本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電機(jī)控制器，尤其是用于可變升程壓縮比活塞的步進(jìn)電機(jī)控制器。

背景技術(shù)：

可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)就是通過控制手段，實(shí)時(shí)的改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在中低負(fù)荷情況下，采用高的壓縮比來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和燃油經(jīng)濟(jì)性；在高負(fù)荷的情況下采用低的壓縮比防止爆震的產(chǎn)生。其中一種方式是通過調(diào)節(jié)活塞的升程，來改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。該可變升程壓縮比活塞通過步進(jìn)電機(jī)來改變升程，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，活塞升程增大，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比增大，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，活塞升程減小，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比減小，步進(jìn)電機(jī)不工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比不變，而這種可變升程壓縮比活塞的控制方式目前處于空白狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)的控制一般需要有電源線、信號(hào)線、地線三根線路，而活塞處于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，工作過程中作高速的往返直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞的步進(jìn)電機(jī)處于活塞內(nèi)部，與活塞一起運(yùn)動(dòng)，如果采用普通的線路連接方式，引線至少需要三根線路，一端固定，一端運(yùn)動(dòng)，可靠性差，而且如何布置是一個(gè)很大的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是發(fā)明一種步進(jìn)電機(jī)控制器，用于控制可變升程壓縮比活塞工作，從而達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的目的。這種步進(jìn)電機(jī)控制器簡(jiǎn)化了供電線路，控制方式簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的連續(xù)可變。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制器包括兩個(gè)穩(wěn)壓器、一個(gè)固定脈沖發(fā)生器、一個(gè)與門、兩個(gè)電壓比較器，其特征在于：

所述的步進(jìn)電機(jī)控制器連同驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)(電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子)封裝在一起，安裝在活塞內(nèi)部；

所述的步進(jìn)電機(jī)控制器的輸入電壓信號(hào)u_x由曲軸、連桿和活塞上布置的一條石墨供電線路引入，電路的負(fù)極接到發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬機(jī)體上；

所述的兩個(gè)穩(wěn)壓器的輸入端接輸入電壓信號(hào)u_x，其中一個(gè)穩(wěn)壓器的輸出端接入到電壓比較器反相端的電路和步進(jìn)電機(jī)電源接口，另一個(gè)穩(wěn)壓器的輸出端接到控制器和驅(qū)動(dòng)器芯片的電源接口上；

所述的與門的輸入端分別接固定頻率脈沖發(fā)生器的輸出端和輸入電壓信號(hào)u_x，輸出端接驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)接口；

所述的兩個(gè)電壓比較器的同相端接輸入電壓信號(hào)u_x，其中一個(gè)電壓比較器的輸出端接驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)向控制接口，另一個(gè)電壓比較器的輸出端接驅(qū)動(dòng)器的使能接口。

步進(jìn)電機(jī)控制器，其特征在于，所述的輸入電壓信號(hào)u_x由ECU控制，共有三種狀態(tài)：高壓直流電壓U_H、低壓直流電壓U_L、0V，U_H的電壓范圍為12-15V，U_L的電壓范圍為6-10V。

步進(jìn)電機(jī)控制器，其特征在于，所述的其中一個(gè)穩(wěn)壓器的輸出電壓Us為兩個(gè)電壓比較器的反相端提供電源電壓，同時(shí)為步進(jìn)電機(jī)供電，另外一個(gè)穩(wěn)壓器的輸出電壓Vcc為控制器芯片和驅(qū)動(dòng)器芯片供電。

步進(jìn)電機(jī)控制器，其特征在于，所述的固定頻率脈沖發(fā)生器輸出的脈沖頻率與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需求相匹配。

步進(jìn)電機(jī)控制器，其特征在于，所述的與門接入的輸入電壓信號(hào)u_x為高壓直流電壓U_H或者低壓直流電壓U_L時(shí)，輸出端輸出脈沖信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)的角度位移和旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)輸入電壓信號(hào)u_x為0V時(shí)，與門不輸出脈沖信號(hào)。

步進(jìn)電機(jī)控制器，其特征在于，所述的控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向的電壓比較器反相端的電壓低于U_H，高于U_L；另一個(gè)電壓比較器反相端的電壓低于U_L，高于0V。

步進(jìn)電機(jī)控制器，其特征在于，所述的步進(jìn)電機(jī)控制器通過輸入信號(hào)u_x電壓的高低和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，當(dāng)輸入電壓信號(hào)u_x為高壓直流電壓U_H時(shí)，兩個(gè)電壓比較器同時(shí)輸出高電平，與門輸出脈沖信號(hào)CP,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，使活塞的升程增大，進(jìn)一步通過輸入電壓信號(hào)u_x持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來控制活塞升程增加量的大小，從而精確地增大發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比；當(dāng)輸入電壓信號(hào)u_x為低壓直流電壓U_L時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向的電壓比較器輸出低電平，另一個(gè)電壓比較器輸出高電平，與門輸出脈沖信號(hào)CP,步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，使活塞升程減小，進(jìn)一步通過輸入電壓信號(hào)u_x持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來控制活塞升程減小量的大小，從而精確地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比；當(dāng)輸入電壓信號(hào)u_x為0V時(shí)，步進(jìn)電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不變。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器連同驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)封裝在一起，安裝在活塞內(nèi)部，步進(jìn)電機(jī)的電源線和信號(hào)線合為一體且電路負(fù)極接到發(fā)動(dòng)機(jī)金屬機(jī)體上，因此簡(jiǎn)化了供電線路，只需要在曲軸、連桿和活塞上布置一條石墨供電線路即可。

2.本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所形成的控制方式較為簡(jiǎn)便，一方面利用輸入電壓信號(hào)解決供電問題，另一方面通過輸入信號(hào)電壓的高低和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的連續(xù)可變。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1是本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所涉及的曲軸連桿活塞整體示意圖；

圖2是圖1E處的放大圖；

圖3是圖1F處的放大圖；

圖4是本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所涉及的活塞主視圖上的全剖視圖；

圖5是本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所構(gòu)成的控制方式的整體流程圖；

圖6是本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器內(nèi)部電路的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

參閱圖1，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所涉及的曲軸、連桿和活塞機(jī)構(gòu)包括曲軸1、環(huán)形石墨槽2、曲軸石墨布置線路3、電刷4、電刷5、連桿6、連桿石墨布置線路7、電刷8、活塞內(nèi)部石墨布置線路9、電機(jī)座10、活塞內(nèi)部導(dǎo)線11、步進(jìn)電機(jī)(電機(jī)定子12、電機(jī)轉(zhuǎn)子14)、活塞13、塞體下部15、導(dǎo)向板16、內(nèi)套17、塞體上部18。

參閱圖1，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器的供電線路是通過在曲軸、連桿和活塞上挖槽布置一條石墨線路完成的，石墨線路和曲軸、連桿及活塞之間是絕緣的。

參閱圖1、圖2、圖3與圖5，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所涉及的供電線路一共有三處用到電刷。電刷4固定在曲軸箱機(jī)體上同曲軸前端環(huán)形石墨槽2緊密接觸，電刷5固定在曲軸上同連桿大頭的石墨線路緊密接觸，電刷8固定在塞體下部15上同連桿小頭上的石墨線路緊密接觸。輸入電壓信號(hào)u_x19由導(dǎo)線接入電刷4，通過環(huán)形石墨槽2、曲軸石墨布置線路3、電刷5、連桿石墨布置線路7、電刷8、活塞內(nèi)部石墨布置線路9、活塞內(nèi)部導(dǎo)線11接入到本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器上，利用發(fā)動(dòng)機(jī)金屬機(jī)體作為電路的負(fù)極。

參閱圖1與圖4，電機(jī)座10為圓盤類結(jié)構(gòu)件，電機(jī)座10的底面上均勻地分布(鑄)有一至八個(gè)結(jié)構(gòu)相同的圓臺(tái)形凸臺(tái)，一至八結(jié)構(gòu)相同的圓臺(tái)形凸臺(tái)和活塞體下部15上對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)相同的圓臺(tái)形凹坑相配裝(對(duì)正)，由于活塞體下部15上的結(jié)構(gòu)相同的圓臺(tái)形凹坑限制了電機(jī)座10水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)座10的底面和活塞體下部15設(shè)置的一至八結(jié)構(gòu)相同的圓臺(tái)形凹坑的圓環(huán)底面接觸連接，限制了電機(jī)座10向下竄動(dòng)；電機(jī)座10的頂端面與內(nèi)套17的底面接觸連接因而限制了電機(jī)座10向上竄動(dòng)，從而將電機(jī)座10固定在活塞體下部15上。

參閱圖1與圖4，電機(jī)座10的頂端面的中心處設(shè)置有用于安裝電機(jī)定子12的圓環(huán)體，圓環(huán)體、一至八結(jié)構(gòu)相同的圓臺(tái)形凸臺(tái)所分布的圓周與電機(jī)座10的回轉(zhuǎn)軸線共線；電機(jī)定子12安裝在圓環(huán)體內(nèi)為固定連接，不能平面移動(dòng)，電機(jī)定子12的底端面與圓環(huán)體內(nèi)的電機(jī)座10接觸連接，使電機(jī)定子12不能向下竄動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子14裝入電機(jī)定子12的中心孔中，內(nèi)套17套裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子14與電機(jī)定子12的周圍，并且內(nèi)套17上的花鍵孔與電機(jī)轉(zhuǎn)子14一(頂)端的花鍵軸配裝，內(nèi)套17中心孔的內(nèi)底面與電機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸肩頂端面接觸連接，電機(jī)轉(zhuǎn)子14的軸肩的底面與電機(jī)定子12的頂端面接觸連接，防止電機(jī)轉(zhuǎn)子14與電機(jī)定子12向上竄動(dòng)，使電機(jī)固定于電機(jī)座10上。

參閱圖1與圖4，活塞體上部18通過活塞體下部15上的導(dǎo)向板16成滑動(dòng)連接，從而將活塞體上部18約束在沿活塞軸線方向的上下移動(dòng)。

參閱圖1與圖4，內(nèi)套17頂部的中心處設(shè)置有花鍵孔，內(nèi)套17外壁上設(shè)置有外螺紋，螺紋的形狀為三角形或梯形，內(nèi)套17外壁上的外螺紋與活塞體上部18的內(nèi)螺紋相配合。

參閱圖1與圖5，電機(jī)為永磁式步進(jìn)電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)，并能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，電機(jī)的控制器20、驅(qū)動(dòng)器21連同電機(jī)(電機(jī)定子12、電機(jī)轉(zhuǎn)子14)封裝在一起，安裝在內(nèi)套17內(nèi)部。

參閱圖5，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器的輸入電壓信號(hào)u_x19由ECU控制，共有三種狀態(tài):高壓直流電壓U_H、低壓直流電壓U_L和0V,U_H的電壓范圍為12-15V，U_L的電壓范圍為6-10V。

參閱圖6，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器包括穩(wěn)壓器23、穩(wěn)壓器24、固定頻率脈沖發(fā)生器25、與門26、電壓比較器27、電壓比較器28。

參閱圖5與圖6,本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器通過穩(wěn)壓器23和穩(wěn)壓器24將輸入電壓信號(hào)u_x19依次調(diào)制為Us和Vcc。Us為電壓比較器27、電壓比較器28的反相端和步進(jìn)電機(jī)提供電源電壓，Vcc為控制器芯片和驅(qū)動(dòng)器芯片提供電源電壓。

參閱圖5與圖6，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器通過固定頻率脈沖發(fā)生器25生成一個(gè)固定頻率脈沖信號(hào)CP₀，CP₀和輸入電壓信號(hào)u_x19接入與門26，與門26輸出脈沖信號(hào)CP，接到驅(qū)動(dòng)器21的脈沖信號(hào)接口上。

參閱圖5、圖6，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所采用的電壓比較器27的反相端接入的電壓高于U_L，低于U_H，同相端接輸入電壓信號(hào)u_x19，電壓比較器28的反相端接入的電壓低于U_L，高于0V,同相端接輸入電壓信號(hào)u_x19。電壓比較器27的輸出端DIR接驅(qū)動(dòng)器21的轉(zhuǎn)向控制接口，電壓比較器28的輸出端EN接驅(qū)動(dòng)器21的使能接口。

參閱圖1、圖5與圖6，本發(fā)明所述的步進(jìn)電機(jī)控制器所接的驅(qū)動(dòng)器21根據(jù)控制器20的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。當(dāng)電壓比較器27輸出高電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)電壓比較器27輸出低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)電壓比較器28輸出高電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)電壓比較器28輸出低電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)脫機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的角度位移和旋轉(zhuǎn)速度由脈沖信號(hào)CP控制。

步進(jìn)電機(jī)控制器的工作原理：

參閱圖1、圖5與圖6，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要高壓縮比時(shí)，輸入高壓直流電壓U_H，電壓比較器27和電壓比較器28同時(shí)輸出高電平，與門26輸出脈沖信號(hào)CP，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子14通過花鍵軸帶動(dòng)內(nèi)套17轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)套17通過螺紋的連接作用并在活塞體下部15的導(dǎo)向板16的約束下帶動(dòng)活塞體上部18向上運(yùn)動(dòng)，使活塞的升程增大，進(jìn)一步通過輸入電壓信號(hào)u_x19持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來控制活塞升程增加量的大小，從而精確地增大發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。

需要低壓縮比時(shí)，輸入低壓直流電壓信號(hào)U_L，電壓比較器27輸出低電平，電壓比較器28輸出高電平，與門26輸出脈沖信號(hào)CP，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子14通過花鍵軸帶動(dòng)內(nèi)套17轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)套17通過螺紋的連接作用并在活塞體下部15的導(dǎo)向板16的約束下帶動(dòng)活塞體上部18向下運(yùn)動(dòng)，使活塞升程減小，進(jìn)一步通過輸入電壓信號(hào)u_x19持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來控制活塞升程減小量的大小，從而精確地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不需要改變壓縮比時(shí)，輸入0V的直流電壓信號(hào)，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不變。