一种供油系统的控制装置和方法转让专利
申请号 : CN200810104727.9
文献号 : CN101260840B
文献日 : 2010-10-20
发明人 : 黄英 , 赵长禄 , 张付军 , 刘波澜 , 刘嘉 , 赵振峰 , 何媚
申请人 : 北京理工大学
摘要 :
本发明公开了一种供油系统的控制装置和方法，适用于液压自由活塞发动机，活塞位置检测模块分别与活塞和信号控制模块连接，用于检测活塞位置，并将活塞的位置信号发送给信号控制模块，信号控制模块与驱动模块连接，用于处理活塞的位置信号，并将相应的控制信号发送给驱动模块，驱动模块与电磁阀连接，用于输出控制电流完成电磁阀的开关。采用了本发明的技术方案，可以精确的实现喷油正时和供油量控制，而且可以对供油量进行闭环控制，保证液压自由活塞发动机的活塞下止点位置准确，使液压自由活塞发动机工作状态稳定。
权利要求 :
1.一种供油系统的控制方法，适用于液压自由活塞发动机，所述供油系统的控制装置包括活塞位置检测模块、信号控制模块和驱动模块，其特征在于，包括以下步骤：A、活塞位置检测模块包括位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述位移传感器对所述液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得所述活塞的位移信号，并发送给所述信号处理电路，所述信号处理电路对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并将电压信号发送给所述A/D转换器，所述A/D转换器将所述电压信号转换成数字信号，并发送给信号控制模块；
B、所述信号控制模块对所述活塞的位置信号进行判断，当所述位置信号对应为所述液压自由活塞发动机喷油泵开始喷油的位置时，则输出预设时长的控制信号给驱动模块；
C、所述驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，驱动所述喷油泵喷油；
D、所述控制信号关断，所述电磁阀关闭，所述喷油泵停止喷油；
E、重复步骤A到步骤D，并在步骤B中，所述信号控制模块将所述活塞的位置信号的下止点值与预先设定的下止点值进行比较，并根据比较结果，调整所述控制信号的预设时长；
当所述活塞的位置信号的下止点值大于预先设定的下止点值，所述信号控制模块缩短步骤B中所述控制信号的预设时长；
当所述活塞的位置信号的下止点值小于预先设定的下止点值，所述信号控制模块延长步骤B中所述控制信号的预设时长，其中所述预先设定的下止点值是所述活塞下止点范围的中点。
说明书 :
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种供油系统的控制装置和方法。
背景技术
传统的泵喷嘴供油系统，是发动机曲轴通过一对供油正时齿轮驱动的供油凸轮轴上的凸轮旋转来推动喷油泵工作的。这种结构的供油系统中，喷油时刻是通过正时齿轮和凸轮轴上的凸轮型线来保证的，喷油规律是靠凸轮型线保证的，喷油量是由喷油泵中柱塞拉杆带动柱塞斜槽的位置来确定。
液压自由活塞发动机是将往复活塞式内燃机与柱塞式液压泵集成为一体的一种新型的发动机。该发动机是将气缸内活塞的往复运动通过与活塞刚性连接的液压柱塞直接转化为液压能来驱动负载工作。与传统的曲轴式发动机在结构上的主要不同点在于：该发动机没有了曲柄连杆机构，即没有了旋转机构。由于没有了旋转机构，该种发动机的供油系统采用液压驱动的供油系统来实现液压自由活塞发动机的燃油供给。为了实现对该供油系统的精确控制，需要采用一种液压驱动控制系统，实现供油系统喷油正时和喷油量的精确控制。
液压自由活塞发动机是将往复活塞式内燃机与柱塞式液压泵集成为一体的一种新型的发动机。该发动机是将气缸内活塞的往复运动通过与活塞刚性连接的液压柱塞直接转化为液压能来驱动负载工作。与传统的曲轴式发动机在结构上的主要不同点在于：该发动机没有了曲柄连杆机构，即没有了旋转机构。由于没有了旋转机构，该种发动机的供油系统采用液压驱动的供油系统来实现液压自由活塞发动机的燃油供给。为了实现对该供油系统的精确控制，需要采用一种液压驱动控制系统，实现供油系统喷油正时和喷油量的精确控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种供油系统的控制装置和方法，适用于液压自由活塞发动机，能够实现供油系统喷油正时和喷油量的精确控制。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种供油系统的控制装置，适用于液压自由活塞发动机，包括活塞位置检测模块、信号控制模块和驱动模块，所述活塞位置检测模块分别与所述液压自由活塞发动机的活塞和所述信号控制模块连接，用于检测所述活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块，所述信号控制模块与所述驱动模块连接，用于处理所述活塞的位置信号，并将相应的控制信号发送给所述驱动模块，所述驱动模块与所述液压自由活塞发动机的电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述电磁阀的开关。
所述活塞位置检测模块进一步包括位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述位移传感器、信号处理电路和A/D转换器依次连接，所述位移传感器与所述活塞连接，用于获得所述活塞的位移信号，并将所述位移信号发送给所述信号处理电路，所述信号处理电路用于对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并将电压信号发送给所述A/D转换器，所述A/D转换器与所述信号控制模块连接，用于将所述电压信号转换成数字信号，并发送给所述信号控制模块。
所述位移传感器为LVDT式位移传感器，所述LVDT式位移传感器的连杆通过螺纹与所述活塞的端部连接，并与所述活塞一起运动。
一种供油系统的控制方法，适用于液压自由活塞发动机，包括以下步骤：
A、活塞位置检测模块检测所述液压自由活塞发动机的活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块；
B、所述信号控制模块对所述活塞的位置信号进行判断，当所述位置信号对应为所述液压自由活塞发动机喷油泵开始喷油，则输出预设时长的控制信号给驱动模块；
C、所述驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，驱动所述喷油泵喷油；
D、所述控制信号关断，所述电磁阀关闭，所述喷油泵停止喷油；
E、重复步骤A到步骤D，并在步骤B中，所述信号控制模块将所述活塞的位置信号的下止点值与预先设定的下止点值进行比较，并根据比较结果，调整所述控制信号的预设时长。
步骤A进一步包括以下步骤：
位移传感器对所述液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得所述活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
所述信号处理电路对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
所述A/D转换器把所述电压信号转换为数字信号，并发送给所述信号控制模块。
步骤E中，当所述活塞的位置信号的下止点值大于预先设定的下止点值，所述信号控制模块缩短步骤B中所述控制信号的预设时长。
步骤E中，当所述活塞的位置信号的下止点值小于预先设定的下止点值，所述信号控制模块延长步骤B中所述控制信号的预设时长。
所述预先设定的下止点值是所述活塞下止点范围的中点。
采用了本发明的技术方案，通过电子控制液压来驱动泵喷嘴供油系统，可以精确的实现喷油正时和供油量控制，而且可以对供油量进行闭环控制，保证液压自由活塞发动机的活塞下止点位置准确，使液压自由活塞发动机工作状态稳定。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种供油系统的控制装置，适用于液压自由活塞发动机，包括活塞位置检测模块、信号控制模块和驱动模块，所述活塞位置检测模块分别与所述液压自由活塞发动机的活塞和所述信号控制模块连接，用于检测所述活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块，所述信号控制模块与所述驱动模块连接，用于处理所述活塞的位置信号，并将相应的控制信号发送给所述驱动模块，所述驱动模块与所述液压自由活塞发动机的电磁阀连接，用于输出控制电流完成所述电磁阀的开关。
所述活塞位置检测模块进一步包括位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述位移传感器、信号处理电路和A/D转换器依次连接，所述位移传感器与所述活塞连接，用于获得所述活塞的位移信号，并将所述位移信号发送给所述信号处理电路，所述信号处理电路用于对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并将电压信号发送给所述A/D转换器，所述A/D转换器与所述信号控制模块连接，用于将所述电压信号转换成数字信号，并发送给所述信号控制模块。
所述位移传感器为LVDT式位移传感器，所述LVDT式位移传感器的连杆通过螺纹与所述活塞的端部连接，并与所述活塞一起运动。
一种供油系统的控制方法，适用于液压自由活塞发动机，包括以下步骤：
A、活塞位置检测模块检测所述液压自由活塞发动机的活塞位置，并将所述活塞的位置信号发送给所述信号控制模块；
B、所述信号控制模块对所述活塞的位置信号进行判断，当所述位置信号对应为所述液压自由活塞发动机喷油泵开始喷油，则输出预设时长的控制信号给驱动模块；
C、所述驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，驱动所述喷油泵喷油；
D、所述控制信号关断，所述电磁阀关闭，所述喷油泵停止喷油；
E、重复步骤A到步骤D，并在步骤B中，所述信号控制模块将所述活塞的位置信号的下止点值与预先设定的下止点值进行比较，并根据比较结果，调整所述控制信号的预设时长。
步骤A进一步包括以下步骤：
位移传感器对所述液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得所述活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
所述信号处理电路对所述位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
所述A/D转换器把所述电压信号转换为数字信号，并发送给所述信号控制模块。
步骤E中，当所述活塞的位置信号的下止点值大于预先设定的下止点值，所述信号控制模块缩短步骤B中所述控制信号的预设时长。
步骤E中，当所述活塞的位置信号的下止点值小于预先设定的下止点值，所述信号控制模块延长步骤B中所述控制信号的预设时长。
所述预先设定的下止点值是所述活塞下止点范围的中点。
采用了本发明的技术方案，通过电子控制液压来驱动泵喷嘴供油系统，可以精确的实现喷油正时和供油量控制，而且可以对供油量进行闭环控制，保证液压自由活塞发动机的活塞下止点位置准确，使液压自由活塞发动机工作状态稳定。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中供油系统的控制装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中供油系统的控制方法的流程图。
图2是本发明具体实施方式中供油系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明技术方案的主要思想是基于液压自由活塞发动机的活塞位置信号，控制串联在液压回路中的电磁阀的打开时刻，代替传统的凸轮的正时和相位，控制电磁阀的通电时间长短即控制信号的脉宽来控制喷油器的供油量。
图1是本发明具体实施方式中供油系统的控制装置的结构示意图。如图1所示，一种用于液压自由活塞发动机供油系统的控制装置，包括依次连接的活塞位置检测模块12，信号控制模块13和驱动模块14，其中活塞位置检测模块12进一步包括依次连接的位移传感器121、信号处理电路122和A/D转换器123，位移传感器121的另一端与液压自由活塞发动机的活塞11连接，驱动模块14的另一端与液压自由活塞发动机的电磁阀15连接。
活塞位置检测模块和驱动模块都分别与信号控制模块相连接，液压自由活塞发动机的电磁阀通过两根导线与驱动模块相连。活塞位置检测模块检测自由活塞发动机的活塞位置，信号控制模块处理活塞位置检测模块传送来的位置信号，如果活塞位置信号为对应的喷油器开始喷油的位置时，则信号控制模块给驱动模块发出电磁阀打开的控制信号，驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，进而驱动喷油泵喷出一定量的燃油；如果活塞位置信号进入活塞的下止点范围，则与预设的活塞下止点值进行比较，若活塞位置与该预设值不同，则在液压自由活塞发动机的下一工作循环，信号控制模块改变输出给驱动电路的控制信号的脉宽，即改变电磁阀的通电时间，从而改变喷油量，对活塞下止点的位置进行闭环调节。
活塞位置检测模块中，依次相连接的位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述信号处理电路对位移传感器的输出信号进行电压跟随，阻抗匹配，由A/D转换器把该电压信号转换为数字信号，并送给所述信号控制模块。
其中，位移检测模块中的位移传感器为LVDT式位移传感器，位移传感器的连杆通过螺纹与活塞端部连接，并与活塞一起运动，位移传感器将活塞位移信号通过导线输出至信号处理电路。
图2是本发明具体实施方式中供油系统的控制方法的流程图。该控制方法的具体过程如下：
步骤201、位移传感器对液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
步骤202、信号处理电路对位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
步骤203、A/D转换器把所述电压信号转换为数字信号，并发送给信号控制模块；
步骤204、信号控制模块对活塞位置信号进行处理，若信号控制模块判断该位置信号为对应的喷油器开始喷油的位置时，则输出预设时长控制信号给驱动模块；
步骤205、驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，驱动喷油泵喷油；
步骤206、当控制信号关断，电磁阀关闭，喷油泵停止喷油，完成一次喷油过程；
步骤207、信号控制模块判断该位置信号值是否进入活塞的下止点范围，如果进入该范围，则与预设的活塞下止点值进行比较，若该位移信号值大于预设的下止点值，则信号控制模块判断为此工作循环供油量多，则减小下一次喷油过程中步骤204中的输出控制信号的脉宽、即缩短给驱动模块控制信号的预设时长，进而减小供油量；若该位移信号值小于预设的下止点值，则信号控制模块判断为此工作循环供油量少，则增大下一次喷油过程中步骤204中的输出控制信号的脉宽，即延长给驱动模块控制信号的预设时长，进而增加供油量。这就完成了对液压自由活塞发动机供油量的闭环控制，保证了液压自由活塞发动机的活塞下止点位置准确，使液压自由活塞发动机工作状态稳定。
液压自由活塞发动机的活塞下止点位置不是固定的，而是一个范围，预设的活塞下止点值为该范围的中点，具体取决于液压自由活塞发动机的机械结构设计。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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该以权利要求的保护范围为准。
本发明技术方案的主要思想是基于液压自由活塞发动机的活塞位置信号，控制串联在液压回路中的电磁阀的打开时刻，代替传统的凸轮的正时和相位，控制电磁阀的通电时间长短即控制信号的脉宽来控制喷油器的供油量。
图1是本发明具体实施方式中供油系统的控制装置的结构示意图。如图1所示，一种用于液压自由活塞发动机供油系统的控制装置，包括依次连接的活塞位置检测模块12，信号控制模块13和驱动模块14，其中活塞位置检测模块12进一步包括依次连接的位移传感器121、信号处理电路122和A/D转换器123，位移传感器121的另一端与液压自由活塞发动机的活塞11连接，驱动模块14的另一端与液压自由活塞发动机的电磁阀15连接。
活塞位置检测模块和驱动模块都分别与信号控制模块相连接，液压自由活塞发动机的电磁阀通过两根导线与驱动模块相连。活塞位置检测模块检测自由活塞发动机的活塞位置，信号控制模块处理活塞位置检测模块传送来的位置信号，如果活塞位置信号为对应的喷油器开始喷油的位置时，则信号控制模块给驱动模块发出电磁阀打开的控制信号，驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，进而驱动喷油泵喷出一定量的燃油；如果活塞位置信号进入活塞的下止点范围，则与预设的活塞下止点值进行比较，若活塞位置与该预设值不同，则在液压自由活塞发动机的下一工作循环，信号控制模块改变输出给驱动电路的控制信号的脉宽，即改变电磁阀的通电时间，从而改变喷油量，对活塞下止点的位置进行闭环调节。
活塞位置检测模块中，依次相连接的位移传感器、信号处理电路和A/D转换器，所述信号处理电路对位移传感器的输出信号进行电压跟随，阻抗匹配，由A/D转换器把该电压信号转换为数字信号，并送给所述信号控制模块。
其中，位移检测模块中的位移传感器为LVDT式位移传感器，位移传感器的连杆通过螺纹与活塞端部连接，并与活塞一起运动，位移传感器将活塞位移信号通过导线输出至信号处理电路。
图2是本发明具体实施方式中供油系统的控制方法的流程图。该控制方法的具体过程如下：
步骤201、位移传感器对液压自由活塞发动机的活塞位置进行检测，获得活塞的位移信号，并发送给信号处理电路；
步骤202、信号处理电路对位移信号进行电压跟随、阻抗匹配，并把电压信号发送给A/D转换器；
步骤203、A/D转换器把所述电压信号转换为数字信号，并发送给信号控制模块；
步骤204、信号控制模块对活塞位置信号进行处理，若信号控制模块判断该位置信号为对应的喷油器开始喷油的位置时，则输出预设时长控制信号给驱动模块；
步骤205、驱动模块根据接收到的控制信号，输出控制电流打开电磁阀，驱动喷油泵喷油；
步骤206、当控制信号关断，电磁阀关闭，喷油泵停止喷油，完成一次喷油过程；
步骤207、信号控制模块判断该位置信号值是否进入活塞的下止点范围，如果进入该范围，则与预设的活塞下止点值进行比较，若该位移信号值大于预设的下止点值，则信号控制模块判断为此工作循环供油量多，则减小下一次喷油过程中步骤204中的输出控制信号的脉宽、即缩短给驱动模块控制信号的预设时长，进而减小供油量；若该位移信号值小于预设的下止点值，则信号控制模块判断为此工作循环供油量少，则增大下一次喷油过程中步骤204中的输出控制信号的脉宽，即延长给驱动模块控制信号的预设时长，进而增加供油量。这就完成了对液压自由活塞发动机供油量的闭环控制，保证了液压自由活塞发动机的活塞下止点位置准确，使液压自由活塞发动机工作状态稳定。
液压自由活塞发动机的活塞下止点位置不是固定的，而是一个范围，预设的活塞下止点值为该范围的中点，具体取决于液压自由活塞发动机的机械结构设计。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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该以权利要求的保护范围为准。