專利名稱：變量可變壓縮比和可變配氣相位的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種四行程發動機的微機控制的變量可變壓縮比和可變配氣相位。
目前，微機對四行程發動機(下面簡稱發動機)的控制技術迅速發展。人民交通出版社1982年6月出版的汽車節油常識一書51頁，揭示了可變壓縮比發動機，要改變壓縮比，一種辦法是改變活塞行程；第二種辦法是改變燃燒室容積，而且要隨時可大可小，但是幾十年來，始終未能在實際中付諸使用，原因是結構復雜，工藝要求高。
中國專利說明書94108841中揭示了微機控制交流液壓可變配氣相位式發動機的工作方法，控制軸由同步帶驅動，軸轉動帶動凸輪片轉動，通過液壓油推動柱塞移動，進而帶動凸輪片上的柱塞移動，以實現進排氣門的開閉。各種傳感器采集到的發動機的工況數據反饋給微機，根據這些數據，微機控制裝置發出控制指令，打開或關閉可變相位電磁閥，控制可變相位液壓柱塞的升降，以改變凸輪片的配氣相位角。在輸出功率減小的情況下，微機可發出指令，關閉一個或數個氣缸，這樣，在滿足工作的情況下降低油耗。由于該機械傳動件過多，磨損后，影響配氣相位的準確性。
人民交通出版社1982年6月出版的汽車節油常識一書149頁，揭示了汽車在冷起動時，一定要預熱。其作用是縮短發動機升溫到正常工作溫度的時間，并使燃油容易蒸發，霧化均勻，減少燃油的消耗。同時，可減少發動機的磨損以及摩擦阻力。該發動機加熱進行預熱，受到條件限制，不能在發動機工作時，減少預熱的時間。
人民交通出版社1976年4月出版的汽車構造下冊一書265頁，揭示了排氣制動裝置，為了加強發動機的制動效果，可以在發動機的排氣管內裝一個片狀閥門，在汽車下坡使用發動機制動時即將該閥門關閉，以加大發動機排氣阻力。該不足之處是增加了這套裝置，制動力小，不能對穩定汽車速度進行自動控制。
機械工業出版社1979年7月出版的內燃機使用維修問答一書416頁，揭示了減壓起動裝置，將減壓機構處于減壓位置，然后用手搖柄轉動發動機，當轉速升高時，使減壓機構處于不減壓位置，柴油發動機便可起動。該減壓裝置是在單氣缸X195型柴油發動機上使用，不足之處是手動操作，增加了設備。
本發明的目的是在上述用于發動機的可變壓縮比、可變配氣相位、關閉氣缸、加熱預熱、排氣制動、減壓起動的各控制裝置的基礎上提供一汽車用，微型計算機控制系統(簡稱微機)，控制氣門控制器以控制發動機的變量可變壓縮比、可變配氣相位、自動關閉氣缸、自動冷卻溫度調節、壓縮力制動和自動減壓起動，并對提高發動機的熱效率、容積效率、機械效率、冷卻溫度調節進行有效控制。
為達到上述目的，本發明是在發動機工作的同時，微機根據加速位置傳感器、各控制的指令、發動機轉速與曲軸位置傳感器、進氣管壓力傳感器也可用空氣流量傳感器、空氣溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器，爆震傳感器、海拔高度傳感器、線位移傳感器的各種測量的數據和各種控制方法的數據，以電信號輸入微機，根據微機內的預存程序加以比較和修正后，以電流驅動并且分別輸出到進氣門控制器和排氣門控制器，隨發動機的變量可變壓縮比、可變配氣相位、自動關閉氣缸、自動冷卻溫度調節、壓縮力制動、自動減壓起動的工作狀況和工作狀況變化時，在曲軸轉角的準確位置上，分別控制進氣門和排氣門的開啟時刻和關閉時刻。由于上述的控制方法，是微機在曲軸轉角的準確位置上，可以任意控制進氣門和排氣門的開啟時刻和關閉時刻，主要是由微機內的預存程序來決定。
變量可變壓縮比，是使用高壓縮比發動機，也就是固定的壓縮比高過該燃料使用的壓縮比。微機根據發動機有發生爆震或工作粗爆時，自動控制進氣門提前關閉或不提前關閉，以減少或不減少氣缸內的進氣量，是確定于壓縮終了時，不發生爆震或工作粗爆。點燃式發動機的最佳控制以不發生爆震的邊緣，壓燃式發動機的控制以不發生工作粗爆為準。
可變配氣相位，是微機根據發動機轉速高低時，自動控制進氣門和排氣門開啟和關閉的時刻，是相對應配氣相位的持續角和疊開角。微機根據海拔高度的變化，發動機在高轉速時，自動控制配氣相位的持續角和疊開角，隨發動機的轉速增大，當發動機轉速低時，自動控制配氣相位的持續角和疊開角，隨發動機的轉速減小，于是提高了各個轉速的進氣量。
自動關閉氣缸，是微機根據自動關閉氣缸的指令，同時要根據發動機的工作狀況，自動輪流或不流控制部分或全部排氣門，在壓縮行程，膨脹行程和排氣行程時開啟，開啟到進氣行程時關閉，進氣門在進氣行程時開啟，開啟到壓縮行程時關閉，實現自動控制輪流關閉部分氣缸或全部氣缸。由于各氣缸輪流工作，可保持各氣缸內的溫度相應平均。相應地要關閉該氣缸的燃料供給。
自動冷卻溫度調節，是微機根據發動機的工作溫度，低于規定的正常溫度時，自動控制排氣門延遲開啟，以增加高溫氣體在氣缸內的停留時間，當發動機的工作溫度，高于規定的正常溫度時，自動控制排氣門提前開啟，以減少高溫氣體在氣缸內的停留時間，通過增加或減少高溫氣體傳給發動機的熱量，使發動機保持在規定的正常工作溫度。
壓縮力制動，是微機根據自動控制壓縮力制動的指令時，同時根據發動機的工作狀況，自動控制排氣門在壓縮行程的上止點開啟，繼續開到排氣行程終了時關閉，自動控制進氣門提前關閉或不提前關閉，以減少或增加氣缸內的進氣量，于是進氣量多時，壓縮行程的壓縮阻力增大，反之壓縮阻力減小。在壓縮力制動的同時要關閉燃料供給。壓縮力制動配合在汽車上，是作為輔助制動使用。
自動減壓起動，是微機根據發動機的起動工作狀況，自動控制排氣門或進氣門開啟，使氣缸內無壓縮力，當發動機的轉速達到規定的正常起動轉速時，解除自動減壓起動的控制，使發動機在瞬間起動。若發動機不能順利起動，轉速低于規定的正常起動轉速時，微機自動重復以上的自動減壓起動程序，到發動機完成起動工作為止。在自動減壓起動的同時要關閉燃料供給。
由于上述加速位置傳感器取代了點燃式發動機的節氣門，使進氣道無節流，提高了發動機的容積效率，進氣門控制器和排氣門控制器取代了配氣機構的傳動部分，降低了磨擦損失，提高了機械效率；發動機轉速與曲軸位置傳感器取代了配氣機構的正時齒輪或鏈輪，在長時間工作后，可變配氣相位定位準確，無機械磨損；變量可變壓縮比，是使用高壓縮比發動機，于是提高了熱效率，提高了最大功率的轉速；可變配氣相位在發動機的相應轉速內，提高了容積效率；在自動關閉汽缸時可節約燃料；自動冷卻溫度調節，是減少發動機的預熱時間或溫度過高，可減少零件磨損，可節約燃料；壓縮力制動取代了排氣制動裝置，作為汽車的輔助制動器，在壓縮力制動工作時，可減少汽車的制動器的磨損，可節約燃料；自動減壓起動，是減少發動機的起動阻力，在未解除自動減壓起動時，可節約燃料。每氣缸可用多個氣門不受裝置的位置限制。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1為本發明變量可變壓縮比和可變配氣相位的示意圖。
圖1為本發明變量可變壓縮比和可變配氣相位的示意圖在發動機工作的同時，微機1根據加速位置傳感器14控制發動機的穩定轉速或負荷的各種控制數據；各種指令控制數據；發動機轉速與曲軸位置傳感器7測量發動機轉速、上止點位置和曲軸轉角的數據；進氣管壓力傳感器3測量空氣壓力的數據，也可用空氣流量傳感器；空氣溫度傳感器2測量進氣溫度的數據；冷卻水溫度傳感器5測量發動機冷卻溫度的數據；爆震傳感器4測量有沒有爆震發生的數據；海拔高度傳感器6測量該地區空氣密度的數據；線位移傳感器9、10測量進、排氣門13、12開啟和關閉時刻變化的數據，以電信號輸入微機1，根據微機1內的預存程序加以比較和修正后，以電流驅動并且分別輸出到進氣門控制器11和排氣門控制器8，以進氣門13和排氣門12連接，隨發動機的變量可變壓縮比、可變配氣相位、自動關閉氣缸、自動冷卻溫度調節、壓縮力制動、自動減壓起動的工作狀況和工作狀況變化時，在曲軸轉角的準確的位置上，分別控制進氣門13和排氣門12的開啟時刻和關閉時刻。
由于各種發動機的進氣通道、排氣通道、進、排氣門13、12的尺寸、形狀和位置的不相同，不相同的設計，對于進氣和排氣的氣流暢通和容積效率有一定的影響。所以微機1內的預存程序，是根據發動機的各負荷和各轉速及各工作狀況的實驗數據存入的。
進氣門控制器11和排氣門控制器8的工作，是以一定的速度帶動進氣門13和排氣門12的開啟時刻和關閉時刻，它裝有對進、排氣門13、12最大的升程進行調整定位的裝置，還裝有線位移傳感器9、10測量進、排氣門13、12的開啟和關閉，與微機1的控制是不是一致，當不一致時，微機1進行修正，使控制一致，若有故障時進行警告。進、排氣門控制器11、8有電磁鐵式、液壓式、氣壓式等三種，按工作分雙向作用與單向作用兩種。可根據發動機的工作需要，優選其中一種使用。下面就進、排氣門控制器11、8的三種工作和結構，作舉例說明雙向作用電磁鐵，是微機1以一定的電流控制電磁線圈，當左邊的電磁線圈通電時，銜鐵在電磁力作用下向左移動，而當左邊的電磁線圈斷電，右邊的電磁線圈通電時，銜鐵在電磁力作用下，從左邊向右邊移動。單向作用電磁鐵，是微機1以一定的電流控制電磁線圈，當電磁線圈通電時，銜鐵在電磁力的作用下，從右邊向左邊移動，當電磁線圈斷電時，在回位彈簧的作用力下，銜鐵回到右邊的位置。
雙向作用液壓，是微機1以一定的電流控制電磁換向閥，向左邊開啟時，高壓油流入雙作用油缸里的左邊，雙作用活塞在高壓油的作用力下，向右邊移動，當電磁換向閥向右邊開啟時，高壓油流入雙作用油缸里的右邊，雙作用活塞的高壓油的作用力下，從右邊向左邊移動，在雙作用活塞的推動下，左邊的油通過電磁換向閥回流。單向作用液壓，是微機1以一定的電流控制電磁換向閥，向左邊開啟時，高壓油流入單作用油缸里的左邊，單作用活塞在高壓油的作用力下，向右邊移動，當電磁換向閥關閉時，在回位彈簧的作用力下，單作用活塞推動油缸里的油通過電磁換向閥回流，單作用活塞也回到左邊的位置。氣壓式的工作方法與液壓式的工作方法相類似，只是氣體或液體的區別。
加速位置傳感器14是控制進氣門13在下止點的前后關閉時刻，以增加減少氣缸內的進氣量，對發動機的穩定轉速或負荷的兩種工作狀況進行控制，指令微機1選擇其中一種控制方法。第一種穩定轉速的控制方法是加速位置傳感器14的最大開度一定，發動機保持在規定的最高穩定轉速，當發動機無載荷或小載荷的工作時，因此轉速會超過規定的最高轉速，當超過規定的最高轉速時，微機1自動控制進氣門13提前關閉，以減少氣缸內的進氣量、使發動機保持在規定的最高穩定轉速時工作；當載荷逐漸增大，轉速逐漸下降到發生爆震或工作粗爆的同時，微機1自動控制進氣門13提前關閉或不提前關閉，以減少或增加氣缸內的進氣量，確定于壓縮終了時，不發生爆震或工作粗爆為準。加速位置傳感器14的部分開度一定，發動機保持在相應一定的穩定轉速，當發動機無載荷或小載荷時，因此轉速會超過相應一定的穩定轉速，于是超過的達到自動關閉氣缸時，微機1自動關閉超過的氣缸，再以控制進氣門13的關閉時間于調整轉速，使發動機保持在相應一定的穩定轉速；當載荷逐漸增大時，微機1逐漸自動控制進氣門13的關閉時間，以增加氣缸內的進氣量，使發動機保持在相應一定的穩定轉速時工作。加速位置傳感器14的最小開度一定，發動機保持在規定的最小穩定轉速，當發動機的轉速升高或降低時，微機1自動控制進氣門13的關閉時間于調整轉速，使發動機保持在規定的最小穩定轉速時工作。
第二種負荷的控制方法是加速位置傳感器14的最大開度一定，發動機保持在全負荷工作，微機1自動控制進氣門13的關閉時刻是隨發動機的轉速變化，以可變配氣相位為基準和配氣相位的持續角關閉一致，當發動機的載荷逐漸增大時，轉速逐漸下降到發生爆震或工作粗爆的同時，微機1自動控制進氣門13提前關閉或不提前關閉，以減少或增加氣缸內的進氣量，確定于壓縮終了時，不發生爆震或工作粗爆為準。加速位置傳感器14的部分開度一定，發動機保持在一定的部分負荷工作，微機1自動控制進氣門13在曲軸轉角相應的準確位置上關閉，當發動機無載荷時，轉速升高，載荷逐漸增大時，轉速逐漸下降。加速位置傳感器14的最小開度一定，發動機保持在零負荷工作，微機1自動控制進氣門13在曲軸轉角相應的準確位置上關閉，以最少的進氣量，使發動機保持在無載荷的最低轉速時工作，也可指令微機1對轉速進行調整。前所述的加速位置傳感器14的控制方法，主要是以點燃式發動機為主，對于壓燃式發動機的不同之處作如下說明加速位置傳感器14的控制方法，適宜微機1控制的壓燃式發動機的電控燃油噴射制系統。壓燃式發動機在全部轉速內，氣缸內的進氣量要保持在壓縮行程終了時壓力在30公斤/平方厘米以上。當發生工作粗爆時，微機1自動控制進氣門13，不提前關閉，以增加氣缸內的進氣量，以提高壓縮終了時的空氣溫度和壓力，不發生工作粗爆。壓燃式發動機在正常工作時，進氣門13要有一定的提前關閉，以保留未提高壓縮比前的壓縮終了時的氣缸壓力。全部所述的進氣門13和排氣門12的提前關閉或不提前關閉，是以可變配氣相位的持續角為基準。
變量可變壓縮比，是使用高壓縮比發動機，也就是固定壓縮比高過該燃料使用的壓縮比。高壓縮比的選擇，是根據發動機的使用情況選擇較適宜的壓縮比。要求發動機在部分負荷的輸出扭矩大和要求最大功率的轉速較高，壓縮比則選擇在高位。微機1根據發動機有發生爆震或工作粗爆時，自動控制進氣門13提前關閉或不提前關閉，以減少或增加氣缸內的進氣量，是確定于壓縮終了時，不發生爆震或工作粗爆。點燃式發動機的最佳控制在不發生爆震的邊緣，壓燃式發動機的控制在不發生工作粗爆為準。在使用不同規格的燃料時，微機根據爆震傳感器4的測量數據，自動控制進氣門13的關閉時間，以適應該燃料使用的壓縮比。
可變配氣相位，是微機1根據發動機在轉速高時，自動控制進氣門13和排氣門12的開啟和關閉的時刻，相對應配氣相位的持續角和疊開角，隨發動機的轉速增大，當發動機轉速低時，自動控制配氣相位的持續角和疊開角，隨發動機的轉速減小，于是提高了各個轉速的進氣量，微機1根據海拔高度傳感器6的測量數據，在不同的海拔高度，自動增加或減小配氣相位的持續角和疊開角，以適應該海拔高度的空氣密度的變化。
自動關閉氣缸，是微機1根據自動關閉氣缸的指令，同時要根據發動機的工作狀況，自動輪流或不輪流控制部分或全部排氣門12在壓縮行程、膨脹行程和排氣行程時開啟，開到進氣行程時關閉，進氣門13在進氣行程時開啟，開到壓縮行程時關閉，實現自動控制輪流關閉部分氣缸或全部氣缸。由于各氣缸輪流工作，可保持各氣缸內的溫度相應平均，發動機的相關磨損件，磨損平均。相應地要關閉該氣缸的燃料供給。
自動冷卻溫度調節，是微機1根據發動機的工作溫度，低于規定的正常溫度時，自動控制排氣門12延遲開啟，以增加高溫氣體在氣缸內的停留時間，于是傳給發動機的熱量增加，當發動機進入規定的正常溫度時，解除自動冷卻溫度調節控制。當發動機的工作溫度高于規定正常溫度時，自動控制排氣門12提前開啟，以減少高溫氣體在氣缸內的停留時間，于是傳給發動機的熱量減少，使發動機退回到規定的正常工作溫度時，解除自動冷卻溫度調節控制，使發動機保持在規定的正常工作溫度。由于縮短發動機的溫度升到規定的正常溫度的時間。可減少發動機的磨損和磨擦阻力，可減少燃料消耗。
壓縮力制動，較適宜于配合發動機的穩定轉速控制，是微機1根據自動控制壓縮力制動的指令，同時根據發動機的工作狀況，自動控制排氣門12在壓縮行程的上止點開啟，繼續開到排氣行程終了時關閉，自動控制進氣門13提前關閉或不提前關閉，以減少或增加氣缸內的進氣量，于是進氣量多時，壓縮行程的阻力增大，進氣量少時、壓縮行程的阻力減小。在壓縮力制動的同時要關閉燃料供給。在壓縮力制動工作時，以減少汽車制動器的磨損，可節約燃料。壓縮力制動配合在汽車上，是作為輔助制動使用。例如在沒有使用壓縮力制動的汽車在下坡時，加速踏板在最小開度，擋位在直接擋，車速為70公里/小時，需要減速到50公里/小時時，要使用制動器減速為50公里/小時。在上述相同的情況時，控制加速位置傳感器14在中等開度，相應于汽車的加速踏板的中等開度，于是微機1根據自動控制壓縮力制動的指令，同時根據發動機的穩定轉速為中等轉速，增加自動控制壓縮力制動的阻力，使車速從70公里/小時下降到50公里/小時，這時減少壓縮力制動的阻力，使車速穩定在50公里/小時持續下坡。當汽車下完坡后，慣性力減少到車速低于50公里/小時的同時，自動解除壓縮力制動的控制。發動機恢復正常工作，在發動機穩定轉速的控制下，汽車保持在50公里/小時行駛。
自動減壓起動，是微機1根據發動機的起動工作狀況，自動控制排氣門12或進氣門13開啟，使氣缸內無壓縮力，當發動機的轉速達到規定的正常起動轉速時，解除自動減壓起動的控制，使發動機在瞬間起動，若發動機不能順利起動，轉速低于規定的正常起動轉速時，微機1自動重復以上的自動減壓起動的程序，到發動機完成起動工作為止。在自動減壓起動的同時要關閉燃料供給，可節約燃料。自動減壓起動，是減少發動機的起動阻力。
權利要求
1．一種用于發動機的變量可變壓縮比和可變配氣相位，在發動機工作的同時，微機(1)根據加速位置傳感器(14)、各控制指令、發動機轉速與曲軸位置傳感器(7)、進氣管壓力傳感器(3)、空氣溫度傳感器(2)、冷卻水溫度傳感器(5)、爆震傳感器(4)、海拔高度傳感器(6)、線位移傳感器(9、10)的各種測量的數據和各種控制方法的數據，以電信號輸入微機(1)，其特征在于根據微機(1)內的預存程序加以比較和修正后，以電流驅動并且分別輸出到進氣門控制器(11)和排氣門控制器(8)，隨發動機的變量可變壓縮比，可變配氣相位、自動關閉氣缸、自動冷卻溫度調節、壓縮力制動、自動減壓起動的工作狀況和工作狀況變化時，在曲軸轉角的準確位置上，分別自動控制進氣門(13)和排氣門(12)的開啟時刻和關閉時刻。
2．根據權利要求1所述的變量可變壓縮比，其特征在于高過該燃料使用壓縮比的高壓縮比發動機，微機(1)根據發動機有發生爆震或工作粗爆時，自動控制進氣門(13)提前關閉或不提前關閉，以減少或不減少氣缸內的進氣量，是確定于壓縮終了時，點燃式發動機不發生爆震或壓燃式發動機不發生工作粗爆為準。
3．根據權利要求1所述的可變配氣相位，其特征在于微機(1)根據海拔高度的變化，發動機在高轉速時，自動控制配氣相位的持續角和疊開角，隨發動機的轉速增大，當發動機轉速低時，自動控制配氣相位的持續角和疊開角，隨發動機的轉速減小。
4．根據權利要求1所述的自動關閉氣缸，其特征在于微機(1)根據自動關閉氣缸的指令，同時要根據發動機的工作狀況，自動控制輪流關閉部分氣缸或全部氣缸。
5．根據權利要求1所述的自動冷卻溫度調節，其特征在于微機(1)根據發動機的工作溫度，低于正常的溫度時，自動控制排氣門(12)延遲開啟，當發動機的工作溫度高于正常溫度時，自動控制排氣門(12)提前開啟，使發動機保持正常的工作溫度。
6．根據權利要求1所述的壓縮力制動，其特征在于微機(1)根據自動控制壓縮力制動的指令，自動控制排氣門(12)在壓縮行程的上止點開啟，繼續開到排氣行程終了時關閉，自動控制進氣門(13)提前關閉或不提前關閉，以減少或增加氣缸內的進氣量，于是進氣量多時，壓縮行程的壓縮阻力增大。
7．根據權利要求1所述的自動減壓起動，其特征在于微機(1)根據發動機的起動工作狀況，自動控制排氣門(12)或進氣門(13)開啟，當發動機的轉速達到正常起動轉速時，解除自動減壓起動的控制，當轉速低于正常起動轉速時，微機(1)自動重復自動減壓起動的程序。
全文摘要
本發明是由微機(1)控制的變量可壓縮比和可變配氣相位。加速位置傳感器(14)及其它傳感器(2、3、4、5、6、7、9、10)以電信號輸入微機(1)控制進、排氣門控制器(11、8),隨四行程發動機的變量可變壓縮比、可變配氣相位、自動關閉氣缸、自動冷卻溫度調節、壓縮力制動、自動減壓起動的工作狀況和工作狀況變化時,在曲軸的準確位置上控制進、排氣門(13、12)的開啟和關閉。以提高發動機的熱效率。容積效率、機械效率,可節約燃料和減少發動機的預熱時間及防止冷卻溫度過高,減少汽車制動器的磨損,
文檔編號F02D41/26GK1282837SQ99110748
公開日2001年2月7日 申請日期1999年7月30日 優先權日1999年7月30日
發明者邊永安 申請人:邊永安