一种多模式内燃机及其控制方法技术

一种多模式内燃机及其控制方法，属于可变气门内燃机及辅助制动领域。该发明专利技术提出多模式内燃机具备四种模式：在低速大扭矩的驱动工况下采用的二冲程驱动模式、在其他驱动工况下采用的四冲程分级停缸驱动模式、在大负载制动工况下采用的二冲程分级停缸制动模式以及在小负载制动工况下采用的四冲程分级停缸制动模式；设置侧向气道时，每种模式均具有多种换气方式；可以在驱动和制动全工况范围内全面充分地改善内燃机的低速大扭矩下的动力性、部分负荷下的经济性、制动时的车辆安全性。多模式内燃机在需要提供大功率输出的坦克装甲车、特种车辆、工程用车辆以及经常工作在山区公路等大坡度路况下的运输类车辆中具有极强的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多模式内燃机及其控制方法，属于可变气门内燃机和辅助制动领域。
技术介绍
随着能源和环境问题的日益严重，以及人们对车辆的驾驶性和安全性的专注，未来内燃机需要在满足排放指标的前提下，综合考虑动力性、经济性和安全性。这就需要在驱动和制动全工况范围内，优化内燃机综合性能。而目前备受关注的可变气门、可变冲程数、停缸、辅助制动、新型燃烧方式、可变压缩比、可变EGR等技术大多只在各自的适用工况范围区域内对内燃机性能进行改善。如现有可变气门技术只应用于在固定冲程数内燃机的驱动工况下，并且大多用于汽油机的进气门来降低泵气损失。可变冲程数技术国内外尚处于研究阶段，并且只用于内燃机驱动工况下。现有具有停缸技术的车型只能在内燃机部分负荷的驱动工况下提供停缸功能，因此，油耗改善程度偏低，大多只能获得7%左右的油耗降低。因此，国内外的研究趋势是将上述技术相结合来研究其协同作用对内燃机性能的影响，相关研究工作尚在起步阶段。另一方面，内燃机保有量的急剧增加，车辆安全性越来越受到人们的重视，越来越多的国家将辅助制动系统列为车辆必备的附件之一。然而目前辅助制动系统大多存在制动部件过热、制动效率降低过快、制动效率可控程度低、车辆制动时容易跑偏、制动系统占用有限的车辆空间等问题。在目前内燃机辅助制动技术中，减压辅助制动技术的制动效果最好，但是它是在进排气门运行情况不变，而在压缩上止点附近开启减压阀来实现的，其制动效果无法满足车辆大负载制动时的要求。因此，急需一种内燃机来实现在驱动和制动全工况范围内全面充分地改善内燃机的低速大扭矩下的动力性、部分负荷下的经济性、制动时的车辆安全性。这种内燃机将在需要提供大功率输出的坦克装甲车、特种车辆、工程用车辆以及经常工作在山区公路等大坡度路况下的运输类车辆中具有极强的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：1）为了满足需要提供大功率输出的坦克装甲车、特种车辆、工程用车辆以及经常工作在山区公路等大坡度路况下的运输类车辆等对内燃机的要求，需要探寻一种在驱动-制动全工况范围内其性能可以得到全面优化的内燃机，包括在低速大负荷的驱动工况下提高动力输出；在其他内燃机驱动工况下降低燃油消耗和排放；根据制动负载的要求来调节制动输出，以达到提高车辆安全性。2）为未来气门驱动器的设计提供依据。3）解决二冲程驱动模式下，进排气门开启持续期较短，并且进排气过程大幅度重叠，其换气效果差等问题。本专利技术采用的技术方案是：一种多模式内燃机及其控制方法，它包括缸头、设置在缸头上的进气道和排气道、进气门、排气门、缸体、活塞、曲轴连杆系统、进气门驱动器、排气门驱动器以及电子控制单元，所述进气门驱动器决定进气门的启闭时刻，排气门驱动器决定排气门的启闭时刻。在低速大扭矩的驱动工况下，采用顶进-顶排式二冲程驱动模式，所有气缸的进气门和排气门每360°CA启闭一次，排气门驱动器在下止点前60°至120°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在下止点后50°至100°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在下止点前50°至100°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在下止点后50°至120°CA范围内关闭进气门；在其他驱动工况下，采用顶进-顶排式四冲程分级停缸驱动模式，工作气缸的进气门和排气门每720°CA启闭一次，排气门驱动器在进排气上止点前160°至270°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在进排气上止点后-100°CA至60°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在进排气上止点前-100°CA至60°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在进排气上止点后100°至270°CA范围内关闭进气门，非工作气缸的进气门和排气门始终保持关闭状态；在大负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门和排气门每360°CA启闭一次，排气门驱动器在上止点前5°至50°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在下止点前20°至160°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门，非工作气缸的进气门和排气门始终保持关闭状态；在小负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式四冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门和排气门每720°CA启闭一次，排气门驱动器在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门，非工作气缸的进气门和排气门始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在大负载制动工况下，还采用第二种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门和排气门每360°CA启闭一次，进气门驱动器在上止点前5°至50°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门，排气门驱动器在下止点前20°至160°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门，非工作气缸的进气门和排气门始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在小负载制动工况下，还采用第二种顶进-顶排式四冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门和排气门每720°CA启闭一次，进气门驱动器在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门，排气门驱动器在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门，非工作气缸的进气门和排气门始终保持关闭状态；它还包括设置在缸体上的侧向气道，侧向气道上设置侧向气门以及侧向气门驱动器，所述侧向气门驱动器决定侧向气道的启闭时刻。具有侧向气道的内燃机，在低速大扭矩的驱动工况下，采用顶进-顶排式二冲程驱动模式，所有气缸的侧向气门保持关闭状态，所有气缸的进气门和排气门每360°CA启闭一次，排气门驱动器在下止点前60°至120°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在下止点后50°至100°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在下止点前50°至100°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在下止点后50°至120°CA范围内关闭进气门；在其他驱动工况下，采用顶进-顶排式四冲程分级停缸驱动模式，所有气缸的侧向气门保持关闭状态，工作气缸的进气门和排气门每720°CA启闭一次，排气门驱动器在进排气上止点前160°至270°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在进排气上止点后-100°CA至60°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在进排气上止点前-100°CA至60°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在进排气上止点后100°至270°CA范围内关闭进气门，非工作气缸的进气门和排气门始终保持关闭状态；在大负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，所有气缸的侧向气门保持关闭状态，工作气缸的进气门和排气门每360°CA启闭一次，排气门驱动器在上止点前5°至50°CA范围内开启排气门，排气门驱动器在上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门，进气门驱动器在下止点前20°至160°CA范围内开启进气门，进气门驱动器在下止点后5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式内燃机及其控制方法，它包括缸头（1）、设置在缸头（1）上的进气道（2‑1）和排气道（2‑2）、进气门（3‑1）、排气门（3‑2）、缸体（4）、活塞（5）、曲轴连杆系统（6）、进气门驱动器（7‑1）、排气门驱动器（7‑2）以及电子控制单元，所述进气门驱动器（7‑1）决定进气门（3‑1）的启闭时刻，排气门驱动器（7‑2）决定排气门（3‑2）的启闭时刻；其特征是：在低速大扭矩的驱动工况下，采用顶进‑顶排式二冲程驱动模式，所有气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）每360°CA启闭一次，排气门驱动器（7‑2）在下止点前60°至120°CA范围内开启排气门（3‑2），排气门驱动器（7‑2）在下止点后50°至100°CA范围内关闭排气门（3‑2），进气门驱动器（7‑1）在下止点前50°至100°CA范围内开启进气门（3‑1），进气门驱动器（7‑1）在下止点后50°至120°CA范围内关闭进气门（3‑1）；在其他驱动工况下，采用顶进‑顶排式四冲程分级停缸驱动模式，工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）每720°CA启闭一次，排气门驱动器（7‑2）在进排气上止点前160°至270°CA范围内开启排气门（3‑2），排气门驱动器（7‑2）在进排气上止点后‑100°CA至60°CA范围内关闭排气门（3‑2），进气门驱动器（7‑1）在进排气上止点前‑100°CA至60°CA范围内开启进气门（3‑1），进气门驱动器（7‑1）在进排气上止点后100°至270°CA范围内关闭进气门（3‑1），非工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）始终保持关闭状态；在大负载制动工况下，采用第一种顶进‑顶排式二冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）每360°CA启闭一次，排气门驱动器（7‑2）在上止点前5°至50°CA范围内开启排气门（3‑2），排气门驱动器（7‑2）在上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3‑2），进气门驱动器（7‑1）在下止点前20°至160°CA范围内开启进气门（3‑1），进气门驱动器（7‑1）在下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3‑1），非工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）始终保持关闭状态；在小负载制动工况下，采用第一种顶进‑顶排式四冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）每720°CA启闭一次，排气门驱动器（7‑2）在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启排气门（3‑2），排气门驱动器（7‑2）在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3‑2），进气门驱动器（7‑1）在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启进气门（3‑1），进气门驱动器（7‑1）在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3‑1），非工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在大负载制动工况下，还采用第二种顶进‑顶排式二冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）每360°CA启闭一次，进气门驱动器（7‑1）在上止点前5°至50°CA范围内开启进气门（3‑1），进气门驱动器（7‑1）在上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3‑1），排气门驱动器（7‑2）在下止点前20°至160°CA范围内开启排气门（3‑2），排气门驱动器（7‑2）在下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3‑2），非工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在小负载制动工况下，还采用第二种顶进‑顶排式四冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）每720°CA启闭一次，进气门驱动器（7‑1）在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启进气门（3‑1），进气门驱动器（7‑1）在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3‑1），排气门驱动器（7‑2）在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启排气门（3‑2），排气门驱动器（7‑2）在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3‑2），非工作气缸的进气门（3‑1）和排气门（3‑2）始终保持关闭状态；它还包括设置在缸体（4）上的侧向气道（2‑3），侧向气道（2‑3）上设置侧向气门（3‑3）以及侧向气门驱动器（7‑3），所述侧向气门驱动器（7‑3）决定侧向气道（2‑3）的启闭时刻。...

【技术特征摘要】
1.一种多模式内燃机及其控制方法，它包括缸头（1）、设置在缸头（1）上的进气道（2-1）和排气道（2-2）、进气门（3-1）、排气门（3-2）、缸体（4）、活塞（5）、曲轴连杆系统（6）、进气门驱动器（7-1）、排气门驱动器（7-2）以及电子控制单元，所述进气门驱动器（7-1）决定进气门（3-1）的启闭时刻，排气门驱动器（7-2）决定排气门（3-2）的启闭时刻；其特征是：在低速大扭矩的驱动工况下，采用顶进-顶排式二冲程驱动模式，所有气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每360°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在下止点前60°至120°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在下止点后50°至100°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在下止点前50°至100°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在下止点后50°至120°CA范围内关闭进气门（3-1）；在其他驱动工况下，采用顶进-顶排式四冲程分级停缸驱动模式，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每720°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在进排气上止点前160°至270°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在进排气上止点后-100°CA至60°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在进排气上止点前-100°CA至60°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在进排气上止点后100°至270°CA范围内关闭进气门（3-1），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；在大负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每360°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在上止点前5°至50°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在下止点前20°至160°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；在小负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式四冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每720°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在大负载制动工况下，还采用第二种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每360°CA启闭一次，进气门驱动器（7-1）在上止点前5°至50°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），排气门驱动器（7-2）在下止点前20°至160°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在小负载制动工况下，还采用第二种顶进-顶排式四冲程分级停缸制动模式，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每720°CA启闭一次，进气门驱动器（7-1）在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），排气门驱动器（7-2）在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；它还包括设置在缸体（4）上的侧向气道（2-3），侧向气道（2-3）上设置侧向气门（3-3）以及侧向气门驱动器（7-3），所述侧向气门驱动器（7-3）决定侧向气道（2-3）的启闭时刻。2.根据权利要求1所述的一种多模式内燃机及其控制方法，其特征是：所述具有侧向气道（2-3）的内燃机，在低速大扭矩的驱动工况下，采用顶进-顶排式二冲程驱动模式，所有气缸的侧向气门（3-3）保持关闭状态，所有气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每360°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在下止点前60°至120°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在下止点后50°至100°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在下止点前50°至100°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在下止点后50°至120°CA范围内关闭进气门（3-1）；在其他驱动工况下，采用顶进-顶排式四冲程分级停缸驱动模式，所有气缸的侧向气门（3-3）保持关闭状态，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每720°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在进排气上止点前160°至270°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在进排气上止点后-100°CA至60°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在进排气上止点前-100°CA至60°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在进排气上止点后100°至270°CA范围内关闭进气门（3-1），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；在大负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，所有气缸的侧向气门（3-3）保持关闭状态，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每360°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在上止点前5°至50°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在下止点前20°至160°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；在小负载制动工况下，采用第一种顶进-顶排式四冲程分级停缸制动模式，所有气缸的侧向气门（3-3）保持关闭状态，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每720°CA启闭一次，排气门驱动器（7-2）在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），进气门驱动器（7-1）在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在大负载制动工况下，还采用第二种顶进-顶排式二冲程分级停缸制动模式，所有气缸的侧向气门（3-3）保持关闭状态，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每360°CA启闭一次，进气门驱动器（7-1）在上止点前5°至50°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），排气门驱动器（7-2）在下止点前20°至160°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；对于自然吸气内燃机，在小负载制动工况下，还采用第二种顶进-顶排式四冲程分级停缸制动模式，所有气缸的侧向气门（3-3）保持关闭状态，工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）每720°CA启闭一次，进气门驱动器（7-1）在进排气上止点前5°至50°CA范围内开启进气门（3-1），进气门驱动器（7-1）在进排气上止点后5°至80°CA范围内关闭进气门（3-1），排气门驱动器（7-2）在进排气下止点前20°至160°CA范围内开启排气门（3-2），排气门驱动器（7-2）在进排气下止点后5°至80°CA范围内关闭排气门（3-2），非工作气缸的进气门（3-1）和排气门（3-2）始终保持关闭状态；它还包括设置在缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔靖晨，隆武强，田江平，田华，王阳，杨添淏，刘威，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21