[發明專利]高轉速燃油電磁閥及其閉合始點的測量方法

有效

• 申請號: 201110076427.6
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN102182597A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 張延召;毛建國;沈峘;武超;陸廣敏;張艷浩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02M51/00
• 分類號: F02M51/00;F02M61/16;F02M65/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術領域

本發明涉及一種用于內燃機燃油噴射系統的電磁閥以及該電磁閥的閉合始點的測量方法，通過該電磁閥的閉合始點測量方法，能夠實現高轉速下對燃油噴射量的精確控制。

背景技術

電磁閥是電控燃油噴射系統的核心部件之一，高速電磁閥在實際應用中的主要問題是，電磁鐵芯與銜鐵之間碰撞導致電磁閥使用壽命降低及產生大量的噪聲。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域的研究熱點。

降低落座速度可以部分通過機械結構，或全部通過控制方法來實現。由于電磁閥存在小氣隙不穩定性，因此需要對電磁閥進行閉環控制。當銜鐵與電磁線圈之間的氣隙較大時，可以通過開環控制實現對銜鐵位置的精確控制，當氣隙減小時，系統將會不穩定，導致銜鐵向電磁鐵芯加速運動，從而在銜鐵與電磁閥閥芯之間產生碰撞。Butzmann，Melbert和Kock推導出了銜鐵運動速度與電流變化率之間的關系，根據該關系曲線控制電流，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，這兩點對于控制方法的實用化具有極大的優勢，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忽略電流動態特性，提出了一種質量-彈簧-阻尼模型，采用PD控制器與迭代學習算法相結合獲得了小于0.1m/s的落座速度，但其響應速度最小為20ms，限制了該方法在高轉速下的應用。Mianzo提出了一種H_∞控制器，一種全開/全閉型控制器來實現電流控制，來執行H_∞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反饋來實現“軟著陸”。為了減少生產成本，Montanari等人利用測得的電流和磁通量來對銜鐵位移進行重構，從而避免安裝位移傳感器，利用重構的位移，采用后推算法設計位置跟蹤控制器?？紤]到電磁閥的周期特性，許多設計者采用周期到周期的補償控制方法，Hoffmann和Stefanopoulou設計了迭代學習控制器，通過跟蹤一條預定義的路徑來實現期望的性能。Butzmance僅通過測量電流信號，對無傳感器閉環控制算法進行了探索研究，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，將該值與預定義值相比較，根據誤差來調整電流增大或減小。算法思想是基于上一個過渡過程的電磁閥著陸性能，來調整下一個工作周期的能量輸入，該算法在某內燃機上進行了測試，閥落座速度在0.2m/s-0.3m/s。Hoffmann和Stenfanopoulou利用相關文獻中試驗驗證過的模型，設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行估計得到，反饋控制器采用狀態反饋控制方法，利用位置信號反饋，得到了較為理想的閥落座速度。

電磁閥的閉環控制需要實時測量銜鐵位移、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成本等方面的因素，在大批量生產的燃油噴射系統中往往沒有安裝此類傳感器，因此，雖然閉環控制的研究在近幾年取得了較大的突破，在實驗室環境下達到了理想的著陸狀態，但是不便于大批量生產。近幾年部分的研究學者開始研究無傳感器控制方法，該方法的主要思想是根據便于測量的信號（一般是電流信號）對位移、電流和磁通量信號進行重構，利用重構的信號進行閉環控制，但是該方法的魯棒性較低，尚處于前期研究階段。

傳統開環控制方法的加載電壓與保持電壓切換時刻不能隨著發動機工況的變化而變化，因此電磁閥動態性能較差。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種高轉速燃油電磁閥，其通過在現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有電磁閥的相位角相互錯開，從而有效地減少原有系統反彈振動的幅值，為減少二次燃油噴射提供了機械結構基礎，奠定了燃油精確控制的基礎。

為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：

一種高轉速燃油電磁閥，包括閥體，所述閥體的兩端分別安裝閥端蓋和閥座，閥端蓋開設進油口，而閥座則開設出油口，所述閥體的內腔置有閥芯，且閥芯靠近閥端蓋設置，所述閥座的內腔配合安裝閥關閉件，另所述閥體內腔安裝電磁線圈，所述閥芯通過二次振蕩單元支撐在閥體內腔設置的凸臺上，該二次振蕩單元包括運動塊以及分別與運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腔的凸臺上，而上部彈簧則與閥芯連接。