專利名稱：Vvt發(fā)動機控制閥及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動機的控制技術(shù)，尤其是一種VVT技術(shù)中通過機械式開口來補償磁滯非線性的VVT發(fā)動機控制閥及其控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)汽車汽油發(fā)動機是由曲軸經(jīng)鏈輪帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，凸輪推動氣門頂桿，按序控制氣門關(guān)閉和開啟，實現(xiàn)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(tǒng)的發(fā)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(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速工況時的工作需要。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)過固定角度所用的時間逐漸變小，造成功率下降。發(fā)動機工作時的轉(zhuǎn)速很高，比如四沖程發(fā)動機的一個工作形成僅需千分之幾秒， 這么短促的時間往往會引起發(fā)動機進氣不足，排氣不凈，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(guān)，以滿足進氣充足，排氣干凈的要求。在這種情況下，必然會出現(xiàn)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(xù)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(fā)動機性能的影響卻相當(dāng)大。發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，每個汽缸一個周期內(nèi)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(fā)動機需要盡可能長的吸氣和排氣時間。當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時，要求的重疊角度越大。也就是說，如果配氣機構(gòu)的設(shè)計是對高轉(zhuǎn)速工況優(yōu)化的，發(fā)動機容易在較高的轉(zhuǎn)速下，獲得較大的峰值功率。但是在低轉(zhuǎn)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(nèi)氣流也會紊亂，此時ECU也會難以對占空比進行精確的控制，從而導(dǎo)致怠速不穩(wěn)，低速扭矩偏低。相反，如果配氣機構(gòu)只對低轉(zhuǎn)速工況優(yōu)化，發(fā)動機就無法在高轉(zhuǎn)速下達到較高的峰值功率。所以傳統(tǒng)的發(fā)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(yōu)狀態(tài)。比如中國專利局于2006年7月12日公告了一份CN1263942C號專利，名稱為內(nèi)燃機的電磁驅(qū)動氣閥控制裝置和電磁驅(qū)動氣閥控制方法。主CPU機遇內(nèi)燃機的運行狀態(tài)， 來判定是否存在單氣閥驅(qū)動要求，當(dāng)判定存在單氣閥驅(qū)動要求是，就要判定在開啟器件之間是否存在重疊器件。當(dāng)判定不存在重疊期間時，就執(zhí)行高速控制來控制電磁驅(qū)動氣閥。當(dāng)判定不存在單氣閥驅(qū)動要求時，或當(dāng)判定存在重疊期間時，就執(zhí)行低速控制來控制電磁驅(qū)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(chǎn)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(chǎn)生的磁力特性本身是非線性的，采用脈沖信號控制，其特性也是非線性的，不符合系統(tǒng)要求整個工作區(qū)都能精確線性控制的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的發(fā)動機的凸輪軸的相位角為固定角度，隨著轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)過固定角度所用的時間逐漸變小，造成進氣不足、排氣不凈的缺陷，提供一種VVT發(fā)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后，盡可能延長吸氣和排氣時間，滿足進氣充足、排氣干凈的要求。本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)中線圈產(chǎn)生的磁力特性本身是非線性的，不符合系統(tǒng)要求整個工作區(qū)都能精確線性控制的目的的缺陷，提供一種VVT發(fā)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(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種VVT發(fā)動機控制閥，包括外殼和設(shè)置在外殼內(nèi)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(shè)置在罩殼內(nèi)的閥芯、及連接閥芯端部和罩殼端部的彈簧，罩殼壁上設(shè)置有一個進油口和處于進油口兩側(cè)的滯后腔出油口和提前腔出油口，閥芯的外周上設(shè)置凹陷的補償區(qū)，補償區(qū)的兩端為與磁力特性非線性相對應(yīng)并能重疊成線性的弧形面。繞組總成在電壓變化時磁力會發(fā)生線性改變，出現(xiàn)非線性特性，從而造成控制氣門的油路發(fā)生變化，不能精確控制發(fā)動機氣門的開閉，通過繞組總成一端的控制部件，實現(xiàn)氣門提前開啟/關(guān)閉、滯后開啟/ 關(guān)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于線性狀態(tài)；閥芯的外周設(shè)置的補償區(qū)為凹陷結(jié)構(gòu)，閥芯軸向移動分別連通提前腔出油口和滯后腔出油口時提供的控制油量發(fā)生變化，結(jié)合補償區(qū)兩端的弧形面，使得控制油量的變化處于非線性狀態(tài)，該非線性狀態(tài)與磁力的非線性特性相補充，最終使得氣門的控制處于線性狀態(tài)；彈簧主要對閥芯起復(fù)位作用。作為優(yōu)選，補償區(qū)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(yīng)滯后腔出油口，凸弧形面對應(yīng)提前腔出油口。氣門提前開啟/關(guān)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(yīng)，對磁力在低速階段的非線性進行補償；氣門滯后開啟/關(guān)閉時需要逐漸減小油量，因此使用凹弧形面與滯后腔出油口對應(yīng)，對磁力在高速階段的非線性進行補償。作為優(yōu)選，弧形面的最大直徑小于閥芯的外徑，弧形面的最大直徑部位處設(shè)置有方形的缺口，缺口分別處于兩弧形面的兩端部位。先測得一組控制閥，比如10個控制在未采取補償情況下其電流與形成的非線性特性；然后根據(jù)測得的這一組控制閥的非線性特性，取每個電流對應(yīng)點的位移的平均值，畫出平均值的位移特性曲線；接著根據(jù)位移特性曲線可得到補償區(qū)的斜率α，同時得到補償區(qū)的深度為arctga ；其中對應(yīng)滯后腔出油口的缺口的長與寬為 1= 2=2/3、，對應(yīng)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(yōu)選，滯后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(diào)換，根據(jù)具體的安裝及操作習(xí)慣設(shè)定。作為優(yōu)選，罩殼呈一端開口、另一端為半封閉的中空結(jié)構(gòu)，半封閉端的中間設(shè)置有圓孔，閥芯的軸線部設(shè)置有盲孔，盲孔的兩端設(shè)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(shè)置有所述的彈簧。彈簧自由狀態(tài)時，閥芯處于中間的位置，關(guān)閉提前、滯后出油口，此時，執(zhí)行器轉(zhuǎn)子保持不動。作為優(yōu)選，罩殼上的滯后腔出油口和提前腔進油口在罩殼內(nèi)壁處設(shè)置有阻擋部， 阻擋部的內(nèi)徑與閥芯的外徑相配，罩殼上的進油口、滯后腔出油口和提前腔出油口中至多只有兩個與補償區(qū)相通。當(dāng)E⑶信號占空比大于46%以上時，OCV閥根據(jù)信號占空比閥芯
5向提前方向運動，打開相應(yīng)提前腔出油口、向執(zhí)行器提前腔送去油壓、推動執(zhí)行器的轉(zhuǎn)子帶動凸輪軸向提前方向轉(zhuǎn)動，以達到進氣或排氣提前之目的。當(dāng)ECU信號占空比小于某值以下，OCV閥的閥芯向滯后方向運動，打開相應(yīng)滯后腔出油口，向執(zhí)行器滯后腔送去油壓，推動執(zhí)行器轉(zhuǎn)子向滯后方向帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，以達到進氣或排氣滯后之目的。本發(fā)明是利用機械開口微調(diào)補償OCV閥閥芯位移非線性的缺陷。作為優(yōu)選，繞組總成包括處于中間的銜鐵和極靴、套置在外部的磁軛，銜鐵和極靴外部纏繞有線圈，銜鐵和極靴相分離并形成主氣隙，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(cè)。當(dāng)汽車運行在怠速、低速時，由于車載ECU信號占空比小，S卩加在OCV閥上平均電壓值小，加之由靜態(tài)到動態(tài)的靜摩擦力等因素，啟動時其閥芯很難實現(xiàn)線性控制，所以特性初始段需要機械補償，隨著ECU信號占空比的增加，閥芯先打開滯后口，當(dāng)車速達到中速某個值后，閥芯繼續(xù)向開啟提前口方向運動，當(dāng)閥芯行程達到打開提前口后，才推動執(zhí)行器轉(zhuǎn)子帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)進排氣的提前控制。一種VVT發(fā)動機控制閥的控制方法，包括如下步驟(1)、發(fā)動機中央控制單元ECU 存有發(fā)動機各種工況下對應(yīng)的不同占空比方波信號，同時ECU存有凸輪軸最佳修正相位的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)凸輪軸的轉(zhuǎn)動相位角的合格鑒別和系統(tǒng)反饋控制之功能。(2)、在發(fā)動機運行中，有關(guān)工況傳感器信號送到E⑶，E⑶根據(jù)送入的工況信號， 給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)脈寬的方波信號。(3)、控制閥根據(jù)送入的信號、閥芯運行到相應(yīng)位置，開啟提前腔出油口或滯后腔出油口，以推動執(zhí)行器轉(zhuǎn)子向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動，從而帶動凸輪軸向提前或滯后方向旋轉(zhuǎn)。(4)、發(fā)動機升速時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，此時，控制閥開啟相應(yīng)大小的提前腔出油口送油至執(zhí)行器，驅(qū)動凸輪軸向提前方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度。(5)、發(fā)動機降速時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，控制閥開啟相應(yīng)的滯后腔出油口，油壓送至執(zhí)行器滯后腔，以驅(qū)動凸輪軸向滯后方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度。(6)、當(dāng)發(fā)動機穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速時，ECU給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號， 此時控制閥運行至關(guān)閉位置，所謂關(guān)閉位置是指閥芯運行在提前腔出油口和滯后腔出油口都封堵時，此時，凸輪軸保持原位，相位角不變。本發(fā)明的有益效果是通過連接的閥芯，閥芯外周設(shè)置的補償區(qū)對控制閥進行機械式線性補償，補償區(qū)與提前腔出油口或滯后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(diào)節(jié)，實現(xiàn)提前打開進氣門、提前打開排氣門、滯后打開進氣門和滯后打開排氣門的動作的精確性。


圖1是本發(fā)明一種結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明圖1所示的A處局部放大圖； 圖3是本發(fā)明一種補償控制原理圖中1、外殼，2、磁軛，3、線圈，4、罩殼，5、滯后腔出油口，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、滯后腔缺口，14、凹弧形面，15、補償區(qū)，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，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例一種VVT發(fā)動機控制閥(參見附圖1)，包括外殼1和設(shè)置在外殼內(nèi)部的繞組總成，繞組總成的一端連接有控制部件。繞組總成包括處于中間的銜鐵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，銜鐵和極靴相分離并形成主氣隙，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(cè)?？刂撇考?參見附圖2)包括罩殼4、設(shè)置在罩殼內(nèi)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(jié)構(gòu)。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(shè)置有密封圈。半封閉端的中間設(shè)置有圓孔，閥芯的軸線部設(shè)置有盲孔9，盲孔的兩端端設(shè)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(nèi)壁設(shè)置有臺階，彈簧設(shè)置在臺階與罩殼的半封閉端。罩殼壁上設(shè)置有一個進油口 6和處于進油口兩側(cè)的滯后腔出油口 5和提前腔出油口 7。罩殼上的滯后腔出油口和提前腔進油口在罩殼內(nèi)壁處設(shè)置有阻擋部18，阻擋部的內(nèi)徑與閥芯的外徑相配。閥芯的外周上設(shè)置補償區(qū)15，補償區(qū)的兩端為與磁力特性非線性相對應(yīng)并能重疊成線性的弧形面。弧形面的最大直徑小于閥芯的外徑，弧形面的最大直徑部位處設(shè)置有方形的缺口，缺口分別處于兩弧形面的兩端部位。對應(yīng)滯后腔出油口的一側(cè)為凹弧形面14，對應(yīng)提前腔出油口的一側(cè)為凸弧形面16。處于凹弧形面的為滯后腔缺口 13， 處于凸弧形面的為提前腔缺口 17。罩殼上的進油口、滯后腔出油口和提前腔出油口中至多只有兩個與補償區(qū)相通。一種VVT發(fā)動機控制閥的控制方法(參見附圖3)，包括如下步驟(1)、發(fā)動機中央控制單元ECU存有發(fā)動機各種工況下對應(yīng)的不同占空比方波信號，同時ECU存有凸輪軸最佳修正相位的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)凸輪軸的轉(zhuǎn)動相位角的合格鑒別和系統(tǒng)反饋控制之功能。(2)、在發(fā)動機運行中，有關(guān)工況傳感器信號送到E⑶，E⑶根據(jù)送入的工況信號， 給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)脈寬的方波信號。(3)、控制閥根據(jù)送入的信號、閥芯運行到相應(yīng)位置，開啟提前腔出油口或滯后腔出油口，以推動執(zhí)行器轉(zhuǎn)子向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動，從而帶動凸輪軸向提前或滯后方向旋轉(zhuǎn)。(4)、發(fā)動機升速時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，此時，控制閥開啟相應(yīng)大小的提前腔出油口送油至執(zhí)行器，驅(qū)動凸輪軸向提前方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度。(5)、發(fā)動機降速時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，控制閥開啟相應(yīng)的滯后腔出油口，油壓送至執(zhí)行器滯后腔，以驅(qū)動凸輪軸向滯后方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度。(6)、當(dāng)發(fā)動機穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速時，ECU給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號， 此時控制閥運行至關(guān)閉位置，所謂關(guān)閉位置是指閥芯運行在提前腔出油口和滯后腔出油口都封堵時，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(fā)明的一種較佳方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求
1.一種VVT發(fā)動機控制閥，包括外殼(1)和設(shè)置在外殼內(nèi)部的繞組總成，其特征在于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(shè)置在罩殼內(nèi)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(shè)置有一個進油口(6)和處于進油口兩側(cè)的滯后腔出油口(5)和提前腔出油口(7)，閥芯的外周上設(shè)置凹陷的補償區(qū)(15)，補償區(qū)的兩端為與磁力特性非線性相對應(yīng)并能重疊成線性的弧形面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VVT發(fā)動機控制閥，其特征在于補償區(qū)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(yīng)滯后腔出油口，凸弧形面對應(yīng)提前腔出油口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的VVT發(fā)動機控制閥，其特征在于弧形面的最大直徑小于閥芯的外徑，弧形面的最大直徑部位處設(shè)置有方形的缺口，缺口分別處于兩弧形面的兩端部位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的VVT發(fā)動機控制閥，其特征在于滯后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(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的VVT發(fā)動機控制閥，其特征在于罩殼呈一端開口、另一端為半封閉的中空結(jié)構(gòu)，半封閉端的中間設(shè)置有圓孔，閥芯的軸線部設(shè)置有盲孔(9)，盲孔的兩端端設(shè)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(shè)置有所述的彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的VVT發(fā)動機控制閥，其特征在于罩殼上的滯后腔出油口和提前腔進油口在罩殼內(nèi)壁處設(shè)置有阻擋部(18)，阻擋部的內(nèi)徑與閥芯的外徑相配， 罩殼上的進油口、滯后腔出油口和提前腔出油口中至多只有兩個與補償區(qū)相通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的VVT發(fā)動機控制閥，其特征在于繞組總成包括處于中間的銜鐵(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)，銜鐵和極靴相分離并形成主氣隙，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(cè)。
8.—種權(quán)利要求1至7任一一項所述的VVT發(fā)動機控制閥的控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)、發(fā)動機中央控制單元ECU存有發(fā)動機各種工況下對應(yīng)的不同占空比方波信號，同時ECU存有凸輪軸最佳修正相位的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)凸輪軸的轉(zhuǎn)動相位角的合格鑒別和系統(tǒng)反饋控制之功能；(2)、在發(fā)動機運行中，有關(guān)工況傳感器信號送到E⑶，E⑶根據(jù)送入的工況信號，給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)脈寬的方波信號；(3)、控制閥根據(jù)送入的信號、閥芯運行到相應(yīng)位置，開啟提前腔出油口或滯后腔出油口，以推動執(zhí)行器轉(zhuǎn)子向相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動，從而帶動凸輪軸向提前或滯后方向旋轉(zhuǎn)；(4)、發(fā)動機升速時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，此時，控制閥開啟相應(yīng)大小的提前腔出油口送油至執(zhí)行器，驅(qū)動凸輪軸向提前方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度；(5)、發(fā)動機降速時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，控制閥開啟相應(yīng)的滯后腔出油口，油壓送至執(zhí)行器滯后腔，以驅(qū)動凸輪軸向滯后方向轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度；(6)、當(dāng)發(fā)動機穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速時，ECU給進氣、排氣控制閥送去相應(yīng)的脈寬信號，此時控制閥運行至關(guān)閉位置，所謂關(guān)閉位置是指閥芯運行在提前腔出油口和滯后腔出油口都封堵時，此時，凸輪軸保持原位，相位角不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種VVT技術(shù)中通過機械式開口來補償磁滯非線性的VVT發(fā)動機控制閥及其控制方法。解決了傳統(tǒng)的發(fā)動機的凸輪軸隨著轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)過固定角度所用的時間逐漸變小，造成進氣不足、排氣不凈的缺陷，外殼內(nèi)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(shè)置有一個進油口和處于進油口兩側(cè)的滯后腔出油口和提前腔出油口，閥芯的外周上設(shè)置凹陷的補償區(qū)，補償區(qū)的兩端為與磁力特性非線性相對應(yīng)并能重疊成線性的弧形面通過連接的閥芯，閥芯外周設(shè)置的補償區(qū)對控制閥進行機械式線性補償，補償區(qū)與提前腔出油口或滯后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(diào)節(jié)。
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(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者黃金火 申請人:寧波諾依克電子有限公司