专利名称：Vvt发动机控制阀及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车发动机的控制技术，尤其是一种VVT技术中通过机械式开口来补偿磁滞非线性的VVT发动机控制阀及其控制方法。
背景技术：
传统汽车汽油发动机是由曲轴经链轮带动凸轮轴转动，凸轮推动气门顶杆，按序控制气门关闭和开启，实现进气、压缩、燃烧和排气，整个运行过程都按照凸轮形状所给定的角度运作。传统的发动机进排气开闭时间都是固定的，但是这种固定不变的气门正时很难顾及到发动机在不同转速工况时的工作需要。随着发动机转速提高，转过固定角度所用的时间逐渐变小，造成功率下降。发动机工作时的转速很高，比如四冲程发动机的一个工作形成仅需千分之几秒， 这么短促的时间往往会引起发动机进气不足，排气不净，造成功率下降。因此就需要利用气流的进气惯性，气门要早开晚关，以满足进气充足，排气干净的要求。在这种情况下，必然会出现一个进气门和排气门同时开启的时刻，配气相位上称为“重叠阶段”。重叠持续的相对时程可以用此间活塞运行配气相位的相对角度来衡量。这种重叠的角度通常都很小，可以对发动机性能的影响却相当大。发动机转速越高，每个汽缸一个周期内留给吸气和排气的绝对时间也越短，因此想要达到较好的充气效率，这时发动机需要尽可能长的吸气和排气时间。当转速越高时，要求的重叠角度越大。也就是说，如果配气机构的设计是对高转速工况优化的，发动机容易在较高的转速下，获得较大的峰值功率。但是在低转速工况下，过大的重叠角则会使得废气过多的泻入进气歧管，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，此时ECU也会难以对占空比进行精确的控制，从而导致怠速不稳，低速扭矩偏低。相反，如果配气机构只对低转速工况优化，发动机就无法在高转速下达到较高的峰值功率。所以传统的发动机都是一个折衷方案，不可能在两种截然不同的工况下都达到最优状态。比如中国专利局于2006年7月12日公告了一份CN1263942C号专利，名称为内燃机的电磁驱动气阀控制装置和电磁驱动气阀控制方法。主CPU机遇内燃机的运行状态， 来判定是否存在单气阀驱动要求，当判定存在单气阀驱动要求是，就要判定在开启器件之间是否存在重叠器件。当判定不存在重叠期间时，就执行高速控制来控制电磁驱动气阀。当判定不存在单气阀驱动要求时，或当判定存在重叠期间时，就执行低速控制来控制电磁驱动气阀。电磁阀行程或通道开口都是由电流大小来控制，利用产生电磁力与弹簧合力差的方向和大小来控制运动方向和行程，达到控制一定油压的流量。但是线圈产生的磁力特性本身是非线性的，采用脉冲信号控制，其特性也是非线性的，不符合系统要求整个工作区都能精确线性控制的目的。
发明内容
本发明解决了传统的发动机的凸轮轴的相位角为固定角度，随着转速提高，转过固定角度所用的时间逐渐变小，造成进气不足、排气不净的缺陷，提供一种VVT发动机控制阀及其控制方法，对凸轮轴相位角进行补偿或者滞后，尽可能延长吸气和排气时间，满足进气充足、排气干净的要求。本发明还解决了现有技术中线圈产生的磁力特性本身是非线性的，不符合系统要求整个工作区都能精确线性控制的目的的缺陷，提供一种VVT发动机控制阀及其控制方法，对磁力特性通过机械开口的方式进行补偿，使得整个合成特性达到线性控制的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种VVT发动机控制阀，包括外壳和设置在外壳内部的绕组总成，绕组总成的一端连接有控制部件，所述的控制部件包括罩壳、设置在罩壳内的阀芯、及连接阀芯端部和罩壳端部的弹簧，罩壳壁上设置有一个进油口和处于进油口两侧的滞后腔出油口和提前腔出油口，阀芯的外周上设置凹陷的补偿区，补偿区的两端为与磁力特性非线性相对应并能重叠成线性的弧形面。绕组总成在电压变化时磁力会发生线性改变，出现非线性特性，从而造成控制气门的油路发生变化，不能精确控制发动机气门的开闭，通过绕组总成一端的控制部件，实现气门提前开启/关闭、滞后开启/ 关闭和保持不变来对非线性进行补偿，从而使得控制阀的控制处于线性状态；阀芯的外周设置的补偿区为凹陷结构，阀芯轴向移动分别连通提前腔出油口和滞后腔出油口时提供的控制油量发生变化，结合补偿区两端的弧形面，使得控制油量的变化处于非线性状态，该非线性状态与磁力的非线性特性相补充，最终使得气门的控制处于线性状态；弹簧主要对阀芯起复位作用。作为优选，补偿区两端的弧形面分别为凹弧形面和凸弧形面，其中凹弧形面对应滞后腔出油口，凸弧形面对应提前腔出油口。气门提前开启/关闭时需要逐渐增加油量，因此使用凸弧形面与提前腔出油口相对应，对磁力在低速阶段的非线性进行补偿；气门滞后开启/关闭时需要逐渐减小油量，因此使用凹弧形面与滞后腔出油口对应，对磁力在高速阶段的非线性进行补偿。作为优选，弧形面的最大直径小于阀芯的外径，弧形面的最大直径部位处设置有方形的缺口，缺口分别处于两弧形面的两端部位。先测得一组控制阀，比如10个控制在未采取补偿情况下其电流与形成的非线性特性；然后根据测得的这一组控制阀的非线性特性，取每个电流对应点的位移的平均值，画出平均值的位移特性曲线；接着根据位移特性曲线可得到补偿区的斜率α，同时得到补偿区的深度为arctga ；其中对应滞后腔出油口的缺口的长与宽为 1= 2=2/3、，对应提前腔出油口的缺口的长与宽为 3= 4=2/3Ι^，其中 Ltl为提前总行程。作为优选，滞后腔出油口靠近绕组总成一端，提前腔出油口远离绕组总成一端。两者可以调换，根据具体的安装及操作习惯设定。作为优选，罩壳呈一端开口、另一端为半封闭的中空结构，半封闭端的中间设置有圆孔，阀芯的轴线部设置有盲孔，盲孔的两端设置有垂直阀芯轴线的油孔，盲孔的开口端朝向罩壳半封闭端，盲孔的开口端与半封闭端之间设置有所述的弹簧。弹簧自由状态时，阀芯处于中间的位置，关闭提前、滞后出油口，此时，执行器转子保持不动。作为优选，罩壳上的滞后腔出油口和提前腔进油口在罩壳内壁处设置有阻挡部， 阻挡部的内径与阀芯的外径相配，罩壳上的进油口、滞后腔出油口和提前腔出油口中至多只有两个与补偿区相通。当E⑶信号占空比大于46%以上时，OCV阀根据信号占空比阀芯
5向提前方向运动，打开相应提前腔出油口、向执行器提前腔送去油压、推动执行器的转子带动凸轮轴向提前方向转动，以达到进气或排气提前之目的。当ECU信号占空比小于某值以下，OCV阀的阀芯向滞后方向运动，打开相应滞后腔出油口，向执行器滞后腔送去油压，推动执行器转子向滞后方向带动凸轮轴转动，以达到进气或排气滞后之目的。本发明是利用机械开口微调补偿OCV阀阀芯位移非线性的缺陷。作为优选，绕组总成包括处于中间的衔铁和极靴、套置在外部的磁轭，衔铁和极靴外部缠绕有线圈，衔铁和极靴相分离并形成主气隙，磁轭与衔铁相分离形成第一气隙，磁轭与极靴相分离形成第二气隙，其中极靴朝向控制部件一侧。当汽车运行在怠速、低速时，由于车载ECU信号占空比小，S卩加在OCV阀上平均电压值小，加之由静态到动态的静摩擦力等因素，启动时其阀芯很难实现线性控制，所以特性初始段需要机械补偿，随着ECU信号占空比的增加，阀芯先打开滞后口，当车速达到中速某个值后，阀芯继续向开启提前口方向运动，当阀芯行程达到打开提前口后，才推动执行器转子带动凸轮轴转动，以实现进排气的提前控制。一种VVT发动机控制阀的控制方法，包括如下步骤(1)、发动机中央控制单元ECU 存有发动机各种工况下对应的不同占空比方波信号，同时ECU存有凸轮轴最佳修正相位的数据，以实现凸轮轴的转动相位角的合格鉴别和系统反馈控制之功能。(2)、在发动机运行中，有关工况传感器信号送到E⑶，E⑶根据送入的工况信号， 给进气、排气控制阀送去相应脉宽的方波信号。(3)、控制阀根据送入的信号、阀芯运行到相应位置，开启提前腔出油口或滞后腔出油口，以推动执行器转子向相应方向转动，从而带动凸轮轴向提前或滞后方向旋转。(4)、发动机升速时，ECU根据发动机转速，给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，此时，控制阀开启相应大小的提前腔出油口送油至执行器，驱动凸轮轴向提前方向转动相应角度。(5)、发动机降速时，ECU根据发动机转速给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，控制阀开启相应的滞后腔出油口，油压送至执行器滞后腔，以驱动凸轮轴向滞后方向转动相应角度。(6)、当发动机稳定在某一转速时，ECU给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号， 此时控制阀运行至关闭位置，所谓关闭位置是指阀芯运行在提前腔出油口和滞后腔出油口都封堵时，此时，凸轮轴保持原位，相位角不变。本发明的有益效果是通过连接的阀芯，阀芯外周设置的补偿区对控制阀进行机械式线性补偿，补偿区与提前腔出油口或滞后腔出油口连通从而确保对凸轮轴的凸轮的相位角进行线性调节，实现提前打开进气门、提前打开排气门、滞后打开进气门和滞后打开排气门的动作的精确性。
图1是本发明一种结构示意图2是本发明图1所示的A处局部放大图； 图3是本发明一种补偿控制原理图中1、外壳，2、磁轭，3、线圈，4、罩壳，5、滞后腔出油口，6、进油口，7、提前腔出油口，8、弹簧，9、盲孔，10、阀芯，11、极靴，12、衔铁，13、滞后腔缺口，14、凹弧形面，15、补偿区，16、
凸弧形面，17、提前腔缺口，18、阻挡部。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例一种VVT发动机控制阀(参见附图1)，包括外壳1和设置在外壳内部的绕组总成，绕组总成的一端连接有控制部件。绕组总成包括处于中间的衔铁12和极靴11、套置在外部的磁轭2，衔铁和极靴外部缠绕有线圈3，衔铁和极靴相分离并形成主气隙，磁轭与衔铁相分离形成第一气隙，磁轭与极靴相分离形成第二气隙，其中极靴朝向控制部件一侧。控制部件(参见附图2)包括罩壳4、设置在罩壳内的阀芯10、及连接阀芯端部和罩壳端部的弹簧8。罩壳呈一端开口、另一端为半封闭的中空结构。开口的一端与绕组总成的端部过盈配合，过盈配合的端面处设置有密封圈。半封闭端的中间设置有圆孔，阀芯的轴线部设置有盲孔9，盲孔的两端端设置有垂直阀芯轴线的油孔，盲孔的开口端朝向罩壳半封闭端。盲孔的开口端的内壁设置有台阶，弹簧设置在台阶与罩壳的半封闭端。罩壳壁上设置有一个进油口 6和处于进油口两侧的滞后腔出油口 5和提前腔出油口 7。罩壳上的滞后腔出油口和提前腔进油口在罩壳内壁处设置有阻挡部18，阻挡部的内径与阀芯的外径相配。阀芯的外周上设置补偿区15，补偿区的两端为与磁力特性非线性相对应并能重叠成线性的弧形面。弧形面的最大直径小于阀芯的外径，弧形面的最大直径部位处设置有方形的缺口，缺口分别处于两弧形面的两端部位。对应滞后腔出油口的一侧为凹弧形面14，对应提前腔出油口的一侧为凸弧形面16。处于凹弧形面的为滞后腔缺口 13， 处于凸弧形面的为提前腔缺口 17。罩壳上的进油口、滞后腔出油口和提前腔出油口中至多只有两个与补偿区相通。一种VVT发动机控制阀的控制方法(参见附图3)，包括如下步骤(1)、发动机中央控制单元ECU存有发动机各种工况下对应的不同占空比方波信号，同时ECU存有凸轮轴最佳修正相位的数据，以实现凸轮轴的转动相位角的合格鉴别和系统反馈控制之功能。(2)、在发动机运行中，有关工况传感器信号送到E⑶，E⑶根据送入的工况信号， 给进气、排气控制阀送去相应脉宽的方波信号。(3)、控制阀根据送入的信号、阀芯运行到相应位置，开启提前腔出油口或滞后腔出油口，以推动执行器转子向相应方向转动，从而带动凸轮轴向提前或滞后方向旋转。(4)、发动机升速时，ECU根据发动机转速，给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，此时，控制阀开启相应大小的提前腔出油口送油至执行器，驱动凸轮轴向提前方向转动相应角度。(5)、发动机降速时，ECU根据发动机转速给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，控制阀开启相应的滞后腔出油口，油压送至执行器滞后腔，以驱动凸轮轴向滞后方向转动相应角度。(6)、当发动机稳定在某一转速时，ECU给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号， 此时控制阀运行至关闭位置，所谓关闭位置是指阀芯运行在提前腔出油口和滞后腔出油口都封堵时，此时，凸轮轴保持原位，相位角不变。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
权利要求
1.一种VVT发动机控制阀，包括外壳(1)和设置在外壳内部的绕组总成，其特征在于绕组总成的一端连接有控制部件，所述的控制部件包括罩壳(4)、设置在罩壳内的阀芯(10)、 及连接阀芯端部和罩壳端部的弹簧(8)，罩壳壁上设置有一个进油口(6)和处于进油口两侧的滞后腔出油口(5)和提前腔出油口(7)，阀芯的外周上设置凹陷的补偿区(15)，补偿区的两端为与磁力特性非线性相对应并能重叠成线性的弧形面。
2.根据权利要求1所述的VVT发动机控制阀，其特征在于补偿区两端的弧形面分别为凹弧形面(14)和凸弧形面(16)，其中凹弧形面对应滞后腔出油口，凸弧形面对应提前腔出油口。
3.根据权利要求1所述的VVT发动机控制阀，其特征在于弧形面的最大直径小于阀芯的外径，弧形面的最大直径部位处设置有方形的缺口，缺口分别处于两弧形面的两端部位。
4.根据权利要求1或2或3所述的VVT发动机控制阀，其特征在于滞后腔出油口靠近绕组总成一端，提前腔出油口远离绕组总成一端。
5.根据权利要求1或2或3所述的VVT发动机控制阀，其特征在于罩壳呈一端开口、另一端为半封闭的中空结构，半封闭端的中间设置有圆孔，阀芯的轴线部设置有盲孔(9)，盲孔的两端端设置有垂直阀芯轴线的油孔，盲孔的开口端朝向罩壳半封闭端，盲孔的开口端与半封闭端之间设置有所述的弹簧。
6.根据权利要求1或2或3所述的VVT发动机控制阀，其特征在于罩壳上的滞后腔出油口和提前腔进油口在罩壳内壁处设置有阻挡部(18)，阻挡部的内径与阀芯的外径相配， 罩壳上的进油口、滞后腔出油口和提前腔出油口中至多只有两个与补偿区相通。
7.根据权利要求1或2或3所述的VVT发动机控制阀，其特征在于绕组总成包括处于中间的衔铁(12)和极靴(110、套置在外部的磁轭(20，衔铁和极靴外部缠绕有线圈(3)，衔铁和极靴相分离并形成主气隙，磁轭与衔铁相分离形成第一气隙，磁轭与极靴相分离形成第二气隙，其中极靴朝向控制部件一侧。
8.—种权利要求1至7任一一项所述的VVT发动机控制阀的控制方法，其特征在于包括如下步骤(1)、发动机中央控制单元ECU存有发动机各种工况下对应的不同占空比方波信号，同时ECU存有凸轮轴最佳修正相位的数据，以实现凸轮轴的转动相位角的合格鉴别和系统反馈控制之功能；(2)、在发动机运行中，有关工况传感器信号送到E⑶，E⑶根据送入的工况信号，给进气、排气控制阀送去相应脉宽的方波信号；(3)、控制阀根据送入的信号、阀芯运行到相应位置，开启提前腔出油口或滞后腔出油口，以推动执行器转子向相应方向转动，从而带动凸轮轴向提前或滞后方向旋转；(4)、发动机升速时，ECU根据发动机转速，给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，此时，控制阀开启相应大小的提前腔出油口送油至执行器，驱动凸轮轴向提前方向转动相应角度；(5)、发动机降速时，ECU根据发动机转速给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，控制阀开启相应的滞后腔出油口，油压送至执行器滞后腔，以驱动凸轮轴向滞后方向转动相应角度；(6)、当发动机稳定在某一转速时，ECU给进气、排气控制阀送去相应的脉宽信号，此时控制阀运行至关闭位置，所谓关闭位置是指阀芯运行在提前腔出油口和滞后腔出油口都封堵时，此时，凸轮轴保持原位，相位角不变。
全文摘要
本发明涉及一种VVT技术中通过机械式开口来补偿磁滞非线性的VVT发动机控制阀及其控制方法。解决了传统的发动机的凸轮轴随着转速提高，转过固定角度所用的时间逐渐变小，造成进气不足、排气不净的缺陷，外壳内部的绕组总成的一端连接有控制部件，控制部件的罩壳壁上设置有一个进油口和处于进油口两侧的滞后腔出油口和提前腔出油口，阀芯的外周上设置凹陷的补偿区，补偿区的两端为与磁力特性非线性相对应并能重叠成线性的弧形面通过连接的阀芯，阀芯外周设置的补偿区对控制阀进行机械式线性补偿，补偿区与提前腔出油口或滞后腔出油口连通从而确保对凸轮轴的凸轮的相位角进行线性调节。
文档编号F01L9/04GK102367751SQ201110278549
公开日2012年3月7日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者黄金火 申请人:宁波诺依克电子有限公司