发动机配气相位的控制方法和控制系统与流程

1.本技术涉及车辆制造技术领域，尤其是涉及一种发动机配气相位的控制方法和适用于该控制方法的发动机配气相位的控制系统。


背景技术：

2.相关技术中，对于传统的汽油发动机，在正常工作过程中会以一种固定的工作循环原理进行工作。目前市场上主流的发动机仍采用otto循环进行工作，部分高效的产品会选择atkinson或miller循环进行工作，具体选择哪一种工作循环方式，取决于设计者的目标需求。但是现有车辆多是采用固定的工作模式，无法满足不同运行工况下对动力性、经济性的使用需求，灵活性较差，存在改进的空间。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出一种发动机配气相位的控制方法，该控制方法能够根据不同的运行工况、用户的不同使用需求，灵活地切换发动机的配气相位模式，从而提高发动机的经济性和动力性，满足更多的使用需求。
4.根据本技术实施例的发动机配气相位的控制方法，包括：获取发动机的运行状态、识别用户的使用需求；根据所述运行状态与所述使用需求确定发动机的目标负荷区域；根据所述目标负荷区域获取相匹配的配气相位模式；根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制。
5.根据本技术实施例的发动机配气相位的控制方法，可根据发动机的当前运行状态以及用户的使用需求，对发动机的配气相位模式进行灵活地切换，以使发动机以不同的工作状态进行动力输出，从而适应不同的运行工况且更利于满足用户的使用需求，提升发动机的实用性，同时利于提升发动机的经济性和动力性。
6.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，所述目标负荷区域为多个，多个所述目标负荷区域对应的标定负荷状态依次递增，所述根据所述运行状态与所述使用需求确定发动机的目标负荷区域包括：根据所述运行状态与所述使用需求获取标定负荷状态，且根据所述标定负荷确定发动机的目标负荷区域。
7.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，所述配气相位模式为多个，且多个所述配气相位模式与多个所述目标负荷区域一一对应。
8.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，多个所述配气相位模式中的进气门开启时刻、进气门关闭时刻、排气门开启时刻和排气门关闭时刻的设定不同，所述根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制包括：根据所述配气相位模式对应设定的所述进气门开启时刻、所述进气门关闭时刻、所述排气门开启时刻和所述排气门关闭时刻对所述发动机进行控制。
9.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，所述目标负荷区域包括小
负荷区域，所述配气相位模式包括与所述小负荷区域对应的第一工作模式，且所述根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制包括：根据所述第一工作模式，控制所述进气门在排气行程上止点后5
°
～10
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点后10
°
～20
°
曲轴转角区间内关闭，控制所述排气门在做功行程下止点前80
°
～90
°
曲轴转角区间内打开且在排气行程上止点前5
°
～10
°
曲轴转角区间内关闭。
10.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，所述目标负荷区域包括中间负荷区域，所述配气相位模式包括与所述中间负荷区域对应的第二工作模式，且所述根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制包括：根据所述第二工作模式，控制所述进气门在排气行程上止点前40
°
～50
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点前30
°
～45
°
曲轴转角区间内关闭，控制所述排气门在做功行程下止点前40
°
～50
°
曲轴转角区间内打开，控制所述排气门在排气行程上止点后30
°
～35
°
曲轴转角区间内关闭。
11.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，所述目标负荷区域包括高负荷区域，所述配气相位模式包括与所述高负荷区域对应的第三工作模式，且所述根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制包括：根据所述第三工作模式，控制所述进气门在排气行程上止点前5
°
～10
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点后5
°
～10
°
曲轴转角区间内关闭，控制所述排气门在做功行程下止点前70
°
～80
°
曲轴转角区间内打开且在排气行程上止点后10
°
～20
°
曲轴转角区间内关闭。
12.根据本技术一些实施例的发动机配气相位的控制方法，所述控制方法还包括：在根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制过程中；标定发动机、整车的运行状态，并进行数据存储。
13.本技术还出了一种发动机配气相位的控制系统。
14.根据本技术实施例的发动机配气相位的控制系统，所述控制系统适用于上述任一种实施例所述的发动机配气相位的控制方法，包括：获取模块，所述获取模块用于获取发动机的运行状态以及识别用户的使用需求；控制模块，所述控制模块用于根据所述运行状态与所述使用需求确定发动机的目标负荷区域、根据所述目标负荷区域获取相匹配的配气相位模式以及根据所述配气相位模式对所述发动机进行控制。
15.本技术又提出了一种计算机可读存储介质。
16.根据本技术实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种实施例所述的发动机配气相位的控制方法。
17.所述控制系统、所述计算机可读存储介质与上述的发动机配气相位的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
18.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1是根据本技术实施例的控制方法的结构示意图；
21.图2是根据本技术实施例的控制方法的具体执行的示意图；
22.图3是根据本技术实施例的控制方法的发动机的工作运行map示意图；
23.图4是根据本技术实施例的控制方法在第一工作模式下的配气相位示意图；
24.图5是根据本技术实施例的控制方法在第二工作模式下的配气相位示意图；
25.图6是根据本技术实施例的控制方法在第三工作模式下的配气相位示意图；
26.图7是根据本技术实施例的控制方法的标定流程示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
28.下面参考图1-图6描述根据本技术实施例的发动机配气相位的控制方法，该控制方法能够根据不同的运行工况、用户的不同使用需求，灵活地切换发动机的配气相位模式，从而提高发动机的经济性和动力性，满足更多的使用需求。
29.如图1所示，根据本技术实施例的发动机配气相位的控制方法，该控制方法包括：
30.s10：获取发动机的运行状态、识别用户的使用需求。
31.其中，获取发动机的运行状态，包括对发动机的当前工作运行点map(进气传感器)进行识别，具体包括对发动机的进气口及排气口处的压力、温度进行实时地检测获取，以确定当前发动机的运行状态，其中可在发动机的进气口、排气口位置处均设置压力传感器和温度传感器，以通过压力传感器和温度传感器分别获取对应位置处的压力、温度，进而根据对进气口及排气口处的压力、温度获取发动机的进气模型、排气模型、燃烧模型、扭矩模型以及发动机的喷油点火。
32.由此，对发动机当前的运行状态进行检测、分析，以更加准确地对发动机的配气相位进行切合实际的控制。
33.识别用户的使用需求可包括获取当前车辆的运行工况，如在车辆处于爬坡模式时，用户对发动机输出的驱动力的需求较大，或者在用户对应的驾驶模式为经济模式或城市路况下，用于对发动机输出的驱动力的需求较小，由此，通过识别用户的使用需求利于对发动机进行更加精准地控制。当然，用户的需求还可包括其他工作模式下的需求，如运动模式、冷启动工作模式等。
34.s20：根据运行状态与使用需求确定发动机的目标负荷区域。
35.其中，可预先根据车辆的运行状态和使用需求对发动机的负荷状态进行标定、划分，即在车辆的运行状态和使用需求对发动机的负荷状态要求较高时、较低时或处于中等时分别划分为不同的目标负荷区域，如目标负荷区域可包括小负荷区域、中间负荷区域或高负荷区域。
36.s30：根据目标负荷区域获取相匹配的配气相位模式。
37.也就是说，本技术中的目标负荷区域对应有配气相位模式，且不同的目标负荷区域对应的配气相位模式不同，且通过不同的配气相位模式控制进气门、排气门的开关时间不同。这样，在进行不同的配气相位模式切换后，可实现不同时刻的进气门、排气门的控制，从而满足不同运行工况下的进气、排气需求。
38.其中，具体地配气相位模式可包括otto循环模式、atkinson或miller循环、egr模
式，且不同的配气相位模式所能够适用的工况不同，可满足不同的负荷需求。
39.s40：根据配气相位模式对发动机进行控制。
40.也就是说，在通过车辆的运行状态和使用需求确定相应的目标负荷区域后，匹配对应的配气相位模式，且在配气相位模式确定后，根据该配气相位模式所对应的进气门控制时刻、排气门控制时刻对发动机的配气机构进行控制，以使发动机的运行能够满足用户的使用需求，同时提升发动机运行的动力性和经济性。
41.根据本技术实施例的发动机配气相位的控制方法，可根据发动机的当前运行状态以及用户的使用需求，对发动机的配气相位模式进行灵活地切换，以使发动机以不同的工作状态进行动力输出，从而适应不同的运行工况且更利于满足用户的使用需求，提升发动机的实用性，同时利于提升发动机的经济性和动力性。
42.在一些实施例中，目标负荷区域为多个，多个目标负荷区域对应的标定负荷状态依次递增，根据运行状态与使用需求确定发动机的目标负荷区域包括：根据运行状态与使用需求获取标定负荷状态，且根据标定负荷确定发动机的目标负荷区域。
43.也就是说，通过将用户对发动机的负荷状态的需求进行不同量级的划分，以形成多个不同的目标负荷区域，从而便于对配气相位模式进行切换，进而实现对发动机的有效控制。
44.其中，目标负荷区域的数量可根据实际的需求进行灵活地选择，如将用户对负荷状态的需求整体区间划分为两个、三个、四个或者更多个，如负荷状态的需求整体区间划分为两个时，目标负荷区域包括小负荷区域和大负荷区域；或者如图3所示，在负荷状态的需求整体区间划分为三个时，目标负荷区域包括小负荷区域、中间负荷区域和大负荷区域；再或者负荷状态的需求整体区间划分为四个时，目标负荷区域包括小负荷区域、中下负荷区域、中上负荷区域和大负荷区域。也就是说，本技术中目标负荷区域的数量可灵活地选择，灵活性和实用性较佳。
45.且每个目标负荷区域的负荷状态的范围区间也可根据实际的需求进行灵活地设置，如图3所示，目标负荷区域包括启动和低速小负荷区域、中间负荷区域以及高转速高负荷区域。其中，如图3所示，中间负荷区域所占的区域面积较大且为主要的负荷区域，所能够适应的工况环境也较多。其中，考虑到在中间负荷区域内、高转速高负荷区域的工作边界，发动机的进气量有所减少，造成动力降低的缺点，将发动机的理论压缩比适当进行提高至11～12。
46.在一些实施例中，配气相位模式为多个，且多个配气相位模式与多个目标负荷区域一一对应。
47.也就是说，在该实施例中，目标负荷区域的数量与配气相位模式的数量可布置为一致，以使确定的目标负荷区域定向匹配对应的配气相位模式，实现快速的配对。如图3所示，在负荷状态的需求整体区间划分为三个时，目标负荷区域包括小负荷区域、中间负荷区域和大负荷区域，配气相位模式包括otto循环模式、miller循环、egr模式，其中，小负荷区域、中间负荷区域和大负荷区域分别与egr、miller循环、otto循环模式模式一一对应。
48.由此，在确定目标负荷区域后，可将发动机的工作模式切换至对应的otto循环模式、miller循环或egr模式，以满足不同的使用需求。
49.在一些实施例中，多个配气相位模式中的进气门开启时刻、进气门关闭时刻、排气
门开启时刻和排气门关闭时刻的设定不同，根据配气相位模式对发动机进行控制包括：根据配气相位模式对应设定的进气门开启时刻、进气门关闭时刻、排气门开启时刻和排气门关闭时刻对发动机进行控制。
50.具体地，在otto循环模式、miller循环模式或egr模式中，分别对应不同的进气门开启时刻、进气门关闭时刻、排气门开启时刻和排气门关闭时刻，从而实现不同的发动机的进气、排气过程的控制，使得发动机实现不同状态的动力。
51.在一些具体地执行中：
52.目标负荷区域包括小负荷区域、中间负荷区域和高负荷区域，配气相位模式包括与小负荷区域对应的第一工作模式、与中间负荷区域对应的第二工作模式和与高负荷区域对应的第三工作模式。其中，第一工作模式可为egr模式，第二工作模式可为miller循环模式，第三工作模式可为otto循环模式。且本技术中的控制发动机的进气凸轮型线工作段长度为180
°
～200
°
曲轴转角，且排气凸轮型线工作段长度为250
°
～260
°
曲轴转角。
53.其中，本技术中的根据配气相位模式对发动机进行控制s40：包括：
54.s41：根据第一工作模式，控制进气门在排气行程上止点后5
°
～10
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点后10
°
～20
°
曲轴转角区间内关闭，控制排气门在做功行程下止点前80
°
～90
°
曲轴转角区间内打开且在排气行程上止点前5
°
～10
°
曲轴转角区间内关闭。
55.其中，第一工作模式可适用于小负荷区域对应的运行工况，如第一工作模式可适用于在发动机冷启动时或者发动机在怠速和低速负荷运行时。
56.需要说明的是，在发动机冷机启动时，通过排气门早开，一方面有效降低活塞上行时的压缩损失，降低泵气损失，同时增加启动能力；另一方面通过较高的排气温度通过三元催化器，实现快速启燃，降低有害气体的排出；发动机在怠速和低速低负荷运行时，排气门早关，可实现缸内较大的egr率，提高缸内混合气体的温度，增加缸内燃油的蒸发，改善燃烧水平，实现冷机ch、co等排放物的减小，提升发动机的性能。
57.如图2所示，根据配气相位模式对发动机进行控制s40：还包括：
58.s42：根据第二工作模式，控制进气门在排气行程上止点前40
°
～50
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点前30
°
～45
°
曲轴转角区间内关闭，控制排气门在做功行程下止点前40
°
～50
°
曲轴转角区间内打开，控制排气门在排气行程上止点后30
°
～35
°
曲轴转角区间内关闭。
59.其中，第二工作模式可适用于中转速及部分小负荷区域对应的运行工况，如第二工作模式可适用于在驾驶模式对应为经济模式或城市路况下的模式。
60.需要说明的是，此时发动机在保证正常动力输出外，尽可能使发动机运行在经济区域，在该模式下，发动机在ecu的控制下，切换为miller循环，通过进气门的早关，减小缸内进气量和喷油量，实现发动机省油的特点；当然，随着进气门早关的具体时刻，miller循环的参与度会有所变化，其中参与度越大，发动机越省油。
61.根据配气相位模式对发动机进行控制s40：还包括：
62.s43：根据第三工作模式，控制进气门在排气行程上止点前5
°
～10
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点后5
°
～10
°
曲轴转角区间内关闭，控制排气门在做功行程下止点前70
°
～80
°
曲轴转角区间内打开且在排气行程上止点后10
°
～20
°
曲轴转角区间内关闭。
63.其中，第三工作模式可适用于高转速、大负荷区域对应的运行工况，如第三工作模
式可适用于对应的驾驶模式为动力需求较大的工况，包括爬坡、起步、加速超车、高速行驶等。需要说明的是，在该模式下，用户需要激进驾驶，发动机在ecu的控制下，切换为otto循环，保证发动机较大的进气量和性能输出，动力性将作为主要的目标需求。
64.需要说明的是，在本技术中，发动机实现不同配气相位的切换，需要进排气连续可变相位技术的支持，考虑到相应性快可以减小过度工况的粗暴燃烧情况，进气选用电子可变气门相位器(vvt_ie)，排气采用中置ocv阀控制的液压式可变相位器(简称vvt_i)。
65.在一些实施例中，本技术中的控制方法还包括：
66.s50：在根据配气相位模式对发动机进行控制过程中；标定发动机、整车的运行状态，并进行数据存储。
67.其中，需要说明的是，如图7所示，在确定发动机的目标负荷区域、配气相位模式后，进一步地在不同转速、不同工况下，对发动机进行基础标定，具体包括对发动机的边界定义、进气模型、排气模型、燃烧模型、扭矩模型、喷油点火模型等，同时对整车的运行状态进行标定，具体包括整车的边界定义、驾驶习惯、道路信息、整车性能参数、法规要求等综合因素，选择合适的进气vvt_ie和排气vvt_i的工作角度，且对发动机以及整车对应的参数信息进行标定。
68.将标定后的数据储存至ecu中，后期可通过ecu控制发动机根据不同的使用工况进行快速的切换，提高发动机的模式切换的效率。
69.本技术还提出了一种发动机配气相位的控制系统。
70.根据本技术实施例的发动机配气相位的控制系统，该控制系统适用于上述任一种实施例的发动机配气相位的控制方法，包括：获取模块和控制模块。
71.其中，获取模块用于获取发动机的运行状态以及识别用户的使用需求，如获取模块包括设于发动机进气口、排气口的压力传感器、温度传感器，以及用于获取用户车辆所在环境的摄像设备以确定用户的当前工况对应的发动机的需求。
72.控制模块用于根据运行状态与使用需求确定发动机的目标负荷区域、根据目标负荷区域获取相匹配的配气相位模式以及根据配气相位模式对发动机进行控制。
73.控制模块还用于根据第一工作模式，控制进气门在排气行程上止点后5
°
～10
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点后10
°
～20
°
曲轴转角区间内关闭，控制排气门在做功行程下止点前80
°
～90
°
曲轴转角区间内打开且在排气行程上止点前5
°
～10
°
曲轴转角区间内关闭。
74.控制模块还用于根据第二工作模式，控制进气门在排气行程上止点前40
°
～50
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点前30
°
～45
°
曲轴转角区间内关闭，控制排气门在做功行程下止点前40
°
～50
°
曲轴转角区间内打开，控制排气门在排气行程上止点后30
°
～35
°
曲轴转角区间内关闭。
75.控制模块还用于根据第三工作模式，控制进气门在排气行程上止点前5
°
～10
°
曲轴转角区间内打开且在进气行程下止点后5
°
～10
°
曲轴转角区间内关闭，控制排气门在做功行程下止点前70
°
～80
°
曲轴转角区间内打开且在排气行程上止点后10
°
～20
°
曲轴转角区间内关闭。
76.其中，获取模块以及控制模块的具体应用与上述控制方法中的相同，在此不再赘述。由此，通过本技术中的控制系统，执行上述的发动机配气相位的控制方法能够使得发动
机的配气相位模式进行灵活地切换，以使发动机以不同的工作状态进行动力输出，从而适应不同的运行工况且更利于满足用户的使用需求，提升发动机的实用性，同时利于提升发动机的经济性和动力性。
77.为了实现上述实施例，本技术还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本技术任一所述的发动机配气相位的控制方法。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
79.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
80.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
81.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
82.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
83.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以
是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
84.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。