CN111852674B - 配气机构的监测控制装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于柴油机技术领域，具体涉及一种配气机构的监测控制装置及监测方法。本发明的配气机构的监测控制装置包括：摇臂；信号盘，信号盘设置于摇臂上；磁电传感器，磁电传感器用于接收信号盘的脉冲，从而获得摇臂的旋转角度；控制器，控制器与磁电传感器连接，且与报警器连接；凸轮，凸轮设置于摇臂的端部；复位装置，复位装置包括复位弹簧，复位弹簧和凸轮带动摇臂转动，控制器根据磁电传感器的数据获得摇臂与凸轮之间的气门间隙，控制器根据气门间隙控制报警器报警。本发明的配气机构的监测控制装置中，控制器算出气门间隙，气门间隙为零时控制报警器报警，可以随时监测配气机构是否处于正常的工作状态。

Description

配气机构的监测控制装置及监测方法

技术领域

本发明属于柴油机技术领域，具体涉及一种配气机构的监测控制装置及监测方法。

背景技术

配气机构正常工作是保障柴油机平稳运行的前提条件，配气机构零部件若磨损严重，热态气门间隙消失，气门不能正常关闭，轻则造成柴油机功率下降，重则发生柴油机可靠性故障。

随着柴油机零部件轻量化趋势越来越显著，配气机构的设计余量越来越小。尤其是车辆下坡过程中，柴油机严重超速，配气机构更容易出现振动大、飞脱现象，飞脱严重的情况下，出现气门运动规律异常，发生气门与活塞相撞的致命故障。

因此，需要在柴油机工作状态下实时监测配气机构是否处于正常的工作状态。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有在全程调速功能应用过程中，发现目前的配气机构中无法在柴油机工作状态下实时监测配气机构是否处于正常的工作状态的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种配气机构的监测控制装置，其中，包括：

摇臂；

信号盘，所述信号盘设置于所述摇臂上；

磁电传感器，所述磁电传感器用于接收所述信号盘的脉冲，从而获得摇臂的旋转角度；

控制器，所述控制器与所述磁电传感器连接，且与报警器连接；

凸轮，所述凸轮设置于所述摇臂的端部；

复位装置，所述复位装置包括复位弹簧，所述复位弹簧和所述凸轮带动所述摇臂转动，所述控制器根据所述磁电传感器的数据获得所述摇臂与所述凸轮之间的气门间隙，所述控制器根据所述气门间隙控制所述报警器报警。

根据本发明的配气机构的监测控制装置中，复位装置中的复位弹簧作用使得摇臂的摇臂象足与气门桥贴合紧密，使气门间隙转移至摇臂与凸轮之间，摇臂做旋转运动时，与信号盘相对的磁电传感器感应出脉冲串，结合信号盘的卡齿的间隔角得到摇臂的当前旋转角度，控制器算出气门间隙，气门间隙为零时控制报警器报警，可以随时监测配气机构是否处于正常的工作状态。

另外，根据本发明的配气机构的监测控制装置，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述凸轮通过曲轴与发动机连接，所述控制器与所述发动机连接，所述控制器根据所述磁电传感器的数据获得所述摇臂的当前旋转角速度，所述控制器根据所述当前旋转角速度控制所述发动机的转速。

在本发明的一些实施例中，所述摇臂为多个，每个所述摇臂上设置所述磁电传感器，所述控制器与多个所述磁电传感器连接。

在本发明的一些实施例中，所述摇臂上对应于所述凸轮设置有滚轮，所述气门间隙为所述滚轮与所述凸轮之间。

在本发明的一些实施例中，所述磁电传感器和所述复位装置设置于固定板上或所述摇臂的外罩上。

在本发明的一些实施例中，所述控制器通过数据处理装置与所述磁电传感器连接。

本发明的另一方面还提出了一种配气机构的监测控制方法，，应用如上行上述所述的配气机构的监测控制装置，其中，该配气机构的监测控制方法包括如下步骤：

通过所述信号盘和所述磁电传感器，获取摇臂的当前旋转角度；

所述控制器内存有无间隙状态下的摇臂模拟旋转角度，根据不同凸轮转速下的摇臂模拟旋转角度和当前旋转角度获得摇臂的角度差，根据摇臂的角度差获得摇臂与凸轮之间的气门间隙，根据气门间隙为零，所述控制器控制所述报警器报警。

在本发明的一些实施例中，所述根据摇臂的角度差获得摇臂与凸轮之间的气门间隙包括：根据所述摇臂的角度差和摇臂象足的移动仿真模拟数据，获得摇臂象足的当前移动量。

在本发明的一些实施例中，所述通过所述信号盘和所述磁电传感器，获取摇臂的当前旋转角度后还包括：

根据所述摇臂的当前旋转角度求导得到所述摇臂的当前旋转角速度，根据所述当前旋转角速度超过预设角速度，控制与所述凸轮连接的发动机降速。

在本发明的一些实施例中，所述通过所述信号盘和所述磁电传感器，获取摇臂的当前旋转角度后还包括：

获取多个所述摇臂的当前旋转角度，根据各个所述摇臂的旋转角度差大于预设差值，控制所述报警器报警。

附图说明

通过阅读下文优选实施例的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的配气机构的监测控制装置的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本发明实施例的配气机构的监测控制装置中不同曲轴转速下每分时的摇臂角速度的坐标图；

图3示意性地示出了根据本发明实施例的配气机构的监测控制装置中不同曲轴转速下每分时的摇臂旋转角度的坐标图；

图4示意性地示出了根据本发明实施例的配气机构的监测控制装置中通过摇臂角度确定当前转速下气门间隙的逻辑图；

图5示意性地示出了根据本发明实施例的配气机构的监测控制装置判断不同缸信号一致性的逻辑图；

图6示意性地示出了根据本发明实施例的配气机构的监测控制方法的流程图。

附图标记：1、凸轮；2、滚轮；3、卡齿；4：ECU控制单元；5、数据处理装置；6信号盘；7、磁电传感器；8、固定板；9、复位弹簧；10、摇臂；11：摇臂象足；12：气门桥；13、转轴。

具体实施例

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施例的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，本实施例中的配气机构的监测控制装置，其中，包括：摇臂10；信号盘6，信号盘6设置于摇臂10上；磁电传感器7，磁电传感器7用于接收信号盘6的脉冲，从而获得摇臂10的旋转角度；控制器，控制器与磁电传感器7连接，且与报警器连接；凸轮1，凸轮1设置于摇臂10的端部；复位装置，复位装置包括复位弹簧9，复位弹簧9和凸轮1带动摇臂10转动，控制器根据磁电传感器7的数据获得摇臂10与凸轮1之间的气门间隙，控制器根据气门间隙控制报警器报警。

具体地，摇臂10的一端由凸轮1驱动，摇臂10绕转轴13转动，摇臂10的另一端设置有复位弹簧9下压。复位弹簧9作用使得摇臂象足11与气门桥12贴合紧密，使现有的摇臂象足11和气门桥12之间的气门间隙转移至摇臂10与凸轮1之间，由于复位弹簧9的刚度、预紧力较小，仅起到转移气门间隙的作用，对整个配气机构影响较小。控制器为ECU控制单元4。

需要说明的是，信号盘6上设置有多个卡齿3，多个卡齿3沿信号盘6的周向均布。由于摇臂10做旋转运动时，与齿盘相对的磁电传感器7感应出脉冲串，经整形后形成方波脉冲，测试系统用高频时钟脉冲对应方波信号各脉冲间隔加以计数，该数值经换算可得出方波各个脉冲间隔对应的时间；同时结合信号盘6卡齿3与卡齿3的间隔角，控制器可以得到摇臂10随时间的旋转角度信号。

复位装置中的复位弹簧9作用使得摇臂10的摇臂象足11与气门桥12贴合紧密，使气门间隙转移至摇臂10与凸轮1之间，摇臂10做旋转运动时，与信号盘6相对的磁电传感器7感应出脉冲串，结合信号盘6的卡齿3的间隔角得到摇臂10的当前旋转角度，控制器算出气门间隙，气门间隙为零时控制报警器报警，人员可以停车调整气门间隙。

如图2所示，更具体地，在不同的凸轮1转速下，实测的摇臂10的旋转角度信号与摇臂10模拟旋转角度(理论无间隙下摇臂10旋转角度曲线)比较，根据开启相位角度差、关闭相位角度差、峰值幅值差三种方法分别计算热态气门间隙，保证至少有两种方法结果一致，即可准确获得当前转速下的角度差，根据摇臂10的角度差和摇臂象足11的移动仿真模拟数据，获得摇臂象足11的当前移动量(即当前的气门间隙)。气门间隙为零时，ECU控制单元4发出报警信号。

在本发明的一些实施例中，凸轮1通过曲轴与发动机连接，控制器与发动机连接，控制器根据磁电传感器7的数据获得摇臂10的当前旋转角速度，控制器根据当前旋转角速度控制发动机的转速。根据摇臂10的旋转角度求导就可以得到摇臂10的当前旋转角速度。

如图3所示，实时监测摇臂10旋转角速度峰值，判断配气机构是否超速，若存在超速状况，ECU控制单元4发出报警信号，强制使发动机(即柴油机)转速降低，预防气门与活塞相撞的严重故障。如图4所示，在不同曲轴转速下，实测的摇臂10旋转角度信号与参考目标曲线(理论无间隙下摇臂旋转角度曲线)比较，根据开启相位角度差、关闭相位角度差、峰值幅值差分别计算热态气门间隙，保证至少有两种方法结果一致，即可准确获得当前转速下配气机构气门间隙值。

如图5所示，在本发明的一些实施例中，摇臂10为多个，每个摇臂10上设置磁电传感器7，控制器与多个磁电传感器7连接。各个摇臂10的旋转角度差大于预设差值，说明各个摇臂10的旋转角度不一致，在配气机构不一致的情况下控制报警器报警。柴油机每个缸均布置本方案监测装置，可以判定各缸配气机构一致性。

在本发明的一些实施例中，摇臂10上对应于凸轮1设置有滚轮2，气门间隙为滚轮2与凸轮1之间。

在本发明的一些实施例中，磁电传感器7和复位装置设置于固定板8上或摇臂10的外罩上。固定板8位于摇臂10的顶部，复位装置可以设置于摇臂10的外罩的顶部，便于复位弹簧9向下压摇臂象足11，便于摇臂象足11与气门桥12贴合。

在本发明的一些实施例中，控制器通过数据处理装置5与磁电传感器7连接。或在控制器内设置数据处理模块，本实施例通过数据处理装置5能够对各个数据进行处理和比较。

如图6所示，本发明的另一方面还提出了一种配气机构的监测控制方法，应用如上行上述的配气机构的监测控制装置，其中，该配气机构的监测控制方法包括如下步骤：

S1、通过信号盘6和磁电传感器7，获取摇臂10的当前旋转角度；

S2、控制器内存有无间隙状态下的摇臂10模拟旋转角度，根据不同凸轮1转速下的摇臂10模拟旋转角度和当前旋转角度获得摇臂10的角度差，根据摇臂10的角度差获得摇臂10与凸轮1之间的气门间隙，根据气门间隙为零，控制器控制报警器报警。

根据开启相位角度差、关闭相位角度差、峰值幅值差三种方法分别计算热态气门间隙，保证至少有两种方法结果一致，即可准确获得当前转速下的角度差，根据摇臂10的角度差和摇臂象足11的移动仿真模拟数据，获得气门间隙。如在曲轴转速为700rpm时的摇臂10的旋转角度为9.8°，以峰值幅值差为例，转速为1800rpm时的摇臂10的旋转角度为10.2°，无气门间隙的旋转角度为10°，转速为700rpm时的摇臂10的旋转角度的角度差为0.2°，转速为1800rpm时的摇臂10的旋转角度的角度差为0.2°根据角度差0.2°去查询获得气门间隙。

如：通过实验得到摇臂的角度差与摇臂象足竖直方向移动量的仿真模拟数据，获得摇臂象足竖直方向移动量，从而获得当前状态下的气门间隙。

在本发明的一些实施例中，根据摇臂10的角度差获得摇臂10与凸轮1之间的气门间隙包括：根据摇臂10的角度差和摇臂象足11的移动仿真模拟数据，获得摇臂象足11的当前移动量。如摇臂象足11在角度差为0.2度时，查看摇臂10的角度差和摇臂象足移动量的数据表格，查到摇臂象足11移动0.29mm，气门间隙就为0.29mm。

在本发明的一些实施例中，通过信号盘6和磁电传感器7，获取摇臂10的当前旋转角度后还包括：

S11、根据摇臂10的当前旋转角度求导得到摇臂10的当前旋转角速度，根据当前旋转角速度超过预设角速度，控制与凸轮1连接的发动机降速。

在本发明的一些实施例中，通过信号盘6和磁电传感器7，获取摇臂10的当前旋转角度后还包括：

根据当前旋转角速度是否超过预设角速度，判断配气机构是否超速，若存在超速状况，ECU控制单元4发出报警信号，强制使发动机转速降低。

S12、获取多个摇臂10的当前旋转角度，根据各个摇臂10的旋转角度差大于预设差值，控制报警器报警。

根据各个摇臂10的旋转角度差大于预设差值，说明各个摇臂10的旋转角度不一致，在配气机构不一致的情况下控制报警器报警。

本发明的配气机构的监测控制方法中，可以准确获得不同转速下配气机构气门间隙值，实时监测配气机构气门间隙大小；当气门间隙为零时，ECU控制单元4发出报警信号，需停车调整气门间隙。可以监测不同转速下摇臂10旋转角速度峰值，判断配气机构是否超速，若存在超速状况，ECU控制单元4发出报警信号，强制使柴油机转速降低，预防气门与活塞相撞的严重故障。柴油机每个缸均布置本方案监测装置，可以判定各缸配气机构一致性，对异常缸进行报警，及时调整气门间隙。本发明的配气机构的监测控制装置中，采用摇臂摆动角度信号、角速度信号判断摇臂运动是否正常，也可以使用摇臂摆动角加速度信号实现同样的功能。传感器不仅限于磁电传感器，包含所有可以实现信号检测的传感器。信号盘为等距齿结构，也可以设计为非等距齿结构。采用滚轮摇臂的配气机构进行说明，也可以适用于其它结构形式的配气机构。

综上，本发明的配气机构的监测控制装置中，复位装置中的复位弹簧9作用使得摇臂10的摇臂象足11与气门桥12贴合紧密，使气门间隙转移至摇臂10与凸轮1之间，摇臂10做旋转运动时，与信号盘6相对的磁电传感器7感应出脉冲串，结合信号盘6的卡齿3的间隔角得到摇臂10的当前旋转角度，控制器算出气门间隙，气门间隙为零时控制报警器报警，可以随时监测配气机构是否处于正常的工作状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种配气机构的监测控制装置，用于摇臂上，其特征在于，包括：

摇臂；

信号盘，所述信号盘设置于所述摇臂上，且所述信号盘上设置有多个卡齿；

磁电传感器，所述磁电传感器用于接收所述信号盘的脉冲，从而获得摇臂的旋转角度；

控制器，所述控制器与所述磁电传感器连接，且与报警器连接，所述控制器内存有无间隙状态下的摇臂模拟旋转角度；

凸轮，所述凸轮设置于所述摇臂的端部；

复位装置，所述复位装置包括复位弹簧，所述摇臂的一端由所述凸轮驱动，所述摇臂绕转轴转动，所述摇臂的另一端设置有所述复位弹簧下压，所述复位弹簧作用使得摇臂象足与气门桥贴合紧密，使所述摇臂象足和所述气门桥之间的气门间隙转移至所述摇臂与所述凸轮之间，所述复位弹簧和所述凸轮带动所述摇臂转动，所述控制器根据所述磁电传感器的数据获得所述摇臂的当前旋转角度，所述控制器根据不同凸轮转速下的摇臂模拟旋转角度和当前旋转角度获得摇臂的旋转角度差，根据摇臂的旋转角度差和摇臂象足的移动仿真模拟数据获得摇臂与凸轮之间的气门间隙，所述控制器根据所述气门间隙为零控制所述报警器报警。

2.根据权利要求1所述的配气机构的监测控制装置，其特征在于，所述凸轮通过曲轴与发动机连接，所述控制器与所述发动机连接，所述控制器根据所述磁电传感器的数据获得所述摇臂的当前旋转角速度，所述控制器根据所述当前旋转角速度控制所述发动机的转速。

3.根据权利要求1所述的配气机构的监测控制装置，其特征在于，所述摇臂为多个，每个所述摇臂上设置所述磁电传感器，所述控制器与多个所述磁电传感器连接。

4.根据权利要求3所述的配气机构的监测控制装置，其特征在于，所述摇臂上对应于所述凸轮设置有滚轮，所述气门间隙为所述滚轮与所述凸轮之间。

5.根据权利要求1所述的配气机构的监测控制装置，其特征在于，所述磁电传感器和所述复位装置设置于固定板上或所述摇臂的外罩上。

6.根据权利要求1所述的配气机构的监测控制装置，其特征在于，所述控制器通过数据处理装置与所述磁电传感器连接。

7.一种配气机构的监测控制方法，应用如权利要求1-6任一项所述的配气机构的监测控制装置，其特征在于，所述配气机构的监测控制方法包括如下步骤：

通过所述信号盘和所述磁电传感器，获取摇臂的当前旋转角度；

所述控制器内存有无间隙状态下的摇臂模拟旋转角度，根据不同凸轮转速下的摇臂模拟旋转角度和当前旋转角度获得摇臂的旋转角度差，根据摇臂的旋转角度差和摇臂象足的移动仿真模拟数据获得摇臂与凸轮之间的气门间隙，根据气门间隙为零，所述控制器控制所述报警器报警。

8.根据权利要求7所述的配气机构的监测控制方法，其特征在于，所述根据摇臂的旋转角度差获得摇臂与凸轮之间的气门间隙包括：根据所述摇臂的旋转角度差及摇臂象足的移动仿真模拟数据，获得摇臂象足的当前移动量，进而获得摇臂与凸轮之间的气门间隙。

9.根据权利要求7所述的配气机构的监测控制方法，其特征在于，所述通过所述信号盘和所述磁电传感器，获取摇臂的当前旋转角度后还包括：

根据所述摇臂的当前旋转角度求导得到所述摇臂的当前旋转角速度，根据所述当前旋转角速度超过预设角速度，控制与所述凸轮连接的发动机降速。

10.根据权利要求7所述的配气机构的监测控制方法，其特征在于，所述通过所述信号盘和所述磁电传感器，获取摇臂的当前旋转角度后还包括：

获取多个所述摇臂的当前旋转角度，根据各个所述摇臂的旋转角度差大于预设差值，控制所述报警器报警。

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