专利名称：高转速燃油电磁阀及其闭合始点的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机燃油喷射系统的电磁阀以及该电磁阀的闭合始点的测量方法，通过该电磁阀的闭合始点测量方法，能够实现高转速下对燃油喷射量的精确控制。
背景技术：
电磁阀是电控燃油喷射系统的核心部件之一，高速电磁阀在实际应用中的主要问题是，电磁铁芯与衔铁之间碰撞导致电磁阀使用寿命降低及产生大量的噪声。降低电磁阀工作噪声也就是要降低电磁阀的落座速度，但降低电磁阀的落座速度会增长电磁阀从全开到全闭(或全闭到全开)的过渡时间，因此过渡时间与落座速度之间是相互矛盾的，在满足过渡时间的情况下，最大限度地降低电磁阀落座速度是电磁阀领域的研究热点。降低落座速度可以部分通过机械结构，或全部通过控制方法来实现。由于电磁阀存在小气隙不稳定性，因此需要对电磁阀进行闭环控制。当衔铁与电磁线圈之间的气隙较大时，可以通过开环控制实现对衔铁位置的精确控制，当气隙减小时，系统将会不稳定，导致衔铁向电磁铁芯加速运动，从而在衔铁与电磁阀阀芯之间产生碰撞。Butzmarm，Melbert 和Kock推导出了衔铁运动速度与电流变化率之间的关系，根据该关系曲线控制电流，可以有效地控制碰撞速度。该控制方法本身较为简单且不需要安装位移传感器，这两点对于控制方法的实用化具有极大的优势，但该方法在有未知力作用于阀杆时，控制性能将会下降， 鲁棒性降低。Tai和Tsao忽略电流动态特性，提出了一种质量_弹簧_阻尼模型，采用PD控制器与迭代学习算法相结合获得了小于0. lm/s的落座速度，但其响应速度最小为20ms，限制了该方法在高转速下的应用。Mianzo提出了一种H00控制器，一种全开/全闭型控制器来实现电流控制，来执行H00控制器，该控制器的有效性没有得到充分的证明；在其后期的研究中，作者利用轨迹跟踪和线性状态反馈来实现“软着陆”。为了减少生产成本，Montanari 等人利用测得的电流和磁通量来对衔铁位移进行重构，从而避免安装位移传感器，利用重构的位移，采用后推算法设计位置跟踪控制器。考虑到电磁阀的周期特性，许多设计者采用周期到周期的补偿控制方法，Hoffmann和Mefanopoulou设计了迭代学习控制器，通过跟踪一条预定义的路径来实现期望的性能。Butzmance仅通过测量电流信号，对无传感器闭环控制算法进行了探索研究，无传感器控制策略通过测量电磁线圈上的电流变化率以及其微分值，将该值与预定义值相比较，根据误差来调整电流增大或减小。算法思想是基于上一个过渡过程的电磁阀着陆性能，来调整下一个工作周期的能量输入，该算法在某内燃机上进行了测试，阀落座速度在0. 2m/s-0. 3m/s。Hoffmann和Menfanopoulou利用相关文献中试验验证过的模型，设计了轨迹跟踪控制器，该控制器包括一个前馈控制器和反馈控制器，位置信号和速度信号通过对衔铁的位置进行估计得到，反馈控制器采用状态反馈控制方法， 利用位置信号反馈，得到了较为理想的阀落座速度。电磁阀的闭环控制需要实时测量衔铁位移、电磁线圈工作电流和磁通量等信号， 考虑到安装空间和生产成本等方面的因素，在大批量生产的燃油喷射系统中往往没有安装此类传感器，因此，虽然闭环控制的研究在近几年取得了较大的突破，在实验室环境下达到了理想的着陆状态，但是不便于大批量生产。近几年部分的研究学者开始研究无传感器控制方法，该方法的主要思想是根据便于测量的信号(一般是电流信号)对位移、电流和磁通量信号进行重构，利用重构的信号进行闭环控制，但是该方法的鲁棒性较低，尚处于前期研究阶段。传统开环控制方法的加载电压与保持电压切换时刻不能随着发动机工况的变化而变化，因此电磁阀动态性能较差。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高转速燃油电磁阀，其通过在现有电磁阀的阀腔中安装二次振荡单元，该二次振荡单元的相位角与现有电磁阀的相位角相互错开， 从而有效地减少原有系统反弹振动的幅值，为减少二次燃油喷射提供了机械结构基础，奠定了燃油精确控制的基础。为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案
一种高转速燃油电磁阀，包括阀体，所述阀体的两端分别安装阀端盖和阀座，阀端盖开设进油口，而阀座则开设出油口，所述阀体的内腔置有阀芯，且阀芯靠近阀端盖设置，所述阀座的内腔配合安装阀关闭件，另所述阀体内腔安装电磁线圈，所述阀芯通过二次振荡单元支撑在阀体内腔设置的凸台上，该二次振荡单元包括运动块以及分别与运动块两端连接的上部弹簧和下部弹簧，所述下部弹簧安装在阀体内腔的凸台上，而上部弹簧则与阀芯连接。所述阀体包括上部腔室以及位于上部腔室下端的下部腔室，且上部腔室与下部腔室相互插接成一体，另外，所述上部腔室和下部腔室连接体的外圆套接电磁线圈安置腔室， 所述电磁线圈安装在电磁线圈安置腔室。所述下部腔室内接于上部腔室，所述阀芯位于下部腔室的上端。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果
由于本发明所述的阀芯、二次振荡单元以及阀座组成图2所示的二自由度动态模型， 该二自由度动态模型由顶部14、上弹簧15、上质量块16、下弹簧17、下质量块18和底层19 组成。因此，阀芯打开过程的动力学特性可以利用式(1)的模型进行仿真研究。
权利要求
1.一种高转速燃油电磁阀，包括阀体，所述阀体的两端分别安装阀端盖和阀座，阀端盖开设进油口，而阀座则开设出油口，所述阀体的内腔置有阀芯，且阀芯靠近阀端盖设置，所述阀座的内腔配合安装阀关闭件，另所述阀体内腔安装电磁线圈，其特征在于所述阀芯通过二次振荡单元支撑在阀体内腔设置的凸台上，该二次振荡单元包括运动块以及分别与运动块两端连接的上部弹簧和下部弹簧，所述下部弹簧安装在阀体内腔的凸台上，而上部弹簧则与阀芯连接。
2.根据权利要求1所述高转速燃油电磁阀，其特征在于所述阀体包括上部腔室以及位于上部腔室下端的下部腔室，且上部腔室与下部腔室相互插接成一体，另外，所述上部腔室和下部腔室连接体的外圆套接电磁线圈安置腔室，所述电磁线圈安装在电磁线圈安置腔室。
3.根据权利要求1所述高转速燃油电磁阀，其特征在于所述下部腔室内接于上部腔室，所述阀芯位于下部腔室的上端。
4.一种权利要求1所述高转速燃油电磁阀的闭合始点的测量方法，其特征在于，首先将电磁线圈驱动电路、电磁线圈以及串联电阻串联，且串联电阻接地，并在电磁线圈驱动电路和串联电阻之间并联闭合始点测量电路，然后通过闭合始点测量电路测量串联电阻上的电压值，假设电磁线圈的电阻恒定，对电磁线圈加载工作电压所产生磁路的磁导率数量级至少为10_2，同时忽略磁饱和和磁泄漏的影响，以测量出电磁线圈的电流变化率Λ/ 从负值到正值的转折点，该转折点所对应的时刻即为电磁阀的衔铁抵达闭合始点的时间。
全文摘要
本发明公开了一种高转速燃油电磁阀及其闭合始点的测量方法，该高转速燃油电磁阀包括阀体，所述阀体的两端分别安装阀端盖和阀座，所述阀体的内腔置有阀芯，且阀芯靠近阀端盖设置，所述阀座的内腔配合安装阀关闭件，另所述阀体内腔安装电磁线圈，所述阀芯通过二次振荡单元支撑在阀体内腔设置的凸台上，该二次振荡单元包括运动块以及分别与运动块两端连接的上部弹簧和下部弹簧，所述下部弹簧安装在阀体内腔的凸台上，而上部弹簧则与阀芯连接，因此本发明有效地减少了原系统反弹振动的幅值；通过对电磁阀闭合始点的精确估计，可以准确确定加载电压与保持电压的切换时刻，提高电磁阀的响应速度，同时降低电磁阀的落座速度。
文档编号F02M61/16GK102182597SQ20111007642
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者张延召, 张艳浩, 武超, 毛建国, 沈峘, 陆广敏 申请人:南京航空航天大学