本發(fā)明屬于電動(dòng)車及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，涉及一種增程式車用發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制，具體涉及一種帶有外部冷卻EGR、無節(jié)氣門的汽油機(jī)設(shè)計(jì)，以及應(yīng)用可變進(jìn)排氣相位正時(shí)取代節(jié)氣門控制發(fā)動(dòng)機(jī)工況切換和運(yùn)行，并與發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況相匹配的一種方法。

背景技術(shù)：

城市環(huán)境污染和大氣層溫室效應(yīng)問題促使傳統(tǒng)的汽車向新能源汽車發(fā)展轉(zhuǎn)變，新能源汽車相對(duì)傳統(tǒng)汽車由于節(jié)油率顯著，排放污染物大幅降低，因此近兩年來新能源汽車越來越受到各國的重視，在市場上的占有率不斷提高。新能源汽車包括純電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力汽車(HEV)、燃料電池汽車(FCV)，其中混合動(dòng)力汽車又分為普通混合動(dòng)力汽車(HEV)、插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)和增程式混合動(dòng)力汽車(REEV)?，F(xiàn)階段下，燃料電池技術(shù)應(yīng)用還不成熟，并且存在液態(tài)氫存放安全問題，因此發(fā)展還比較緩慢。純電動(dòng)汽車雖然可以做到零排放，但由于車用電池能量密度小、充電時(shí)間長、續(xù)航里程短，加之配套基礎(chǔ)設(shè)施還不完善等原因，純電動(dòng)汽車也只占新能源汽車的一部分。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)動(dòng)力互相結(jié)合分配的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，目前國內(nèi)發(fā)展這種技術(shù)還存在困難。

增程式混合動(dòng)力汽車(REEV)是一種相對(duì)比較簡單的發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接驅(qū)動(dòng)車輪，僅僅作為動(dòng)力來源通過發(fā)電機(jī)向電池充電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)從電池獲得電能驅(qū)動(dòng)車輛。當(dāng)電池電量比較充足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，車輛依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，當(dāng)電池電量下降到一定程度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，一部分為電池充電，一部分為電機(jī)提供能量，直至電池充滿電時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才停止工作。這樣由于蓄電池對(duì)能量“吸納”和“緩沖”作用，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工況簡單，并可在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行，避免小負(fù)荷下汽油機(jī)熱效率較低的弊端。此外這種增程式混合動(dòng)力汽車，蓄電池電量不足時(shí)，還可以利用普通電網(wǎng)進(jìn)行充電。增程式混合動(dòng)力汽車，相對(duì)純電動(dòng)汽車來說，一方面可避免純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程短、充電時(shí)間長等不足，另一方面也可避免混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，短期內(nèi)自主企業(yè)難以工程化等現(xiàn)狀，是比較符合市場的一種混合動(dòng)力模式，也是未來向清潔能源純電動(dòng)或燃料電池過渡期間的重要替代產(chǎn)品。

當(dāng)前的增程式混動(dòng)力汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，雖然可以實(shí)現(xiàn)增程功能，但是在效率以及經(jīng)濟(jì)性方面仍存在不少缺點(diǎn)：

一、能量損耗大。增程式混合動(dòng)力相對(duì)動(dòng)力混聯(lián)式的混合動(dòng)力來說，在高速大負(fù)荷運(yùn)行工況下節(jié)油效果表現(xiàn)還不如后者，這主要是因?yàn)樵龀淌交旌蟿?dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的這種結(jié)構(gòu)，在每一級(jí)能量轉(zhuǎn)化和傳遞過程中都會(huì)有所損耗，由于發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率及電池的充放電效率很難提高，因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率就成為增程式混合動(dòng)力的關(guān)鍵路徑。

二、熱效率較低。傳統(tǒng)的車用發(fā)動(dòng)機(jī)，由于要平衡動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，以及復(fù)雜的運(yùn)行工況，各設(shè)計(jì)參數(shù)很難做到最佳化。增程式發(fā)動(dòng)機(jī)由于工況較為簡單，一般只需要城市工況、高速工況兩個(gè)特定工況即可，因此相對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)來說，在技術(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)上，完全可以進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大化的提高熱效率。目前豐田已經(jīng)發(fā)表相關(guān)研究報(bào)告，通過相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和設(shè)計(jì)優(yōu)化，可使汽油機(jī)最高熱效率可達(dá)到40％，但這種汽油機(jī)還是具有節(jié)氣門控制的，最大熱效率工況下節(jié)氣門并沒有全開，依然存在節(jié)流損失，此外在大負(fù)荷工況引入外部中冷EGR率有限，限制熱效率進(jìn)一步提升。

中冷EGR技術(shù)是柴油機(jī)降低排放物NOx的一種常用技術(shù)，應(yīng)用較為成熟。近來汽油機(jī)由于節(jié)能需要，也開始利用外部EGR技術(shù)來降低油耗，這主要是利用外部中冷EGR可降低節(jié)流泵氣損失，同時(shí)由于中冷EGR的“稀釋”作用，可降低缸內(nèi)溫度并改善燃燒相位，達(dá)到降低部分負(fù)荷油耗的目的?？勺儦忾T相位技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用已經(jīng)較為普及，利用可變氣門相位功能，可實(shí)現(xiàn)阿特金森和米勒循環(huán)，提高汽油機(jī)熱效率。但以上兩者技術(shù)應(yīng)用主要目的都是提高部分負(fù)荷下的熱效率，起不到控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的目的。增程式發(fā)動(dòng)機(jī)由于運(yùn)行工況簡單，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)加速響應(yīng)要求較低，結(jié)合這兩種技術(shù)應(yīng)用，不僅可以提高熱效率，還可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，起到節(jié)氣門的效果。目前關(guān)于這方面的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品專利還是空白，本發(fā)明即是結(jié)合這兩種技術(shù)發(fā)明了一種高效低成本的增程式混合用發(fā)動(dòng)機(jī)及運(yùn)行工況控制方法。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在如下技術(shù)問題：增程式混合動(dòng)力在車輛高速運(yùn)行工況下節(jié)油效果不佳，主要因?yàn)樵龀淌交旌蟿?dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的這種結(jié)構(gòu)，在每一級(jí)能量轉(zhuǎn)化和傳遞過程中都會(huì)有所損耗，由于發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率及電池的充放電效率很難提高，因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率就成為增程式混合動(dòng)力的關(guān)鍵路徑。目前的增程式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還都是采用原車用通過改裝或優(yōu)化，熱效率提高有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無節(jié)氣門控制的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其用途及其控制方法，帶有外部冷卻EGR、無節(jié)氣門、高壓縮比的汽油機(jī)，由可變進(jìn)排氣相位正時(shí)取代節(jié)氣門控制發(fā)動(dòng)機(jī)工況切換和運(yùn)行，該高效汽油機(jī)利用外部中冷EGR和可變進(jìn)排氣氣門相位正時(shí)技術(shù)，配合燃燒系統(tǒng)優(yōu)化和較高的壓縮比，可使熱效率超過40％。

一種無節(jié)氣門控制的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用無EGR閥的外部中冷EGR，該無EGR閥的外部中冷EGR的入口位置布置在進(jìn)氣管與空濾之間，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管直接與空氣濾清器連接，發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸型線包角采用1mm升程下凸輪軸型線包角250°CA。

進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣歧管通過軟管直接與空氣濾清器連接。

進(jìn)一步地，所述無EGR閥的外部中冷EGR的EGR管路采用一根通管。

進(jìn)一步地，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)以及空燃比傳感器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)有ECU，該ECU內(nèi)置預(yù)設(shè)值進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油計(jì)算，所述空燃比傳感器通信連接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，并可進(jìn)行信號(hào)反饋進(jìn)行當(dāng)量空燃比控制。

進(jìn)一步地，所述發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)不設(shè)置進(jìn)氣溫度和壓力傳感器，所述預(yù)設(shè)值根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)負(fù)荷決定。

上述無節(jié)氣門控制的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的用途，用于增程式混合動(dòng)力汽車。

上述無節(jié)氣門控制的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，包括如下步驟：

(1)將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況劃分為熱機(jī)工況(小負(fù)荷)、城市工況(中等負(fù)荷)、高速工況(大負(fù)荷)；

(2)在步驟(1)中所述工況變換點(diǎn)由可變氣門相位正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)；

(3)確定發(fā)電機(jī)負(fù)載情況；

(4)根據(jù)步驟(3)控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁大小從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述可變氣門相位正時(shí)為控制進(jìn)排氣相位正時(shí)，步驟(4)中結(jié)合控制進(jìn)排氣相位正時(shí)來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，應(yīng)用至增程式混合動(dòng)力汽車包括如下控制步驟：

A.增程式混合動(dòng)力整車控制單元檢測電池電量SOC，判斷是否需要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)：

B.整車控制系統(tǒng)發(fā)出起動(dòng)指令后，發(fā)動(dòng)機(jī)依靠起動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)；

C.發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后，進(jìn)入轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不同的熱機(jī)工況，熱機(jī)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1200-1500r/min運(yùn)行；

D.熱機(jī)工況下，排氣相位正時(shí)保持初始位置不變，同起動(dòng)時(shí)刻相位正時(shí)；

E.當(dāng)電池電量降低到給定的下限值，通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣正時(shí)相位使發(fā)動(dòng)機(jī)從熱機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)入城市運(yùn)行工況；

F.當(dāng)電池電量降低到給定的下限值，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入高速運(yùn)行工況。

進(jìn)一步地，步驟A中，如果電池電量小于給定的下限值，控制系統(tǒng)發(fā)出起動(dòng)指令，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后進(jìn)入熱機(jī)工況，并判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否進(jìn)入城市工況或者進(jìn)入高速工況；發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行后，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給蓄電池進(jìn)行充電，當(dāng)整車控制單元檢測到電池電量高于給定的上限值后，控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，車輛利用蓄電池電量，由電機(jī)進(jìn)行純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)；當(dāng)蓄電池電量下降到下限值，控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；步驟C中，熱機(jī)時(shí)間長短由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液和潤滑油溫度所確定，當(dāng)冷卻液溫度或潤滑油溫度達(dá)到要求后，根據(jù)車輛需求的負(fù)荷判斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入城市工況或者進(jìn)入高速工況；熱機(jī)過程通過發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池進(jìn)行小負(fù)荷充電，負(fù)荷的大小通過進(jìn)氣VVT來進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過VVT調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣正時(shí)相位從最大負(fù)荷位置向最小負(fù)荷位置偏移，IVO為上止點(diǎn)后60°CA開啟，IVC為下止點(diǎn)后130°CA關(guān)閉，以減小進(jìn)氣量，降低負(fù)荷；發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)負(fù)荷大小控制根據(jù)調(diào)節(jié)進(jìn)氣VVT來進(jìn)行微調(diào)控制，實(shí)際負(fù)荷高于目標(biāo)負(fù)荷，調(diào)節(jié)進(jìn)氣正時(shí)相位關(guān)閉時(shí)刻向后推遲，減小缸內(nèi)實(shí)際充量；實(shí)際負(fù)荷低于目標(biāo)負(fù)荷，調(diào)節(jié)進(jìn)氣正時(shí)相位關(guān)閉時(shí)刻向前，增大缸內(nèi)實(shí)際充量；發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小進(jìn)行控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，增大發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，增加負(fù)載以降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，降低負(fù)載以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種無節(jié)氣門的高效發(fā)動(dòng)機(jī)和工況調(diào)節(jié)控制方法，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況由調(diào)節(jié)氣門正時(shí)進(jìn)行控制，利用外部中冷EGR和可變氣門相位正時(shí)來代替汽油機(jī)節(jié)氣門控制負(fù)荷的方法，利用控制氣門相位正時(shí)，起到調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)新鮮空氣的目的，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的熱效率經(jīng)濟(jì)區(qū)，同時(shí)滿足增程器運(yùn)行工況需求。利用外部中冷EGR和可變氣門相位正時(shí)來代替汽油機(jī)節(jié)氣門控制負(fù)荷的方法，利用控制氣門相位正時(shí)，起到調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)新鮮空氣的目的，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的熱效率經(jīng)濟(jì)區(qū)，同時(shí)滿足增程器運(yùn)行工況需求。

附圖說明

圖1為無節(jié)氣門高效汽油機(jī)技術(shù)應(yīng)用圖

圖2為運(yùn)行工況流程圖

圖3為可變正時(shí)調(diào)節(jié)工況圖

圖中：1、節(jié)氣門 2、EGR管路 3、EGR中冷器 4、進(jìn)氣歧管 5、排氣歧管 6、EGR喉管及分配器 7、進(jìn)氣溫度壓力傳感器 8、小負(fù)荷進(jìn)氣相位 9、大負(fù)荷進(jìn)氣相位 10、高EGR率排氣相位 11、低EGR率排氣相位

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實(shí)施方式中的一種優(yōu)選實(shí)施例。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一種無節(jié)氣門控制的高效汽油機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)帶有外部中冷EGR，中冷EGR系統(tǒng)可不帶EGR閥。該發(fā)動(dòng)機(jī)配有較高的壓縮比和特殊設(shè)計(jì)的燃燒系統(tǒng)，從而最大化的提高發(fā)動(dòng)機(jī)在特定運(yùn)行工況點(diǎn)的熱效率。該汽油機(jī)利用特定設(shè)計(jì)的凸輪軸型線，通過控制氣門相位正時(shí)起到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的目的。由于該發(fā)動(dòng)機(jī)無節(jié)氣門布置，因此進(jìn)氣節(jié)流損失小，同時(shí)利用無EGR閥的外部中冷EGR，大大降低EGR系統(tǒng)壓降，達(dá)到較高的EGR率以最大化的提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。本發(fā)明還涉及到一種發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況運(yùn)行的控制方法，該運(yùn)行工況主要包括起動(dòng)工況、熱機(jī)工況(小負(fù)荷)、城市工況(中等負(fù)荷)、高速工況(大負(fù)荷)四種工況。該控制方法結(jié)合發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和轉(zhuǎn)速控制，通過調(diào)節(jié)進(jìn)排氣門相位正時(shí)對(duì)各工況點(diǎn)進(jìn)行控制和工況切換。

在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以采用如下方案：一種無節(jié)氣門控制的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，主要用于增程式混合動(dòng)力汽車，該汽油機(jī)無節(jié)氣門，帶有外部中冷EGR，中冷EGR系統(tǒng)無控制調(diào)節(jié)閥，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管沒有布置節(jié)氣門，進(jìn)氣歧通過軟管直接與空氣濾清器向連接，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)可以不布置進(jìn)氣溫度和壓力傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油計(jì)算是由電控系統(tǒng)的ECU預(yù)設(shè)值提供，預(yù)設(shè)值根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)負(fù)荷決定。并經(jīng)過空燃比傳感器信號(hào)反饋進(jìn)行當(dāng)量空燃比控制，外部中冷EGR系統(tǒng)無控制閥，EGR管路是一根通管，EGR入口位置布置在進(jìn)氣管與空濾之間，凸輪軸型線包角較大，1mm升程下凸輪軸型線包角達(dá)到250°CA。

一種無節(jié)氣門汽油機(jī)的運(yùn)行工況控制方法，該控制方法主要依靠控制進(jìn)排氣相位正時(shí)進(jìn)行負(fù)荷和轉(zhuǎn)速控制，滿足增程式發(fā)動(dòng)機(jī)特定工況運(yùn)行需要。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)不是依靠傳統(tǒng)的節(jié)氣門來進(jìn)行，而是通過控制進(jìn)排氣相位正時(shí)來完成。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況主要有四個(gè)工況，包括熱機(jī)工況(小負(fù)荷)，城市工況(中負(fù)荷)，高速工況(大負(fù)荷)，四個(gè)工況過程的控制和流程方法。

在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以采用如下方案：一種利用外部中冷EGR和可變氣門相位正時(shí)來代替汽油機(jī)節(jié)氣門控制負(fù)荷的方法，利用控制氣門相位正時(shí)，起到調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)新鮮空氣的目的，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的熱效率經(jīng)濟(jì)區(qū)，同時(shí)滿足增程器運(yùn)行工況需求。

一種發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)不帶進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力傳感器的電控控制方法。發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷計(jì)算是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的發(fā)電電流進(jìn)行計(jì)算，從而進(jìn)行噴油量的計(jì)算，并通過排氣系統(tǒng)空燃比傳感器進(jìn)行修正，達(dá)到當(dāng)量空燃比控制方法。在不同的環(huán)境溫度和大氣壓下，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷計(jì)算是根據(jù)氧傳感器和噴油量進(jìn)行模型標(biāo)定。

一種發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制方法，由于發(fā)動(dòng)機(jī)取消節(jié)氣門，對(duì)進(jìn)氣沒有節(jié)流，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后進(jìn)氣量較高，同時(shí)EGR率較大，易燃燒不穩(wěn)定，本發(fā)明的起動(dòng)控制方法可以避免燃燒不穩(wěn)定，同時(shí)滿足排放要求。該起動(dòng)控制方法主要是依靠大凸輪軸型線包角下，通過控制進(jìn)排氣相位正時(shí)，降低內(nèi)部殘留EGR，同時(shí)又保證外部EGR不至于過大。

一種無節(jié)氣門控制的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況及控制方法。運(yùn)行工況包括熱機(jī)工況(小負(fù)荷)、城市工況(中等負(fù)荷)、高速工況(大負(fù)荷)。發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況點(diǎn)的運(yùn)行控制，主要是由可變氣門相位正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，結(jié)合發(fā)電機(jī)負(fù)載情況，通過控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁大小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。三種運(yùn)行工況下，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)有效熱效率、發(fā)電機(jī)發(fā)電效率以及蓄電池充電時(shí)間和效率，達(dá)到一個(gè)最佳的工況匹配。

一種EGR率控制裝置和方法。由于取消節(jié)氣門，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管真空度降低，EGR進(jìn)出口壓差相對(duì)較小，不能保證較高的EGR率。本發(fā)明的EGR率控制裝置取消一般的EGR控制閥，并利用進(jìn)氣管縮口來加快進(jìn)氣速度，提高真空度。EGR率大小在一定范圍內(nèi)可由排氣正時(shí)相位來進(jìn)行控制，由于排氣正時(shí)相位可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)排氣背壓，并由于多缸機(jī)排氣脈沖效應(yīng)，因此可以通過排氣相位來調(diào)節(jié)EGR壓差大小，從而控制調(diào)節(jié)EGR率。

在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，參照如下附圖：

圖1給出本發(fā)明的無節(jié)氣門高效汽油機(jī)技術(shù)應(yīng)用圖，該發(fā)動(dòng)機(jī)最顯著的特點(diǎn)是進(jìn)氣管沒有布置節(jié)氣門(1)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況依靠進(jìn)排氣正時(shí)相位和EGR率進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

圖2給出了本發(fā)明的無節(jié)氣門高效汽油機(jī)各工況運(yùn)行流程和控制圖。

圖3給出了本發(fā)明的無節(jié)氣門高效汽油機(jī)利用可變正時(shí)調(diào)節(jié)工況圖。

首先增程式混合動(dòng)力整車控制單元通過檢測電池電量(SOC)，用來判斷是否需要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。如果電池電量小于給定的下限值，控制系統(tǒng)發(fā)出起動(dòng)指令，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后進(jìn)入熱機(jī)工況，然后再結(jié)合車輛需求的負(fù)荷和車速等信息判斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入城市工況或者進(jìn)入高速工況。發(fā)動(dòng)機(jī)起到運(yùn)行后，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)給蓄電池進(jìn)行充電，當(dāng)整車控制單元檢測到電池電量高于給定的上限值后，控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，車輛利用蓄電池電量，由電機(jī)進(jìn)行純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)，直到蓄電池電量下降到下限值，控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

整車控制系統(tǒng)發(fā)出起動(dòng)指令后，發(fā)動(dòng)機(jī)依靠起動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)初始狀態(tài)的進(jìn)氣正時(shí)相位處在大負(fù)荷位置(9)，該凸輪軸正時(shí)位置進(jìn)氣門關(guān)閉較為提前，IVC(進(jìn)氣門1mm升程下至點(diǎn)遲閉角)為60°CA，IVO(進(jìn)氣門1mm升程上止點(diǎn)早開角)為10°CA，這種相位正時(shí)可減少進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣又倒流回進(jìn)氣管，提高進(jìn)氣充量，增加缸內(nèi)混合氣壓縮壓力和混合氣溫度。排氣正時(shí)相位處在外部低EGR率位置(11)，該凸輪軸正時(shí)位置排氣門關(guān)閉時(shí)刻較為提前，EVO(排氣門1mm升程下至點(diǎn)早開角)為40°CA，EVC(排氣門1mm升程下止點(diǎn)晚關(guān)角)為-20°CA，以減小內(nèi)部EGR率，提高燃燒穩(wěn)定性。由于進(jìn)氣管上無節(jié)氣門，進(jìn)氣歧管壓力較高，缸內(nèi)壓縮壓力可很快建立。在起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的前1-5循環(huán)，混合氣在缸內(nèi)還沒有燃燒，排出到排氣系統(tǒng)內(nèi)，部分未燃混合氣在缸內(nèi)壓縮后，通過EGR管路再次進(jìn)入缸內(nèi)，因此可提高發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性。

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后，根據(jù)環(huán)境溫度隨即進(jìn)入轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不同的熱機(jī)工況，熱機(jī)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有所升高，一般在1200-1500r/min運(yùn)行。此時(shí)通過VVT調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣正時(shí)相位從最大負(fù)荷位置向最小負(fù)荷位置偏移，IVO為上止點(diǎn)后60°CA開啟，IVC為下止點(diǎn)后130°CA關(guān)閉，以減小進(jìn)氣量，降低負(fù)荷。發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)負(fù)荷大小控制是根據(jù)調(diào)節(jié)進(jìn)氣VVT來進(jìn)行微調(diào)控制的，實(shí)際負(fù)荷高于目標(biāo)負(fù)荷，調(diào)節(jié)進(jìn)氣正時(shí)相位關(guān)閉時(shí)刻向后推遲，減小缸內(nèi)實(shí)際充量；實(shí)際負(fù)荷低于目標(biāo)負(fù)荷，調(diào)節(jié)進(jìn)氣正時(shí)相位關(guān)閉時(shí)刻向前，增大缸內(nèi)實(shí)際充量，以提高負(fù)荷，從而達(dá)到通過進(jìn)氣VVT來控制負(fù)荷的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小是由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小進(jìn)行控制，實(shí)際轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，增大發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，增加負(fù)載以降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，降低負(fù)載以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

熱機(jī)工況下，由于EGR管路沒有EGR閥，節(jié)流損失較小，易造成EGR率較高而影響燃燒穩(wěn)定性，排氣相位正時(shí)保持初始位置不變，同起動(dòng)時(shí)刻相位正時(shí)。一方面是減小內(nèi)部EGR率，另一方面排氣VVT提前關(guān)閉可減小進(jìn)氣管和排氣管的的壓差，降低外部EGR率，避免熱機(jī)過程的燃燒不穩(wěn)定。

熱機(jī)時(shí)間長短主要由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液和潤滑油溫度所確定，當(dāng)冷卻液溫度或潤滑油溫度達(dá)到要求后，根據(jù)車輛需求的負(fù)荷判斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入城市工況或者進(jìn)入高速工況。熱機(jī)過程也可以通過發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池進(jìn)行小負(fù)荷充電，負(fù)荷的大小，同樣通過進(jìn)氣VVT來進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)氣門提前關(guān)閉，可增加缸內(nèi)充量，提高負(fù)荷。

當(dāng)電池電量降低到給定的下限值，結(jié)合車輛車速等信息，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入城市運(yùn)行工況。由熱機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)入城市運(yùn)行工況的這一過程，是進(jìn)一步通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣正時(shí)相位來完成的。進(jìn)氣正時(shí)相位(IVC)從熱機(jī)的晚關(guān)位置向前偏移，可減少壓縮沖程進(jìn)氣量回流到進(jìn)氣管，增加缸內(nèi)充量，從而增加負(fù)荷，城市工況的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，由整車控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)設(shè)，一般是選取發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)相匹配的最佳效率工況。該負(fù)荷工況下發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣正時(shí)相位仍然處在一個(gè)較為滯后的相位，IVO為上止點(diǎn)后0°CA左右開啟，IVC為下止點(diǎn)后70°CA左右關(guān)閉，EVO為上止點(diǎn)后0°CA左右開啟，EVO為下止點(diǎn)后20°CA左右關(guān)閉，該相位組合下泵氣損失較小，同時(shí)利用米勒循環(huán)效應(yīng)來提高熱效率。在城市工況下，由于排氣背壓還不是很高，進(jìn)氣壓力較小，EGR管路兩端壓差較小，發(fā)動(dòng)機(jī)外部EGR率還不是較大，根據(jù)電控標(biāo)定模型實(shí)時(shí)控制排氣正時(shí)相位可向后移動(dòng)，適當(dāng)增加缸內(nèi)EGR率，以進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。

當(dāng)電池電量降低到給定的下限值，結(jié)合車輛車速等信息，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入高速運(yùn)行工況。高速運(yùn)行工況下，進(jìn)氣正時(shí)相位(IVC)從晚關(guān)位置向前偏移，IVO為上止點(diǎn)后-20°CA左右開啟，IVC為下止點(diǎn)后50°CA左右關(guān)閉，以進(jìn)一步減少壓縮沖程進(jìn)氣量回流到進(jìn)氣管，增加缸內(nèi)充量，增加負(fù)荷，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最佳相位值，使發(fā)動(dòng)機(jī)處在一個(gè)高效的工況運(yùn)行。排氣相位可以向前移動(dòng)，EVO為上止點(diǎn)前10°CA左右開啟，EVO為下止點(diǎn)后10°CA左右關(guān)閉。以降低泵氣損失，減少內(nèi)部EGR率，提高負(fù)荷，利用外部冷卻的EGR來提高燃燒等容度。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。