，進氣口12的壓力值可以影響確定當前發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)中。此外，在打開所有進氣口12和排氣口13的狀態(tài)中，發(fā)生掃氣。因此，VVT設備23的氣門正時控制量可以影響確定當前發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)中。

此外，安裝有渦輪增壓器的發(fā)動機可以在低速和高負荷區(qū)中進入掃氣狀態(tài)。因此，發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度可以影響確定發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)中。在掃氣狀態(tài)下，未燃燒的燃料量在燃燒室內(nèi)增大，以影響燃料的燃燒狀態(tài)。因此，發(fā)動機10的溫度可以影響確定當前發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)中。

因此，掃氣區(qū)進入確定裝置26可以收集關(guān)于VVT設備的氣門正時控制量、發(fā)動機的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、發(fā)動機的溫度以及進氣口的壓力的信息，并且組合至少兩個或多個信息，以確定發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)中。

如圖1所示，可以從RPM傳感器24中獲得關(guān)于發(fā)動機的RPM的信息。RPM傳感器24可以使用檢測發(fā)動機的曲軸19的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器，來檢測發(fā)動機的RPM。而且，可以從發(fā)動機溫度傳感器28中獲得關(guān)于發(fā)動機的溫度的信息。發(fā)動機溫度傳感器28可以通過安裝在發(fā)動機內(nèi)的氣缸16的內(nèi)壁和外壁上的溫度傳感器檢測發(fā)動機的溫度。此外，可以從進氣口壓力傳感器25中獲得關(guān)于進氣口12的壓力的信息。進氣口壓力傳感器25可以通過安裝在進氣口12內(nèi)的壓力傳感器檢測進氣口12的壓力。

控制器27可以根據(jù)掃氣區(qū)進入確定裝置26的確定結(jié)果以及在掃氣狀態(tài)下的經(jīng)過時間，來調(diào)整VVT設備23的氣門正時控制量，以控制氣門重疊時間。因此，控制器27可以通過掃氣盡可能減少對催化劑裝置40的影響，從而防止在未燃燒的燃料和新鮮空氣大量傳輸?shù)酱呋瘎┭b置40時發(fā)生的二次燃燒損壞催化劑裝置40。

在后文中，參考圖3A和3B，描述用于使用掃氣區(qū)進入確定裝置26和控制器27控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法。

圖3A和3B是示出根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法的流程圖。在根據(jù)本公開的內(nèi)燃發(fā)動機的方法中，首先，掃氣區(qū)進入確定裝置26可以確定發(fā)動機是否進入掃氣狀態(tài)中(S100)。

掃氣區(qū)進入確定裝置26可以從VVT設備23、RPM傳感器24、進氣口壓力傳感器25、發(fā)動機溫度傳感器28中接收VVT設備的控制量、發(fā)動機的RPM、進氣口的壓力以及發(fā)動機的溫度，并且組合這些之中的至少兩個或多個信息，以確定發(fā)動機10是否進入掃氣狀態(tài)中。

在確定發(fā)動機10處于掃氣狀態(tài)下時，控制器27可以測量發(fā)動機10進入掃氣狀態(tài)中的進入時間T1(S200)。

控制器27可以通過來自掃氣區(qū)進入確定裝置26的信息確定在進入掃氣狀態(tài)之后發(fā)動機10是否再次離開掃氣狀態(tài)(S300)。在確定發(fā)動機10在進入掃氣狀態(tài)之后離開掃氣狀態(tài)時，控制器27可以測量發(fā)動機10離開掃氣狀態(tài)的時間T2(S320)。

在確定發(fā)動機10進入掃氣區(qū)并且不離開掃氣狀態(tài)時，首先測量的時間T1變成發(fā)動機10僅僅處于掃氣狀態(tài)中的時間，使得控制器27將該時間視為進入時間T1’(S310)，并且比較進入時間T1’和第一預定值(S400)?？紤]到用于催化劑裝置40內(nèi)的催化劑或用于發(fā)動機燃燒內(nèi)的燃料的特征，第一預定值可以預設為能夠抑制催化劑過熱的參考值。

在確定發(fā)動機10進入掃氣區(qū)之后離開掃氣狀態(tài)時，通過從在進入掃氣區(qū)之后離開掃氣區(qū)的時間T1排除離開掃氣狀態(tài)的時間T2，可以計算純掃氣狀態(tài)進入時間T1'(S330)。在進入掃氣區(qū)之后離開掃氣狀態(tài)的情況下，由于在離開掃氣狀態(tài)期間在催化劑裝置40中不發(fā)生后燃燒，使得損壞催化劑裝置40(例如，催化劑溫度在催化劑裝置40中下降等)的問題不大，所以從進入時間T1排除離開掃氣狀態(tài)的時間T2，變成是否實現(xiàn)氣門重疊時間控制的標準。

在進入時間T1'超過第一預定值時，控制器27可以計算在VVT設備23中的進氣門和/或排氣門的氣門正時控制量的控制校正量(S500)，并且根據(jù)所計算的控制校正量，通過校正氣門正時控制量，調(diào)整氣門重疊時間(S600)。

更具體而言，在進入時間T1'超過第一預定值時，控制器27可以確定需要減少氣門重疊，以便防止損壞催化劑裝置40。為此，控制器27可以增大控制校正量，以便減少在VVT設備23中的進氣門和/或排氣門的氣門正時控制量(減少氣門重疊)。此時，可以以預定值確定初始控制校正量，并且通過控制器27，預定的控制校正量可以以恒定比率或值連續(xù)增大。如圖2所示，如果相對于排氣門15和/或進氣門14減少控制量，則可以減少氣門重疊。

而且，在進入時間T1'等于或小于第一預定值時，控制器27可以確定不需要減少氣門重疊，以便防止損壞催化劑裝置40。因此，控制器27可以減少控制校正量，以便增大在VVT設備23中的進氣門和/或排氣門的氣門正時控制量(增大氣門重疊)。在氣門正時控制量減小時，增大氣門重疊，如圖2所示。

在控制校正量變成0，作為計算在VVT設備23中的進氣門和/或排氣門的氣門正時控制量的控制校正量的結(jié)果時，控制器27可以確定不需要控制氣門重疊，以便防止損壞催化劑裝置，從而結(jié)束控制(S700)。

圖4A和4B示出將根據(jù)本公開的用于控制內(nèi)燃發(fā)動機的方法及其效果與相關(guān)技術(shù)進行比較的示圖。

圖4A示出了未實施根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法的結(jié)果。如圖4A所示，在可變氣門正時(VVT)設備中的控制量保持為在掃氣周期內(nèi)更高，使得氣門重疊時間也保持更長。因此，在排氣系統(tǒng)內(nèi)的催化劑的溫度連續(xù)上升，使得損壞催化劑裝置。

圖4B示出了實施根據(jù)本公開的用于控制在內(nèi)燃發(fā)動機中的可變氣門正時的方法的結(jié)果。如圖4B所示，本公開可以確定發(fā)動機是否處于掃氣狀態(tài)下，并且基于掃氣狀態(tài)在進行中的進入時間，減少在可變氣門正時(VVT)設備中的控制量。

結(jié)果，減少氣門重疊，使得可以發(fā)現(xiàn)抑制由于未燃燒的燃料的過度供應而導致催化劑過熱。

因此，在發(fā)動機處于掃氣狀態(tài)下時，基于掃氣狀態(tài)在進行中的時間，通過調(diào)整可變氣門正時設備的控制量，本公開可以獲得有效防止損壞在排氣系統(tǒng)中的催化劑裝置的效果。

雖然為了說明的目的，在本公開中已經(jīng)公開了一些示例性實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解的是，在不背離在所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以具有各種修改、添加以及替換。