CN111207927A - 内燃机的气门驱动机构的参数监测装置及气门驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的气门驱动机构的参数监测装置及气门驱动机构。气门驱动机构包括液压油供应通道和电磁阀，液压油供应通道用于供应液压油以驱动气门运动，电磁阀用于控制液压油供应通道的通断，参数监测装置包括瞬时流量计、温度传感器、压力传感器、第一瞬时安装座、第二瞬时安装座、堵头、瞬时压力传感器、位移传感器、应变片、以及控制器，控制器包括数据采集装置，数据采集装置接收瞬时流量计、温度传感器、压力传感器、瞬时压力传感器、位移传感器，以及应变片测量的参数，控制器根据参数控制电磁阀的工作，以及输出参数。由此，能同时对用于驱动气门运动的液压驱动机构的多个参数进行实时监测，能够以图表的形式实时显示给使用者。

Description

内燃机的气门驱动机构的参数监测装置及气门驱动机构

技术领域

本发明总地涉及内燃机领域，且更具体地涉及一种内燃机的气门驱动机构的参数监测装置及气门驱动机构。

背景技术

现今，可变配气技术能根据发动机工况、负荷的需要灵活调节气门的启闭时刻和升程曲线以满足发动机进(排)气的需求，与EGR、涡轮增压和高压共轨等新技术的配合使用有助于新型燃烧模式的实施，从而提升发动机的燃油经济性和动力性、改善尾气排放质量、提升发动机的整体性能。

电液可变配气机构用于驱动气门运动，在其工作的过程中，液压油管内的液压油会出现液力延迟、瞬时压力波动等现象。液力延迟直接导致气门启闭正时的延迟，造成气门在开启时刻不能及时开启、关闭时刻不能及时关闭，这不仅会影响缸内的进气量，严重时会引起缸内漏气、气门与活塞发生撞击。驱动气门的液压油的瞬时压力波动会直接导致气门型线的波动，进而引起进(排)气过程中气管内气压的波动，同时液压油管内的瞬时压力波会不断的冲击管路油道，使液压油道出现疲劳损坏和穴蚀的情况，影响供油系统的使用寿命。

由此可知液压油管内的液体的压力温度与流量，以及气门的位移和变形等参数，对电液可变配气机构的工作和设计有很大的意义。而现有技术中，没有能实时监测上述参数的相关设备。

因此，需要提供一种内燃机的气门驱动机构的参数监测装置及气门驱动机构，以至少部分地解决上面提到的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种内燃机的气门驱动机构的参数监测装置，气门驱动机构包括液压油供应通道和电磁阀，液压油供应通道用于供应液压油以驱动气门运动，电磁阀用于控制液压油供应通道的通断，参数监测装置包括：

瞬时流量计，用于检测液压油供应通道的瞬时流量；

温度传感器，用于检测液压油供应通道内的液体温度；

压力传感器，用于检测液压油供应通道内的液体压力；

第一瞬时安装座和第二瞬时安装座，沿液压油供应通道内的液体的流动方向，第一瞬时安装座用于设置在电磁阀的上游，第二瞬时安装座用于设置在电磁阀的下游，第一瞬时安装座和第二瞬时安装座在液压油供应通道内的液体的流动方向上均间隔设置有多个安装孔，安装孔的内部通道连通液压油供应通道；

多个堵头，用于堵塞安装孔；

瞬时压力传感器，用于设置在安装孔内，以测量电磁阀的出口侧和入口侧的液压油供应通道内的瞬时压力；

位移传感器，用于设置在气门上，以测量气门的位移；

应变片，用于设置在气门上和/或气门摇臂上，以测量气门和/或气门摇臂的形变；

控制器，控制器包括数据采集装置，数据采集装置分别和电磁阀、瞬时流量计、温度传感器、压力传感器、瞬时压力传感器、位移传感器，以及应变片电连接，以接收瞬时流量计、温度传感器、压力传感器、瞬时压力传感器、位移传感器，以及应变片测量的参数，控制器根据参数控制电磁阀的工作，以及输出参数。

根据本发明的参数监测装置，能够同时对用于驱动气门运动的液压驱动机构的多个参数进行实时监测，进行在线分析以及存储，并以图表的形式实时显示给使用者，方便使用者实时掌握液压驱动机构的工作状态，并以此为基础进行相关的操作。因此可以方便测量液压驱动机构的各种参数。为后续的液压驱动机构的设计以及零部件选型提供依据；同时能根据液压驱动机构的多个参数控制电磁阀的工作。

可选地，参数监测装置还包括传感器座，传感器座用于安装温度传感器和压力传感器。

可选地，第一瞬时安装座和第二瞬时安装座上均设置有至少4个安装孔。

可选地，控制器还包括计算机，计算机存储并处理参数，计算机包括显示器，显示器用于实时显示参数和处理结果。

可选地，控制器还包括存储器，存储器和数据采集装置电连接，以存储参数。

本发明还提供了一种气门驱动机构，气门驱动机构包括液压油供应通道、电磁阀与前述的参数监测装置，液压油供应通道用于供应液压油以驱动气门运动，电磁阀用于控制液压油供应通道的通断。

根据本发明的气门驱动机构，气门驱动机构包括参数监测装置。参数监测装置能够同时对用于驱动气门运动的液压驱动机构的多个参数进行实时监测，进行在线分析以及存储，并以图表的形式实时显示给使用者，方便使用者实时掌握液压驱动机构的工作状态，并以此为基础进行相关的操作。因此可以方便测量液压驱动机构的各种参数。为后续的液压驱动机构的设计以及零部件选型提供依据；同时能根据液压驱动机构的多个参数控制电磁阀的工作。

可选地，沿液压油供应通道内的液体的流动方向，瞬时流量计设置在电磁阀的上游。

可选地，沿液压油供应通道内的液体的流动方向，温度传感器和压力传感器设置在电磁阀的上游。

可选地，沿液压油供应通道内的液体的流动方向，安装在第一瞬时安装座上的瞬时压力传感器设置在压力传感器和温度传感器的下游。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。

图1为根据本发明的第一个优选实施方式的参数监测装置用于检测液压驱动机构、气门与摇臂的整体示意图(其中摇臂未示出)；

图2为根据图1的参数监测装置检测的多个参数(电磁阀的电压、气门升程、瞬时流量、阀前压力和阀后压力)分别与曲轴转角形成的坐标示意图；

图3为根据图1的参数监测装置检测的多个测点的阀前瞬时压力和阀后瞬时压力分别与曲轴转角形成的坐标示意图。以及

图4为本发明的参数监测装置用于检测液压驱动机构、气门与摇臂的各种参数的流程示意图。

附图标记说明：

110：液压油供应通道 120：电磁阀

130：瞬时流量计 140：温度传感器

150：压力传感器 160：瞬时安装座

161：第一瞬时安装座 162：第二瞬时安装座

163：安装孔 170：瞬时压力传感器

180：位移传感器 190：应变片

200：控制器 210：计算机

220：数据采集卡 230：电子控制单元

240：液压驱动腔体 250：可移动件

260：气门

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供了一种气门驱动机构。气门驱动机构用于驱动内燃机的气门260运动。本实施方式的气门驱动机构为电液可变气门驱动机构。气门驱动机构包括凸轮机构和液压驱动机构。凸轮机构和液压驱动机构均可驱动气门260的移动。可以仅通过凸轮机构驱动气门260运动，或凸轮机构和液压驱动结构共同驱动气门260的移动。本实施方式中，内燃机的气门260的移动由凸轮机构和液压驱动结构共同驱动。

如图1所示，本实施方式中，驱动气门260运动的液压驱动机构包括液压油供应通道110、电磁阀120与液压驱动装置。液压驱动装置包括和液压油供应通道110连通的液压驱动腔体240，以及可移动件250。可移动件250可移动的设置在液压驱动腔体240内，气门260和可移动件250连接。液压油供应通道110内的液压油进入液压驱动腔体240内，以推动可移动件250运动，进而使可移动件250带动气门260运动。液压油供应通道110可以是设置在内燃机的壳体上的通道，也可以是供应液压油的管道的内部通道。本实施方式中，液压油供应通道110为供应液压油的管道的内部通道。液压驱动腔体240可以设置在内燃机的壳体上。

本实施方式中，供应液压油的管道包括第一管道和第二管道。第一管道的内部通道和电磁阀120的入口连通，第二管道的内部通道和电磁阀120的出口连通。这样控制器200通过控制电磁阀的状态，进而控制液压油供应通道110的通断。控制器200将在后文进行描述。

本实施方式中，气门驱动机构还包括用于检测液压驱动机构、气门260与摇臂的参数的参数监测装置。参数监测装置包括瞬时流量计130、温度传感器140、压力传感器150、位移传感器180、应变片190。

瞬时流量计130用于检测液压油供应通道110的瞬时流量。优选地，沿液压油供应通道110内的液体的流动方向(如图1所示的由左向右的方向，此时液压油用于使气门260运动)，瞬时流量计130设置在电磁阀120的上游。具体地，瞬时流量计130设置在第一管道上，以测量第一管道内的液压油的瞬时流量。由此瞬时流量计130测量进入电磁阀120的入口之前的液压油的瞬时流量。优选地，瞬时流量计130设置在第一管道的入口侧。

本实施方式中，温度传感器140用于检测液压油供应通道110内的液体温度。压力传感器150用于检测液压油供应通道110内的液体压力。优选地，沿液压油供应通道110内的液体的流动方向，温度传感器140和压力传感器150设置在电磁阀120的上游。具体地，温度传感器140和压力传感器150通过传感器座设置在第一管道上，以测量第一管道内的液压油的温度和压力。传感器座将在后文进行描述。进一步优选地，沿液压油供应通道110内的液体的流动方向，温度传感器140和压力传感器150间隔设置，压力传感器150设置在温度传感器140的下游。

本实施方式中，参数监测装置还包括传感器座，传感器座用于安装温度传感器140和压力传感器150。具体地，传感器座套设在第一管道的外壁面上，沿液压油供应通道110内的液体的流动方向，传感器座上间隔设置有两个内部通道均和第一管道的内部通道连通的通孔。一个通孔用于安装压力传感器150、另一个通孔用于安装温度传感器140。由此，方便安装温度传感器140和压力传感器150。本实施方式中，沿液压油供应通道110内的液体的流动方向，传感器座设置在瞬时流量计130的下游。

本实施方式中，参数监测装置还包括瞬时安装座160。瞬时安装座160包括第一瞬时安装座161和第二瞬时安装座162。沿液压油供应通道110内的液体的流动方向，第一瞬时安装座161设置在电磁阀120的上游，第二瞬时安装座162设置在电磁阀120的下游。具体地，第一瞬时安装座161套设在第一管道的外壁面上，第二瞬时安装座162套设在第二管道的外壁面上。本实施方式中，第一瞬时安装座161和第二瞬时安装座162均设置有安装孔163，安装孔163的内部通道连通液压油供应通道110。安装孔163用于安装瞬时压力传感器170。

本实施方式中，瞬时压力传感器170设置在安装孔163内。这样在电磁阀120的上游和下游均设置有瞬时压力传感器170，以测量电磁阀120的出口侧和入口侧的液压油供应通道110内的瞬时压力。

具体地，第一瞬时安装座161和第二瞬时安装座162在液压油供应通道110内的液体的流动方向上均间隔设置有多个安装孔163。由此，在电磁阀120的上游与下游，瞬时压力传感器170通过多个安装孔163同时测量多个测点位置的瞬时压力。优选地，第一瞬时安装座161和第二瞬时安装座162上均设置有至少4个安装孔163。由此，能同时测量电磁阀120的入口附近的4处测点的瞬时压力，以及能够同时测量电磁阀120的出口附近的4处测点的瞬时压力。

参数监测装置还包括用于堵塞安装孔163的多个堵头。通过堵头堵塞没有安装瞬时压力传感器170的安装孔163，避免液压油从安装孔163流出液压油供应通道110。

优选地，沿液压油供应通道110内的液体的流动方向，安装在第一瞬时安装座161上的瞬时压力传感器170位于压力传感器150和温度传感器140的下游。由此，瞬时压力传感器170相对于压力传感器150和温度传感器140更靠近电磁阀120的入口，瞬时压力传感器170的测量值更接近电磁阀120的入口处的瞬时压力。

本实施方式中，位移传感器180设置在气门260上，以测量气门260的位移。应变片190可以设置在气门260上和/或气门260的摇臂上，以测量气门260和/或气门260的摇臂的形变。本实施方式中，应变片190设置在气门260上和气门260的摇臂上，以测量气门260和气门260的摇臂的形变。

本实施方式中，参数监测装置还包括控制器200，控制器200包括数据采集装置，数据采集装置分别和电磁阀120、瞬时流量计130、温度传感器140、压力传感器150、瞬时压力传感器170、位移传感器180，以及应变片190电连接，以接收瞬时流量计130、温度传感器140、压力传感器150、瞬时压力传感器170、位移传感器180，以及应变片190测量的参数。这些参数为内燃机工作时液压驱动机构和气门260以及摇臂的各种参数，具体包括在内燃机工作时，瞬时流量计130、温度传感器140、压力传感器150、瞬时压力传感器170、位移传感器180，以及应变片190测量的参数。优选地，数据采集装置为数据采集卡220。

控制器用于根据上述参数控制电磁阀120的工作。例如，当上述各个参数到达预设的数值时，控制电磁阀120动作，使第一管道的内部通道连通第二管道的内部通道，以将液压油输送至液压驱动腔体240内，进而使气门260运动。由此，可以使液压油供应通道110内的液压油的温度和压力保持稳定。

本实施方式中，控制器200还用于存储上述参数，同时将上述参数输出至使用者，由此使用者能够随时调用液压驱动机构和气门260以及摇臂的各种参数。

优选地，控制器200还包括和数据采集装置电连接的计算机210，由于数据采集装置和计算机210电连接，因此数据采集装置能够将液压驱动机构和气门260以及摇臂的各种参数输送至计算机210。计算机210包括显示器和存储器，以实时显示液压驱动机构和气门260以及摇臂的各种参数。存储器用于存储液压驱动机构和气门260以及摇臂的各种参数。

具体地，控制器200还包括ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元230。本实施方式的参数监测装置中，数据采集卡220分别连接瞬时流量计130、温度传感器140、压力传感器150、瞬时压力传感器170、位移传感器180，以及应变片190，以接受液压驱动机构和气门260以及摇臂的各种参数。数据采集卡220和计算机210电连接，已将其接受的各种参数输送至计算机210。计算机210将接受的参数存储在存储器中。并且计算机210处理各种参数(对参数进行分析，计算)，并将各种参数和处理结果显示在计算机210的显示器上。由此，通过计算机210对参数的处理以及显示给用户，使用户能够及时了解、掌握气门260驱动装置的运行情况，并根据计算机对参数的处理结果作出相应的调整。同时计算机210和电子控制单元230电连接，电子控制单元230和电磁阀120电连接。计算机210通过电子控制单元230向电磁阀120发送控制信息，控制电磁阀120动作。

具体地，如图2和图3所示，控制器200的计算机210对位移传感器180采集的气门260的位移参数进行分析处理，根据气门260的位移参数生成气门260运动的气门升程(总升程与附加升程)信号。根据电磁阀120的入口侧的液压油供应通道110内的各种参数(液压油的温度，压力，瞬时流量与瞬时压力)，以及电磁阀120的出口侧的液压油供应通道110内的瞬时压力参数，确定电磁阀的控制信号(电磁阀120上的电压信号)。并将上述气门升程信号、电磁阀120的电压信号、电磁阀120的入口侧的液压油供应通道110内的瞬时流量参数、电磁阀120的入口侧和出口侧的瞬时压力参数，电磁阀120的入口侧的多个(4个)压力测点的瞬时压力参数，以及电磁阀120的出口侧的多个(4个)压力测点的瞬时压力参数等各种信号经计算机210的滤波、均化等方式处理后，分别和曲轴转角信号形成以曲轴转角信号为横坐标、以各种信号为纵坐标的坐标图上，并将坐标图在显示器上显示，以供使用者监控。例如，如图2所示的，分别为电压信号和曲轴转角信号形成的坐标图，气门升程信号和曲轴转角信号形成的坐标图，电磁阀120的入口侧的液压油供应通道110内的瞬时流量参数和曲轴转角信号形成的坐标图，以及电磁阀120的入口侧和出口侧的瞬时压力参数和曲轴转角信号形成的坐标图。如图3所示的电磁阀120的入口侧的多个(4个)压力测点的瞬时压力参数，以及电磁阀120的出口侧的多个(4个)压力测点的瞬时压力参数分别和曲轴转角信号形成的坐标图。计算机210还可以根据位移传感器180的位移参数确定气门260的速度和加速度，并与应变片190测量的形变参数一起和曲轴转角信号形成的坐标图。

如图4所示，本发明的参数监测装置用于检测液压驱动机构、气门260与摇臂的各种参数的过程如下：

步骤1、计算机210通过ECU控制内燃机的工作系统预热，然后加热液压驱动机构的液压油，并调节液压油的压力，并通过温度传感器140和压力传感器150测量液压驱动机构中的液压油温度和压力。

步骤2、计算机210根据液压驱动机构中的液压油温度和压力，判断液压油的压力和温度是否达到预设值(设定值)。若是则执行步骤3，若否则执行步骤1。

步骤3、内燃机系统启动工作，此时液压驱动机构开启工作，以驱动气门260运动。计算机210对各个传感器进行标定，然后使各个传感器开始测量液压驱动机构、气门260与摇臂的参数。

步骤4、计算机210读取并处理各种实时参数。计算机210根据实时参数和对各种实时参数的处理结果通过ECU向电磁阀发送控制信号。同时将实时参数和对各种实时参数的处理结果实时在显示器上显示。

步骤5、计算机210将实时参数和处理的结果存储在存储器中。

其中，实时参数包括瞬时压力传感器170测量的不同测点的压力信号、以及瞬时流量计130测量的瞬时流量等。计算机210对各种实时参数的处理结果包括气门260的升程，压力波频谱信号等。

本实施方式中，计算机210对压力传感器150的压力参数，和瞬时压力传感器170的瞬时压力参数进行频谱分析，获取压力波的波谱分布信息图。压力波的波谱分布信息图可以用于对液压驱动机构的滤波器和蓄能器的设计与选型具有指导意义。并且液压驱动机构的瞬时压力参数，通过计算机210内部的数据频谱分析模块分析压力波的频谱，将电磁阀入口侧和出口侧的瞬时压力参数和与之相对应的频谱信号实时显示在以曲轴转角信号为横坐标、以压力波和波动频谱为纵坐标的坐标图上；

基于本实施方式的参数监测装置，可以向第一管道内输送具有不同参数的液压油，并记录对应的输出参数，计算机210对比分析具有不同参数的液压油，及其输出的参数。能获取不同参数之间的权重关系，进而为液压驱动机构的后续设计提供依据。

基于对本实施方式的参数监测装置的测试结果的分析，为整个液压驱动机构的布置、可变气门系统的设计，以及关键零部件尺寸设计与选型提供依据。

由此可知，本发明的参数监测装置能够同时对多个参数进行实时监测，并进行在线分析以及存储。因此可以方便测量液压驱动机构的各种参数。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (9)

1.一种内燃机的气门驱动机构的参数监测装置，所述气门驱动机构包括液压油供应通道和电磁阀，所述液压油供应通道用于供应液压油以驱动气门运动，所述电磁阀用于控制所述液压油供应通道的通断，其特征在于，所述参数监测装置包括：

瞬时流量计，用于检测所述液压油供应通道的瞬时流量；

温度传感器，用于检测所述液压油供应通道内的液体温度；

压力传感器，用于检测所述液压油供应通道内的液体压力；

第一瞬时安装座和第二瞬时安装座，沿所述液压油供应通道内的液体的流动方向，所述第一瞬时安装座用于设置在所述电磁阀的上游，所述第二瞬时安装座用于设置在所述电磁阀的下游，所述第一瞬时安装座和所述第二瞬时安装座在所述液压油供应通道内的液体的流动方向上均间隔设置有多个安装孔，所述安装孔的内部通道连通所述液压油供应通道；

多个堵头，用于堵塞所述安装孔；

瞬时压力传感器，用于设置在所述安装孔内，以测量所述电磁阀的出口侧和入口侧的所述液压油供应通道内的瞬时压力；

位移传感器，用于设置在所述气门上，以测量所述气门的位移；

应变片，用于设置在所述气门上和/或气门摇臂上，以测量所述气门和/或气门摇臂的形变；

控制器，所述控制器包括数据采集装置，所述数据采集装置分别和所述电磁阀、所述瞬时流量计、所述温度传感器、所述压力传感器、所述瞬时压力传感器、所述位移传感器，以及所述应变片电连接，以接收所述瞬时流量计、所述温度传感器、所述压力传感器、所述瞬时压力传感器、所述位移传感器，以及所述应变片测量的参数，所述控制器根据所述参数控制所述电磁阀的工作，以及输出所述参数。

2.根据权利要求1所述的参数监测装置，其特征在于，所述参数监测装置还包括传感器座，所述传感器座用于安装所述温度传感器和所述压力传感器。

3.根据权利要求1所述的参数监测装置，其特征在于，所述第一瞬时安装座和所述第二瞬时安装座上均设置有至少4个所述安装孔。

4.根据权利要求1所述的参数监测装置，其特征在于，所述控制器还包括和所述数据采集装置电连接的计算机，所述计算机存储并处理所述参数，所述计算机包括显示器，所述显示器用于实时显示所述参数和处理结果。

5.根据权利要求1所述的参数监测装置，其特征在于，所述控制器还包括存储器，所述存储器和所述数据采集装置电连接，以存储所述参数。

6.一种气门驱动机构，其特征在于，所述气门驱动机构包括液压油供应通道、电磁阀与权利要求1至5中任一项所述的参数监测装置，所述液压油供应通道用于供应液压油以驱动气门运动，所述电磁阀用于控制所述液压油供应通道的通断。

7.根据权利要求6所述的气门驱动机构，其特征在于，沿所述液压油供应通道内的液体的流动方向，所述瞬时流量计设置在所述电磁阀的上游。

8.根据权利要求6所述的气门驱动机构，其特征在于，沿所述液压油供应通道内的液体的流动方向，所述温度传感器和所述压力传感器设置在所述电磁阀的上游。

9.根据权利要求6所述的气门驱动机构，其特征在于，沿所述液压油供应通道内的液体的流动方向，安装在所述第一瞬时安装座上的所述瞬时压力传感器设置在所述压力传感器和所述温度传感器的下游。