專利名稱：內(nèi)燃機電磁閥的閉環(huán)控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對采用氣門電磁閥(Solemuid-Controlled Cylinder Valves)的內(nèi)燃機所作的一種改進。
按慣例，內(nèi)燃機氣門閥的配氣正時和升程一直是由其凸輪軸設計而嚴格限定的，而凸輪軸的設計一般又要兼顧很多因素?？刂茪忾T閥配氣正時和升程用的電磁液壓控制器的問世，使這些參數(shù)可以按使它們或多或少達到最佳情況的各種方法加以改變，從而在內(nèi)燃機的具體工作要求隨不同的工況變化時適應這些工作要求。這種適應內(nèi)燃機具體工作要求的能力，當內(nèi)燃機作為汽車的動力裝置時，特別有好處。
本發(fā)明是通過觀察這種電磁液壓控制器工作過程中一些預料不到的有時是偶然性的反常現(xiàn)象，并根據(jù)由此觀察得出的結論，認為這些非正?，F(xiàn)象是一些未能控制的因素(例如液壓流體的粘度、電池的電壓和制造公差等)所引起而提出的。因此本發(fā)明的目的在于提出一種借助于能消除例如上述一些固有的未能控制的因素所引起的不希望有的作用的新型閉環(huán)控制系統(tǒng)來解決上述疑難問題的方法。總的說來，本發(fā)明的具體作法如下。利用一個通過升程信號處理電路而耦合到電子閥控制器的計程探測器來監(jiān)測氣門閥的實際升程，然后依靠電子閥控制器發(fā)出的經(jīng)過計算的控制信號，使升程信號盡量如實地與電子閥控制器收到的來自內(nèi)燃機控制用的電子控制器的指令信號相對應。處理電路的作用是以這樣的方式通知電子閥控制器氣門閥的實際開啟和關閉時刻，使得每次氣門閥關閉時，傳送到探測器的總結息量校準到零。這樣就可以用象霍爾器件之類較便宜的探測器達到足夠的精確度。本發(fā)明可應用在任何內(nèi)燃機的進氣閥和/或排氣閥上。
從下面的說明和權利要求書中可看出本發(fā)明的上述特點、優(yōu)點和好處。下列說明和權利要求書應結合附圖加以研究。該附圖示出了本發(fā)明按目前所設想的實施本發(fā)明的最佳方式提出的最佳實施例。


圖1是本發(fā)明內(nèi)燃機的電磁閥的閉環(huán)控制原理圖。
圖中舉例說明了利用內(nèi)燃機14的氣缸12的進氣閥10實施本發(fā)明控制的情況。內(nèi)燃機可以是多缸式的，在這種情況下，有多個氣缸，每個氣缸都有相應的進氣閥。當然各氣缸還有一個排氣閥，但圖中沒有具體示出。本發(fā)明可應用于進氣和/或排氣閥上。從下面對單氣缸所作的說明可足以理解本發(fā)明的原理。
電磁閥系統(tǒng)16控制著進氣閥10的開啟和關閉。圖示的系統(tǒng)以一般化的形式表示出任何一個目前周知的系統(tǒng)，因為本發(fā)明的原理具有通用性。該系統(tǒng)包括一個電磁線圈18，它以受控制的方式受到勵磁和去磁，以便控制閥10的配氣正時和升程。電磁線圈的勵磁和去磁是由電子閥控制器22控制的電磁線圈激勵器20完成的。
控制器22是以微處理器為基本組成部分的器件，具有許多輸入端和輸出端。一個輸出端24接收來自內(nèi)燃機控制器26的進氣閥指令信號?？刂破?6是個以微處理器為基本組成部分的器件，它根據(jù)對一系列由各種探測器監(jiān)控的參數(shù)起作用的內(nèi)部程序來控制內(nèi)燃機的多種功能，例如點火和燃料供應等。控制器26通過向控制器22發(fā)出進氣閥指令信號而控制閥10的配氣正時和升程。于是控制器22作用于電磁線圈18，使閥10遵循該指令。但由于前面談過的一些原因，閥10對該指令的響應可能有時會因一些不能加以控制的因素(例如前面提過的那些因素)而不能如實地進行。
本發(fā)明解決了這個問題。這是因為，控制器22、電磁線圈激勵器20和系統(tǒng)16是作為閉環(huán)的一部分配置的，因而確保了閥10的實際響應與控制器26的指令之間盡可能如實的對應關系。構成閉環(huán)一部分的還有閥升程探測器28和升程探測器處理電路30。
升程探測器28配置成與閥10有探測關系，以監(jiān)測閥10在開啟和關閉過程中的實際位移。升程探測器28的輸出輸入到處理電路30中，處理電路的輸出則輸入到控制器22的另一個輸入端32。為使控制器22履行其應有的職責，需要知道內(nèi)燃機曲軸的實際位置，因而控制器22接有另兩個輸入端34和36，以接收來自兩個探測器38和40的信號。
探測器38檢測曲軸經(jīng)過某一特定轉動參考位置(例如特定氣缸的活塞頂部的死點位置)時的轉動情況。探測器40發(fā)出能使控制器22跟蹤曲軸在通過該參考位置的通路之間的位置的脈沖計時信號，該位置則由探測器38定期進行檢測。舉例說，來自探測器40的信號可表示曲軸轉動的1度增量角。這樣，一個信號與某一特定位置同步，而另一個信號更精密地計及內(nèi)燃機在轉動一個周期過程中轉速上的變化。甚至在要求更精密的控制時，也可以對后一個信號采用內(nèi)插法。
升程探測器處理電路30包括一個模-數(shù)轉換電路(ADC)42、一個數(shù)-模轉換電路(DAC)44和一個比較器46，它們都是普通的電子器件。這些器件連接成使來自升程探測器28的信息經(jīng)處理后可以在閥門工作時以這樣的方式將閥門的實際開啟和關閉的情況通知控制器22，使之在閥門每次開啟之前都對升程探測器重新精確校準。升程探測器28連接到ADC42的輸入端48，并連接到比較器46的正向輸入端50。ADC 42的輸出端52輸入到DAC 44的輸入端54，并輸入到控制器22的另一個輸入端口56。DAC 44的輸出端58連接到比較器46的反向輸入端60，比較器的輸出端62連接到控制器22的輸入端32。端口56是雙向的，能接收來自ADC輸出端52的數(shù)字信號。端口56還能給DAC的輸入端54提供表示升程閥情況的數(shù)字輸出。
本系統(tǒng)按下述方式工作。進氣閥傳送到控制器22的輸入端24的指令包含作為曲軸絕對轉動位置函數(shù)的所需閥門的開啟和關閉指令。除閥門開啟或關閉指令外，還可以提供閥門升程指令，或用閥門升程指令代替閥門開啟或關閉指令，因為要使控制器22動作，需要提供閥門開啟、閥門關閉和閥門配氣正時三個參數(shù)中的兩個，而且只要提供該三個中的兩個參數(shù)就夠了。閥門10的瞬時位置是經(jīng)升程探測器28和處理電路30通知控制器22的?？刂破?2計算出一個誤差信號，再傳送到電磁激勵器16使閥10執(zhí)行控制器26的指令。每次閥門10閉合時，來自升程探測器的信號就校準到零(再校準)，因而每次閥門10開啟之前，探測器就已精確校準好。本發(fā)明的一個優(yōu)點是升程探測器28可以采用不太貴的器件，即霍爾器件。這樣就補償了困難以控制的因數(shù)對閥門配氣正時準確度的影響而引起的偏差，從而即使在這類偏差存在的情況下也能使指令達到預期的效果。
由此可見，本發(fā)明對內(nèi)燃機進氣和/或排氣電磁閥的控制進行了有意義的改進。這里雖然僅對一個最佳實施例作了說明，但應該理解，上述原理也適用于其它實施例。
權利要求
1.在一種內(nèi)燃機中，設有一個或一個以上的電磁閥，用以在內(nèi)燃機曲軸轉動的可改變的階段中開啟和關閉燃燒室，所述內(nèi)燃機還有一個電子控制器，用以發(fā)出控制內(nèi)燃機各種功能的指令，包括令所述電磁閥的動作按內(nèi)燃機曲軸轉動位置分階段進行的指令，其改進的內(nèi)容包括設置了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，用以進行閉環(huán)控制，使所述電磁閥分階段進行工作，所述系統(tǒng)包括一個具有多個輸入裝置和輸出裝置的電子閥控制器、所述每個閥門的用以檢測閥門升程的升程探測器、各升程探測器的用以將相應的升程探測器與相應的一個所述電子閥控制器輸入裝置耦合的升程探測器處理電路、給另一個所述電子閥控制器輸入裝置提供有關曲軸相對于已知參考位置的現(xiàn)行轉動位置的實時信息的裝置、從所述電子控制器給又一個所述電子閥控制器輸入裝置提供使所述電磁閥分階段工作的指令的裝置、所述每個閥門的用以將相應的電磁控制線圈與相應的一個所述電子閥控制器輸出裝置耦合的激勵電路，所述電子閥控制器包括借助于相應的升程探測器和升程探測器處理電路而對各電磁閥進行閉環(huán)控制以便在從所述電子控制器傳送到所述的又一個所述輸入裝置的指令下工作的裝置，以及每個升程探測器處理電路都包括處理來自相應升程探測器的信息的裝置，用以在相應的閥門工作時以這樣的方式將有關閥門的實際開啟和關閉情況通知所述電子閥控制器，使之在閥門每次開啟之前都對升程探測器重新精確校準。
2.如權利要求1所述的改進，其特征在于，所述升程探測器包括霍爾器件。
3.如權利要求1所述的改進，其特征在于，所述升程探測器處理電路包括一個具有兩個輸入端和一個輸出端的比較器、一個具有一個輸入端和一個輸出端的DAC以及一個具有一個輸入端和一個輸出端的ADC，所述升程探測器的輸出輸入到所述比較器的一個輸入端和所述ADC的輸入端，所述ADC的輸出端耦合到所述DAC的輸入端，所述DAC的輸出端耦合到所述比較器的另一輸入端，而所述比較器的輸出端則耦合到所述電子閥控制器上。
4.本發(fā)明與這樣一種內(nèi)燃機配用，該內(nèi)燃機設有一個或一個以上的電磁閥，用以在內(nèi)燃機曲軸轉動的可改變的階段中開啟和關閉燃燒室，這種內(nèi)燃機還有一個電子控制器，用以發(fā)出控制內(nèi)燃機各種功能的指令，包括令所述電磁閥的動作按內(nèi)燃機曲軸轉動位置分階段進行的指令，本發(fā)明包括一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，用以進行閉環(huán)控制，使所述電磁閥分階段進行工作，所述系統(tǒng)包括一個具有多個輸入裝置和輸出裝置的電子閥控制器、所述每個閥門的用以檢測閥門升程的升程探測器、各升程探測器的用以將相應的升程探測器與相應的一個所述電子閥控制器輸入裝置耦合的升程探測器處理電路、使另一個所述電子閥控制器輸入裝置接收有關曲軸相對于已知參考位置的現(xiàn)行轉動位置的實時信息的裝置、用以在又一個所述電子閥控制器輸入裝置上接收來自電子控制器的使電磁閥分階段工作的指令的裝置、所述每個閥門的用以將相應的電磁控制線圈與相應的一個所述輸出裝置耦合的激勵電路，所述電子閥控制器包括借助于相應的升程探測器和升程探測器處理電路而對各電磁閥進行閉環(huán)控制以便按照在所述的又一個輸入裝置上接收到的來自所述電子控制器的指令而工作的裝置，以及每個升程探測器處理電路都包括處理來自相應升程探測器的信息的裝置，用以在相應的閥門工作時以這樣的方式將有關閥門的實際開啟和關閉情況通知所述電子閥控制器，使之在閥門每次開啟之前都對升程探測器重新精確校準。
5.如權利要求4所述的發(fā)明，其特征在于，所述升程探測器包括霍爾器件。
6.如權利要求4所述的發(fā)明，其特征在于，所述升程探測器處理電路包括一個具有兩個輸入端和一個輸出端的比較器、一個具有一個輸入端和一個輸出端的DAC以及一個具有一個輸入端和一個輸出端的ADC，所述升程探測器的輸出輸入到所述比較器的一個輸入端和所述ADC的輸入端，所述ADC的輸出端耦合到所述DAC的輸入端，所述DAC的輸出端耦合到所述比較器的另一輸入端，而所述比較器的輸出端則耦合到所述電子閥控制器上。
全文摘要
用一個通過升程信號處理電路而耦合到電子閥控制器的升程探測器來監(jiān)測一個閥的實際升程，然后依靠電子閥控制器發(fā)出的經(jīng)過計算的控制信號，使升程信號盡量如實地與電子閥控制器收到的來自內(nèi)燃機控制用的電子控制器的指令信號相對應。處理電路的作用是以這樣的方式通知電子閥控制器閥門的實際開啟和關閉時刻，使得每次閥門關閉時，都對升程探測器重新精確校準。
文檔編號F02D13/02GK1052358SQ90109619
公開日1991年6月19日 申請日期1990年11月27日 優(yōu)先權日1989年11月27日
發(fā)明者韋斯勒·哈羅德·愛德華二世, 韋伯·羅伯特·埃德溫, 韋克曼·拉塞爾·約翰 申請人:西門子公司