CN101319636B - 一种用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构及其控制方法，一体化气门驱动机构包括机械驱动装置与控制装置，所述机械驱动装置包括摇臂、摇臂轴、滑动活塞\单向阀和电磁制动阀；所述控制装置用于采集制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号，根据发动机转速信号与选挡手柄挡位信号，确定各缸减压制动与正常排气阶段的气门正时与升程期望值，判定当前时刻凸轮的工作段，输出控制信号调节电磁制动阀开启压力。使用本发明公开的气门驱动机构时，原发动机排气凸轮只需增加减压制动型线，正常排气型线无需改变，减小了凸轮尺寸；可根据工况需要自动调节气门正时与升程，改善发动机驱动与制动两工况下的性能。

Description

一种用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及可以实现减压制动的发动机的气门驱动机构和控制方法，特指一种可同时用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构及其控制方法。

背景技术

发动机减压缓速器在进行减压制动时，将发动机临时转换成空气压缩机，辅助汽车主制动系统进行制动。设计合理的发动机减压缓速器的制动功率与驱动功率基本相当，甚至可能超过驱动功率。

随着技术的发展和市场的要求，为了提高发动机缓速器的性能、减少零部件数量与尺寸以及减轻发动机重量，人们开始设法将缓速器零部件与发动机现有的零部件集成一体。典型的做法是在排气凸轮上增加减压制动型线，这样，一个排气凸轮可同时实现减压制动排气和正常排气。但在发动机制动工况下的正常排气阶段，气门与活塞可能相碰，人们通过调节凸轮一气门的传动件的长度，限制气门升程来避免出现这一危险。美国专利US6450144B2、US6691674B2公布了将凸轮-气门传动件长度调节装置与摇臂总成集成一体的结构。

US6450144B2提出多种结构，基本原理相似，图1为其典型结构，摇臂轴300与摇臂孔260组成一个两位六通换向转阀，控制挺柱210与回油道312与间隙调整油道314的通断；控制阀270为两位三通阀，控制挺柱内腔218与泄油道280的通断，其位置取决于控制油道310的控制油压；挺柱210长度可变。

在驱动工况下，当凸轮基圆工作时，低压油经过间隙调整油道314、单向阀240进入上腔226，由于活塞弹簧216的作用，内活塞214、外活塞212作为整体下移，与气门接触，消除气门间隙，同时油压低，不足打开气门；控制油道310内油压极低，当凸轮减压制动型线工作时，控制阀272处于“非制动状态”，挺柱内腔218内的液压油经过油道234、泄油道280泄掉，外活塞212上行，凸轮处于“空行程”状态；随着凸轮的转动，外活塞上行到与内活塞214接触时，挺柱210无法再缩短，同时挺柱上腔226油液处于密闭状态，凸轮继续转动，正常排气型线中后段开始工作，挺柱压缩气门弹簧，打开气门。

在制动工况下，低压油经控制油道310、油道232，进入控制阀腔270，使得控制阀272处于“制动”状态，将油道234与泄油道280通道截断，挺柱内腔218的油压无法泄掉，挺柱210处于“液力锁止”状态；减压制动排气后，随着凸轮转动，挺柱内腔218经油道234、单向阀242与回油道312相通，开始卸压，外活塞212上行；不同时刻卸压，气门开启时刻不同；气门升程与驱动工况相同，避免与气缸活塞相碰。

US6691674B2提出的结构，如图2、3、4所示。控制油压确定控制活塞170的位置，控制活塞170控制复位活塞160处于锁止状态或自由滑动状态，复位活塞160的状态影响单向阀150的开闭，单向阀150控制低压供油道118与滑动活塞工作腔108的通断。

如图2所示，在驱动工况下，控制油道内油压很低，控制活塞170将复位活塞160锁止；处于锁止状态的复位活塞160将单向阀150顶开；来自低压供油道118的液压油经进油道110进入滑动活塞工作腔108；当凸轮减压制动型线工作时，滑动活塞130随着凸轮的转动在活塞腔108内上移，这段凸轮行程成为空行程；正常排气型线开始段，滑动活塞130在活塞腔108内上移，当凸轮转动到正常排气型线某处工作时，滑动活塞130上移到上极限位置，随着凸轮的转动，滑动活塞130打开气门。

如图3所示，在制动工况下，在控制油道内油压的作用下，控制活塞170的限位环槽176与复位活塞160形成配合，复位活塞160处于自由滑动状态；滑动活塞工作腔108内充满油液后，在单向阀弹簧152的作用下，单向阀150关闭，同时将复位活塞160向外推出；由于单向阀150关闭，滑动活塞130处于液压锁止状态，当凸轮减压制动型线工作时，滑动活塞130打开气门；随着凸轮转动，正常排气型线开始工作，气门被打开。

如图4所示，当正常排气型线末段某处工作时，复位活塞160在外部止挡200的作用下打开单向阀150，滑动活塞130解除锁止状态，转入浮动状态，在活塞腔108内上移，气门升程与驱动工况相同，避免与气缸活塞相碰。

以上美国的公开的两个专利提出的结构存在以下问题：

(1)凸轮型线复杂，除另加减压制动型线外，部分正常排气型线无效，需要加大正常排气型线的径向尺寸。

(2)发动机制动时，气门正时与升程不能根据工况需要自动调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构及其控制方法。使用该气门驱动机构时，原发动机排气凸轮只需增加减压制动型线，正常排气型线无需改变，以减小排气凸轮尺寸；可根据工况需要自动调节气门正时与升程，以改善发动机驱动与制动两工况下的性能。

实现本发明目的的技术方案：一体化气门驱动机构，包括机械驱动装置与控制装置，

所述机械驱动装置包括摇臂、摇臂轴、滑动活塞、单向阀和电磁制动阀；摇臂轴上有进油道与压力油源连接，有回油道与油箱相通；摇臂上有摇臂轴安装孔，摇臂轴通过摇臂轴安装孔安装在摇臂上；摇臂内有活塞腔，滑动活塞安装在活塞腔内，可自由运动，同时起密封作用和用来驱动气门；在摇臂最大转角位置，气门关闭时，滑动活塞仍有部分伸出活塞腔；摇臂内有进、泄油道，分别与摇臂轴上的进、回油道相通，摇臂内的进、泄油道两者相通；摇臂进油道内安装单向阀，液压油只能由摇臂轴进油道经它流向活塞腔；电磁制动阀控制活塞腔至油箱回油路的通断；

所述控制装置用于采集制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号，根据发动机转速信号与选挡手柄挡位信号，确定各缸减压制动与正常排气阶段的气门正时与升程期望值，判定当前时刻凸轮的工作段；输出控制信号调节电磁制动阀开启压力。

所述控制装置的具体结构包括电子控制单元ECU、发动机转速传感器、排气基准信号传感器、缓速器选挡手柄、信号处理电路、电磁制动阀驱动电路，电磁制动阀；发动机转速传感器与排气基准信号传感器安装在凸轮轴或曲轴上；排气基准信号传感器在凸轮轴或曲轴上对标记安装，对于某特定缸而言，排气基准信号发生与活塞到达压缩上止点两时刻之间的曲轴转角大小固定；电磁制动阀开启压力可调；缓速器选挡手柄、发动机转速传感器与排气基准信号传感器的输出连接到信号处理电路的输入，信号处理电路的输出连接到ECU的输入，ECU的输出连接到电磁制动阀驱动电路的输入，电磁制动阀驱动电路的输出连接到电磁制动阀的输入。

作为本发明的进一步改进，所述发动机转速传感器与排气基准信号传感器集成为一个传感器。

本发明的一体化气门驱动机构控制方法采用如下技术方案，依次包括如下步骤：

F.缓速器选挡手柄、发动机转速传感器与排气基准信号传感器，分别将制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号输出给信号处理电路；

G.信号处理电路将上述信号转换成ECU可处理的信号，并输出给ECU；

H.ECU根据发动机转速信号与选挡手柄挡位信号，确定各缸减压制动与正常排气阶段的气门正时与升程期望值；

I.根据排气基准信号发生时刻与当前时刻的时间差、发动机转速信号，判定各缸当前时刻凸轮的工作段；

J.根据各缸ECU输出控制信号到电磁制动阀驱动电路，调节电磁制动阀开启压力。凸轮工作段为基圆时，电磁制动阀开启压力低，稍高于进油压力，控制活塞腔内为低压，不足以克服气门弹簧预紧力，从而保证气门间隙在不同温度下均为零。凸轮工作段为减压制动型线或正常排气型线时，如需气门关闭，电磁制动阀开启压力同凸轮工作段为基圆时；如需气门开启，电磁制动阀关闭，开启压力高，保证气门开启过程中滑动活塞处于液力锁止状态。

本发明中设置机械驱动装置和控制装置，机械驱动装置中凸轮型线简单，控制装置通过对制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号的采集、处理和比较，判断出各缸当前的时刻的时刻凸轮的工作段，并根据当前时刻凸轮的工作段工况需要自动调节气门正时与升程。相比以往专利公布的机构，使用本发明公开的气门驱动机构时，原发动机排气凸轮只需增加减压制动型线，正常排气型线无需改变，减小了凸轮尺寸；可根据工况需要自动调节气门正时与升程，改善发动机驱动与制动两工况下的性能。

附图说明

图1是背景技术中美国专利US6450144B2典型实施例的结构原理示意图。

图2是背景技术中美国专利US6691674B2实施例驱动状态的结构原理示意图

图3是背景技术中美国专利US6691674B2实施例制动状态的结构原理示意图

图4是背景技术中美国专利US6691674B2实施例在制动工况、气门即将复位时的结构原理示意图

图5是本发明实施例中一体化气门驱动机构的机械驱动装置的结构示意图。

图6是图5的A-A剖视图

图7是本发明实施例中一体化气门驱动机构的控制装置连接示意图。

图中：1.单向阀，2.垂直进油道，3.螺塞1，4.水平进油道，5.水平泄油道，6.垂直泄油道，7.活塞腔，8.滑动活塞，9.螺塞2，10.回油槽，11.径向回油道，12.轴向回油道，13.进油槽，14.摇臂轴，15.滚轮，16.滚针轴承，17.减磨垫圈，18.销轴，19.摇臂，排气基准信号传感器，21.发动机转速传感器，22.缓速器选挡手柄，23.信号处理电路，24.控制单元ECU，25.电磁制动阀驱动电路，26.电磁制动阀。

具体实施方式

机械装置实施如图5、6所示，摇臂19一端通过滚针轴承16、销轴18安装了滚轮15，凸轮(未画出)通过滚轮15驱动摇臂19转动；摇臂19另一端有活塞腔7，滑动活塞8安装在活塞腔7内，在摇臂最大转角位置，气门关闭时，滑动活塞仍有部分伸出活塞腔。摇臂轴14上进油槽13与压力油源连接，回油槽10经径向回油道11、轴向回油道12与油箱相通；摇臂轴14安装在摇臂19上。摇臂内垂直进油道2与进油槽13相通，同时经水平进油道4与活塞腔7相通，活塞腔7经进油道4一部分、垂直泄油道6、水平泄油道5与摇臂轴14上的回油槽10连通。摇臂垂直进油道2内安装单向阀1，液压油只能由摇臂轴进油槽13经它流向活塞腔7；电磁制动阀26(图5中)位于轴向回油道12到油箱的油路中。

控制装置实施例如图7所示，发动机转速传感器21与排气基准信号传感器20安装在凸轮轴(未画出)上；排气基准信号传感器20在凸轮轴上对标记安装，对于1缸而言，传感器的排气基准信号标记与压缩上止点标记之间的曲轴转角为φ，排气基准信号标记与凸轮减压制动型线终止点的曲轴转角为σ、排气基准信号标记与凸轮正常排气型线起始点的曲轴转角为γ及排气基准信号标记与凸轮正常排气型线终止点的曲轴转角为θ；电磁制动阀26开启压力可调；缓速器选挡手柄22、发动机转速传感器21与排气基准信号传感器20的输出连接到信号处理电路23的输入，信号处理电路23的输出连接到ECU 24的输入，ECU24的输出连接到电磁制动阀驱动电路25的输入，电磁制动阀驱动电路25的输出连接到电磁制动阀26的输入。

缓速器选挡手柄22、发动机转速传感器21与排气基准信号传感器20，分别将制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号输出给信号处理电路23。信号处理电路23将上述信号转换成ECU 24可处理的信号，并输出给ECU 24。ECU 24根据发动机转速信号与选挡手柄挡位信号，确定各缸减压制动与正常排气阶段的气门正时与升程期望值；根据排气基准信号发生时刻与当前时刻的时间差、发动机转速信号，判定当前时刻凸轮的工作段；根据当前时刻凸轮的工作段工况需要，ECU 24输出控制信号到电磁制动阀驱动电路25，调节电磁制动阀26的开启压力。凸轮工作段为基圆时，电磁制动阀26开启压力低，稍高于进油压力，控制活塞腔7(图5中)内为低压，不足以克服气门弹簧预紧力，从而保证气门间隙在不同温度下均为零。凸轮工作段为减压制动型线或正常排气型线时，如需气门关闭，电磁制动阀开启压力同凸轮工作段为基圆时；如需气门开启，电磁制动阀关闭，开启压力高，保证气门开启过程中滑动活塞处于液力锁止状态。

无论哪种工况，当凸轮基圆段与滚轮15接触时，来自低压油源的液压油进入进油槽13，推开单向阀1，经垂直进油道2、水平进油道4流入活塞腔7；电磁制动阀26开启压力低，但稍高于进油压力，活塞腔7内的油液不能流回油箱；液压油将滑动活塞8推向气门(未画出)，直至与气门接触，但活塞腔7内油压低，不足以克服气门弹簧预紧力打开气门；当气门等热膨胀时，滑动活塞8在活塞腔7内上行，腔内油压上升，由于单向阀1关闭，油液只能推开电磁制动阀26流回油箱，从而气门依然关闭，气门间隙为零。

在发动机驱动工况下，当凸轮转动到减压制动段型线与滚轮15接触时，电磁制动阀26(图5中)开启压力与凸轮工作段为基圆时相同。在减压制动段型线上升段与滚轮15接触过程中，滑动活塞8在活塞腔7内上行，活塞腔7内油压上升，当超过电磁制动阀26的开启压力时，电磁制动阀打开，活塞腔7内油液经水平进油道4一段、垂直泄油道6、水平泄油道5、回油槽10、径向回油道11、轴向回油道12流回油箱，气门保持关闭。在减压制动段型线下降段与滚轮15接触过程中，活塞腔7内油压逐渐下降，电磁制动阀26关闭，来自低压油源的液压油经进油槽13、单向阀1、垂直进油道2、水平进油道4流入活塞腔7，滑动活塞8在活塞腔7内下行，保持与气门的接触，气门处于关闭状态。当凸轮转动到正常排气段型线开始与滚轮15接触时，ECU 24发出指令，将电磁制动阀26开启压力提高；正常排气过程中，活塞腔7封闭状态，滑动活塞8处于液力锁止状态，气门打开。

在发动机制动工况下，在凸轮减压制动段型线与滚轮15接触过程中，当到达期望的气门开启时刻时，ECU 24发出指令，电磁制动阀26开启压力提高，减压制动过程中滑动活塞处于液力锁止状态；当到达期望的气门关闭时刻时，电磁制动阀26开启压力降低道凸轮工作段为基圆时的水平，液压油推开电磁制动阀，泄油路线同发动机驱动工况，在气门弹簧力作用下，滑动活塞8在活塞腔7内上行；随着凸轮转动，活塞腔7内油压逐渐下降，又开始进油，过程与发动机驱动工况下凸轮工作段为减压制动型线下降段时相同。凸轮正常排气段型线时的工作过程与减压制动段型线相同。

Claims (5)

1.一种用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构，包括机械驱动装置与控制装置；其特征是：

所述机械驱动装置包括：摇臂(19)、摇臂轴(14)、滑动活塞(8)、单向阀(1)和电磁制动阀；

摇臂轴(14)安装在摇臂(19)上；摇臂轴(14)上有进油道与低压油源连接，有回油道与油箱相通；摇臂(19)内有活塞腔(7)，滑动活塞(8)安装在活塞腔(7)内，可自由运动，同时起密封作用和用来驱动气门；在摇臂最大转角位置，气门关闭时，滑动活塞(8)仍有部分伸出活塞腔(7)；摇臂(19)内有进、泄油道，分别与摇臂轴(14)上的进、回油道相通，摇臂(19)内的进、泄油道两者相通；摇臂进油道内安装单向阀(1)，液压油只能由摇臂轴(14)的进油道经它流向活塞腔(7)；电磁制动阀(26)控制活塞腔(8)至油箱回油路的通断；

所述控制装置用于采集制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号，根据发动机转速信号与选挡手柄挡位信号，确定各缸减压制动与正常排气阶段的气门正时与升程期望值，判定当前时刻凸轮的工作段；输出控制信号调节电磁制动阀(26)开启压力。

2.根据权利要求1所述的气门驱动机构，其特征在于：所述控制装置包括：排气基准信号传感器(20)，发动机转速传感器(21)，缓速器选挡手柄(22)，信号处理电路(23)，控制单元ECU(24)，电磁制动阀驱动电路(25)和所述电磁制动阀(26)；

所述发动机转速传感器(21)与排气基准信号传感器(20)安装在凸轮轴或曲轴上，排气基准信号传感器(20)在凸轮轴或曲轴上对标记安装，对于某特定缸而言，传感器的排气基准信号标记与压缩上止点标记之间的曲轴转角大小固定；电磁制动阀(26)安装在回油道中的轴向回油道(12)到油箱的油路中，控制活塞腔(7)至油箱的回油道的通断；电磁制动阀(26)开启压力可调；缓速器选挡手柄(22)、发动机转速传感器(21)与排气基准信号传感器(20)的输出连接到信号处理电路(23)的输入，信号处理电路(23)的输出连接到ECU(24)的输入，ECU(24)的输出连接到电磁制动阀驱动电路(25)的输入，电磁制动阀驱动电路(25)的输出连接到电磁制动阀(26)的输入。

3.根据权利要求2所述的气门驱动机构，其特征在于：所述发动机转速传感器(21)与排气基准信号传感器(20)集成为一个传感器。

4.根据权利要求2所述的用于发动机驱动与制动工况的一体化气门驱动机构的控制方法，其特征是，该方法依次包括如下步骤：

A.缓速器选挡手柄(22)、发动机转速传感器(21)与排气基准信号传感器(20)，分别将制动挡位信号、发动机转速信号与排气基准信号输出给信号处理电路(23)；

B.信号处理电路(23)将上述信号转换成ECU(24)可处理的信号，并输出给ECU(24)；

C.ECU(24)根据发动机转速信号与选挡手柄挡位信号，确定各缸减压制动与正常排气阶段的气门正时与升程期望值；

D.根据排气基准信号发生时刻与当前时刻的时间差、发动机转速信号，判定当前时刻凸轮的工作段；

E.根据当前时刻凸轮的工作段工况需要，ECU(24)输出控制信号到电磁制动阀驱动电路(25)，调节电磁制动阀(26)开启压力。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征是，所述步骤E中具体包括下列步骤：凸轮工作段为基圆时，电磁制动阀(26)开启压力低，稍高于进油压力，控制活塞腔内为低压；凸轮工作段为减压制动型线或正常排气型线时，如需气门关闭，电磁制动阀(26)开启压力低，稍高于进油压力，控制活塞腔内为低压；如需气门开启，电磁制动阀(26)关闭，开启压力高，保证气门开启过程中滑动活塞处于液力锁止状态。

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