CN110700916A - 复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统及其控制方法，针对气门的开启阶段实施以下步骤：在前半行程阶段，采集缸内气体压力值，预设气门开启速度，由ECU计算气门开启所需电磁力，若所需电磁力超过阈值，电磁直线作动器与双作用电磁铁均通电工作，ECU控制二者的线圈电流，为气门提供沿开启方向的电磁合力，推动气门运动；若所需电磁力未超过阈值，仅电磁直线作动器通电工作，ECU控制其线圈电流，为气门提供沿开启方向的电磁力，周期性采集气门位移信号和电流信号，计算气门运动速度并实时调节线圈电流；在气门开启后半行程阶段，双作用电磁铁停止通电，电磁直线作动器反向通电，为气门提供反向加速度，直至达到行程终点。

Description

复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统及其控制方法
技术领域
本发明主要涉及一种内燃机技术，特别是复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统及其控制方法。
背景技术
可变配气技术是提升内燃机热效率的前沿技术之一。内燃机中应用电磁驱动全可变配气机构，通过独立的机电系统来代替传统凸轮轴直接单独的驱动每一个气门运动，实现气门升程、气门相位在全工况范围内连续可变的全柔性化调节，而这对气门的运动控制提出了较高的精度和动态响应等要求。电磁驱动全可变配气机构在应用于内燃机排气系统时，受到燃烧过后缸内较高气体压力的影响，会面临驱动力不足的困难。常规的解决方法是增加线圈的瞬时电流以保证气门的顺利开启，但这会影响气门的控制精度以及动态响应速度，过高的负载还会引起配气机构发热，降低系统可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统及其控制方法，实现本发明的技术解决方案为：包括双作用电磁铁、电磁直线作动器、控制单元和气门，控制单元包括ECU、第一功率驱动模块、第二功率驱动模块、信号调理电路，以及与信号调理电路相连的缸压传感模块、位移传感模块和第一电流传感模块和第二电流传感模块，第一功率驱动模块、第一电流传感模块、位移传感模块均与电磁直线作动器电连接，第二功率驱动模块、第二电流传感模块与双作用电磁铁电连接；第一功率驱动模块和第二功率驱动模块还与ECU电连接。
本发明所要解决的另一问题是复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统的控制方法，其特征在于，针对气门的开启阶段实施以下步骤：
开启前半行程阶段：
a、缸压传感模块采集缸内气体压力值，预设气门开启速度；
b、由ECU计算气门开启所需电磁力，若所需电磁力超过阈值，电磁直线作动器与双作用电磁铁均通电工作，ECU控制二者的线圈电流，为气门提供沿开启方向的电磁合力，推动气门运动；
c、若所需电磁力未超过阈值，仅电磁直线作动器通电工作，ECU控制其线圈电流，为气门提供沿开启方向的电磁力；
d、周期性采集气门位移信号和电流信号，计算气门运动速度并实时调节线圈电流；
开启后半行程阶段：
a、采集气门位移信号，若行程过半，双作用电磁铁停止通电；
b、电磁直线作动器反向通电，为气门提供反向加速度，直至达到行程终点。
进一步改进在于，所述ECU发出信号指令，由第一功率驱动模块和第二功率驱动模块进行信号放大，通过改变占空比的方式调节负载线圈两端的电压，从而控制其激励电流。
进一步改进在于，气门到达行程终点后，ECU关闭第一功率驱动模块和第二功率驱动模块，使电磁直线作动器和双作用电磁铁均停止通电，气门依靠双作用电磁铁的端部自持力维持其开启状态。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
（1）内燃机应用电磁驱动全可变配气机构，不仅能够实现气门运动规律的柔性化精确调控，并且在气门开启面临较大气体压力时，通过对电磁直线作动器与双作用电磁铁的协调控制，可以有效克服气体压力干扰，实现气门的快速开启。
（2）双作用电磁铁作为可选择性助力单元，还具备一定的端部自锁能力，使得气门在保持开启或关闭状态时无需通电，从而有效降低系统能耗。
附图说明
图1是气门开启阶段的工作流程图；
图2是复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统模块图；
其中，20-控制单元，21-第一电流传感模块，22-缸压传感模块，23-信号调理电路，24-位移传感模块，25-ECU，26-第二电流传感模块，27-第一功率驱动模块，28-第二功率驱动模块，30-双作用电磁铁，40-电磁直线作动器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，结合附图1-2，复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统，包括双作用电磁铁30、电磁直线作动器40、控制单元20和气门，控制单元20包括ECU 25、第一功率驱动模块27、第二功率驱动模块28、信号调理电路23，以及与信号调理电路相连的缸压传感模块22、位移传感模块24和第一电流传感模块21和第二电流传感模块26，第一功率驱动模块27、第一电流传感模块21、位移传感模块24均与电磁直线作动器40电连接，第二功率驱动模块28、第二电流传感模块26与双作用电磁铁30电连接；第一功率驱动模块27和第二功率驱动模块28还与ECU25电连接。
结合附图1-2，本发明所要解决的另一技术问题是复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统的控制方法，针对气门的开启阶段实施以下步骤：
第一阶段，开启前半行程阶段；
（1）缸压传感模块22采集缸内气体压力值，传递至ECU25；
（2）ECU25通过缸内气体压力值以及预设气门运动速度计算气门开启所需电磁力大小，
（3）根据所需电磁力大小是否超过阈值，决定电磁直线作动器40与双作用电磁铁30的协同工作方式：若所需电磁力超过阈值，电磁直线作动器40与双作用电磁铁30均需通电工作，ECU25同时发出信号指令，并由第一功率驱动模块27和第二功率驱动模块28分别进行信号放大，通过改变占空比分别调节电磁直线作动器40与双作用电磁铁30线圈两端的电压，从而控制其激励电流，为气门提供沿开启方向的电磁合力，推动气门运动。若所需电磁力未超过阈值，仅电磁直线作动器40通电工作，ECU25发出信号指令，由第一功率驱动模块27进行信号放大，调节电磁直线作动器40线圈两端的电压，为气门提供沿开启方向的电磁力。
（4）第一电流传感模块21、位移传感模块24与第二电流传感模块26实时向ECU25反馈电磁直线作动器40的线圈电流、气门位移以及双作用电磁铁30的线圈电流，由ECU25进行闭环控制。
（5）按照上述（1）-（4）步骤，气门顺利开启。
第二阶段，开启后半行程阶段：
（1）位移传感模块24采集气门位移信号，若气门行程过半，ECU25关闭第二功率驱动模块28，使双作用电磁铁30停止通电，撤去其电磁力。同时ECU25通过第一功率驱动模块27调整电磁直线作动器40线圈两端的电压，使其反向通电，为气门提供反向加速度，直至到达行程终点；
（2）气门到达行程终点后，ECU25关闭第一功率驱动模块27和第二功率驱动模块28，使电磁直线作动器40和双作用电磁铁30均停止通电，气门依靠双作用电磁铁30的端部自持力维持其开启状态
所述ECU25发出信号指令，由第一功率驱动模块27和第二功率驱动模块28进行信号放大，通过改变占空比的方式调节负载线圈两端的电压，从而控制其激励电流。气门到达行程终点后，ECU25关闭第一功率驱动模块27和第二功率驱动模块28，使电磁直线作动器40和双作用电磁铁30均停止通电，气门依靠双作用电磁铁30的端部自持力维持其开启状态。
气门由电磁直线作动器40与双作用电磁铁30协同驱动开启或关闭，当气门开启面临较大气体压力时，电磁直线作动器40与双作用电磁铁30均通电工作，可以为气门提供较大的电磁力，从而克服气体压力干扰实现快速开启；当气门开启面临较小气体压力时，仅电磁直线作动器40通电工作，驱动气门运动。
以上为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (4)

1.复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统，包括双作用电磁铁（30）、电磁直线作动器（40）、控制单元（20）和气门，控制单元（20）包括ECU（25）、第一功率驱动模块（27）、第二功率驱动模块（28）、信号调理电路（23），以及与信号调理电路相连的缸压传感模块（22）、位移传感模块（24）和第一电流传感模块（21）和第二电流传感模块（26），第一功率驱动模块（27）、第一电流传感模块（21）、位移传感模块（24）均与电磁直线作动器（40）电连接，第二功率驱动模块（28）、第二电流传感模块（26）与双作用电磁铁（30）电连接；第一功率驱动模块（27）和第二功率驱动模块（28）还与ECU（25）电连接。
2.如权利要求1所述的[A1] 的控制方法，其特征在于，针对气门的开启阶段实施以下步骤：
开启前半行程阶段：
缸压传感模块（22）采集缸内气体压力值，预设气门开启速度；
由ECU（25）计算气门开启所需电磁力，若所需电磁力超过阈值，电磁直线作动器（40）与双作用电磁铁（30）均通电工作，ECU（25）控制二者的线圈电流，为气门提供沿开启方向的电磁合力，推动气门运动；
若所需电磁力未超过阈值，仅电磁直线作动器（40）通电工作，ECU（25）控制其线圈电流，为气门提供沿开启方向的电磁力；
周期性采集气门位移信号和电流信号，计算气门运动速度并实时调节线圈电流；
开启后半行程阶段：
采集气门位移信号，若行程过半，双作用电磁铁（30）停止通电；
电磁直线作动器（40）反向通电，为气门提供反向加速度，直至达到行程终点。
3.如权利要求2所述的复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统的控制方法，其特征在于，所述ECU（25）发出信号指令，由第一功率驱动模块（27）和第二功率驱动模块（28）进行信号放大，通过改变占空比的方式调节负载线圈两端的电压，从而控制其激励电流。
4.如权利要求3所述的复合式电磁驱动全可变配气机构控制系统的控制方法，其特征在于，气门到达行程终点后，ECU（25）关闭第一功率驱动模块（27）和第二功率驱动模块（28），使电磁直线作动器（40）和双作用电磁铁（30）均停止通电，气门依靠双作用电磁铁（30）的端部自持力维持其开启状态。
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