Vvt發動機控制閥及其控制方法
2023-11-11 18:51:47 1
專利名稱：Vvt發動機控制閥及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車發動機的控制技術，尤其是一種VVT技術中通過機械式開口來補償磁滯非線性的VVT發動機控制閥及其控制方法。
背景技術：
傳統汽車汽油發動機是由曲軸經鏈輪帶動凸輪軸轉動，凸輪推動氣門頂杆，按序控制氣門關閉和開啟，實現進氣、壓縮、燃燒和排氣，整個運行過程都按照凸輪形狀所給定的角度運作。傳統的發動機進排氣開閉時間都是固定的，但是這種固定不變的氣門正時很難顧及到發動機在不同轉速工況時的工作需要。隨著發動機轉速提高，轉過固定角度所用的時間逐漸變小，造成功率下降。發動機工作時的轉速很高，比如四衝程發動機的一個工作形成僅需千分之幾秒， 這麼短促的時間往往會引起發動機進氣不足，排氣不淨，造成功率下降。因此就需要利用氣流的進氣慣性，氣門要早開晚關，以滿足進氣充足，排氣乾淨的要求。在這種情況下，必然會出現一個進氣門和排氣門同時開啟的時刻，配氣相位上稱為「重疊階段」。重疊持續的相對時程可以用此間活塞運行配氣相位的相對角度來衡量。這種重疊的角度通常都很小，可以對發動機性能的影響卻相當大。發動機轉速越高，每個汽缸一個周期內留給吸氣和排氣的絕對時間也越短，因此想要達到較好的充氣效率，這時發動機需要儘可能長的吸氣和排氣時間。當轉速越高時，要求的重疊角度越大。也就是說，如果配氣機構的設計是對高轉速工況優化的，發動機容易在較高的轉速下，獲得較大的峰值功率。但是在低轉速工況下，過大的重疊角則會使得廢氣過多的瀉入進氣歧管，吸氣量反而會下降，氣缸內氣流也會紊亂，此時ECU也會難以對佔空比進行精確的控制，從而導致怠速不穩，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構只對低轉速工況優化，發動機就無法在高轉速下達到較高的峰值功率。所以傳統的發動機都是一個折衷方案，不可能在兩種截然不同的工況下都達到最優狀態。比如中國專利局於2006年7月12日公告了一份CN1263942C號專利，名稱為內燃機的電磁驅動氣閥控制裝置和電磁驅動氣閥控制方法。主CPU機遇內燃機的運行狀態， 來判定是否存在單氣閥驅動要求，當判定存在單氣閥驅動要求是，就要判定在開啟器件之間是否存在重疊器件。當判定不存在重疊期間時，就執行高速控制來控制電磁驅動氣閥。當判定不存在單氣閥驅動要求時，或當判定存在重疊期間時，就執行低速控制來控制電磁驅動氣閥。電磁閥行程或通道開口都是由電流大小來控制，利用產生電磁力與彈簧合力差的方向和大小來控制運動方向和行程，達到控制一定油壓的流量。但是線圈產生的磁力特性本身是非線性的，採用脈衝信號控制，其特性也是非線性的，不符合系統要求整個工作區都能精確線性控制的目的。
發明內容
本發明解決了傳統的發動機的凸輪軸的相位角為固定角度，隨著轉速提高，轉過固定角度所用的時間逐漸變小，造成進氣不足、排氣不淨的缺陷，提供一種VVT發動機控制閥及其控制方法，對凸輪軸相位角進行補償或者滯後，儘可能延長吸氣和排氣時間，滿足進氣充足、排氣乾淨的要求。本發明還解決了現有技術中線圈產生的磁力特性本身是非線性的，不符合系統要求整個工作區都能精確線性控制的目的的缺陷，提供一種VVT發動機控制閥及其控制方法，對磁力特性通過機械開口的方式進行補償，使得整個合成特性達到線性控制的目的。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種VVT發動機控制閥，包括外殼和設置在外殼內部的繞組總成，繞組總成的一端連接有控制部件，所述的控制部件包括罩殼、設置在罩殼內的閥芯、及連接閥芯端部和罩殼端部的彈簧，罩殼壁上設置有一個進油口和處於進油口兩側的滯後腔出油口和提前腔出油口，閥芯的外周上設置凹陷的補償區，補償區的兩端為與磁力特性非線性相對應並能重疊成線性的弧形面。繞組總成在電壓變化時磁力會發生線性改變，出現非線性特性，從而造成控制氣門的油路發生變化，不能精確控制發動機氣門的開閉，通過繞組總成一端的控制部件，實現氣門提前開啟/關閉、滯後開啟/ 關閉和保持不變來對非線性進行補償，從而使得控制閥的控制處於線性狀態；閥芯的外周設置的補償區為凹陷結構，閥芯軸向移動分別連通提前腔出油口和滯後腔出油口時提供的控制油量發生變化，結合補償區兩端的弧形面，使得控制油量的變化處於非線性狀態，該非線性狀態與磁力的非線性特性相補充，最終使得氣門的控制處於線性狀態；彈簧主要對閥芯起復位作用。作為優選，補償區兩端的弧形面分別為凹弧形面和凸弧形面，其中凹弧形面對應滯後腔出油口，凸弧形面對應提前腔出油口。氣門提前開啟/關閉時需要逐漸增加油量，因此使用凸弧形面與提前腔出油口相對應，對磁力在低速階段的非線性進行補償；氣門滯後開啟/關閉時需要逐漸減小油量，因此使用凹弧形面與滯後腔出油口對應，對磁力在高速階段的非線性進行補償。作為優選，弧形面的最大直徑小於閥芯的外徑，弧形面的最大直徑部位處設置有方形的缺口，缺口分別處於兩弧形面的兩端部位。先測得一組控制閥，比如10個控制在未採取補償情況下其電流與形成的非線性特性；然後根據測得的這一組控制閥的非線性特性，取每個電流對應點的位移的平均值，畫出平均值的位移特性曲線；接著根據位移特性曲線可得到補償區的斜率α，同時得到補償區的深度為arctga ；其中對應滯後腔出油口的缺口的長與寬為 1= 2=2/3、，對應提前腔出油口的缺口的長與寬為 3= 4=2/3Ι^，其中 Ltl為提前總行程。作為優選，滯後腔出油口靠近繞組總成一端，提前腔出油口遠離繞組總成一端。兩者可以調換，根據具體的安裝及操作習慣設定。作為優選，罩殼呈一端開口、另一端為半封閉的中空結構，半封閉端的中間設置有圓孔，閥芯的軸線部設置有盲孔，盲孔的兩端設置有垂直閥芯軸線的油孔，盲孔的開口端朝向罩殼半封閉端，盲孔的開口端與半封閉端之間設置有所述的彈簧。彈簧自由狀態時，閥芯處於中間的位置，關閉提前、滯後出油口，此時，執行器轉子保持不動。作為優選，罩殼上的滯後腔出油口和提前腔進油口在罩殼內壁處設置有阻擋部， 阻擋部的內徑與閥芯的外徑相配，罩殼上的進油口、滯後腔出油口和提前腔出油口中至多只有兩個與補償區相通。當E⑶信號佔空比大於46%以上時，OCV閥根據信號佔空比閥芯
5向提前方向運動，打開相應提前腔出油口、向執行器提前腔送去油壓、推動執行器的轉子帶動凸輪軸向提前方向轉動，以達到進氣或排氣提前之目的。當ECU信號佔空比小於某值以下，OCV閥的閥芯向滯後方向運動，打開相應滯後腔出油口，向執行器滯後腔送去油壓，推動執行器轉子向滯後方向帶動凸輪軸轉動，以達到進氣或排氣滯後之目的。本發明是利用機械開口微調補償OCV閥閥芯位移非線性的缺陷。作為優選，繞組總成包括處於中間的銜鐵和極靴、套置在外部的磁軛，銜鐵和極靴外部纏繞有線圈，銜鐵和極靴相分離並形成主氣隙，磁軛與銜鐵相分離形成第一氣隙，磁軛與極靴相分離形成第二氣隙，其中極靴朝向控制部件一側。當汽車運行在怠速、低速時，由於車載ECU信號佔空比小，S卩加在OCV閥上平均電壓值小，加之由靜態到動態的靜摩擦力等因素，啟動時其閥芯很難實現線性控制，所以特性初始段需要機械補償，隨著ECU信號佔空比的增加，閥芯先打開滯後口，當車速達到中速某個值後，閥芯繼續向開啟提前口方向運動，當閥芯行程達到打開提前口後，才推動執行器轉子帶動凸輪軸轉動，以實現進排氣的提前控制。一種VVT發動機控制閥的控制方法，包括如下步驟(1)、發動機中央控制單元ECU 存有發動機各種工況下對應的不同佔空比方波信號，同時ECU存有凸輪軸最佳修正相位的數據，以實現凸輪軸的轉動相位角的合格鑑別和系統反饋控制之功能。(2)、在發動機運行中，有關工況傳感器信號送到E⑶，E⑶根據送入的工況信號， 給進氣、排氣控制閥送去相應脈寬的方波信號。(3)、控制閥根據送入的信號、閥芯運行到相應位置，開啟提前腔出油口或滯後腔出油口，以推動執行器轉子向相應方向轉動，從而帶動凸輪軸向提前或滯後方向旋轉。(4)、發動機升速時，ECU根據發動機轉速，給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，此時，控制閥開啟相應大小的提前腔出油口送油至執行器，驅動凸輪軸向提前方向轉動相應角度。(5)、發動機降速時，ECU根據發動機轉速給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，控制閥開啟相應的滯後腔出油口，油壓送至執行器滯後腔，以驅動凸輪軸向滯後方向轉動相應角度。(6)、當發動機穩定在某一轉速時，ECU給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號， 此時控制閥運行至關閉位置，所謂關閉位置是指閥芯運行在提前腔出油口和滯後腔出油口都封堵時，此時，凸輪軸保持原位，相位角不變。本發明的有益效果是通過連接的閥芯，閥芯外周設置的補償區對控制閥進行機械式線性補償，補償區與提前腔出油口或滯後腔出油口連通從而確保對凸輪軸的凸輪的相位角進行線性調節，實現提前打開進氣門、提前打開排氣門、滯後打開進氣門和滯後打開排氣門的動作的精確性。
圖1是本發明一種結構示意圖2是本發明圖1所示的A處局部放大圖； 圖3是本發明一種補償控制原理圖中1、外殼，2、磁軛，3、線圈，4、罩殼，5、滯後腔出油口，6、進油口，7、提前腔出油口，8、彈簧，9、盲孔，10、閥芯，11、極靴，12、銜鐵，13、滯後腔缺口，14、凹弧形面，15、補償區，16、
凸弧形面，17、提前腔缺口，18、阻擋部。
具體實施例方式下面通過具體實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例一種VVT發動機控制閥(參見附圖1)，包括外殼1和設置在外殼內部的繞組總成，繞組總成的一端連接有控制部件。繞組總成包括處於中間的銜鐵12和極靴11、套置在外部的磁軛2，銜鐵和極靴外部纏繞有線圈3，銜鐵和極靴相分離並形成主氣隙，磁軛與銜鐵相分離形成第一氣隙，磁軛與極靴相分離形成第二氣隙，其中極靴朝向控制部件一側。控制部件(參見附圖2)包括罩殼4、設置在罩殼內的閥芯10、及連接閥芯端部和罩殼端部的彈簧8。罩殼呈一端開口、另一端為半封閉的中空結構。開口的一端與繞組總成的端部過盈配合，過盈配合的端面處設置有密封圈。半封閉端的中間設置有圓孔，閥芯的軸線部設置有盲孔9，盲孔的兩端端設置有垂直閥芯軸線的油孔，盲孔的開口端朝向罩殼半封閉端。盲孔的開口端的內壁設置有臺階，彈簧設置在臺階與罩殼的半封閉端。罩殼壁上設置有一個進油口 6和處於進油口兩側的滯後腔出油口 5和提前腔出油口 7。罩殼上的滯後腔出油口和提前腔進油口在罩殼內壁處設置有阻擋部18，阻擋部的內徑與閥芯的外徑相配。閥芯的外周上設置補償區15，補償區的兩端為與磁力特性非線性相對應並能重疊成線性的弧形面。弧形面的最大直徑小於閥芯的外徑，弧形面的最大直徑部位處設置有方形的缺口，缺口分別處於兩弧形面的兩端部位。對應滯後腔出油口的一側為凹弧形面14，對應提前腔出油口的一側為凸弧形面16。處於凹弧形面的為滯後腔缺口 13， 處於凸弧形面的為提前腔缺口 17。罩殼上的進油口、滯後腔出油口和提前腔出油口中至多只有兩個與補償區相通。一種VVT發動機控制閥的控制方法(參見附圖3)，包括如下步驟(1)、發動機中央控制單元ECU存有發動機各種工況下對應的不同佔空比方波信號，同時ECU存有凸輪軸最佳修正相位的數據，以實現凸輪軸的轉動相位角的合格鑑別和系統反饋控制之功能。(2)、在發動機運行中，有關工況傳感器信號送到E⑶，E⑶根據送入的工況信號， 給進氣、排氣控制閥送去相應脈寬的方波信號。(3)、控制閥根據送入的信號、閥芯運行到相應位置，開啟提前腔出油口或滯後腔出油口，以推動執行器轉子向相應方向轉動，從而帶動凸輪軸向提前或滯後方向旋轉。(4)、發動機升速時，ECU根據發動機轉速，給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，此時，控制閥開啟相應大小的提前腔出油口送油至執行器，驅動凸輪軸向提前方向轉動相應角度。(5)、發動機降速時，ECU根據發動機轉速給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，控制閥開啟相應的滯後腔出油口，油壓送至執行器滯後腔，以驅動凸輪軸向滯後方向轉動相應角度。(6)、當發動機穩定在某一轉速時，ECU給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號， 此時控制閥運行至關閉位置，所謂關閉位置是指閥芯運行在提前腔出油口和滯後腔出油口都封堵時，此時，凸輪軸保持原位，相位角不變。
以上所述的實施例只是本發明的一種較佳方案，並非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
權利要求
1.一種VVT發動機控制閥，包括外殼(1)和設置在外殼內部的繞組總成，其特徵在於繞組總成的一端連接有控制部件，所述的控制部件包括罩殼(4)、設置在罩殼內的閥芯(10)、 及連接閥芯端部和罩殼端部的彈簧(8)，罩殼壁上設置有一個進油口(6)和處於進油口兩側的滯後腔出油口(5)和提前腔出油口(7)，閥芯的外周上設置凹陷的補償區(15)，補償區的兩端為與磁力特性非線性相對應並能重疊成線性的弧形面。
2.根據權利要求1所述的VVT發動機控制閥，其特徵在於補償區兩端的弧形面分別為凹弧形面(14)和凸弧形面(16)，其中凹弧形面對應滯後腔出油口，凸弧形面對應提前腔出油口。
3.根據權利要求1所述的VVT發動機控制閥，其特徵在於弧形面的最大直徑小於閥芯的外徑，弧形面的最大直徑部位處設置有方形的缺口，缺口分別處於兩弧形面的兩端部位。
4.根據權利要求1或2或3所述的VVT發動機控制閥，其特徵在於滯後腔出油口靠近繞組總成一端，提前腔出油口遠離繞組總成一端。
5.根據權利要求1或2或3所述的VVT發動機控制閥，其特徵在於罩殼呈一端開口、另一端為半封閉的中空結構，半封閉端的中間設置有圓孔，閥芯的軸線部設置有盲孔(9)，盲孔的兩端端設置有垂直閥芯軸線的油孔，盲孔的開口端朝向罩殼半封閉端，盲孔的開口端與半封閉端之間設置有所述的彈簧。
6.根據權利要求1或2或3所述的VVT發動機控制閥，其特徵在於罩殼上的滯後腔出油口和提前腔進油口在罩殼內壁處設置有阻擋部(18)，阻擋部的內徑與閥芯的外徑相配， 罩殼上的進油口、滯後腔出油口和提前腔出油口中至多只有兩個與補償區相通。
7.根據權利要求1或2或3所述的VVT發動機控制閥，其特徵在於繞組總成包括處於中間的銜鐵(12)和極靴(110、套置在外部的磁軛(20，銜鐵和極靴外部纏繞有線圈(3)，銜鐵和極靴相分離並形成主氣隙，磁軛與銜鐵相分離形成第一氣隙，磁軛與極靴相分離形成第二氣隙，其中極靴朝向控制部件一側。
8.—種權利要求1至7任一一項所述的VVT發動機控制閥的控制方法，其特徵在於包括如下步驟(1)、發動機中央控制單元ECU存有發動機各種工況下對應的不同佔空比方波信號，同時ECU存有凸輪軸最佳修正相位的數據，以實現凸輪軸的轉動相位角的合格鑑別和系統反饋控制之功能；(2)、在發動機運行中，有關工況傳感器信號送到E⑶，E⑶根據送入的工況信號，給進氣、排氣控制閥送去相應脈寬的方波信號；(3)、控制閥根據送入的信號、閥芯運行到相應位置，開啟提前腔出油口或滯後腔出油口，以推動執行器轉子向相應方向轉動，從而帶動凸輪軸向提前或滯後方向旋轉；(4)、發動機升速時，ECU根據發動機轉速，給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，此時，控制閥開啟相應大小的提前腔出油口送油至執行器，驅動凸輪軸向提前方向轉動相應角度；(5)、發動機降速時，ECU根據發動機轉速給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，控制閥開啟相應的滯後腔出油口，油壓送至執行器滯後腔，以驅動凸輪軸向滯後方向轉動相應角度；(6)、當發動機穩定在某一轉速時，ECU給進氣、排氣控制閥送去相應的脈寬信號，此時控制閥運行至關閉位置，所謂關閉位置是指閥芯運行在提前腔出油口和滯後腔出油口都封堵時，此時，凸輪軸保持原位，相位角不變。
全文摘要
本發明涉及一種VVT技術中通過機械式開口來補償磁滯非線性的VVT發動機控制閥及其控制方法。解決了傳統的發動機的凸輪軸隨著轉速提高，轉過固定角度所用的時間逐漸變小，造成進氣不足、排氣不淨的缺陷，外殼內部的繞組總成的一端連接有控制部件，控制部件的罩殼壁上設置有一個進油口和處於進油口兩側的滯後腔出油口和提前腔出油口，閥芯的外周上設置凹陷的補償區，補償區的兩端為與磁力特性非線性相對應並能重疊成線性的弧形面通過連接的閥芯，閥芯外周設置的補償區對控制閥進行機械式線性補償，補償區與提前腔出油口或滯後腔出油口連通從而確保對凸輪軸的凸輪的相位角進行線性調節。
文檔編號F01L9/04GK102367751SQ201110278549
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月20日 優先權日2011年9月20日
發明者黃金火 申請人:寧波諾依克電子有限公司