阅读说明：本技术 发动机配气系统、发动机及车辆 (Engine air distribution system, engine and vehicle ) 是由 王斌 从东锋 李阳 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种发动机配气系统、发动机及车辆,涉及气门控制的技术领域,发动机配气系统包括控制机构、执行机构和检测机构；检测机构包括活塞位置传感器和曲轴转速传感器,控制机构与活塞位置传感器、曲轴转速传感器和执行机构分别电连接。本发明采用活塞位置传感器,结构简单,且控制更加灵活；并且由于气缸的活塞位置能够直接反应气缸的燃烧室内的状态,并结合发动机的曲轴的转速,更加贴合实际发动机的运行需求,进而提高了发动机的燃油经济性,并改善了排放。(The invention provides an engine gas distribution system, an engine and a vehicle, and relates to the technical field of valve control, wherein the engine gas distribution system comprises a control mechanism, an actuating mechanism and a detection mechanism; the detection mechanism comprises a piston position sensor and a crankshaft rotation speed sensor, and the control mechanism is electrically connected with the piston position sensor, the crankshaft rotation speed sensor and the execution mechanism respectively. The invention adopts the piston position sensor, has simple structure and more flexible control; and because the piston position of the cylinder can directly reflect the state in the combustion chamber of the cylinder and combine the rotating speed of the crankshaft of the engine, the running requirement of the actual engine is better fitted, and then the fuel economy of the engine is improved, and the emission is improved.)

发动机配气系统、发动机及车辆

技术领域

本发明涉及气门控制技术领域，尤其是涉及一种发动机配气系统、发动机及车辆。

背景技术

发动机的气门是发动机的重要配件之一，气门的作用主要是向发动机的燃烧室内提供空气或将燃烧后的废气排出，根据这两种作用，气门一般分为进气门和排气门。

气门的控制是通过发动机配气系统实现的，现有发动机配气系统普遍采用凸轮轴驱动气门实现进、排气控制。其工作原理是：由发动机轮系(正时齿轮)驱动凸轮轴旋转，凸轮轴上的进、排气凸轮与凸轮轴同步旋转并按设计状态与推杆接触、推杆推动挺柱带动气门以控制进、排气门的启闭时刻和气门升程，实现发动机进、排气。这种采用正时齿轮、挺柱、推杆及双凸轮轴等机械结构实现气门开启或关闭的方式，气门的开启或关闭依赖的是正时齿轮、凸轮轴带动挺柱间歇与气门接触的机械动作过程实现，这种通过机械结构实现的气门的可变正时控制，气门的开启以及开启的时间等只能依靠机械设备的作业间歇过程，柔性不足。

针对上述不足，现有改进技术中，也有采用ECU控制液压驱动构件等电控直接驱动气门的方式，这种方式中，气门的开启或关闭依赖于液压驱动构件，液压驱动构件的动作是根据ECU的自动控制实现，解决了机械控制柔性不足的问题。现有ECU是利用曲轴的转速信息和气缸的活塞位置信息的结合对气门的液压驱动构件进行控制，其中，活塞位置信息的获取是利用传统正时齿轮和凸轮轴等机构判断活塞位置，其结构复杂，柔性不足。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种发动机配气系统，以缓解现有技术中存在的气门电控过程需要依靠正时齿轮和凸轮轴等机构判断活塞位置，结构复杂、柔性不足的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种发动机，以缓解现有技术中存在的气门电控过程需要依靠正时齿轮和凸轮轴等机构判断活塞位置，结构复杂、柔性不足的技术问题。

本发明的第三目的在于提供一种车辆，以缓解现有技术中存在的气门电控过程需要依靠正时齿轮和凸轮轴等机构判断活塞位置，结构复杂、柔性不足的技术问题。

本发明提供的发动机配气系统，包括控制机构、执行机构和检测机构；

所述检测机构包括活塞位置传感器和曲轴转速传感器，所述活塞位置传感器用于检测发动机气缸的活塞的活塞位置信息，所述曲轴转速传感器用于检测曲轴转速信息；

所述控制机构与所述活塞位置传感器、曲轴转速传感器和所述执行机构分别电连接，所述控制机构用于接收所述活塞位置传感器检测的发动机气缸的活塞的活塞位置信息和所述曲轴转速传感器检测的曲轴转速信息，并根据所述曲轴转速信息以及所述活塞位置信息控制所述执行机构动作以实现气门的开启或关闭。

进一步地，所述执行机构包括液压缸、液压油路、电磁阀和摇臂；

所述液压油路包括进油路和出油路，所述进油路与所述液压缸体的进油口连通；所述出油路与所述液压缸体的出油口连通，所述出油路上设置有所述电磁阀，所述控制机构根据气门的开启时间和维持开启时长控制所述电磁阀关闭或打开，以控制液压缸的活塞杆的伸缩；

所述摇臂的中部用于转动连接在发动机气缸上，所述摇臂的第一端用于与气门抵接，所述摇臂的第二端用于与所述液压缸的活塞杆连接，所述活塞杆的伸缩能够带动所述摇臂转动，以使所述摇臂的第一端控制气门的开启或关闭。

进一步地，所述执行机构包括液压缸、液压油路和电磁阀，所述液压缸的活塞杆与所述气门配合；

所述液压油路包括进油路和出油路，所述进油路与所述液压缸体的进油口连通；所述出油路与所述液压缸体的出油口连通，所述出油路上设置有所述电磁阀，所述控制机构根据气门的开启时间和维持开启时长控制所述电磁阀关闭或打开，使所述气门开启或关闭。

进一步地，所述进油路的进油口与润滑油主油路连通，并利用润滑油主油路的压力进油；

所述出油路的出油口与油底壳连通。

进一步地，所述进油路上设置有限压阀。

进一步地，所述执行机构包括电磁继电器和摇臂；

所述摇臂的中部用于转动连接在发动机气缸上，所述摇臂的第一端用于与气门抵接，所述摇臂的第二端用于与所述电磁继电器配合；

所述控制机构根据气门的开启时间和维持开启时长控制所述电磁继电器与所述摇臂的第二端连接或断开，以使摇臂的第一端控制气门的开启或关闭。

进一步地，所述执行机构包括电磁继电器，所述电磁继电器与所述气门配合；

所述控制机构根据气门的开启时间和维持开启时长控制所述电磁继电器与气门连接或断开，以控制气门的开启或关闭。

本发明提供发动机，包括发动机气缸和曲轴箱，所述发动机气缸上设置有气门，所述气门通过升降实现开启或关闭，所述曲轴箱内设置有发动机的曲轴；所述发动机还包括如上述任一项所述的发动机配气系统；

所述活塞位置传感器设置在所述发动机气缸的缸盖上，所述曲轴转速传感器设置在所述曲轴箱上。

优选的，所述执行机构包括液压缸、液压油路、电磁阀和摇臂，或所述执行机构包括液压缸、液压油路和电磁阀；

所述液压油路设置在所述发动机气缸的缸盖上。

本发明提供车辆，包括ECU，所述车辆还包括上述所述的发动机配气系统，或所述车辆还包括上述所述的发动机；所述控制机构为所述ECU。

本发明提供的发动机配气系统包括控制机构、执行机构和检测机构，检测机构包括活塞位置传感器和曲轴转速传感器，活塞位置传感器用于检测发动机气缸的活塞的活塞位置信息，曲轴转速传感器用于检测曲轴转速信息。控制机构对执行机构是活塞位置信息和曲轴转速信息进行控制，也即气门的开启或关闭是由位置检测检测机构的活塞位置信息和曲轴转速传感器的曲轴转速信息为参数进行控制，这样发动机的气门的开启或关闭是根据发动机的运行状态进行选择性柔性控制。相比现有活塞位置信息依靠正时齿轮和凸轮轴等机构判断的方式，本实施例采用活塞位置传感器，结构简单，且控制更加灵活；并且由于气缸的活塞位置能够直接反应气缸的燃烧室内的状态，并结合发动机的曲轴的转速，更加贴合实际发动机的运行需求，进而提高了发动机的燃油经济性，并改善了排放。

本发明提供的发动机及车辆，包括本发明提供的发动机配气系统，具有与本发明发动机配气系统相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的发动机配气系统的原理图；

图2为本发明实施例提供的发动机配气系统的执行机构的示意简图。

图标：1-曲轴转速传感器；2-活塞；3-气门；4-气门弹簧；5-活塞位置传感器；6-摇臂；7-液压缸；8-电磁阀；9-控制机构；10-出油路；11-油底壳；12-限压阀；13-进油路；14-润滑油主油路；15-曲轴箱；16-曲轴；17-发动机气缸；18-缸盖；300-执行机构。

具体实施方式

面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如图1～图2所示，本发明实施例提供一种发动机配气系统，包括控制机构9、执行机构300和检测机构。

检测机构包括活塞位置传感器5和曲轴转速传感器1，活塞位置传感器5用于检测发动机气缸17的活塞2的活塞位置信息，曲轴转速传感器1用于检测曲轴转速信息。

控制机构9与活塞位置传感器5、曲轴转速传感器1和执行机构300分别电连接，控制机构9用于接收活塞位置传感器5检测的发动机气缸17的活塞2的活塞位置信息和曲轴转速传感器1检测的曲轴转速信息，并在发动机气缸17的活塞2移动至预设位置时，根据发动机的曲轴16的曲轴转速信息确定气门3的开启时间和维持开启时长，并根据气门3的开启时间和维持开启时长控制执行机构300动作以实现气门3的开启或关闭。

其中，活塞位置传感器5可以是距离传感器，也可以是接触式传感器等。以接触式传感器为例，接触式传感器可设置在发动机气缸17的缸盖18上，且其检测部面向发动机气缸17的内部，在发动机气缸17的活塞2移动到预设位置时，活塞2与接触式传感器的检测部接触，此时接触式传感器向控制机构9发送活塞2的活塞位置信息，在控制机构9接收到该活塞位置信息时，即可判断发动机气缸17的活塞2移动到预设位置。接触式传感器或距离传感器的工作原理以及构件结构等均可采用现有的传感器，在此不再赘述。

需要说明的是，活塞2的预设位置一般是活塞2移动到最大行程或接近最大行程的位置。

曲轴转速传感器1设置在曲轴箱15上，曲轴16上设置有相应的感应部，曲轴转速传感器1通过与感应部配合检测曲轴16的转速。该曲轴转速传感器1的工作原理与现有转速传感器、转速计数传感器的原理以及作用过程相同，在此不再赘述。

控制机构9可以是单独设置的具有信号接收、发送以及处理功能的控制器，也可以是车辆本身的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元，又称"行车电脑"、"车载电脑"等)。本实施例中控制机构9优选为车辆本身的ECU。

本实施例中，气门3除非特殊说明，其可以是排气门也可以是进气门。

本实施例发动机配气系统包括控制机构9、执行机构300和检测机构，检测机构包括活塞位置传感器5和曲轴转速传感器1，活塞位置传感器5用于检测发动机气缸17的活塞2的活塞位置信息，曲轴转速传感器1用于检测曲轴转速信息。控制机构9对执行机构300是根据活塞位置信息和曲轴转速信息进行控制，也即气门3的开启或关闭是由位置检测检测机构的活塞位置信息和曲轴转速传感器1的曲轴转速信息为参数进行控制，这样发动机的气门3的开启或关闭是根据发动机的运行状态进行选择性柔性控制。相比现有活塞位置信息依靠正时齿轮和凸轮轴等机构判断的方式，本实施例采用活塞位置传感器5，结构简单，且控制更加灵活；并且由于发动机气缸17的活塞位置能够直接反应发动机气缸17的燃烧室内的状态，并结合发动机的曲轴16的转速，更加贴合实际发动机的运行需求，进而提高了发动机的燃油经济性，并改善了排放。

发动机的气门3一般是通过升降的形式实现开启，目前通用形式如图2所示，气门3向下移动时气门3开启(也即气门3与气缸盖18上的进气孔形成进气通道)，气门3向上移动时气门3关闭(也即气门3将气缸盖18上的进气孔密封)。气门3一般通过执行机构300驱动向下移动，而气门3的向上移动一般通过气门弹簧4自动向上复位。针对该种现有通用形式的气门3，本实施例的执行机构300可以是多种形式，下面给出几种具体的执行机构300的结构形式。

执行机构300的第一种实施方式：如图2所示，执行机构300包括液压缸7、液压油路、电磁阀8和摇臂6。

液压油路包括进油路13和出油路10，进油路13与液压缸7的进油口连通；出油路10与液压缸7的出油口连通，出油路10上设置有电磁阀8，控制机构9根据气门3的开启时间和维持开启时长控制电磁阀8打开或关闭，以控制液压缸7的活塞杆的伸缩。摇臂6的中部用于转动连接在发动机气缸17上，摇臂6的第一端用于与气门3抵接，摇臂6的第二端用于与液压缸7的活塞杆连接，活塞杆的伸缩能够带动摇臂6移动，以使摇臂6的第一端控制气门3的开启或关闭。

其中，液压缸7的液压油优选为发动机的润滑油，具体而言，进油路13的进油口与润滑油主油路14连通，并利用润滑油主油路14的压力进油；出油路10的出油口与油底壳11连通。

具体控制过程进气门和排气门类似，下面以进气门为例进行说明：控制机构9(ECU)在活塞2移动至预设位置时，根据此时发动机的曲轴16的曲轴转速信息确定进气门的开启时间和维持开启时长；而后，控制机构9控制进气门的电磁阀8在进气门的开启时间关闭，此时由于进油路13在润滑油主油路14的压力的作用下持续进油，此时出油路10关闭，液压缸7内的压力增大，液压缸7的活塞杆向外伸出并驱动形成摇臂6的第二端向上运动，此时由于摇臂6的中部转动连接在发动机气缸17上，所以摇臂6的第一端向下移动拍打进气门，进气门开启。在进气门的维持开启时长内，电磁阀8保持关闭状态。在达到进气门的维持开启时长时，控制机构9控制进气门的电磁阀8打开，出油路10开始向油底壳11内出油；液压缸7的压力减小，活塞杆缩回，摇臂6的第二端向下运动，此时摇臂6的第二端不再受到向上的力，摇臂6的第一端在气门弹簧4的作用下并顶起，气门3关闭。

其中，控制机构9控制电磁阀8的开启或关闭，是通过控制电磁阀8的执行机构实现，这属于现有电磁阀的常规控制技术，在此不再赘述。

该种方式，液压缸7的液压油采用发动机的润滑机油压力作为动力源，不需要额外增加储油箱，结构布置简单。并通过电磁阀8控制油路通断，实现液力驱动进、排气门开启或关闭，相比现有机械的形式，本实施例能够降低噪声。进一步地，可采用现有气门3的摇臂6，发动机气缸17的改造不大。进一步地，直接利用润滑油主油道的压力油为动力源，不用另设置油泵、油轨等装置，结构简单。

其中，作为一种优选方式，进油路13上设置有限压阀12，限压阀12可提高进油路13进油压力的稳定性，保证液压缸7的进油口的油压稳定。

执行机构300的第二种实施方式：执行机构300包括液压缸7、液压油路和电磁阀8，液压缸7的活塞杆与气门3配合。液压油路包括进油路13和出油路10，进油路13与液压缸7体的进油口连通；出油路10与液压缸7体的出油口连通，出油路10上设置有电磁阀8，控制器根据气门3的开启时间和维持开启时长控制电磁阀8打开或关闭，使气门3开启或关闭。

也即第二种实施方式，相比第一种实施方式，该实施方式取消了摇臂6，采用液压缸7的活塞直接驱动气门3。该种实施方式，执行机构300的工作过程可参加第一种实施方式，依然是电磁阀8关闭时，发动机气缸17的活塞杆伸出，气门3向下移动并开启，电磁阀8开启时，发动机气缸17的活塞杆缩回，区别在于，此时活塞直接推动气门3向下移动。

该种实施方式首先具有第一种实施方式的优点，其次，省略摇臂6后构件占用空间缩小。

执行机构300的第三种实施方式：执行机构300包括电磁继电器和摇臂6；

摇臂6的中部用于转动连接在发动机气缸17上，摇臂6的第一端用于与气门3抵接，摇臂6的第二端用于与电磁继电器配合。控制器根据气门3的开启时间和维持开启时长控制电磁继电器与摇臂6的第二端连接或断开，以使摇臂6的第一端控制气门3的开启或关闭。

该种方式相比第一种实施方式，不再采用液压缸7，而是直接采用电磁继电器对气门3进行驱动。电磁继电器的结构以及工作原理参照现有常规技术。

电磁继电器的基本构件包括控制电路、电磁铁、衔铁和复位弹簧，该种执行机构300的实施是利用衔铁在电磁铁在通断电情况下，具有两种不同的位置进行实现。

具体控制过程进气门和排气门类似，本实施例也以进气门为例，并以电磁继电器在通电状态下，衔铁被电磁铁吸附时，衔铁与摇臂6的第二端抵接为例进行说明。控制机构9(ECU)在活塞移动至预设位置时，根据此时发动机的曲轴转速信息确定进气门的开启时间和维持开启时长；而后，控制机构9控制进气门的电磁继电器在进气门的开启时间通电，此时电磁铁吸附衔铁，衔铁推动摇臂6的第二端向上移动，摇臂6的第一端向下拍打进气门，进气门开启；在进气门的维持开启时长内，电磁继电器保持通电状态。在达到进气门的维持开启时长时，控制机构9控制电磁继电器断电，在复位弹簧的作用下，衔铁远离电磁铁，衔铁与摇臂6的第二端分离，此时摇臂6的第二端不再受到向上的力，摇臂6的第一端在气门弹簧4的作用下并顶起，气门3关闭。

该种实施方式，结构简单。

执行机构300的第四种实施方式：执行机构300包括电磁继电器，电磁继电器与气门3配合。控制器根据气门3的开启时间和维持开启时长控制电磁继电器与气门3连接或断开，以控制气门3的开启或关闭。

也即，第四种实施方式相比第三种实施方式，取消摇臂6，电磁继电器直接作用于气门3。

本发明实施例发动机配气系统的控制方法与现有活塞位置通过采用正时齿轮与凸轮轴确认的控制方法类似，在实际设置控制程序时，可参照现有采用正时齿轮与凸轮轴确认活塞位置的方法，具体包括：

步骤1：获取发动机的活塞2的活塞位置信息和发动机的曲轴16的曲轴转速信息。

该步骤具体是由活塞位置传感器5和曲轴转速传感器1获取相应的信息，并发送给ECU。

步骤2：在活塞2移动至预设位置时，根据发动机的曲轴16的曲轴转速信息确定进气门的开启时间和维持开启时长以及排气门的开启时间和维持开启时长。

该步骤是通过ECU根据预设程序的处理实现。其中，曲轴转速信息应该是活塞移动到预设位置时的曲轴转速信息，例如在第一秒的时刻，ECU根据活塞位置传感器检测的活塞位置信息判断活塞移动大预设位置，此时应当根据第一秒时刻的曲轴转速信息确定进气门的开启时间和维持开启时长以及排气门的开启时间和维持开启时长。

步骤3：控制进气门的执行机构300在进气门的开启时间开启进气门，并在进气门的维持开启时长之后关闭进气门；控制排气门的执行机构300在排气门的开启时间开启排气门，并在排气门的维持开启时长之后关闭排气门。

该步骤是通过ECU自动发出控制信号实现。

本实施例发动机配气系统的控制方法对执行机构300的具体控制过程，可参见发动机配气系统的描述。需要特殊说明的是，进气门的气门3的开启时间与排气门的气门3开启时间可以相同也可以不同，相应的，进气门的维持开启时长和排气门的维持开启时长也是可以相同也可以不同；具体的开启时间以及维持开启时间与曲轴转速信息的关系，可通过实际经验或实验获得，根据不同的车型实际确定即可。由于发动机气缸17的活塞2在发动机工作时，是间歇往复移动的，在每次活塞位置检测结构检测到活塞后，都进行一次执行机构300的控制。也即，上述过程是在活塞的往复移动过程中，重复进行的。

本实施例发动机配气系统的控制方法，在所述活塞移动至预设位置时，根据发动机的曲轴的转速确定进气门的开启时间和维持开启时长以及排气门的开启时间和维持开启时长，而后根据开启时间和维持开启时长分别控制进气门和排气门的执行机构300根据相应的开启时间和维持开启时长控制执行机构300动作，实现气门3的开启或关闭。本发明实施例发动机配气方法使发动机的气门3的开启或关闭就可以根据时间发动机的运行状态进行选择性柔性控制，相比单纯依靠机械控制的方式，控制更加灵活；并且由于发动机气缸的活塞2位置能够直接反应发动机气缸的燃烧室内的状态，通过活塞到达预设位置作为气门3开启的参考依据，并结合发动机的曲轴的转速更加贴合实际发动机的运行需求，进而提高了发动机的燃油经济性，并改善了排放。

综上所述，本发明实施例发动机配气系统，取消发动机正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆等零部件，减少了机械摩擦损失，降低了噪声。并且可根据发动机的不同工况由电磁阀8或电磁继电器实现配气相位的柔性控制，进一步提高燃油经济性，降低排放，并提高发动机的动力性能。

本发明实施例还提供一种发动机，包括发动机气缸17、曲轴箱15和本发明实施例提供的发动机配气系统。其中，发动机气缸17上设置有气门3，气门3通过升降实现开启或关闭，曲轴箱15内设置有发动机的曲轴16；活塞位置传感器5设置在发动机气缸17的缸盖18上，曲轴转速传感器1设置在曲轴箱15上。

具体而言，执行机构300包括液压缸7、液压油路、电磁阀8和摇臂6，或执行机构300包括液压缸7、液压油路和电磁阀8时，液压油路优选设置在发动机气缸17的缸盖18上。

本发明实施例发动机的构件布置、控制过程以及有益效果，可参见本实施例发动机配气系统的描述。

本发明实施例还提供一种车辆，包括ECU和本发明实施例提供的发动机配气系统；或者，可理解为车辆包括ECU和本发明实施例提供的发动机。其中，发动机配气系统的控制机构9为ECU，也即是在现有ECU上增设相应的控制程序实现。

本发明实施例车辆的构件布置、控制过程以及有益效果，可参见本实施例发动机配气系统的描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。