一种液压可变气门控制方法及系统与流程

本发明涉及动力和液压技术领域，特别涉及一种液压可变气门控制方法及系统。

背景技术：

随着能源与环境危机的不断加剧，节能减排已经被各国提到了更高的战略高度。作为能源消耗及污染排放大户的汽车行业，面临前所未有的挑战，为了实现可持续发展，未来汽车需要向低排放和高效率的驱动方向发展。

发动机可变气门正时技术(VVT，Variable Valve Timing)原理是根据发动机的运行情况，调整进气(排气)的量，和气门开合时间，角度。使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率。优点是省油，功升比大。缺点是中段转速扭矩不足。

可变气门的原理在于：曲轴经由齿状的传动装置带动凸轮轴转动，使得气门在做开启与关闭的动作时会与曲轴的转动角度形成一定的对应关系。而气体的流动会随着发动机运转速度的快慢而改变，如何使汽缸在不同的转速下都能够获得良好的进气效率？为此必须改变气门开启与关闭的时间。经由安装在凸轮轴前端的油压装置使凸轮轴可以另外做一些小角度转动，以使进气门在转速升高时得以提早开启。

采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。发动机转速不同，要求不同的配气定时。这是因为：当发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。

但是，现有的技术方案中，通常是通过机械方法来实现可变气门技术。针 对液压可变气门的精确控制，只依靠机械方法其实是难以实现其目标功能。同时，该技术需要与发动机同步的工作过程。因此，需要研制电子控制系统来实现气门正时、气门升程等参数的柔性调节与精确控制，进而实现发动机在各种工况下都能达到一个良好的配气效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电子控制系统来实现气门正时、气门升程等参数的柔性调节与精确控制。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液压可变气门控制方法，所述方法包括：

采集曲轴、凸轮轴转速和位置的信号测量值，将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号和细分总线时间信号；

根据所述位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号，生成不同缸进排气系统的挺柱控制状态和气门位移控制状态标志；

根据液压挺柱控制状态与气门位移控制状态标志，生成数字脉冲控制信号，驱动电磁阀开关，实现对气门位置的控制。

所述采集曲轴、凸轮轴转速和位置的信号测量值，包括：

通过检测凸轮轴位置传感器信号与曲轴速度信号，共同配合确定一缸上止点位置，确定当前各缸的工作状态；

利用曲轴转速信号，确定当前转速。

所述将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号和细分总线时间信号，包括：

将实时测量的曲轴、凸轮轴转速、位置信号以脉冲方波的形式输入控制单元；通过对曲轴缺齿信息、凸轮轴多齿信息的判断，将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号。

所述根据所述位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号，生成不同 缸进排气系统的挺柱控制状态和气门位移控制状态标志，包括：

根据分缸信号与位置基准信号，得到凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号；

根据凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号与细分齿时间信号判断该时刻进行液压挺柱控制状态或气门位移控制状态标志；

其中，在以基圆运行位置中，判断为液压挺柱控制状态；在以凸轮型线运行位置中，判断为气门位移控制状态。

所述根据液压挺柱控制状态与气门位移控制状态标志，生成数字脉冲控制信号，驱动电磁阀开关，实现对气门位置的控制，包括：

当处于液压挺柱控制状态时，电磁阀处于完全开启状态，输出数字高电平控制信号，保证液压挺柱达到最大行程；

当处于气门位置控制状态时，电磁阀根据当前位置信息、发动机转速信息、目标位置信息以输出数字脉冲信号。

一种液压可变气门控制系统，所述系统包括：

同步与基准设定单元，用于采集曲轴、凸轮轴转速和位置的信号测量值，将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号和细分总线时间信号；

工作状态判定单元，用于根据所述位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号，生成不同缸进排气系统的挺柱控制状态和气门位移控制状态标志；

控制实现单元，用于根据液压挺柱控制状态与气门位移控制状态标志，生成数字脉冲控制信号，驱动电磁阀开关，实现对气门位置的控制。

所述同步与基准设定单元进一步包括：

检测子单元，用于通过检测凸轮轴位置传感器信号与曲轴速度信号，共同配合确定一缸上止点位置，确定当前各缸的工作状态；利用曲轴转速信号，确定当前转速；

第一判断子单元，用于通过对曲轴缺齿信息、凸轮轴多齿信息的判断获取基准信息；

设定子单元，用于根据基准信息将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号。

所述工作状态判定单元进一步包括：

分类子单元，根据分缸信号与位置基准信号，得到凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号；

第二判断子单元，用于根据凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号与细分齿时间信号判断该时刻进行液压挺柱控制状态或气门位移控制状态标志；

其中，在以基圆运行位置中，判断为液压挺柱控制状态；在以凸轮型线运行位置中，判断为气门位移控制状态。

所述控制实现单元进一步包括：

液压挺柱控制状态子单元，用于当处于液压挺柱控制状态时，电磁阀处于完全开启状态，输出数字高电平控制信号，保证液压挺柱达到最大行程；

气门位置控制状态子单元，用于当处于气门位置控制状态时，电磁阀根据当前位置信息、发动机转速信息、目标位置信息以输出数字脉冲信号。

本发明提供的液压可变气门控制方案，基于曲轴、凸轮轴转速、位置采集信号和逻辑控制，以电子控制电磁阀手段实现进、排气门正时、升程准确调整。可根据发动机对配气相位的实际需求实现气门的开启时刻、开启持续时间、关闭时刻、气门升程和气门时面值等参数的准确、柔性调节。大大改善了发动机的配气特性，优化发动机的性能，对汽车的节油减排具有良好效果。本发明涉及的液压可变气门技术适合应用于车用汽油发动机、车用柴油发动机。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的液压可变气门控制方法原理流程图；

图2是本发明实施例提供的液压可变气门控制系统结构图；

图3是本发明实施例提供的一个具体实施例的总体结构图；

图4是本发明实施例提供的一个液压可变气门机构气门同步、分缸、细分总线时间、状态使能信号相位示意图；

图5是本发明实施例提供的一个液压可变气门机构电磁阀信号与气门升程对应关系示意图之一；

图6是本发明实施例提供的一个液压可变气门机构电磁阀信号与气门升程对应关系示意图之二；

图7是本发明实施例提供的一个液压可变气门机构电磁阀信号与气门升程对应关系示意图之三。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的一种液压可变气门控制方法原理流程如下：

步骤11，采集曲轴、凸轮轴转速和位置的信号测量值，将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号和细分总线时间信号。

具体来说，就是通过检测凸轮轴位置传感器信号与曲轴速度信号，共同配合确定一缸上止点位置，确定当前各缸的工作状态；利用曲轴转速信号，确定当前转速。

将实时测量的曲轴、凸轮轴转速、位置信号以脉冲方波的形式输入控制单元；通过对曲轴缺齿信息、凸轮轴多齿信息的判断，将所述信号测量值处理成 进排气位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号。

步骤12，根据所述位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号，生成不同缸进排气系统的挺柱控制状态和气门位移控制状态标志。

具体来说，就是根据分缸信号与位置基准信号，得到凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号。

根据凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号与细分齿时间信号判断该时刻进行液压挺柱控制状态或气门位移控制状态标志。

其中，在以基圆运行位置中，判断为液压挺柱控制状态；在以凸轮型线运行位置中，判断为气门位移控制状态。

如果处于基圆位置，则此状态为挺柱升程状态。说明此时发动机处于压缩或做功冲程，气门不工作，需要让挺柱达到最大升程，为气门控制准备位移控制裕量，标志为挺柱升程控制状态。同时，需要以基准时间单元为依据，实时判断该凸轮处于基圆位置还是型线位置，并进行状态标志的切换。

如果处于型线位置，则此状态为气门位移控制状态。说明此时发动机处于进气或者排气状态，气门需要按照控制预期动作，标志为位移控制状态。同时，需要以基准时间单元为依据，实时判断该凸轮处于基圆位置还是型线位置，并进行状态标志的切换。

步骤13，根据液压挺柱控制状态与气门位移控制状态标志，生成数字脉冲控制信号，驱动电磁阀开关，实现对气门位置的控制。

当处于液压挺柱控制状态时，电磁阀处于完全开启状态，输出数字高电平控制信号，保证液压挺柱达到最大行程。

当处于气门位置控制状态时，电磁阀根据当前位置信息、发动机转速信息、目标位置信息以输出数字脉冲信号。

根据凸轮轴状态，按照实现标定好的气门位移控制MAP与挺柱升程控制MAP，输出数字脉冲信号，并使用响应的电磁阀驱动设备，实现控制预期。

如图2所示，为本发明实施例提供的液压可变气门控制系统结构图，其中，

同步与基准设定单元21，用于采集曲轴、凸轮轴转速和位置的信号测量值，将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号和细分总线时间信号；

工作状态判定单元22，用于根据所述位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号，生成不同缸进排气系统的挺柱控制状态和气门位移控制状态标志；

控制实现单元23，用于根据液压挺柱控制状态与气门位移控制状态标志，生成数字脉冲控制信号，驱动电磁阀开关，实现对气门位置的控制。

进一步的，所述同步与基准设定单元21进一步包括：

检测子单元211，用于通过检测凸轮轴位置传感器信号与曲轴速度信号，共同配合确定一缸上止点位置，确定当前各缸的工作状态；利用曲轴转速信号，确定当前转速；

第一判断子单元212，用于通过对曲轴缺齿信息、凸轮轴多齿信息的判断获取基准信息；

设定子单元213，用于根据基准信息将所述信号测量值处理成进排气位置基准信号、分缸信号、细分总线时间信号。

进一步的，所述工作状态判定单元22进一步包括：

分类子单元221，根据分缸信号与位置基准信号，得到凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号；

第二判断子单元222，用于根据凸轮轴基圆位置信号与凸轮轴型线位置信号与细分齿时间信号判断该时刻进行液压挺柱控制状态或气门位移控制状态标志；

其中，在以基圆运行位置中，判断为液压挺柱控制状态；在以凸轮型线运行位置中，判断为气门位移控制状态。

进一步的，所述控制实现单元23进一步包括：

液压挺柱控制状态子单元231，用于当处于液压挺柱控制状态时，电磁阀 处于完全开启状态，输出数字高电平控制信号，保证液压挺柱达到最大行程；

气门位置控制状态子单元232，用于当处于气门位置控制状态时，电磁阀根据当前位置信息、发动机转速信息、目标位置信息以输出数字脉冲信号。

本发明提供的液压可变气门控制方案，基于曲轴、凸轮轴转速、位置采集信号和逻辑控制，以电子控制电磁阀手段实现进、排气门正时、升程准确调整。可根据发动机对配气相位的实际需求实现气门的开启时刻、开启持续时间、关闭时刻、气门升程和气门时面值等参数的准确、柔性调节。大大改善了发动机的配气特性，优化发动机的性能，对汽车的节油减排具有良好效果。本发明涉及的液压可变气门技术适合应用于车用汽油发动机、车用柴油发动机。

如图3所示，为本发明实施例提供的一个具体实施例的总体结构图，其中包括3个主要部分：

1、同步与基准设定。

首先通过检测凸轮轴位置传感器信号与曲轴速度信号，共同配合确定一缸上止点位置，用来判断当前各缸的工作状态。同时，利用曲轴转速信号，确定当前转速，得到可以用作时间控制的基准时间单元。

2、根据基准信息，判断当前时刻进排气凸轮的工作状态。

如果处于基圆位置，则此状态为挺柱升程状态。说明此时发动机处于压缩或做功冲程，气门不工作，需要让挺柱达到最大升程，为气门控制准备位移控制裕量，标志为挺柱升程控制状态。同时，需要以基准时间单元为依据，实时判断该凸轮处于基圆位置还是型线位置，并进行状态标志的切换。

如果处于型线位置，则此状态为气门位移控制状态。说明此时发动机处于进气或者排气状态，气门需要按照控制预期动作，标志为位移控制状态。同时，需要以基准时间单元为依据，实时判断该凸轮处于基圆位置还是型线位置，并进行状态标志的切换。

3、控制实现。

根据凸轮轴状态，按照实现标定好的气门位移控制MAP与挺柱升程控制MAP，输出数字脉冲信号，并使用响应的电磁阀驱动设备，实现控制预期。

如图4所示，为本发明实施例提供的一个液压可变气门机构气门同步、分缸、细分总线时间、状态使能信号相位示意图，其中，

1.曲轴缺齿信号，2.凸轮轴多齿信号,3.控制系统基准时间信号，4.进气凸轮型线位置1信号，5.进气凸轮型线位置0信号，6.进气凸轮基圆位置0信号，7.进气凸轮基圆位置1信号—进气凸轮挺柱控制信号，8.进气凸轮型位移控制信号，9.排气凸轮型线位置1信号,10.排气凸轮型线位置0信号,11.排气凸轮基圆位置0信号,12.排气凸轮基圆位置1信号即进气凸轮挺柱控制信号,13.排气凸轮型位移控制信号。

图4所示工作过程具体如下：

1、根据1,2信号确定同步基准位置；

2、根据2信号，确定基准时间信号；

3、根据4and非6信号，确定并标志进气位移控制状态，进行进气门位移控制，输出信号8；

4、根据非5and7信号，确定并标志进气挺柱控制状态，进行进气挺柱位移控制，输出信号7；

5、根据9and非11信号，确定并标志排气位移控制状态，进行排气门位移控制，输出信号如13示意；

6、根据非10and12信号，确定并标志排气挺柱控制状态，进行排气挺柱位移控制，输出信号12。

如图5、图6、图7所示，为本发明实施例提供的一个液压可变气门机构电磁阀信号与气门升程对应关系示意图，其中的进气气门位移控制工作过程，结合图4具体说明如下：

1、根据1,2信号确定同步基准位置

2、根据2信号，确定基准时间信号

3、根据信号4and非6信号＝1，确定并标志进气位移控制状态，进行进气门位移控制，输出信号8；

4、信号8的输出形式，根据系统对气门位移的预期，输出数字控制形式；

5、根据基准时间信号，与当非5信号and7信号＝1，确定并标志进气挺柱控制状态，进行进气挺柱位移控制，输出信号7；

6、输出信号7为长1信号。

综上所述，本发明提供的液压可变气门控制方案，基于曲轴、凸轮轴转速、位置采集信号和逻辑控制，以电子控制电磁阀手段实现进、排气门正时、升程准确调整。可根据发动机对配气相位的实际需求实现气门的开启时刻、开启持续时间、关闭时刻、气门升程和气门时面值等参数的准确、柔性调节。大大改善了发动机的配气特性，优化发动机的性能，对汽车的节油减排具有良好效果。本发明涉及的液压可变气门技术适合应用于车用汽油发动机、车用柴油发动机。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算 机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。