專利名稱：高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥及其閉合始點(diǎn)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的電磁閥以及該電磁閥的閉合始點(diǎn)的測量方法，通過該電磁閥的閉合始點(diǎn)測量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)速下對燃油噴射量的精確控制。
背景技術(shù)：
電磁閥是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心部件之一，高速電磁閥在實(shí)際應(yīng)用中的主要問題是，電磁鐵芯與銜鐵之間碰撞導(dǎo)致電磁閥使用壽命降低及產(chǎn)生大量的噪聲。降低電磁閥工作噪聲也就是要降低電磁閥的落座速度，但降低電磁閥的落座速度會增長電磁閥從全開到全閉(或全閉到全開)的過渡時間，因此過渡時間與落座速度之間是相互矛盾的，在滿足過渡時間的情況下，最大限度地降低電磁閥落座速度是電磁閥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。降低落座速度可以部分通過機(jī)械結(jié)構(gòu)，或全部通過控制方法來實(shí)現(xiàn)。由于電磁閥存在小氣隙不穩(wěn)定性，因此需要對電磁閥進(jìn)行閉環(huán)控制。當(dāng)銜鐵與電磁線圈之間的氣隙較大時，可以通過開環(huán)控制實(shí)現(xiàn)對銜鐵位置的精確控制，當(dāng)氣隙減小時，系統(tǒng)將會不穩(wěn)定，導(dǎo)致銜鐵向電磁鐵芯加速運(yùn)動，從而在銜鐵與電磁閥閥芯之間產(chǎn)生碰撞。Butzmarm，Melbert 和Kock推導(dǎo)出了銜鐵運(yùn)動速度與電流變化率之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系曲線控制電流，可以有效地控制碰撞速度。該控制方法本身較為簡單且不需要安裝位移傳感器，這兩點(diǎn)對于控制方法的實(shí)用化具有極大的優(yōu)勢，但該方法在有未知力作用于閥桿時，控制性能將會下降， 魯棒性降低。Tai和Tsao忽略電流動態(tài)特性，提出了一種質(zhì)量_彈簧_阻尼模型，采用PD控制器與迭代學(xué)習(xí)算法相結(jié)合獲得了小于0. lm/s的落座速度，但其響應(yīng)速度最小為20ms，限制了該方法在高轉(zhuǎn)速下的應(yīng)用。Mianzo提出了一種H00控制器，一種全開/全閉型控制器來實(shí)現(xiàn)電流控制，來執(zhí)行H00控制器，該控制器的有效性沒有得到充分的證明；在其后期的研究中，作者利用軌跡跟蹤和線性狀態(tài)反饋來實(shí)現(xiàn)“軟著陸”。為了減少生產(chǎn)成本，Montanari 等人利用測得的電流和磁通量來對銜鐵位移進(jìn)行重構(gòu)，從而避免安裝位移傳感器，利用重構(gòu)的位移，采用后推算法設(shè)計位置跟蹤控制器。考慮到電磁閥的周期特性，許多設(shè)計者采用周期到周期的補(bǔ)償控制方法，Hoffmann和Mefanopoulou設(shè)計了迭代學(xué)習(xí)控制器，通過跟蹤一條預(yù)定義的路徑來實(shí)現(xiàn)期望的性能。Butzmance僅通過測量電流信號，對無傳感器閉環(huán)控制算法進(jìn)行了探索研究，無傳感器控制策略通過測量電磁線圈上的電流變化率以及其微分值，將該值與預(yù)定義值相比較，根據(jù)誤差來調(diào)整電流增大或減小。算法思想是基于上一個過渡過程的電磁閥著陸性能，來調(diào)整下一個工作周期的能量輸入，該算法在某內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行了測試，閥落座速度在0. 2m/s-0. 3m/s。Hoffmann和Menfanopoulou利用相關(guān)文獻(xiàn)中試驗(yàn)驗(yàn)證過的模型，設(shè)計了軌跡跟蹤控制器，該控制器包括一個前饋控制器和反饋控制器，位置信號和速度信號通過對銜鐵的位置進(jìn)行估計得到，反饋控制器采用狀態(tài)反饋控制方法， 利用位置信號反饋，得到了較為理想的閥落座速度。電磁閥的閉環(huán)控制需要實(shí)時測量銜鐵位移、電磁線圈工作電流和磁通量等信號， 考慮到安裝空間和生產(chǎn)成本等方面的因素，在大批量生產(chǎn)的燃油噴射系統(tǒng)中往往沒有安裝此類傳感器，因此，雖然閉環(huán)控制的研究在近幾年取得了較大的突破，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下達(dá)到了理想的著陸狀態(tài)，但是不便于大批量生產(chǎn)。近幾年部分的研究學(xué)者開始研究無傳感器控制方法，該方法的主要思想是根據(jù)便于測量的信號(一般是電流信號)對位移、電流和磁通量信號進(jìn)行重構(gòu)，利用重構(gòu)的信號進(jìn)行閉環(huán)控制，但是該方法的魯棒性較低，尚處于前期研究階段。傳統(tǒng)開環(huán)控制方法的加載電壓與保持電壓切換時刻不能隨著發(fā)動機(jī)工況的變化而變化，因此電磁閥動態(tài)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥，其通過在現(xiàn)有電磁閥的閥腔中安裝二次振蕩單元，該二次振蕩單元的相位角與現(xiàn)有電磁閥的相位角相互錯開， 從而有效地減少原有系統(tǒng)反彈振動的幅值，為減少二次燃油噴射提供了機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，奠定了燃油精確控制的基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥，包括閥體，所述閥體的兩端分別安裝閥端蓋和閥座，閥端蓋開設(shè)進(jìn)油口，而閥座則開設(shè)出油口，所述閥體的內(nèi)腔置有閥芯，且閥芯靠近閥端蓋設(shè)置，所述閥座的內(nèi)腔配合安裝閥關(guān)閉件，另所述閥體內(nèi)腔安裝電磁線圈，所述閥芯通過二次振蕩單元支撐在閥體內(nèi)腔設(shè)置的凸臺上，該二次振蕩單元包括運(yùn)動塊以及分別與運(yùn)動塊兩端連接的上部彈簧和下部彈簧，所述下部彈簧安裝在閥體內(nèi)腔的凸臺上，而上部彈簧則與閥芯連接。所述閥體包括上部腔室以及位于上部腔室下端的下部腔室，且上部腔室與下部腔室相互插接成一體，另外，所述上部腔室和下部腔室連接體的外圓套接電磁線圈安置腔室， 所述電磁線圈安裝在電磁線圈安置腔室。所述下部腔室內(nèi)接于上部腔室，所述閥芯位于下部腔室的上端。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
由于本發(fā)明所述的閥芯、二次振蕩單元以及閥座組成圖2所示的二自由度動態(tài)模型， 該二自由度動態(tài)模型由頂部14、上彈簧15、上質(zhì)量塊16、下彈簧17、下質(zhì)量塊18和底層19 組成。因此，閥芯打開過程的動力學(xué)特性可以利用式(1)的模型進(jìn)行仿真研究。
權(quán)利要求
1.一種高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥，包括閥體，所述閥體的兩端分別安裝閥端蓋和閥座，閥端蓋開設(shè)進(jìn)油口，而閥座則開設(shè)出油口，所述閥體的內(nèi)腔置有閥芯，且閥芯靠近閥端蓋設(shè)置，所述閥座的內(nèi)腔配合安裝閥關(guān)閉件，另所述閥體內(nèi)腔安裝電磁線圈，其特征在于所述閥芯通過二次振蕩單元支撐在閥體內(nèi)腔設(shè)置的凸臺上，該二次振蕩單元包括運(yùn)動塊以及分別與運(yùn)動塊兩端連接的上部彈簧和下部彈簧，所述下部彈簧安裝在閥體內(nèi)腔的凸臺上，而上部彈簧則與閥芯連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥，其特征在于所述閥體包括上部腔室以及位于上部腔室下端的下部腔室，且上部腔室與下部腔室相互插接成一體，另外，所述上部腔室和下部腔室連接體的外圓套接電磁線圈安置腔室，所述電磁線圈安裝在電磁線圈安置腔室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥，其特征在于所述下部腔室內(nèi)接于上部腔室，所述閥芯位于下部腔室的上端。
4.一種權(quán)利要求1所述高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥的閉合始點(diǎn)的測量方法，其特征在于，首先將電磁線圈驅(qū)動電路、電磁線圈以及串聯(lián)電阻串聯(lián)，且串聯(lián)電阻接地，并在電磁線圈驅(qū)動電路和串聯(lián)電阻之間并聯(lián)閉合始點(diǎn)測量電路，然后通過閉合始點(diǎn)測量電路測量串聯(lián)電阻上的電壓值，假設(shè)電磁線圈的電阻恒定，對電磁線圈加載工作電壓所產(chǎn)生磁路的磁導(dǎo)率數(shù)量級至少為10_2，同時忽略磁飽和和磁泄漏的影響，以測量出電磁線圈的電流變化率Λ/ 從負(fù)值到正值的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對應(yīng)的時刻即為電磁閥的銜鐵抵達(dá)閉合始點(diǎn)的時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥及其閉合始點(diǎn)的測量方法，該高轉(zhuǎn)速燃油電磁閥包括閥體，所述閥體的兩端分別安裝閥端蓋和閥座，所述閥體的內(nèi)腔置有閥芯，且閥芯靠近閥端蓋設(shè)置，所述閥座的內(nèi)腔配合安裝閥關(guān)閉件，另所述閥體內(nèi)腔安裝電磁線圈，所述閥芯通過二次振蕩單元支撐在閥體內(nèi)腔設(shè)置的凸臺上，該二次振蕩單元包括運(yùn)動塊以及分別與運(yùn)動塊兩端連接的上部彈簧和下部彈簧，所述下部彈簧安裝在閥體內(nèi)腔的凸臺上，而上部彈簧則與閥芯連接，因此本發(fā)明有效地減少了原系統(tǒng)反彈振動的幅值；通過對電磁閥閉合始點(diǎn)的精確估計，可以準(zhǔn)確確定加載電壓與保持電壓的切換時刻，提高電磁閥的響應(yīng)速度，同時降低電磁閥的落座速度。
文檔編號F02M61/16GK102182597SQ20111007642
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者張延召, 張艷浩, 武超, 毛建國, 沈峘, 陸廣敏 申請人:南京航空航天大學(xué)