一种配气系统的控制装置和方法.pdf

本发明公开了一种配气系统的控制装置和方法，适用于液压自由活塞发动机，活塞位置检测模块分别与活塞和信号控制模块连接，用于检测活塞位置，并将活塞的位置信号发送给信号控制模块，信号控制模块与驱动模块连接，用于处理活塞的位置信号，并将相应的控制信号发送给驱动模块，驱动模块与进油电磁阀和出油电磁阀连接，用于输出控制电流完成进油电磁阀和出油电磁阀的开关。采用了本发明的技术方案，通过电子控制液压来驱动配气系统，避免了旋转部件，实现了对一种液压驱动的配气系统的精确控制，而且可以有效地改善发动机的充气效率。

权利要求书
1、  一种配气系统的控制装置，适用于液压自由活塞发动机，其特征在于，包括活塞位置检测模块、信号控制模块和驱动模块，所述活塞位置检测模块分别与所述液压自由活塞发动机的活塞和所述信号控制模块连接，用于检测所述活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块，所述信号控制模块与所述驱动模块连接，用于处理所述活塞的位置信号，并将相应的控制信号发送给所述驱动模块，所述驱动模块与所述液压自由活塞发动机的进油电磁阀和出油电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述进油电磁阀和出油电磁阀的开关。

2、  根据权利要求1所述的一种配气系统的控制装置，其特征在于，所述活塞位置检测模块进一步包括位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述位移传感器、信号处理电路和A/D转换器依次连接，所述位移传感器与所述活塞连接，用于获得所述活塞的位移信号，并将所述位移信号发送给所述信号处理电路，所述信号处理电路用于对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并将电压信号发送给所述A/D转换器，所述A/D转换器与所述信号控制模块连接，用于将所述电压信号转换成数字信号，并发送给所述信号控制模块。

3、  根据权利要求2所述的一种配气系统的控制装置，其特征在于，所述位移传感器为LVDT式位移传感器，所述LVDT式位移传感器的连杆通过螺纹与所述活塞的端部连接，并与所述活塞一起运动。

4、  根据权利要求1所述的一种配气系统的控制装置，其特征在于，所述驱动模块进一步包括两个驱动电路，第一驱动电路与所述进油电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述进油电磁阀的开关；第二驱动电路与所述出油电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述出油电磁阀的开关。

5、  一种配气系统的控制方法，适用于液压自由活塞发动机，其特征在于，包括以下步骤：
A、活塞位置检测模块检测所述液压自由活塞发动机的活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块；
B、所述信号控制模块对所述活塞的位置信号进行判断，当所述位置信号对应为所述液压自由活塞发动机气门开始打开的位置，则输出第一控制信号给驱动模块中的第一驱动电路；
C、所述第一驱动电路根据接收到的第一控制信号，输出控制电流打开进油电磁阀，驱动所述气门打开；
D、当所述气门达到设定的最大升程时，所述第一控制信号关断，所述进油电磁阀关闭，所述气门处于最大升程处；
E、所述信号控制模块输出第二控制信号给所述驱动模块中的第二驱动电路；
F、所述第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，所述气门关闭；
G、所述第二控制信号关断，所述出油电磁阀关闭。

6、  根据权利要求5所述的一种配气系统的控制方法，其特征在于，步骤E中，当所述气门在最大升程处保持第一预设时长后，所述信号控制模块输出第二控制信号给所述驱动模块中的第二驱动电路。

7、  根据权利要求6所述的一种配气系统的控制方法，其特征在于，步骤F进一步包括以下步骤：
所述第二驱动电路根据接收到的第二预设时长的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，所述气门部分落座；
所述第二控制信号关断第三预设时长，所述出油电磁阀关闭相同的第三预设时长；
所述信号控制模块再次输出第四预设时长的第二控制信号给所述驱动模块中的第二驱动电路，所述第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，所述气门完全落座关闭。

8、  根据权利要求5所述的一种配气系统的控制方法，其特征在于，步骤C中，所述气门达到设定的最大升程可以通过调整所述第一驱动电路接收到的第一控制信号的第五预设时长来实现。

9、  根据权利要求5到8中任一权利要求所述的一种配气系统的控制方法，其特征在于，步骤A进一步包括以下步骤：
位移传感器对所述液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得所述活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
所述信号处理电路对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
所述A/D转换器把所述电压信号转换为数字信号，并发送给所述信号控制模块。

说明书一种配气系统的控制装置和方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种配气系统的控制装置和方法。
背景技术
传统的配气机构是由发动机曲轴通过正时齿轮驱动的配气凸轮轴旋转，配气凸轮轴上的凸轮来驱动气门传动组动作，从而带动气门组动作。这种气门机构气门的开启和关闭过程由凸轮轴上的凸轮型线来保证，气门开启和关闭时刻是通过曲轴与凸轮轴上的一对正时齿轮的准确定位来完成的。
液压自由活塞发动机是将往复活塞式内燃机与柱塞式液压泵集成为一体的一种新型的发动机。与传统的曲轴式发动机在结构上的主要不同点在于：该发动机没有了曲柄连杆机构，即没有了旋转机构。由于没有了旋转机构，该种发动机配气机构的驱动和正时采用液压驱动的配气系统来实现该发动机的换气过程，为了实现对该配气系统的精确控制，需要采用一种控制装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种配气系统的控制装置和方法，适用于液压自由活塞发动机，能够实现对一种液压驱动的配气系统的精确控制，而且能够有效地改善发动机的充气效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种配气系统的控制装置，适用于液压自由活塞发动机，包括活塞位置检测模块、信号控制模块和驱动模块，所述活塞位置检测模块分别与所述液压自由活塞发动机的活塞和所述信号控制模块连接，用于检测所述活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块，所述信号控制模块与所述驱动模块连接，用于处理所述活塞的位置信号，并将相应的控制信号发送给所述驱动模块，所述驱动模块与所述液压自由活塞发动机的进油电磁阀和出油电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述进油电磁阀和出油电磁阀的开关。
所述活塞位置检测模块进一步包括位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述位移传感器、信号处理电路和A/D转换器依次连接，所述位移传感器与所述活塞连接，用于获得所述活塞的位移信号，并将所述位移信号发送给所述信号处理电路，所述信号处理电路用于对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并将电压信号发送给所述A/D转换器，所述A/D转换器与所述信号控制模块连接，用于将所述电压信号转换成数字信号，并发送给所述信号控制模块。
所述位移传感器为LVDT式位移传感器，所述LVDT式位移传感器的连杆通过螺纹与所述活塞的端部连接，并与所述活塞一起运动。
所述驱动模块进一步包括两个驱动电路，第一驱动电路与所述进油电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述进油电磁阀的开关；第二驱动电路与所述出油电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述出油电磁阀的开关。
一种配气系统的控制方法，适用于液压自由活塞发动机，包括以下步骤：
A、活塞位置检测模块检测所述液压自由活塞发动机的活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块；
B、所述信号控制模块对所述活塞的位置信号进行判断，当所述位置信号对应为所述液压自由活塞发动机气门开始打开的位置，则输出第一控制信号给驱动模块中的第一驱动电路；
C、所述第一驱动电路根据接收到的第一控制信号，输出控制电流打开进油电磁阀，驱动所述气门打开；
D、当所述气门达到设定的最大升程时，所述第一控制信号关断，所述进油电磁阀关闭，所述气门处于最大升程处；
E、所述信号控制模块输出第二控制信号给所述驱动模块中的第二驱动电路；
F、所述第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，所述气门关闭；
G、所述第二控制信号关断，所述出油电磁阀关闭。
步骤E中，当所述气门在最大升程处保持第一预设时长后，所述信号控制模块输出第二控制信号给所述驱动模块中的第二驱动电路。
步骤F进一步包括以下步骤：
所述第二驱动电路根据接收到的第二预设时长的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，所述气门部分落座；
所述第二控制信号关断第三预设时长，所述出油电磁阀关闭相同的第三预设时长；
所述信号控制模块再次输出第四预设时长的第二控制信号给所述驱动模块中的第二驱动电路，所述第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，所述气门完全落座关闭。
步骤C中，所述气门达到设定的最大升程可以通过调整所述第一驱动电路接收到的第一控制信号的第五预设时长来实现。
步骤A进一步包括以下步骤：
位移传感器对所述液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得所述活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
所述信号处理电路对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
所述A/D转换器把所述电压信号转换为数字信号，并发送给所述信号控制模块。
采用了本发明的技术方案，通过电子控制液压来驱动配气系统，避免了旋转部件，实现了对一种液压驱动的配气系统的精确控制，而且可以有效地改善发动机的充气效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中配气系统的控制装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中配气系统的控制方法的流程图；
图3是本发明具体实施方式中第一控制信号、第二控制信号和气门升程曲线对应关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明技术方案的主要思想是基于液压自由活塞发动机的活塞位置信号，通过控制串联在液压回路中的两个电磁阀的动作，使柱塞套内的液压油完成进入、保持和流出的动作，进而控制气门的打开和关闭。
图1是本发明具体实施方式中配气系统的控制装置的结构示意图。如图1所示，配气系统的控制装置包括依次连接的活塞位置检测模块12、信号控制模块13和驱动模块14。活塞位置检测模块12的另一端连接着液压自由活塞发动机的活塞11，驱动模块14包含两套独立的驱动电路、即第一驱动电路141和第二驱动电路142，分别通过导线与液压自由活塞发动机的进油电磁阀151和出油电磁阀152连接。其中，活塞位置检测模块12包括依次相连接的位移传感器121、信号处理电路122和A/D转换器123。
位移传感器为LVDT式位移传感器，位移传感器的连杆通过螺纹与活塞端部连接，并与活塞一起运动。位移传感器将活塞位移信号通过导线输出至信号处理电路，信号处理电路对位移传感器的输出信号进行电压跟随，阻抗匹配，由A/D转换器把该电压信号转换为数字信号，并送给信号控制模块。
信号控制模块处理活塞位置检测模块传送来的位置信号，如果活塞位置信号为对应的气门开始打开的位置时，则信号控制模块给驱动模块发出电磁阀打开的第一控制信号，驱动模块的第一驱动电路根据接收到的第一控制信号，输出控制电流打开进油电磁阀，高压油液进入柱塞套，而此时控制出油的出油电磁阀处于关闭状态，使得高压油推动柱塞运动，进而驱动气门打开。当气门运动至最大升程处，第一控制信号关断，此时两个电磁阀均处于关闭状态，柱塞套内维持高压油压力，使得气门保持在最大升程处。当气门在最大升程处保持一段预设时间后需要关闭时，信号控制模块输出电磁阀打开的第二控制信号给驱动模块，驱动模块中的第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，柱塞套内的高压油通过出油电磁阀流回油箱，柱塞在气门弹簧作用下回位，气门落座关闭。
图2是本发明具体实施方式中配气系统的控制方法的流程图。如图2所示，配气系统的控制方法包括以下步骤：
步骤201、位移传感器对液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
步骤202、信号处理电路对位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
步骤203、A/D转换器把电压信号转换为数字信号，并发送给信号控制模块；
步骤204、信号控制模块判断该位置信号为对应的气门开始打开的位置时，则输出第一控制信号给驱动模块中的第一驱动电路；
步骤205、第一驱动电路根据接收到的第一控制信号，输出控制电流打开进油电磁阀，驱动气门打开，在第五预设时长后气门达到最大升程处；
步骤206、当气门达到最大升程时，第一控制信号关断，进油电磁阀关闭，信号控制模块进入延时程序，使气门在最大升程处保持第一预设时长；
步骤207、延时程序结束，信号控制模块输出第二控制信号给驱动模块的第二驱动电路；
步骤208、第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，气门关闭；
步骤209、第二控制信号关断，出油电磁阀关闭，一次气门开闭过程完成。
为了防止气门落座冲击，可以采用两次分段关闭气门的方法关闭气门，第二控制信号为两个连续的脉冲信号，两个脉冲信号之间有一固定时间间隔，使出油电磁阀连续开闭两次，柱塞套内高压油分两步流出，以达到减小气门落座冲击的目的。
具体方法是在步骤208中，第二驱动电路根据接收到的第二预设时长的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，气门部分落座；
第二控制信号关断第三预设时长，出油电磁阀关闭相同的第三预设时长；
信号控制模块再次输出第四预设时长的第二控制信号给驱动模块中的第二驱动电路，第二驱动电路根据接收到的第二控制信号，输出控制电流打开出油电磁阀，气门完全落座关闭。
图3是本发明具体实施方式中第一控制信号、第二控制信号和气门升程曲线对应关系示意图。如图3所示，t1对应第五预设时长，t2对应第一预设时长，t3对应第二预设时长，t4对应第三预设时长，t5对应第四预设时长。线条A表示第一控制信号，线条B表示第二控制信号，线条C表示气门升程曲线。
第一控制信号的脉宽t1是进油电磁阀控制的通电时间，是气门的开启过程；气门在最大升程处的保持时间为t2；第二控制信号分为三部分，t3和t5是两个连续的脉冲信号，t4是二者之间的固定时间间隔，t3控制出油电磁阀第一次通电打开，气门在弹簧力作用下回落，t4为控制出油电磁阀失电关闭，对应气门在落座过程中，有一个短时间t4的停止，之后再次打开控制出油电磁阀，通电时间为t5，在这段时间段内气门完全落座。
t1，t2，t3，t4，t5的值在信号控制模块的程序中设定，并可以通过修改程序对其值进行调整，调整的作用包括：通过改变t1来改变第一电磁阀的开启时间长短，从而改变进入柱塞套内的高压油量，进而改变气门的最大升程；通过改变t2，可以改变气门在最大升程处停留的时间，从而改变气门开启的时面值；通过改变t3，t4和t5这三个参数，可以优化气门落座时的冲击，从而改善发动机的工作噪声和换气效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。