專利名稱：電磁閥的控制設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及一種用來(lái)操作電磁閥的控制設(shè)備和方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明是關(guān)于用來(lái)基于一電磁鐵的電磁力打開(kāi)和關(guān)閉一電磁閥體的控制設(shè)備和方法，該電磁閥體起一內(nèi)燃進(jìn)氣閥和排氣閥的作用。
2.相關(guān)技術(shù)描述現(xiàn)已公開(kāi)用來(lái)基于電磁鐵的電磁力控制起內(nèi)燃進(jìn)氣閥和排氣閥作用的閥體的公知電磁閥控制設(shè)備。在這些公知的電磁閥控制設(shè)備中，由于除電磁鐵的電磁力以外，基于燃燒室內(nèi)部壓力(即氣缸壓力)和進(jìn)氣壓力或排氣壓力的外力也作用于閥體，所以需要考慮啟動(dòng)閥體時(shí)的外力影響。例如，當(dāng)打開(kāi)閥體且在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓時(shí)，該真空使得閥體在打開(kāi)閥的方向上受到吸引。因此，當(dāng)閥體達(dá)到全開(kāi)位置時(shí)，閥體的位移速度可能變得不必那么大。這種情況下，閥體一旦達(dá)到全開(kāi)位置，就可以彈回到關(guān)閉一側(cè)，這降低了操作穩(wěn)定性。另外，閥體可以因基于關(guān)閉閥體時(shí)汽缸壓力和進(jìn)氣壓力或排氣壓力的外力而在關(guān)閉閥的方向上受到吸引。這種情況下，也因閥體的回彈降低了操作穩(wěn)定性。
在第2000-130198號(hào)日本專利公開(kāi)文獻(xiàn)中披露的一種公知設(shè)備產(chǎn)生一電磁力，該電磁力用來(lái)在假定燃燒室中所產(chǎn)生的負(fù)壓增大時(shí)如暫停燃料噴射時(shí)吸引閥體朝向閥關(guān)閉一側(cè)，以便電磁力使在打開(kāi)閥方向上吸引閥體的外力平衡。
同時(shí)，作用于閥體的外力不是恒定的，它根據(jù)汽缸壓力和進(jìn)氣與排氣壓力的情況而變化，也就是說(shuō)，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作而變化。因此，在前述的公知設(shè)備中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作預(yù)定產(chǎn)生在關(guān)閉閥方向上吸引閥體的電磁力周期，以便在電磁鐵中產(chǎn)生適于內(nèi)燃機(jī)工作條件的電磁力。
但是，為了在電磁鐵中產(chǎn)生適于內(nèi)燃機(jī)工作條件的電磁力，需要設(shè)計(jì)一種防范措施，例如預(yù)定與內(nèi)燃機(jī)工作條件相匹配的電磁力的前述產(chǎn)生周期。也就是說(shuō)，需要預(yù)先通過(guò)試驗(yàn)得到內(nèi)燃機(jī)工作條件與適當(dāng)電磁力之間的關(guān)系，并且將這些結(jié)果存儲(chǔ)為一控制圖。該方法需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)建立和調(diào)整必需的控制常數(shù)。
因此，考慮到前述缺陷而設(shè)計(jì)本發(fā)明。本發(fā)明提供一種電磁閥的控制設(shè)備和方法，它根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作以適當(dāng)?shù)碾姶帕?dòng)閥體，并且用來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)用于電磁閥控制的控制常數(shù)的確定。
本發(fā)明的概述根據(jù)前面所述，本發(fā)明提供一種電磁閥的控制設(shè)備，該電磁閥包括起一內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥或排氣閥作用的閥體和將一電磁力作用于設(shè)置在該閥體上銜鐵的電磁鐵，該銜鐵基于電磁鐵的電磁力使閥體在第一位置與第二位置之間移動(dòng)。該電磁閥的控制設(shè)備還包括確定裝置，該確定裝置用來(lái)確定當(dāng)使閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)作用于閥體的力，以及閥體根據(jù)該閥體的力變化的狀態(tài)量；控制裝置，該控制裝置用來(lái)在閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)，基于所確定的力和該力的目標(biāo)值之間的偏差、所確定的狀態(tài)量和該狀態(tài)量的目標(biāo)值之間的偏差之一，控制將銜鐵引向第一位置的電磁鐵電磁力，以便令偏差最小。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種電磁閥控制設(shè)備的控制方法，該電磁閥包括起一內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥或排氣閥作用的閥體和將一電磁力作用于設(shè)置在該閥體上銜鐵的電磁鐵，該銜鐵基于電磁鐵的電磁力使閥體在第一位置與第二位置之間移動(dòng)。根據(jù)該控制方法，確定關(guān)于在閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)作用于閥體的力的目標(biāo)值和閥體根據(jù)該力變化的狀態(tài)量。另外，當(dāng)使閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)，基于所確定的力與該力的目標(biāo)值之間的偏差、所確定的狀態(tài)量與該狀態(tài)量的目標(biāo)值之間的偏差之一，控制用來(lái)將銜鐵引至第一位置的電磁鐵電磁力，以使該偏差最小。
根據(jù)前述的電磁閥控制設(shè)備及其控制方法，當(dāng)作用于閥體的力或根據(jù)該力變化的閥體狀態(tài)量由于將閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)汽缸壓力所導(dǎo)致的作用于閥體的外力結(jié)果偏離目標(biāo)值時(shí)，根據(jù)該偏差控制將銜鐵引至第一位置的電磁鐵電磁力，以使該偏差最小。因此，甚至當(dāng)基于汽缸壓力和進(jìn)氣閥與排氣閥壓力作用于閥體的外力根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作變化時(shí)，也可以每一次根據(jù)該外力適當(dāng)校正電磁鐵的電磁力，由此可以減少因閥體的跳動(dòng)而導(dǎo)致的工作穩(wěn)定性下降的情況。另外，由于基于前述偏差控制電磁鐵的電磁力，并且將該電磁力每一次校正到適于內(nèi)燃機(jī)的工作條件，所以不再需要預(yù)先得到內(nèi)燃機(jī)工作條件與相應(yīng)適當(dāng)電磁力之間的關(guān)系。這樣，可以簡(jiǎn)化對(duì)控制常數(shù)的確定。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，在該電磁閥的控制設(shè)備中，除電磁力外，閥體還受一彈簧的彈力啟動(dòng)，當(dāng)基于彈簧的彈力將閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)，確定裝置把作用于閥體的力或閥體根據(jù)該力變化的狀態(tài)量確定為標(biāo)準(zhǔn)值。
根據(jù)前面的結(jié)構(gòu)，閥體可以從第一位置移動(dòng)到第二位置，同時(shí)把作用于閥體的電磁力強(qiáng)度限制到最小。這樣，可以限制啟動(dòng)閥體時(shí)功耗的增長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，在電磁閥的控制設(shè)備及其控制方法中，優(yōu)選的是，控制裝置基于偏差進(jìn)行對(duì)電磁力的反饋控制。
另外，當(dāng)進(jìn)行對(duì)電磁力的反饋控制時(shí)，優(yōu)選的是，當(dāng)進(jìn)行對(duì)電磁力的反饋控制時(shí)，基于銜鐵與電磁鐵之間的氣隙長(zhǎng)度確定反饋增益。
根據(jù)前面的控制設(shè)備及其控制方法，閥體可以受適于銜鐵與電磁鐵之間氣隙長(zhǎng)度的電磁力的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在電磁鐵的控制設(shè)備及其控制方法中，優(yōu)選的是，控制裝置基于電磁閥的物理模型計(jì)算使偏差最小所必需電磁力的需要值，該模型令所確定的力和狀態(tài)量中至少一個(gè)作為一模型變量，并且控制裝置基于該電磁需要值控制電磁力。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，在電磁閥的控制設(shè)備及其控制方法中，優(yōu)選的是，相對(duì)于該值的位移量和位移速度確定目標(biāo)值，檢測(cè)實(shí)際位移量和位移速度，基于所檢測(cè)的位移量與其目標(biāo)值之間的偏差和該位移量與其目標(biāo)值之間的偏差控制電磁力。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，在電磁閥的控制設(shè)備及其控制方法中，優(yōu)選的是，將閥體的機(jī)械能量確定為目標(biāo)值，檢測(cè)實(shí)際機(jī)械能量，基于所檢測(cè)的機(jī)械能量與其目標(biāo)值之間的偏差控制電磁力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在電磁閥的控制設(shè)備及其控制方法中，優(yōu)選的是，確定作用于閥體的力的目標(biāo)值，測(cè)定實(shí)際作用于閥體的力，基于所測(cè)定的力與其目標(biāo)值之間的偏差控制電磁力。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在連同附圖一起考慮的情況下，通過(guò)閱讀對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，將能更好地理解本發(fā)明的上述目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)和工業(yè)重要性，這些附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明每一個(gè)實(shí)施例的電磁閥控制設(shè)備的剖視圖，該設(shè)備用于內(nèi)燃機(jī)的排氣閥；
圖2是一時(shí)序圖，它示出該電磁閥的閥體位移量與時(shí)間的關(guān)系；圖3是一時(shí)序圖，它示出該電磁閥的位移量、前饋電流、反饋電流和驅(qū)動(dòng)電流與時(shí)間的關(guān)系；圖4是一流程圖，它示出根據(jù)第一實(shí)施例的電磁鐵的激勵(lì)控制過(guò)程；圖5是一局部視圖，它示出具有根據(jù)第二實(shí)施例控制器的內(nèi)燃機(jī)；圖6是一時(shí)序圖，它用來(lái)解釋第二實(shí)施例，并且用來(lái)示出當(dāng)在完全關(guān)閉位置的閥體在打開(kāi)閥方向上的位移從打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)間開(kāi)始時(shí)，目標(biāo)位移量和實(shí)際位移量與時(shí)間的關(guān)系；圖7是一流程圖，它示出根據(jù)第二實(shí)施例的電磁鐵的激勵(lì)控制過(guò)程；圖8是接著圖7的流程圖示出該電磁鐵的激勵(lì)控制過(guò)程的流程圖；圖9是一計(jì)算圖，它示出電磁力需要值、氣隙和反饋電流之間的關(guān)系；圖10是一流程圖，它示出根據(jù)第四實(shí)施例的電磁鐵的激勵(lì)控制過(guò)程；圖11是一時(shí)序圖，它用來(lái)解釋第五實(shí)施例，并且用來(lái)示出當(dāng)在完全關(guān)閉位置的閥體在打開(kāi)閥方向上的位移從打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)間開(kāi)始時(shí)，在閥體僅受摩擦阻力影響的條件下，閥體的位移量和實(shí)際位移量與時(shí)間的關(guān)系；圖12是一流程圖，它示出根據(jù)第五實(shí)施例的電磁鐵的激勵(lì)控制過(guò)程；圖13是一時(shí)序圖，它用來(lái)解釋第六實(shí)施例，并且用來(lái)示出當(dāng)從保持時(shí)間段移動(dòng)到位移速度調(diào)節(jié)周期時(shí)，保持電流和保持之后的剩磁與時(shí)間的關(guān)系。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述在以下的描述中，將根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。第一實(shí)施例如下描述根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備的第一實(shí)施例，它用來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉一內(nèi)燃機(jī)(下文簡(jiǎn)稱為內(nèi)燃機(jī))的進(jìn)氣閥和排氣閥。
根據(jù)第一實(shí)施例，將進(jìn)氣閥和排氣閥構(gòu)建成基于電磁鐵的電磁力受到啟動(dòng)(即打開(kāi)和關(guān)閉)的電磁閥。由于進(jìn)氣閥和排氣閥的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)控制方法相同，所以就排氣閥來(lái)解釋電磁閥控制設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制方法。
如圖1所示，排氣閥10包括一閥體19和用來(lái)往復(fù)擺動(dòng)閥體19的電磁驅(qū)動(dòng)部分21。閥體19包括閥軸20和設(shè)置在閥軸20一端上的傘狀部分16，閥軸20用來(lái)往復(fù)擺動(dòng)與閥軸20同軸設(shè)置且連同閥軸20一起往復(fù)擺動(dòng)的銜鐵軸26。
汽缸頭部18形成有與燃燒室12連通的排氣口14。閥座15形成于排氣口14開(kāi)放的周邊。排氣口14通過(guò)傘狀部分16根據(jù)閥軸20的往復(fù)運(yùn)動(dòng)坐在閥座上或離開(kāi)閥座得以打開(kāi)和關(guān)閉。
下止動(dòng)器22固定在閥軸20上與設(shè)置傘狀部分16的端部相對(duì)的另一端。下彈簧24壓縮地設(shè)置在下止動(dòng)器22與汽缸頭部18之間。閥體19在關(guān)閉閥的方向(即圖1中向上的方向)上由下彈簧24的彈力偏斜。
由高磁導(dǎo)率材料制成的盤(pán)形銜鐵28固定到接近銜鐵軸26軸向方向的中央部分。上止動(dòng)器30固定到銜鐵軸26的一端。銜鐵軸26上與固定到上止動(dòng)器30上的端部相對(duì)的另一個(gè)端部接觸閥軸20下止動(dòng)器22一側(cè)上的端部。
在電磁驅(qū)動(dòng)部分21的外殼中(圖中未示)，上鐵芯32固定地位于上止動(dòng)器30與銜鐵28之間。該外殼中的下鐵芯34固定地位于銜鐵28與下止動(dòng)器22之間。高磁導(dǎo)率材料制成的上鐵芯32和下鐵芯34形成為環(huán)狀，銜鐵軸26插入其中央部分內(nèi)以用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
上彈簧38壓縮地設(shè)置在外殼內(nèi)所設(shè)上帽36與上止動(dòng)器30之間。閥體19在打開(kāi)閥的方向(即，圖1中向下的方向)上受上彈簧38彈力的偏置。
位移量傳感器52設(shè)置在上帽36上。位移量傳感器52根據(jù)位移量傳感器52與上止動(dòng)器30之間的長(zhǎng)度輸出一電壓信號(hào)變量。因此，基于該電壓信號(hào)檢測(cè)銜鐵軸26和閥軸20的位移量，即閥體19的位移量。
令銜鐵軸26的軸心為中央的環(huán)形槽40形成于上鐵芯32與銜鐵28相對(duì)的表面上。環(huán)形上線圈42設(shè)置在環(huán)形槽40中。用于關(guān)閉閥體19的第一電磁鐵(即用于關(guān)閉啟動(dòng)的電磁鐵)61包括上線圈42和上鐵芯32。
令銜鐵軸26的軸心為中央的環(huán)形槽44形成于下鐵芯34與銜鐵28相對(duì)的表面上。環(huán)形下線圈46設(shè)置在環(huán)形槽44中。用于打開(kāi)閥體19的第二電磁鐵(即用于打開(kāi)啟動(dòng)的電磁鐵)62包括下線圈46和下鐵芯34。
第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的上線圈42和下線圈46的激勵(lì)受電子控制單元(ECU)50的控制，電子控制單元50對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行總控制。ECU50由以下部分構(gòu)成一CPU；一存儲(chǔ)器；一用來(lái)將勵(lì)磁電流供給第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的上線圈42和下線圈46的啟動(dòng)電路；一用來(lái)接收位移量傳感器52檢測(cè)信號(hào)的輸入電路；一用來(lái)執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(即A/D轉(zhuǎn)換器)(所有這些都未在圖中示出)。
在圖1的情況下，驅(qū)動(dòng)電流并不供給第一電磁鐵61和第二電磁鐵62。圖1示出閥體19的一種情況，其中在第一電磁鐵61和第二電磁鐵62中并未產(chǎn)生電磁力。在這種情況下，銜鐵28不受第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的吸引，而是靜止于上鐵芯32與下鐵芯34之間的一個(gè)中間位置處，在該位置上，上彈簧24和下彈簧38的偏置力保持平衡。這種情況下，傘狀部分16與閥座15分開(kāi)，排氣閥10半開(kāi)。把前面條件下閥體19的位置確定為一中性位置。
以下將說(shuō)明受第一電磁鐵61和第二電磁鐵62激勵(lì)控制啟動(dòng)的排氣閥10的操作。
圖2是一時(shí)序圖，它示出在通過(guò)打開(kāi)啟動(dòng)使排氣閥10從保持全閉情況過(guò)渡到全開(kāi)情況之后，通過(guò)關(guān)閉啟動(dòng)使排氣閥10從全開(kāi)情況過(guò)渡到全閉情況時(shí)閥體19的位移量與時(shí)間之間的關(guān)系。
如圖2所示，在從時(shí)間t0到時(shí)間t1的時(shí)間段中，把用來(lái)保持排氣閥10全閉情況的保持電流供給用于關(guān)閉啟動(dòng)的第一電磁鐵61。通過(guò)提供該保持電流，銜鐵28受第一電磁鐵61的電磁力吸引，以逆著上彈簧38的彈力接觸上鐵芯32，并且保持傘狀部分16坐在閥座15上的狀態(tài)。
在排氣閥10的打開(kāi)啟動(dòng)時(shí)間(即時(shí)間t1)開(kāi)始對(duì)第一電磁鐵61進(jìn)行激勵(lì)控制，以在一時(shí)間段(即時(shí)間t1-t2)內(nèi)執(zhí)行該激勵(lì)控制，在該時(shí)間段內(nèi)，閥體19到達(dá)一位置，該位置位于相對(duì)于中性位置閥關(guān)閉一側(cè)的預(yù)定量以外處。在該時(shí)間段內(nèi)，銜鐵28與上鐵芯32分開(kāi)，以在打開(kāi)排氣閥10的方向上移動(dòng)閥體19。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)第一電磁鐵61的驅(qū)動(dòng)電流，控制用來(lái)在關(guān)閉閥方向上吸引閥體19(銜鐵28)的電磁力，以便打開(kāi)閥的位移速度不會(huì)因基于汽缸壓力和排氣壓力的外力作用而過(guò)高。
當(dāng)閥體19從全開(kāi)位置移動(dòng)了預(yù)定量時(shí)(即時(shí)間t2)，中止向第一電磁鐵61和第二電磁鐵62提供驅(qū)動(dòng)電流，直到閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥打開(kāi)一側(cè)預(yù)定量以外處的位置(即時(shí)間t2-t3)為止。
閥體19還受上彈簧38的彈力移動(dòng)。當(dāng)閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥打開(kāi)一側(cè)預(yù)定量以外處的位置時(shí)(即時(shí)間t3)，對(duì)第二電磁鐵62進(jìn)行激勵(lì)控制，直到閥體19到達(dá)全開(kāi)位置(即時(shí)間t3-t4)為止。在此期間，通過(guò)調(diào)節(jié)第二電磁鐵62的驅(qū)動(dòng)電流，控制用來(lái)在打開(kāi)閥方向上吸引閥體19的電磁力，以便閥體19以一預(yù)定位移速度安全到達(dá)全開(kāi)位置。
當(dāng)閥體19到達(dá)全開(kāi)位置時(shí)(即時(shí)間t4)，把用來(lái)保持排氣閥10全開(kāi)狀態(tài)的保持電流供給第二電磁鐵62，直到預(yù)定時(shí)間段過(guò)去(即時(shí)間t4-t5)為止。通過(guò)供給保持電流，銜鐵28受到第二電磁鐵62的電磁力吸引，以逆著下彈簧24的彈力接觸下鐵芯34，并且保持傘狀部分16保持在遠(yuǎn)離閥座15位置上的狀態(tài)。
當(dāng)在閥體19到達(dá)全開(kāi)位置之后過(guò)去預(yù)定時(shí)間段時(shí)，在此期間對(duì)第二電磁鐵62進(jìn)行激勵(lì)控制，直到閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥打開(kāi)一側(cè)預(yù)定量以外處的位置(即時(shí)間t5-t6)為止。在此期間，銜鐵28與下鐵芯34分開(kāi)，以在關(guān)閉閥的方向上移動(dòng)閥體19，并且通過(guò)調(diào)節(jié)第二電磁鐵62的驅(qū)動(dòng)電流，控制用來(lái)在打開(kāi)閥方向上移動(dòng)閥體19的電磁力，以便閥體19的位移速度不會(huì)因基于汽缸壓力和排氣壓力的外力作用而過(guò)高。
當(dāng)閥體19從全開(kāi)位置開(kāi)始移動(dòng)了預(yù)定量時(shí)(即時(shí)間t6)，中止提供第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的驅(qū)動(dòng)電流，直到閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥關(guān)閉一側(cè)預(yù)定量以外的位置(即時(shí)間t6-t7)為止。
然后，閥體19進(jìn)一步由下彈簧24的彈力移動(dòng)。當(dāng)閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥關(guān)閉一側(cè)預(yù)定量以外的位置(即時(shí)間t7)時(shí)，對(duì)第一電磁鐵61進(jìn)行激勵(lì)控制，直到閥體19到達(dá)全閉位置(即時(shí)間t7-t8)為止。在此期間，通過(guò)調(diào)節(jié)第一電磁鐵61的驅(qū)動(dòng)電流，控制用來(lái)在打開(kāi)閥方向上吸引閥體19的電磁力，以便閥體19以一預(yù)定位移速度安全地到達(dá)全閉位置。
當(dāng)閥體19到達(dá)全閉位置(即時(shí)間8)時(shí)，把用來(lái)將排氣閥10保持在全閉狀態(tài)下的保持電流再次供給第一電磁鐵61，直到下一個(gè)打開(kāi)啟動(dòng)周期(即時(shí)間t8之后)為止。
這樣，在根據(jù)本發(fā)明電磁閥的控制設(shè)備第一實(shí)施例中，用來(lái)在關(guān)閉閥方向上吸引閥體19的第一電磁鐵61的電磁力受到控制，以便閥體19不會(huì)在打開(kāi)閥體19時(shí)以如圖2中虛線所示極高的速度在閥打開(kāi)方向上移動(dòng)。
同樣，用來(lái)在打開(kāi)閥方向上吸引閥體19的第二電磁鐵62的電磁力受到控制，以便閥體19不會(huì)在關(guān)閉閥體19時(shí)以極高的速度在關(guān)閉方向上移動(dòng)。通過(guò)以前面的方式控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，每一次都校正第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，以便即使在基于汽缸壓力和排氣壓力作用于閥體19的外力根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作變化時(shí)，也能滿足外力的要求，因而限制了因電磁鐵的開(kāi)-關(guān)操作處彈回而導(dǎo)致的操作穩(wěn)定性降低的情況。
從排氣閥10的打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)始到閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥關(guān)閉一側(cè)預(yù)定量以外的位置為止的時(shí)間段(即圖2中的時(shí)間t1-t2)，和從排氣閥10的關(guān)閉啟動(dòng)開(kāi)始到閥體19到達(dá)位于相對(duì)于中性位置閥打開(kāi)一側(cè)預(yù)定量以外的位置為止的時(shí)間段(即圖2中的時(shí)間t5-t6)，這兩個(gè)時(shí)間段稱為位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段。閥體19到達(dá)全閉位置之后直到打開(kāi)啟動(dòng)為止的時(shí)間段(即圖2中的時(shí)間t0-t1和時(shí)間t8之后)，和閥體19到達(dá)全開(kāi)位置之后直到關(guān)閉啟動(dòng)為止的時(shí)間段(即圖2中的時(shí)間t4-t5)，這兩個(gè)時(shí)間段稱為保持時(shí)間段。
以下參照?qǐng)D3-4，就打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，說(shuō)明位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)對(duì)第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)控制。
圖3中，時(shí)序圖(a)-(d)分別示出閥體19的位移量、供給第一電磁鐵61的前饋電流(即FF電流)If、供給第一電磁鐵61的反饋電流(FB電流)Ib、FF電流If與FB電流Ib之和(下文稱為驅(qū)動(dòng)電流I)的時(shí)移。
圖4是一流程圖，它示出第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)控制過(guò)程。該流程圖中所示的一系列步驟由ECU50保持預(yù)定時(shí)間間隔反復(fù)執(zhí)行。
根據(jù)這一系列步驟，首先，判斷當(dāng)前控制周期是否在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟110)。若當(dāng)前控制周期不在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟110否)，則這一系列步驟結(jié)束。
另一方面，若當(dāng)前控制周期在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟110是，圖3中的時(shí)間t1-t2)，則基于位移量傳感器52的檢測(cè)信號(hào)輸入閥體19的實(shí)際位移量(即實(shí)際位移量x)。當(dāng)閥體19在中性位置時(shí)將實(shí)際位移量確定為有一參考值(即實(shí)際位移量x＝0)，該實(shí)際位移量x表示中性位置與閥體19當(dāng)前位置之間的長(zhǎng)度。
在以實(shí)際位移量x輸入之后，讀入一目標(biāo)位移量xt(即步驟130)，該目標(biāo)位移量是實(shí)際位移量x的目標(biāo)值。在閥體19根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作如汽缸壓力和排氣壓力只受滑動(dòng)部分處摩擦阻力作用而不受改變強(qiáng)度的外力作用的情況下，該目標(biāo)位移量xt對(duì)應(yīng)于上彈簧38的彈力在打開(kāi)閥方向上從全閉位置開(kāi)始自由振動(dòng)閥體19時(shí)的位移量(即，在閥體19僅受摩擦阻力作用的情況下，下彈簧24的彈力在關(guān)閉閥的方向上從關(guān)閉排氣閥10的全開(kāi)位置開(kāi)始自由振動(dòng)閥體19時(shí)的位移量)。該目標(biāo)位移量xt作為功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在ECU50中，該功能數(shù)據(jù)有一作為參數(shù)的經(jīng)過(guò)時(shí)間，該經(jīng)過(guò)時(shí)間從排氣閥10的打開(kāi)啟動(dòng)或關(guān)閉啟動(dòng)開(kāi)始。
根據(jù)下式(1)，計(jì)算目標(biāo)位移量xt與實(shí)際位移量x之差Δx(即步驟140)。
Δx＝xt-x (1)在計(jì)算差Δx之后，判斷差Δx是否大于零(即步驟150)。若差Δx等于或小于零(即步驟150否)，則將差Δx設(shè)定為零(即步驟160)，以確定FB電流Ib在隨后的處理中為零，因?yàn)榕c指定位置相比，閥體19位于閥關(guān)閉一側(cè)，并且無(wú)需在打開(kāi)閥的方向上用第一電磁鐵61的電磁力吸引閥體19。
相反，若差Δx大于零(即步驟150是)，則需要通過(guò)用關(guān)閉啟動(dòng)的第一電磁鐵61在關(guān)閉閥的方向上吸引閥體19，降低位移速度，因?yàn)閷?shí)際位移量x小于由基于汽缸壓力和排氣壓力的外力所產(chǎn)生目標(biāo)位移量xt。
接著，如下計(jì)算FF電流If(參見(jiàn)圖3(b))(即步驟170)。通過(guò)與在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之前的保持時(shí)間段內(nèi)一系列處理不同的一個(gè)處理，確定FF電流If，以使其有一將排氣閥10保持在全閉位置上的值(即保持電流)。
如圖3(b)所示，將FF電流If設(shè)定為一常值，其相對(duì)于保持電流有一相反方向的力，直到在排氣閥10的打開(kāi)或關(guān)閉啟動(dòng)之后的預(yù)定時(shí)間過(guò)去(即圖3中時(shí)間t1-t11)為止。因此，抵消了上鐵芯32和銜鐵28的剩余電磁力，而銜鐵28因上彈簧38的彈力迅速與上鐵芯32分開(kāi)，以在打開(kāi)閥的方向上移動(dòng)閥體19。在預(yù)定時(shí)間過(guò)去之后，將FF電流IF設(shè)定為零(即在時(shí)間t11之后)。
在計(jì)算了FF電流If之后，基于下式(2)計(jì)算Fb電流Ib(參見(jiàn)圖3)(步驟180)。
Ib＝Kp·Δx (2)根據(jù)公式(2)，Kp代表一反饋增益。氣隙G越大，第一電磁鐵61的上鐵芯32與銜鐵28之間的長(zhǎng)度越大，該反饋增益越大，因?yàn)闅庀禛變得越大，在第一電磁鐵61中產(chǎn)生的磁通中穿過(guò)銜鐵28的磁通比例就減小得越多，因此，必須將一相應(yīng)大的驅(qū)動(dòng)電流供給第一電磁鐵61，以使電磁力在氣隙G很大時(shí)有與銜鐵28相同的強(qiáng)度。附帶地，當(dāng)關(guān)閉處于全開(kāi)位置的閥體19時(shí)，氣隙G是第二電磁鐵62的下鐵芯34與銜鐵28之間的長(zhǎng)度。
在分別計(jì)算了FF電流If和FB電流Ib之后，將FF電流和FB電流Ib之和確定為驅(qū)動(dòng)電流I(參見(jiàn)圖3(d))(即步驟190)。然后，將驅(qū)動(dòng)電流I供給第一電磁鐵61(即步驟200)。
如公式(2)所示，根據(jù)差Δx確定Fb電流Ib。在其中閥體19受基于汽缸壓力和排氣壓力的外力作用的實(shí)際情況下，除外力以外，閥體19還受自身的慣性力、上彈簧38的彈力、每一個(gè)滑動(dòng)部分處磨擦阻力和阻尼力等的作用。由于閥體19的狀態(tài)量，即，由于實(shí)際位移量x根據(jù)前述力在這種情況下變化，所以只要將FF電流If供給第一電磁鐵61，實(shí)際位移量x就會(huì)偏離目標(biāo)位移量xt。
這樣，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，為了使偏離的實(shí)際位移量與目標(biāo)位移量xt相一致，根據(jù)公式(2)調(diào)節(jié)FB電流Ib的強(qiáng)度，以把作為FB電流Ib與FF電流If之和的驅(qū)動(dòng)電流I供給第一電磁鐵61。
在以前面的方式控制第一電磁鐵61的電磁力之后，完成這一系列處理。在完成這一系列處理之后，上彈簧38的彈力進(jìn)一步移動(dòng)閥體19，閥體19到達(dá)相對(duì)于中性位置位于閥打開(kāi)一側(cè)一預(yù)定量之外的位置。然后，通過(guò)另一個(gè)處理進(jìn)行對(duì)第二電磁鐵62的激勵(lì)控制，以通過(guò)第二電磁鐵62的電磁力將閥體19安全地吸引至全開(kāi)位置。
雖然如前所述說(shuō)明了打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，不過(guò)在關(guān)閉處于全開(kāi)位置的閥體19時(shí)以同樣的方式控制第二電磁鐵62的電磁力。在從進(jìn)氣閥11的全開(kāi)位置關(guān)閉閥體和從其全閉位置打開(kāi)閥體的情況下，以同樣的方式控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，其中以前面的方式控制用來(lái)啟動(dòng)閥體19的電磁力，可以實(shí)現(xiàn)以下的操作效果。
(1)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，當(dāng)啟動(dòng)閥體19且當(dāng)閥體19的實(shí)際位移量x因基于汽缸壓力和進(jìn)氣與排氣壓力的外力對(duì)閥體19的作用而偏離目標(biāo)位移量xt時(shí)，根據(jù)實(shí)際位移量x與目標(biāo)位移量xt之間的差Δx控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。因此，即使外力根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的操作變化，也可以每一次根據(jù)外力的變化將第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力校正到一適當(dāng)強(qiáng)度，因而可以限制因開(kāi)-關(guān)操作時(shí)的彈回導(dǎo)致的操作穩(wěn)定性下降的情況。由于基于差Δx控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，并且每一次將該電磁力校正得適于內(nèi)燃機(jī)的操作條件，所以無(wú)需事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到內(nèi)燃機(jī)操作條件與相應(yīng)電磁力之間的關(guān)系。這樣，可以簡(jiǎn)化對(duì)控制常數(shù)的確定。
(2)甚至在內(nèi)燃機(jī)操作條件相同的時(shí)候，打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥時(shí)的汽缸壓力和打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥時(shí)的汽缸壓力不同，且進(jìn)氣壓力和排氣壓力也不同。因此，當(dāng)?shù)玫絻?nèi)燃機(jī)操作條件與用來(lái)基于所得到的關(guān)系控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的相應(yīng)合適電磁力之間的關(guān)系時(shí)，需要考慮打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥與打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥10的情況，分別得到內(nèi)燃機(jī)操作條件與電磁力之間的各個(gè)關(guān)系，這使得常值確定變得極其復(fù)雜。另一方面，在第一實(shí)施例中，由于基于閥體19的實(shí)際位移量x與目標(biāo)位移量xt之間的差Δx對(duì)第一電磁鐵61和第二電磁鐵62進(jìn)行反饋控制，所以無(wú)需這樣復(fù)雜的確定。此外，甚至在打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥與打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥時(shí)，也可以用同樣的邏輯適當(dāng)控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。
(3)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，由于把僅有摩擦阻力作用于閥體19上的情況下閥體19基于下彈簧24和上彈簧38的彈力自由振動(dòng)時(shí)的位移量確定為目標(biāo)位移量xt，所以閥體19可以從一個(gè)位移端移動(dòng)到另一個(gè)位移端，同時(shí)把第一電磁鐵61和第二電磁鐵62施加到閥體19上的電磁力強(qiáng)度限制到最小。這樣，可以使啟動(dòng)閥體19時(shí)的功耗最小。
(4)由于每一次根據(jù)實(shí)際作用于閥體19的外力強(qiáng)度確定適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電流I，所以與前饋激勵(lì)控制相比，可以減小啟動(dòng)閥體19時(shí)的功耗，前饋激勵(lì)控制需要事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到內(nèi)燃機(jī)操作條件與用來(lái)控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的相應(yīng)電磁力之間的關(guān)系。
(5)另外，由于基于第一電磁鐵61和第二電磁鐵62各自銜鐵28與上、下鐵芯32、34氣隙G的長(zhǎng)度而變化地確定用來(lái)計(jì)算FB電流Ib的反饋增益，所以可以將FB電流Ib作為滿足氣隙G長(zhǎng)度要求的值進(jìn)行計(jì)算，由此可以基于該FB電流Ib將電磁鐵的適當(dāng)強(qiáng)度用于閥體19。因此，可以改善實(shí)際位移量x相對(duì)于目標(biāo)位移量xt的收斂性。第二實(shí)施例如下描述根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第二實(shí)施例，尤其是其與第一實(shí)施例的不同之處。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，構(gòu)建一物理模型，該模型包括作為模型變量的閥體19的位移量、閥體19的位移速度和作用于閥體19的力。通過(guò)該物理模型計(jì)算使實(shí)際位移量x與目標(biāo)位移量xt相一致所必需的電磁力需要值。實(shí)際上，得到模擬啟動(dòng)閥體19動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)方程，通過(guò)基于該運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行閥體19的響應(yīng)分析來(lái)計(jì)算該電磁力需要值，并且基于該電磁力需要值計(jì)算FB電流Ib。
如圖5所示，具有根據(jù)第二實(shí)施例的電磁閥控制設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)包括一汽缸壓力傳感器54，它用來(lái)檢測(cè)汽缸壓力；一進(jìn)氣壓力傳感器56，它用來(lái)檢測(cè)進(jìn)氣通道13的內(nèi)部壓力(即進(jìn)氣壓力)；和一排氣壓力傳感器58，它用來(lái)檢測(cè)排氣通道17的內(nèi)部壓力(即排氣壓力)。進(jìn)氣壓力傳感器56還用作檢測(cè)空氣—燃料比控制等中風(fēng)量的傳感器。雖然在包括一檢測(cè)燃燒過(guò)程中最大汽缸壓力——即檢測(cè)燃燒壓力——的燃燒壓力傳感器的內(nèi)燃機(jī)中，汽缸壓力傳感器54用來(lái)估算作用于閥體19的外力，不過(guò)燃燒壓力傳感器也用作汽缸壓力傳感器54。
以下將參照?qǐng)D6-8就打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況說(shuō)明當(dāng)控制位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段中電磁鐵61、62的激勵(lì)時(shí)的過(guò)程。圖6是一時(shí)序圖，它就其中處于全閉位置的閥體19在打開(kāi)閥方向上的位移從打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)間(即時(shí)間t(0))開(kāi)始的情況，示出目標(biāo)位移量xt(即，以實(shí)線示出)與實(shí)際位移量x(即以虛線示出)的時(shí)移。圖7-8是流程圖，它們示出了第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)控制過(guò)程。這些流程圖中所示的一系列步驟由ECU保持預(yù)定時(shí)間間隔反復(fù)執(zhí)行。
在這一系列步驟中，若判斷當(dāng)前控制周期t(i)在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟210是)，則輸入一實(shí)際位移量x(i)(即步驟220)，并且輸入一目標(biāo)位移量xt(i)(即步驟230)。然后，基于下式(3)計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)的實(shí)際位移速度v(i)(即步驟240)。
v(i)＝(x(i)-x(i-1))/Δt (3)根據(jù)上式(3)，“x(i-1)”對(duì)應(yīng)于前一個(gè)控制周期t(i-1)(即等于t(i)-Δt)的實(shí)際位移量(圖6中所示)。
為了減小混在位移傳感器52檢測(cè)信號(hào)中的噪音影響，優(yōu)選另外采用一濾波步驟，該步驟用來(lái)在用公式(3)計(jì)算實(shí)際位移速度v(i)之前從該位移量信號(hào)中去除噪音的高頻分量。
在接下來(lái)的步驟中，根據(jù)下式(4)計(jì)算下一個(gè)控制周期t(i+1)(即等于t(i)+Δt)內(nèi)的下一個(gè)目標(biāo)位移速度vt(i+1)(即步驟250)。
v(i+1)＝(xt(i+1)-xt(i))/Δt(4)根據(jù)公式(4)，“xt(i+1)”對(duì)應(yīng)于下一個(gè)控制周期t(i+1)的目標(biāo)位移量(圖6中所示)。作為下一個(gè)控制周期t(i+1)的目標(biāo)位移量xt(i+1)，從ECU50中讀入與從打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)間t(0)到下一個(gè)控制周期t(i+1)的經(jīng)過(guò)時(shí)間(即等于t(i+1)-t(0))相對(duì)應(yīng)的值。由于已經(jīng)知道了與經(jīng)過(guò)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)位移量xt，所以可以就存儲(chǔ)在ECU50中的目標(biāo)位移量x和目標(biāo)位移量xt，通過(guò)適當(dāng)?shù)貙?duì)該函數(shù)數(shù)據(jù)求微分，計(jì)算下一個(gè)控制周期t(i+1)內(nèi)的目標(biāo)位移速度vt(i+1)。
在計(jì)算當(dāng)前周期t(i)內(nèi)的實(shí)際位移速度v(i)和下一個(gè)控制周期t(i+1)內(nèi)的目標(biāo)位移速度vt(i+1)之后，計(jì)算通過(guò)下一個(gè)控制周期t(i+1)使實(shí)際位移速度v(i)與目標(biāo)位移速度vt(i+1)相一致所必需的閥體19的加速度必需值“a”(即步驟260)。
a＝(vt(i+1)-v(i))/Δt(5)從上式(5)可知，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，基于實(shí)際位移速度“v”和目標(biāo)位移速度vt之差，即，基于這種情況下的差(vt-v)計(jì)算加速度必需值“a”。
根據(jù)下式(6)，確定作用于閥體19的外力F(即步驟270)。
F＝Fp+Ff (6)根據(jù)上式(6)，“Fp”對(duì)應(yīng)于基于汽缸壓力和排氣壓力作用于閥體19尤其是傘狀部分16的力，根據(jù)下式(7)計(jì)算該力。在確定作用于進(jìn)氣閥11閥體的力的情況下，采用通過(guò)進(jìn)氣壓力傳感器56檢測(cè)的進(jìn)氣壓力而不是排氣壓力。
Fp＝K1·(Pc-Pe) (7)K1常數(shù)Pc汽缸壓力Pe排氣壓力根據(jù)上式(6)，“Ff”對(duì)應(yīng)于排氣閥10每一個(gè)滑動(dòng)部分處的摩擦阻力，這是事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得的常值。摩擦阻力的強(qiáng)度根據(jù)滑動(dòng)部分的潤(rùn)滑條件變化，尤其是根據(jù)潤(rùn)滑油的溫度變化。這樣，例如，可以通過(guò)將摩擦阻力Ff確定為內(nèi)燃機(jī)溫度的函數(shù)，通過(guò)確定(內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度所確定的)內(nèi)燃機(jī)溫度越高，摩擦阻力Ff越大，得到摩擦阻力Ff。
通過(guò)將排氣閥10模擬為彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)，可以得到以下運(yùn)動(dòng)方程(8)。
m·a+c·v(i)+k·x(i)＝F+Fem (8)根據(jù)該動(dòng)態(tài)方程(8)，“m”對(duì)應(yīng)于基于閥體19和排氣閥10活動(dòng)部分的質(zhì)量確定的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)?！癱”對(duì)應(yīng)于基于根據(jù)排氣閥10滑動(dòng)部分的滑動(dòng)速度所產(chǎn)生的阻力確定的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型的阻尼常數(shù)。此外，“k”對(duì)應(yīng)于基于上彈簧38和下彈簧24的彈力特性確定的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型的彈簧常數(shù)?！癋em”對(duì)應(yīng)于所需用來(lái)使閥體19的實(shí)際位移速度v(i)與目標(biāo)位移速度vt(i+1)相一致的第一電磁鐵61的電磁力需要值。
從動(dòng)態(tài)方程(8)得到下式(9)?；谙率?9)，計(jì)算該電磁力需要值Fem(步驟280)。
Fem＝m·a+c·v(i)+k·x(i)-F(9)判斷電磁力需要值Fem是否大于零(即步驟290)。若電磁力需要值Fem等于或小于零(即步驟290否)，則FB電流Ib設(shè)定為零(即步驟310)，因?yàn)闊o(wú)需通過(guò)第一電磁鐵61的電磁力在打開(kāi)閥體19的方向上吸引閥體19。
另一方面，若電磁力需要值Fem大于零(即步驟290是)，則基于電磁力需要值Fem計(jì)算FB電流Ib(即步驟300)。圖9是一示出電磁力需要值Fem、氣隙G和計(jì)算FB電流Ib所涉及的FB電流Ib之間的關(guān)系圖。圖中所示的關(guān)系事先作為功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在ECU50中。
如圖9所示，電磁力需要值Fem越大，且氣隙G越長(zhǎng)，則確定越大的FB電流Ib。由于關(guān)于下式(10)所示的電磁力需要值Fem、氣隙G和FB電流Ib的以下關(guān)系，所以設(shè)計(jì)成以前面的方式確定FB電流。
Fem∝(Ib/G)2(10)如在圖4所示的步驟170中那樣，計(jì)算FF電流If(即步驟320)。然后，將FF電流If和FB電流Ib之和(即If+Ib)確定為驅(qū)動(dòng)電流I(即步驟330)，將該驅(qū)動(dòng)電流I供給第一電磁鐵61(即，步驟340)。在控制第一電磁鐵61的電磁力之后，或者在步驟210中確定當(dāng)前控制周期(i)不在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟201否)時(shí)，完成這一系列步驟。
雖然已經(jīng)描述了打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，不過(guò)若關(guān)閉處于全開(kāi)位置的閥體19，則以同樣的方式控制第二電磁鐵62的電磁力。在從全開(kāi)位置開(kāi)始關(guān)閉進(jìn)氣閥11的閥體和從全閉位置開(kāi)始打開(kāi)閥體的情況下，以同樣的方式控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。雖然可以在構(gòu)建進(jìn)氣閥11的運(yùn)動(dòng)方程時(shí)采用排氣閥10的運(yùn)動(dòng)方程，不過(guò)優(yōu)選的是，根據(jù)進(jìn)氣閥11規(guī)格確定每一個(gè)模型常量m，c，k，以便以更高的精度進(jìn)行控制。
根據(jù)以前面的方式控制啟動(dòng)閥體19的電磁力的本發(fā)明第二實(shí)施例，除第一實(shí)施例中所述的操作效果(2)-(4)之外，可以實(shí)現(xiàn)以下的操作效果。
(6)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，根據(jù)隨作用于閥體19的變力而變化的閥體19的狀態(tài)量確定加速度需要值“a”，也就是說(shuō)，根據(jù)閥體19的實(shí)際位移速度“v”和目標(biāo)值(即目標(biāo)位移速度vt)之差(vt-v)確定?；诎ㄗ鳛橐粎?shù)的加速度需要值“a”的運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力需要值Fem。因此，在閥體19的實(shí)際位移速度“v”由于因啟動(dòng)閥體19時(shí)的汽缸壓力和進(jìn)氣壓力以及排氣壓力導(dǎo)致的對(duì)閥體19的外力作用而偏離目標(biāo)位移速度vt的情況下，根據(jù)電磁力需要值Fem控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，以使實(shí)際位移速度“v”與目標(biāo)位移速度vt相一致。這樣，即使根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作改變外力，也可以每一次將電磁鐵61、62的電磁力校正到適當(dāng)強(qiáng)度，由此減少出現(xiàn)因開(kāi)—關(guān)操作時(shí)的彈回導(dǎo)致的操作穩(wěn)定性降低的情況。由于每一次都基于電磁力需要值Fem控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，以將電磁力校正到適于內(nèi)燃機(jī)操作條件，所以不再需要事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到內(nèi)燃機(jī)操作條件與相應(yīng)適當(dāng)電磁力之間的關(guān)系。這樣，可以簡(jiǎn)化對(duì)控制常量的確定。
(7)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，根據(jù)將排氣閥10或進(jìn)氣閥11構(gòu)建模型作為彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)的模型(即運(yùn)動(dòng)方程)，計(jì)算電磁力需要值Fem。這樣，與基于實(shí)際位移量x與目標(biāo)位移量xt之差Δx計(jì)算的Fb電流Ib的情況相比，可以確定FB電流Ib的強(qiáng)度，同時(shí)確認(rèn)閥體19的動(dòng)態(tài)性能。因此，可以通過(guò)基于FB電流Ib將適當(dāng)?shù)碾姶帕ψ饔糜陂y體19上，降低位移速度。由此，可以改善閥體19的實(shí)際位移量x和實(shí)際位移速度“v”相對(duì)于目標(biāo)位移量xt和目標(biāo)位移速度vt的收斂性。
(8)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，由于即使在根據(jù)電磁力需要值Fem計(jì)算FB電流Ib時(shí)電磁力需要值Fem是相同的，也基于氣隙G的長(zhǎng)度變化地確定FB電流Ib，所以可以將FB電流Ib作為與氣隙G的長(zhǎng)度相應(yīng)的值計(jì)算，并且可以基于該FB電流Ib為閥體19提供適當(dāng)?shù)碾姶帕?qiáng)度。由此，可以進(jìn)一步改善閥體19的實(shí)際位移量x和實(shí)際位移速度“v”相對(duì)于目標(biāo)位移量xt和目標(biāo)位移速度vt的收斂性。第三實(shí)施例如下描述根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第三實(shí)施例，尤其是其與第二實(shí)施例的不同之處。
在第二實(shí)施例中，基于公式(3)計(jì)算實(shí)際位移速度“v”(即圖7中的步驟240)。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作作用于閥體19的力，即根據(jù)關(guān)于排氣閥10的汽缸壓力與排氣壓力之間的壓差作用于閥體19的力或者根據(jù)關(guān)于進(jìn)氣閥11的汽缸壓力與排氣壓力之間的壓差作用于閥體19的力，是基于分別由壓力傳感器54、56和58所檢測(cè)的汽缸壓力、排氣壓力和進(jìn)氣壓力確定的。通過(guò)在滑動(dòng)部分上增加作用于閥體的力和摩擦阻力，確定作用于閥體19的外力F(即圖7中的步驟270)。
另一方面，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，確定一觀測(cè)器，它用來(lái)基于一彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型觀測(cè)閥體19的內(nèi)部狀態(tài)，該模型用來(lái)模擬閥體19的打開(kāi)和關(guān)閉動(dòng)作。通過(guò)采用觀測(cè)器，確定閥體19的實(shí)際位移速度“v”，并且確定根據(jù)汽缸壓力與排氣壓力之間或者汽缸壓力與進(jìn)氣壓力之間的壓差作用于閥體19的力Fp和閥體19滑動(dòng)部分上摩擦阻力Ff的合力(即外力F)。這樣，在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電磁閥控制設(shè)備中，將汽缸壓力傳感器54和排氣壓力傳感器58排除在外。進(jìn)氣壓力傳感器56用于空氣燃料比控制。
以下就判斷作用于排氣閥10的外力的情況說(shuō)明觀測(cè)器判斷外力的過(guò)程。
通過(guò)將排氣閥10構(gòu)建模型稱為彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)，可以得到下面的運(yùn)動(dòng)方程(11)。在運(yùn)動(dòng)方程(11)中，模型常量“m”、“c”、“k”與方程(8)中定義的量相同?！皒”對(duì)應(yīng)于閥體19的位移量。“u”對(duì)應(yīng)于彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型的控制輸入量，即第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。“w”對(duì)應(yīng)于作用于閥體19的外力，這是根據(jù)汽缸壓力與排氣壓力之間的壓差作用于閥體19的力和閥體19滑動(dòng)部分上的摩擦阻力的合力。m·x··+c·x·+k·x=w+u---(11)]]>狀態(tài)變量X如下式(12)所示定義。X=xx·w---(12)]]>根據(jù)公式(11)、(12)，得到設(shè)計(jì)排氣閥10彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型的下式(13)。X·=A·X+B·u---(13)]]>A=010-k/m-c/m1/m000]]>B=01/m0]]>
另一方面，排氣閥10的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型的輸出方程如下式(14)。
Y＝C·X (14)C＝(1 0 0)若將狀態(tài)變量X的確定值確定為Z，則用來(lái)得到確定值Z的觀測(cè)器將如下式(15)那樣。根據(jù)公式(15)，L對(duì)應(yīng)于一觀測(cè)增益。Z·=A·Z+B·u+L·(Y-C·Z)---(15)]]>Z=x‾x·‾w‾]]>(x， ，w對(duì)應(yīng)于x， ，w的估算值)根據(jù)以下由公式(13)-(15)得到的公式(16)，得到狀態(tài)變量X與估算值之間的估算誤差“e”(即X-Z)。e·=(A-L·C)e---(16)]]>因此，通過(guò)適當(dāng)涉及觀測(cè)增益L以使根據(jù)公式(16)得到的估算誤差“e”收斂于零，可以根據(jù)公式(15)計(jì)算估算值Z。換句話說(shuō)，可以估算閥體19的位移速度(即實(shí)際位移速度“v”)。這樣，例如，當(dāng)在公式(13)、(15)中將控制輸入量“u”確定為零時(shí)，估算外力“w”。該估算的外力“w”對(duì)應(yīng)于根據(jù)汽缸壓力與排氣壓力之間的壓差作用的力Fp、磨擦阻力Ff和第一電磁鐵61與第二電磁鐵62的電磁力之和。因此，通過(guò)從估算的外力“w”中減去當(dāng)前在第一電磁鐵61和第二電磁鐵62中產(chǎn)生的電磁力，可以估算根據(jù)汽缸壓力與排氣壓力之間的壓差和磨擦阻力Ff的合力——外力。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，基于閥體19的實(shí)際位移速度“v”和目標(biāo)位移速度vt計(jì)算加速度需要值“a”，該實(shí)際位移速度“v”是經(jīng)觀測(cè)器估算的，該目標(biāo)位移速度vt是由公式(4)計(jì)算的(即圖7中的步驟260)?；诩铀俣刃枰怠癮”和經(jīng)觀測(cè)器估算的外力F計(jì)算電磁力需要值Fem(即步驟280)。由電磁力需要值Fem計(jì)算FB電流Ib，然后基于由FB電流Ib和FF電流If得到的驅(qū)動(dòng)電流I有選擇地控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)(即步驟290-340)。
雖然就估算作用于排氣閥10閥體19的外力的情況說(shuō)明了本發(fā)明的第三實(shí)施例，不過(guò)也可以根據(jù)同樣的程序得到作用于進(jìn)氣閥11閥體的外力。雖然可以在構(gòu)建進(jìn)氣閥11的運(yùn)動(dòng)方程時(shí)采用排氣閥10的運(yùn)動(dòng)方程，不過(guò)優(yōu)選的是，根據(jù)進(jìn)氣閥11的規(guī)格確定每一個(gè)模型常量m，c，k，以便以更高的精度進(jìn)行控制。
根據(jù)以前面的方式控制啟動(dòng)閥體19的電磁力的本發(fā)明第三實(shí)施例，除第一和第二實(shí)施例中所述的操作效果之外，還可以實(shí)現(xiàn)下面的操作效果。
(9)由于采用了用來(lái)基于模擬閥體19開(kāi)、關(guān)動(dòng)作的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型觀測(cè)閥體19內(nèi)部狀態(tài)的觀測(cè)器，并且用該觀測(cè)器估算作用于閥體19的外力，所以無(wú)需另外設(shè)置用來(lái)估算外力如汽缸壓力和排氣壓力的傳感器。這樣，可以簡(jiǎn)化電磁閥控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
(10)根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，不僅可以根據(jù)依內(nèi)燃機(jī)操作條件變化的力精確地估算外力F，還可以甚至在閥體19滑動(dòng)部分上摩擦阻力例如隨內(nèi)燃機(jī)溫度變化時(shí)，根據(jù)閥體19滑動(dòng)部分上摩擦阻力的波動(dòng)進(jìn)行估算。因此，可以在估算外力F時(shí)實(shí)現(xiàn)更精確的估算，并且可以改善實(shí)際位移量x和實(shí)際位移速度“v”相對(duì)于目標(biāo)位移量xt和目標(biāo)位移速度vt的收斂性。
(11)當(dāng)如公式(3)所示通過(guò)對(duì)位移量傳感器52的檢測(cè)信號(hào)求微分，計(jì)算閥體19的實(shí)際位移速度“v”時(shí)，并且當(dāng)有噪聲混在該位移量傳感器52的檢測(cè)信號(hào)中時(shí)，計(jì)算精度可能因?yàn)橥ㄟ^(guò)微分增強(qiáng)噪聲影響而降低。根據(jù)第三實(shí)施例，由于也可以通過(guò)用觀測(cè)器估算閥體19的實(shí)際位移速度“v”，所以可以限制噪聲的影響。這樣，可以進(jìn)一步改善實(shí)際位移量x和實(shí)際位移速度“v”相對(duì)于目標(biāo)位移量xt和目標(biāo)位移速度vt的收斂性。第四實(shí)施例如下描述根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第四實(shí)施例，尤其是其與第二實(shí)施例的不同之處。
第二實(shí)施例與第四實(shí)施例之間的差別在于，在第四實(shí)施例中，并不是基于運(yùn)動(dòng)方程，而是基于能量守恒的原理形成閥體的物理模型。
實(shí)際上，將閥體19的實(shí)際機(jī)械能量(即動(dòng)態(tài)能量和彈性能量之和)計(jì)算為閥體19的狀態(tài)量，該狀態(tài)量根據(jù)作用于閥體19的變力改變。另外，確定是實(shí)際機(jī)械能量目標(biāo)值的目標(biāo)機(jī)械能量，以計(jì)算目標(biāo)機(jī)械能量與實(shí)際機(jī)械能量之差。此外，基于關(guān)于閥體19的能量守恒原理和能量差，計(jì)算電磁力需要值。由于無(wú)需基于壓力傳感器的檢測(cè)結(jié)果估算外力F，所以排除了汽缸壓力傳感器54和排氣壓力傳感器58。進(jìn)氣壓力傳感器56用于空氣—燃料比控制。
以下就打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，參照?qǐng)D6的時(shí)序圖和圖10的流程圖，說(shuō)明位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)的過(guò)程。在根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的電磁閥控制器中，圖7-8的流程圖中所示的一部分過(guò)程以不同的方式執(zhí)行。圖10示出了變化的步驟。
根據(jù)圖7中所示的過(guò)程，在每次執(zhí)行了步驟210-240之后，基于例如下式(17)計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)的目標(biāo)位移速度vt(i)。
vt(i)＝(xt(i)-xt(i-1))/Δt(17)根據(jù)公式(17)，xt(i-1)對(duì)應(yīng)于前一個(gè)控制周期t(i-1)的目標(biāo)位移量(參見(jiàn)圖6)。由于已知對(duì)應(yīng)于經(jīng)過(guò)時(shí)間的目標(biāo)位移量xt，所以可以通過(guò)適當(dāng)對(duì)關(guān)于存儲(chǔ)在ECU50存儲(chǔ)器中目標(biāo)位移量xt的函數(shù)數(shù)據(jù)求微分，計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)的目標(biāo)位移速度vt(i)?？梢灶愃频赜?jì)算下一個(gè)控制周期t(i+1)內(nèi)的目標(biāo)位移速度vt(i+1)(即圖7的步驟250)。
基于下式(18)計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)閥體19的實(shí)際機(jī)械能量E(即步驟262)。E=12m·v(i)2+12k·x(i)2---(18)]]>上式(18)右邊第一項(xiàng)對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)能量?！癿”對(duì)應(yīng)于基于排氣閥10的活動(dòng)部分如閥體19的質(zhì)量確定的常數(shù)。上式(18)右邊第二項(xiàng)對(duì)應(yīng)于彈性能量。“k”對(duì)應(yīng)于基于上彈簧38和下彈簧24的彈性確定的常數(shù)。
根據(jù)下式(19)，計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)的目標(biāo)機(jī)械能量Et(即步驟264)。Et=12m·vt(i)2+12k·x(i)2---(19)]]>這樣，在分別計(jì)算了實(shí)際機(jī)械能量E和目標(biāo)機(jī)械能量Et之后，基于公式(20)計(jì)算實(shí)際機(jī)械能量E與目標(biāo)機(jī)械能量Et之間的能量差ΔE(即步驟272)。
ΔE＝E-Et (20)能量差ΔE根據(jù)作用于閥體19的外力變化，該外力例如是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作條件和滑動(dòng)部分上的摩擦阻力起作用的力。由外力基于汽缸壓力等在打開(kāi)閥的方向上吸引閥體19時(shí)的工作量越大，能量差ΔE越大。例如，當(dāng)閥體19上沒(méi)有外力作用時(shí)，閥體19的機(jī)械能量一直恒定，永遠(yuǎn)不會(huì)改變。但是，實(shí)際上，閥體19的機(jī)械能量受外力影響而變化，在實(shí)際機(jī)械能量E與目標(biāo)機(jī)械能量Et之間產(chǎn)生偏差。因此，通過(guò)取得實(shí)際機(jī)械能量E與目標(biāo)機(jī)戒能量Et之間的能量差ΔE，以基于該能量差ΔE確定電磁力需要值Fem，在不直接取得外力和通過(guò)反映外力的影響的情況下，可以控制電磁力。
這種情況下，實(shí)際控制方式如下。也就是說(shuō)，為了使當(dāng)前控制周期t(i)的實(shí)際機(jī)械能量E與目標(biāo)機(jī)械能量Et相一致，需要用經(jīng)第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力作的功(即工作量Fem(xt(i)-x(i)))抵消能量差ΔE。也就是說(shuō)，需要在能量差ΔE與工作量Fem(xt(i)-x(i))之間實(shí)現(xiàn)下式(21)所示的關(guān)系。
ΔE＝Fem(xt(i)-x(i))(21)因此，基于由公式(21)得到的下式(22)計(jì)算電磁力需要值Fem(即步驟282)。
Fem＝ΔE/(xt(i)-x(i)) (22)在計(jì)算電磁力需要值Fem之后，確定能量差ΔE是否大于零(即步驟292)。若能量差ΔE等于或小于零(即步驟292否)，則由閥體19通過(guò)基于汽缸壓力的外力實(shí)現(xiàn)的工作量小，且閥體19不在打開(kāi)閥的方向上以過(guò)高的速度移動(dòng)。這樣，在這種情況下，由于無(wú)需用第一電磁鐵61(用于關(guān)閉啟動(dòng)的電磁鐵)的電磁力在關(guān)閉閥方向上吸引閥體19，所以將FB電流Ib設(shè)定為零(即步驟310)。
另一方面，若能量差ΔE大于零(即步驟292是)，需要通過(guò)在打開(kāi)閥的方向上吸引閥體19來(lái)降低閥體19的位移速度。這樣，在這種情況下，基于電磁力需要值Fem計(jì)算FB電流Ib(即步驟300)。
然后，通過(guò)圖8所示步驟320-340計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I，并且基于驅(qū)動(dòng)電流I控制第一電磁鐵61的激勵(lì)。
雖然如上所述說(shuō)明了打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，不過(guò)在關(guān)閉處于全開(kāi)位置的閥體19時(shí)可以以同樣的方式控制第二電磁鐵62的電磁力。當(dāng)關(guān)閉進(jìn)氣閥11的閥體時(shí)和將進(jìn)氣閥11的閥體從全閉位置打開(kāi)時(shí)，以同樣的方式控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。
雖然在構(gòu)建進(jìn)氣閥11的運(yùn)動(dòng)方程時(shí)可以采用排氣閥10的運(yùn)動(dòng)方程，不過(guò)優(yōu)選的是，根據(jù)進(jìn)氣閥11的規(guī)格確定每一個(gè)模型常量m，k，以便以高精度進(jìn)行控制。
根據(jù)其中以前面的方式控制啟動(dòng)閥體19的電磁力的本發(fā)明第四實(shí)施例，除了第二實(shí)施例中所述的操作效果和第三實(shí)施例第(9)條中所述的操作效果之外，可以實(shí)現(xiàn)以下操作效果。
(12)根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，用能量守恒原理計(jì)算電磁力需要值。根據(jù)該計(jì)算，把作用于閥體19上的外力如根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作條件和滑動(dòng)部分上摩擦阻力起作用的力的影響反映為能量差ΔE的程度。這樣，無(wú)需直接估算外力本身。因此，無(wú)需另外設(shè)置估算外力的傳感器，且可以簡(jiǎn)化電磁閥控制設(shè)備的構(gòu)建。第五實(shí)施例如下描述根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第五實(shí)施例，尤其是其與第一實(shí)施例不同之處。
根據(jù)第一實(shí)施例，在閥體19僅僅受滑動(dòng)部分上的摩擦阻力作用而不受根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作條件變化的外力作用的情況下，把基于每一個(gè)彈簧24、38的彈力使閥體19從全閉位置開(kāi)始或同全開(kāi)位置開(kāi)始自由振動(dòng)時(shí)的位移量確定為目標(biāo)位移量xt。在第一實(shí)施例中，當(dāng)實(shí)際位移量x偏離目標(biāo)位移量時(shí)，把FB電流Ib確定為適當(dāng)強(qiáng)度，以抵消其間的偏差Δx?；谄自砗瓦M(jìn)氣與排氣壓力的外力作用是造成實(shí)際位移量x偏離目標(biāo)位移量xt的主要因素。
依據(jù)前面所述，根據(jù)第五實(shí)施例，通過(guò)以與第一電磁鐵62和第二電磁鐵62反方向的力產(chǎn)生電磁力，基于彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型估算外力，該系統(tǒng)模型用來(lái)模擬閥體19的打開(kāi)和關(guān)閉動(dòng)作，在閥體19僅僅受每一個(gè)滑動(dòng)部分上摩擦阻力的作用的情況下，啟動(dòng)閥體19(即打開(kāi)/關(guān)閉)。也就是說(shuō)，根據(jù)第五實(shí)施例，通過(guò)將摩擦阻力確定為作用于閥體19的外力目標(biāo)值，在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力受控，以使實(shí)際作用于閥體的外力與一目標(biāo)值一致。雖然第一實(shí)施例中在單獨(dú)計(jì)算FF電流If和FB電流Ib之后，把FF電流If和FB電流Ib之和確定為驅(qū)動(dòng)電流I，但是在第五實(shí)施例中，直接基于目標(biāo)值與實(shí)際作用于閥體19的外力之差計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I。
以下參照?qǐng)D11-12，就打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，說(shuō)明根據(jù)第五實(shí)施例的第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)控制過(guò)程。圖11是一時(shí)序圖，它示出在打開(kāi)閥方向上將處于全閉位置的閥體19位移從打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)間(即時(shí)間t(0))起的情況下，閥體19僅僅受摩擦阻力作用時(shí)的位移量(即以實(shí)線所示的)與實(shí)際位移量x(即以虛線所示的)的時(shí)移。圖12是一流程圖，它示出第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)控制過(guò)程。該流程圖中所示的一系列步驟由ECU50保持預(yù)定時(shí)間間隔反復(fù)執(zhí)行。
根據(jù)這一系列步驟，首先，確定當(dāng)前控制周期t(i)是否在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟410)。若確定當(dāng)前控制周期不在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟410否)，則這一系列步驟結(jié)束。在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之前的保持時(shí)間段內(nèi)，將確定電流I確定為一值(保持電流)，該值用來(lái)通過(guò)與這一系列執(zhí)行步驟不同的另一個(gè)執(zhí)行步驟將排氣閥10保持在全閉狀態(tài)。
另一方面，若當(dāng)前控制周期t(i)在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)(即步驟410是)，則根據(jù)公式(3)計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)的實(shí)際位移速度v(i)(即步驟430)。
根據(jù)下式(23)，計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)閥體19的加速度a(i)(即步驟430)。
a(i)＝(v(i)-v(i-1))/Δt (23)根據(jù)上式(23)，v(i-1)對(duì)應(yīng)于在前一個(gè)控制周期t(i-1)計(jì)算的實(shí)際位移速度(即等于t(i)-Δt)(參見(jiàn)圖11)。
在一前述方式計(jì)算了當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)的實(shí)際加速度a(i)和實(shí)際位移速度v(i)之后，根據(jù)下式(24)計(jì)算當(dāng)前控制周期t(i)內(nèi)作用于閥體19的實(shí)際電磁力f(i)(即步驟450)。
f(i)＝K2·(I/G)2+K3(24)K2，K3常數(shù)根據(jù)上式(24)，I對(duì)應(yīng)于在前一個(gè)控制周期t(i-1)計(jì)算的驅(qū)動(dòng)電流(即命令值)。G對(duì)應(yīng)于當(dāng)前周期t(i)氣隙的長(zhǎng)度。當(dāng)相對(duì)于當(dāng)前控制周期t(i)第一電磁鐵61輸出的驅(qū)動(dòng)電流強(qiáng)度可以由ECU50觀察時(shí)，實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流的值可以由上式(24)替代，而不是由驅(qū)動(dòng)電流的命令值替代。
通過(guò)將排氣閥10模擬為彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)，可以得到以下的運(yùn)動(dòng)方程。
m·a(i)+c·v(i)+k·x(i)＝F+f(i) (25)根據(jù)該運(yùn)動(dòng)方程(25)，每一個(gè)模型常量m，c，k都與上式(8)中定義的量相同。F對(duì)應(yīng)于外力F，即，基于汽缸壓力作用于閥體19的力Fp與摩擦力Ff的合力。
根據(jù)從運(yùn)動(dòng)方程(25)得到的下式(26)，計(jì)算外力F(即步驟460)。
F＝m·a(i)+c·v(i)+k·x(i)-f(i) (26)在計(jì)算了外力F之后，基于下式(27)計(jì)算外力F和目標(biāo)值Ft(即目標(biāo)外力)之差ΔF(即步驟470)。
ΔF＝Ft-F(27)(Ft＝Ff)
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例，將目標(biāo)外力Ft確定為閥體19每一個(gè)滑動(dòng)部分上的摩擦阻力Ff。因此，當(dāng)沒(méi)有基于汽缸壓力的力Fp作用于閥體19時(shí)，外力差ΔF計(jì)算為零。另一方面，當(dāng)基于汽缸壓力的力Fp沿在打開(kāi)閥的方向上移動(dòng)閥體19的方向(即，在關(guān)閉處于啟動(dòng)狀態(tài)的閥的方向上移動(dòng)閥體19的方向)作用于閥體19時(shí)，外力差ΔF變?yōu)榇笥诹?。此外，F(xiàn)p的強(qiáng)度(|Fp|)越大，外力差ΔF越大。因此，通過(guò)產(chǎn)生與第一電磁鐵61中(與處于關(guān)閉啟動(dòng)狀態(tài)的第二電磁鐵62)外力差ΔF強(qiáng)度相同的電磁力，用該電磁力抵消作用于閥體19的基于汽缸壓力的力Fp。這樣，在只有摩擦阻力Ff作用于閥體19的情況下，在打開(kāi)閥的方向上移動(dòng)閥體19。
然后，確定外力差ΔF是否大于零(即步驟480)。若外力差ΔF等于或小于零(即步驟480否)，則將驅(qū)動(dòng)電流I(即命令值)確定為零，因?yàn)榛谄讐毫Φ牧p不在打開(kāi)閥的方向上作用于閥體19，由此無(wú)需通過(guò)在打開(kāi)閥的方向上吸引閥體19來(lái)降低位移速度(即步驟500)。
另一方面，若外力差ΔF大于零，則基于下式(28)計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I，以用第一電磁鐵61的電磁力抵消力Fp，因?yàn)榛谄讐毫Φ鹊牧p在打開(kāi)閥的方向上作用于閥體19(即步驟490)。I=K4·G·ΔF+K5---(28)]]>K4，K5常數(shù)從當(dāng)前控制周期t(i)到下一個(gè)控制周期t(i+1)之前為止，將驅(qū)動(dòng)電流I供給第一電磁鐵61(即步驟510)。在以前面的方式控制第一電磁鐵61的電磁力之后，完成這一系列步驟。
雖然如上所述說(shuō)明了打開(kāi)處于全閉位置的排氣閥10閥體19的情況，不過(guò)在關(guān)閉處于全開(kāi)位置的閥體19時(shí)可以以同樣的方式控制第二電磁鐵62的電磁力。當(dāng)關(guān)閉進(jìn)氣閥11的閥體時(shí)和將進(jìn)氣閥11的閥體從全閉位置打開(kāi)時(shí)，以同樣的方式控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。
雖然在構(gòu)建進(jìn)氣閥11的運(yùn)動(dòng)方程時(shí)可以采用排氣閥10的運(yùn)動(dòng)方程，不過(guò)優(yōu)選的是，根據(jù)進(jìn)氣閥11的規(guī)格確定每一個(gè)模型常量m，c，k，以便以高精度進(jìn)行控制。
根據(jù)其中以前面的方式控制閥體19的本發(fā)明第五實(shí)施例，除了第一實(shí)施例第(4)條中所述的操作效果之外，還可以實(shí)現(xiàn)以下操作效果。
(13)根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第五實(shí)施例，用把排氣閥10或進(jìn)氣閥11模擬為彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)的模型(即運(yùn)動(dòng)方程)估算作用于閥體19的外力F，然后基于所估算的外力F與目標(biāo)外力Ft(即摩擦阻力Ff)之差ΔF控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。因此，當(dāng)作用于閥體19的外力F強(qiáng)度因基于汽缸壓力和進(jìn)氣與排氣壓力的外力在啟動(dòng)閥體19時(shí)對(duì)閥體19的作用而偏離目標(biāo)外力Ft時(shí)，基于該外力差ΔF控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，以使外力F與目標(biāo)外力Ft一致。這樣，即使基于汽缸壓力和進(jìn)氣與排氣壓力的力Fp根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的操作變化，也可以每一次將第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力校正到一適當(dāng)值，可以限制因開(kāi)—關(guān)操作時(shí)的彈回導(dǎo)致的操作穩(wěn)定性下降。此外，由于根據(jù)如前所述的外力差控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，并且每一次將該電磁力校正得適于內(nèi)燃機(jī)的操作條件，所以無(wú)需再得到內(nèi)燃機(jī)操作條件與相應(yīng)電磁力之間的關(guān)系。這樣，可以簡(jiǎn)化對(duì)控制常數(shù)的確定。
(14)根據(jù)第五實(shí)施例，根據(jù)將排氣閥10和進(jìn)氣閥11構(gòu)建模型作為彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)的模型(即運(yùn)動(dòng)方程)，計(jì)算外力F，并且基于外力F與目標(biāo)外力Ft之差ΔF計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I。這樣，可以確定驅(qū)動(dòng)電流I的強(qiáng)度，同時(shí)確認(rèn)閥體19的動(dòng)態(tài)性能，由此可以通過(guò)基于驅(qū)動(dòng)電流I將適當(dāng)?shù)碾姶帕ψ饔糜陂y體19上，降低位移速度。因此，可以改善外力F相對(duì)于目標(biāo)外力Ft的收斂性。
(15)由于基于用來(lái)模擬閥體19打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型估算作用于閥體19的外力F，所以無(wú)需另外設(shè)置估算外力F的傳感器，如汽缸壓力傳感器和排氣壓力傳感器。這樣，可以簡(jiǎn)化電磁閥控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
(16)由于基于作用于閥體19的外力F與目標(biāo)外力Ft之差ΔF控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力，所以不再需要復(fù)雜的推導(dǎo)，例如得到內(nèi)燃機(jī)操作條件與關(guān)于排氣閥10和進(jìn)氣閥的其相應(yīng)適當(dāng)電磁力之間的關(guān)系。這樣，可以在打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣閥11時(shí)與打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥10時(shí)，采用相同的邏輯適當(dāng)控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。
(17)由于把相對(duì)于作用于閥體19外力的目標(biāo)外力Ft預(yù)定為閥體19每一個(gè)滑動(dòng)部分上的摩擦阻力Ff，所以可以在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段內(nèi)，將閥體19從一個(gè)位移端移動(dòng)到另一個(gè)位移端，同時(shí)使從第一電磁鐵61和第二電磁鐵62提供給閥體19的電磁力的強(qiáng)度最小。這樣，可以降低啟動(dòng)閥體19時(shí)的功耗。
(18)由于外力差ΔF即使在由外力差ΔF計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I時(shí)是相同的，也基于氣隙G的長(zhǎng)度可變地確定驅(qū)動(dòng)電流I，所以可以將驅(qū)動(dòng)電流I計(jì)算為與氣隙G的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)的值，并且可以相對(duì)于閥體19提供適當(dāng)?shù)碾姶帕?qiáng)度。由此，可以改善外力F相對(duì)于目標(biāo)外力Ft的收斂性。第六實(shí)施例如下描述根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第六實(shí)施例，尤其是其與第五實(shí)施例不同之處。
如上所述，在位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之前的保持時(shí)間段內(nèi)，為了將閥體19保持在全閉位置或全開(kāi)位置上，將保持電流供給第一電磁鐵61或第二電磁鐵62。通過(guò)預(yù)定的電磁力，將閥體19(銜鐵28)吸引至與第一電磁鐵61的上鐵芯32相接觸，或者與第二電磁鐵62的下鐵芯34相接觸。當(dāng)該保持時(shí)間段結(jié)束并且位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段開(kāi)始時(shí)，中止提供保持電流，消除已吸引閥體19的第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力。
但是，實(shí)際上，即使在中止提供保持電流以后，也在銜鐵28和上、下鐵芯32、34中產(chǎn)生剩余磁力。另外，當(dāng)控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的驅(qū)動(dòng)電路以中止提供保持電流時(shí)，存在一預(yù)定響應(yīng)延遲，直到實(shí)際保持電流為零為止。因此，如圖13所示，當(dāng)在從保持時(shí)間段過(guò)渡到位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之后啟動(dòng)閥體19時(shí)，從打開(kāi)或關(guān)閉啟動(dòng)開(kāi)始到預(yù)定時(shí)間過(guò)去為止(即，時(shí)間t0-t1)，因剩余磁力和保持電流的響應(yīng)延遲在第一電磁鐵61和第二電磁鐵62中產(chǎn)生的電磁力(即下文稱作保持后剩余電磁力Fr)作用于閥體19。這樣，通過(guò)保持后剩余電磁力Fr在關(guān)閉(即打開(kāi)啟動(dòng)位置上的)閥的方向上或打開(kāi)(即關(guān)閉啟動(dòng)位置上的)閥的方向上吸引閥體19。
因此，當(dāng)在不考慮保持后剩余電磁力Fr影響的情況下確定驅(qū)動(dòng)電流I時(shí)，就在從保持時(shí)間段過(guò)渡到位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之后，過(guò)強(qiáng)的電磁力作用于閥體19，因?yàn)橛捎谟信c保持后剩余電磁力Fr相對(duì)應(yīng)的量，用來(lái)在關(guān)閉(即打開(kāi)啟動(dòng)位置上的)閥的方向上或打開(kāi)(即關(guān)閉啟動(dòng)位置上的)閥的方向上吸引閥體19的第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的每一個(gè)電磁力變得更大。
當(dāng)如第五實(shí)施例中所示通過(guò)觀察實(shí)際供給第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的驅(qū)動(dòng)電流，基于實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算實(shí)際電磁力f(i)(即圖12中的步驟450)時(shí)，即使在因保持電流的響應(yīng)延遲而過(guò)渡到位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之后，也可以考慮第一電磁鐵61和第二電磁鐵62中產(chǎn)生的電磁力計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I(即命令值)。但是，這種情況下，需要設(shè)置另外的機(jī)構(gòu)以在ECU50觀察實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流，這增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。此外，甚至在這種情況下，不能考慮銜鐵28和上、下鐵芯32、34中產(chǎn)生的保持后剩余電磁力Fr。
依據(jù)前面所述，在根據(jù)本發(fā)明的電磁閥控制設(shè)備第六實(shí)施例中，在閥體19不受基于汽缸壓力和進(jìn)氣與排氣壓力的力Fp影響的情況下啟動(dòng)(即打開(kāi)和關(guān)閉)閥體時(shí)，作用于閥體19的力即事先通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的保持后剩余電磁力Fr與摩擦阻力Fr的合力被如下式(29)所示確定為目標(biāo)外力Ft。
Ft＝Fr+Ff (29)通過(guò)圖12所示的一系列步驟，計(jì)算目標(biāo)外力Ft與實(shí)際作用于閥體19的外力F之差ΔF。然后，基于由差ΔF計(jì)算的驅(qū)動(dòng)電流I控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的激勵(lì)。
根據(jù)其中以前面的方式控制啟動(dòng)閥體19時(shí)的電磁力的本發(fā)明第六實(shí)施例，除了第五實(shí)施例中提到的操作效果外，還可以實(shí)現(xiàn)以下的操作效果。
(19)由于將目標(biāo)外力Ft預(yù)定為保持后剩余電磁力Fr與摩擦阻力Ff的合力，并且基于其間的差ΔF控制第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的電磁力以便實(shí)際外力F與目標(biāo)外力Ft相一致，所以可以在第一電磁鐵61和第二電磁鐵62中產(chǎn)生與保持后剩余電磁力Fr相對(duì)應(yīng)的適當(dāng)電磁力，而不必增大結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，例如設(shè)置用來(lái)觀察實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流的機(jī)構(gòu)。這樣，可以進(jìn)一步適當(dāng)控制因開(kāi)-關(guān)操作時(shí)彈回而導(dǎo)致的操作穩(wěn)定性下降的情況。
雖然已經(jīng)參照上述實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，不過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)構(gòu)可以如下改變。
雖然在前面的實(shí)施例中，在通過(guò)以提供保持電流產(chǎn)生的電磁力將閥體19保持在全閉位置或全開(kāi)位置的保持時(shí)間段內(nèi)，將保持電流供給第一電磁鐵61和第二電磁鐵62，但是也可以通過(guò)將第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的上、下鐵芯32、34設(shè)置成永久磁鐵，將閥體19保持在全閉位置或全開(kāi)位置。這種情況下，通過(guò)在第一電磁鐵61和第二電磁鐵62中產(chǎn)生與永久磁鐵產(chǎn)生的磁通方向相反的磁通，抵消了永久磁鐵的磁通。
雖然根據(jù)第一至第四實(shí)施例，相對(duì)于實(shí)際位移量x確定目標(biāo)位移量xt，并且必要時(shí)根據(jù)目標(biāo)位移量xt計(jì)算目標(biāo)位移速度vt，但是也可以預(yù)定相對(duì)于閥體19實(shí)際位移量x的目標(biāo)位移速度vt，以將其事先存儲(chǔ)在ECU50中。
雖然根據(jù)第一實(shí)施例，只在計(jì)算FB電流Ib時(shí)計(jì)算PID控制的比例(P)項(xiàng)(即等于Kp·Δx)，但是也可以另外計(jì)算積分項(xiàng)(即等于∫Ki·Δx·dt)和微分項(xiàng)(即等于Kd·d(Δx)/dt)。同樣，當(dāng)由電磁力計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流I需要基于能量差ΔE計(jì)算的值Fem時(shí)，除比例項(xiàng)以外，可以另外計(jì)算積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。當(dāng)以該方式構(gòu)建時(shí)，作用于閥體19的外力F相對(duì)于目標(biāo)值的收斂性和根據(jù)外力F變化的狀態(tài)量相對(duì)于目標(biāo)值的收斂性可以得到改善。
雖然根據(jù)第一實(shí)施例，將差Δx計(jì)算為表示實(shí)際位移量x與目標(biāo)位移量xt之差的參數(shù)，不過(guò)，例如可以通過(guò)實(shí)際位移量x與目標(biāo)位移量xt(即x/xt之比)估算該差值。同樣，在第五和第六實(shí)施例中，實(shí)際作用于閥體19的外力F與目標(biāo)外力Ft之差可以由二者之比(即F/Ft)估算。
根據(jù)第二實(shí)施例，基于汽缸壓力與排氣壓力之間的壓差估算根據(jù)內(nèi)燃機(jī)關(guān)于排氣閥10的載荷起作用的力。需集中注意的是，總的來(lái)說(shuō)排氣壓力的波動(dòng)相對(duì)汽缸壓力的波動(dòng)較小，汽缸壓力根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作條件變化很大，通過(guò)假定排氣壓力為常量，可以僅基于汽缸壓力估算作用于排氣閥10的力?；蛘呖梢曰谄讐毫浪闩艢鈮毫Γ?yàn)槠讐毫团艢鈮毫Ρ舜讼嗷リP(guān)聯(lián)。這樣，可以去除排氣壓力傳感器58，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu)。
雖然通過(guò)第二實(shí)施例中的進(jìn)氣壓力傳感器直接檢測(cè)用來(lái)估算外力的進(jìn)氣壓力，不過(guò)可以基于由例如空氣流量計(jì)檢測(cè)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣量來(lái)估算進(jìn)氣壓力。
雖然在第二實(shí)施例中，基于當(dāng)前控制周期t(i)的實(shí)際位移速度v(i)和下一個(gè)控制周期t(i+1)的目標(biāo)位移速度vt(i+1)計(jì)算閥體19的加速度需要值“a”，不過(guò)可以基于當(dāng)前控制周期t(i)的實(shí)際位移速度v(i)和目標(biāo)位移速度vt(i)計(jì)算加速度需要值“a”。
雖然在第四實(shí)施例中，基于當(dāng)前控制周期t(i)的閥體19實(shí)際機(jī)械能量E與目標(biāo)機(jī)械能量Et之間的能量差ΔE計(jì)算電磁力需要值Fem，不過(guò)也可以基于當(dāng)前控制周期t(i)的實(shí)際機(jī)械能量E與下一個(gè)控制周期t(i+1)的目標(biāo)機(jī)械能量Et之間的能量差ΔE計(jì)算電磁力需要值Fem。
雖然在第四實(shí)施例中基于公式(22)計(jì)算電磁力需要值Fem，不過(guò)可以將當(dāng)前控制周期t(i)作用于閥體19的外力與抵消所估算外力的值之和設(shè)定為電磁力需要值Fem，該抵消所估算外力的值即為，由公式(23)得到的相反方向上的力。在這種結(jié)構(gòu)中，由于以前饋的方式抵消了外力所產(chǎn)生的能量差ΔE，所以可以進(jìn)一步提高實(shí)際位移量x和實(shí)際位移速度“v”相對(duì)于目標(biāo)位移量xt和目標(biāo)位移速度vt的收斂性。如第二實(shí)施例中所述，可以基于壓力傳感器54、56、58的檢測(cè)信號(hào)估算外力，或者用如第三實(shí)施例中所述的觀測(cè)器估算外力。
雖然根據(jù)第五和第六實(shí)施例把閥體19滑動(dòng)部分上產(chǎn)生的摩擦阻力Ff或摩擦阻力Ff與保持后剩余電磁力Fr的合力確定為目標(biāo)外力Ft，不過(guò)可以將目標(biāo)外力Ft確定為零或僅僅為保持后剩余電磁力Fr。
雖然根據(jù)第五和第六實(shí)施例，基于外力差ΔF直接計(jì)算第一電磁鐵61和第二電磁鐵62的驅(qū)動(dòng)電流I，不過(guò)也可以將驅(qū)動(dòng)電流I計(jì)算為FB電流Ib與FF電流If之和，根據(jù)氣隙G將FB電流Ib計(jì)算為外力差ΔF與反饋增益之積，而將FF電流If確定為與從保持時(shí)間段過(guò)渡到位移速度調(diào)節(jié)時(shí)間段之后預(yù)定時(shí)間過(guò)去為止的保持電流方向相反的常數(shù)。此外，在這種情況下，可以將FB電流Ib計(jì)算為積分項(xiàng)與微分項(xiàng)以及比例項(xiàng)之和。
雖然在第五和第六實(shí)施例中，就模擬閥體19打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型，基于從運(yùn)動(dòng)方程(25)中得到的公式(26)估算了外力F，不過(guò)可以基于如第三實(shí)施例中所述的彈簧/質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)模型，利用觀測(cè)閥體內(nèi)部狀態(tài)的觀測(cè)器來(lái)估算外力F。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述的本發(fā)明，不過(guò)應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限于這些優(yōu)選實(shí)施例。相反，意欲令本發(fā)明覆蓋各種修改和等同設(shè)置。另外，盡管在各種結(jié)合和結(jié)構(gòu)中示出了優(yōu)選實(shí)施例的各種部件，不過(guò)它們只是示例性的。包括更多、更少或單獨(dú)一個(gè)部件的其他結(jié)合和結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電磁閥的控制設(shè)備，該電磁閥包括起一內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥(11)或排氣閥(10)作用的閥體(19)和將一電磁力作用于設(shè)置在該閥體(19)上銜鐵(28)的電磁鐵(61，62)，該銜鐵(28)使閥體(19)在第一位置與第二位置之間移動(dòng)，其特征在于包括確定裝置(50)，該確定裝置(50)用來(lái)確定當(dāng)使閥體(19)從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)作用于閥體的力，以及閥體根據(jù)作用于該閥體(19)的力變化的狀態(tài)值，并用來(lái)確定作用于該閥體的力和根據(jù)作用于閥體(19)的力變化的閥體的狀態(tài)值之一的目標(biāo)值；控制裝置(50)，該控制裝置用來(lái)根據(jù)所確定的力和該力的目標(biāo)值之間的偏差所確定的狀態(tài)值和該狀態(tài)值的目標(biāo)值之間的偏差之一，控制電磁鐵(61，62)的電磁，以便將銜鐵(28)推向第一和第二位置之一，使得當(dāng)該閥體自第一位置移到第二位置時(shí)，該偏差最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，除電磁力外，閥體(19)還由一彈簧(24，38)的彈力打開(kāi)和關(guān)閉，當(dāng)基于作為目標(biāo)值的彈簧的彈力將閥體從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)，確定裝置(50)確定根據(jù)作用于閥體(19)的力之和變化的閥體的狀態(tài)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，控制裝置(50)基于一偏差對(duì)電磁力進(jìn)行反饋控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，控制裝置(50)基于銜鐵(28)與電磁力(61，62)之間的氣隙(G)，確定對(duì)電磁力進(jìn)行反饋控制時(shí)的一個(gè)反饋增益。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，控制裝置(50)基于電磁閥的物理運(yùn)動(dòng)模型計(jì)算使該偏差最小所必需電磁力值，該模型令所確定的力和狀態(tài)值中至少一個(gè)作為一模型變量，并且控制裝置(50)基于該電磁需要值控制該電磁力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個(gè)的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，該狀態(tài)值是閥體(19)的位移量，控制裝置(50)基于所檢測(cè)的位移量(x)和該位移量的目標(biāo)值(Xt)之差控制電磁力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個(gè)的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，狀態(tài)值是閥體(19)的位移速度，控制裝置(50)基于位移速度(v)和該位移速度的目標(biāo)值(vt)之差控制電磁力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個(gè)的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，狀態(tài)量是閥體(19)的機(jī)械能量，控制裝置(50)基于所檢測(cè)的機(jī)械能量(E)和該機(jī)械能量的目標(biāo)值(Et)之差控制電磁力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個(gè)的電磁閥的控制設(shè)備，其特征在于，確定裝置(50)通過(guò)估算作用于閥體的力來(lái)確定作用于閥體(19)的力，控制裝置(50)基于所估算的作用于閥體的力(F)和作用于閥體的力的目標(biāo)值(Ft)之差控制電磁力。
10.一種電磁閥控制設(shè)備的控制方法，該電磁閥包括一個(gè)起內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥(11)或排氣閥(10)作用的閥體(19)和一個(gè)將電磁力作用于設(shè)置在該閥體(19)上銜鐵(28)的電磁鐵(61，62)，電磁力的作用使閥體(19)在第一位置與第二位置之間移動(dòng)，該方法的特征在于包括以下步驟確定當(dāng)使閥體(19)從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)作用于閥體(19)的力，并根據(jù)作用于該閥體(19)的力變化確定閥體的狀態(tài)值；確定當(dāng)將閥體(19)從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)作用于閥體的力和根據(jù)作用于閥體(19)的力變化的閥體狀態(tài)值之一的目標(biāo)值；以及根據(jù)所確定的力和該力的目標(biāo)值之間的偏差所確定的狀態(tài)值和該狀態(tài)值的目標(biāo)值之間的偏差之一，控制電磁鐵(61，62)的電磁，以便將銜鐵(28)推向第一和第二位置之一，使得當(dāng)該閥體自第一位置移到第二位置時(shí)，該偏差最小。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電磁閥控制設(shè)備的控制方法，其特征在于，通過(guò)基于偏差進(jìn)行的反饋控制來(lái)控制電磁力。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電磁閥控制設(shè)備的控制方法，其特征在于，基于銜鐵(28)與電磁力(61，62)之間的氣隙(G)長(zhǎng)度，確定對(duì)電磁力進(jìn)行反饋控制時(shí)的一個(gè)反饋增益。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的電磁閥控制設(shè)備的控制方法，其特征在于，基于電磁閥的物理運(yùn)動(dòng)模型計(jì)算使該偏差最小所必需電磁力的需要值，該模型令所確定的力和狀態(tài)量中至少一個(gè)作為一模型變量，并基于該電磁力需要值控制電磁力。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任意一個(gè)的電磁閥控制設(shè)備的控制方法，其特征在于，狀態(tài)量是閥體(19)的位移量(x)，控制步驟還包括基于所檢測(cè)的位移量(x)和位移量的目標(biāo)值(Xt)之差控制電磁力。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任意一個(gè)的電磁閥控制設(shè)備的控制方法，其特征在于，狀態(tài)量是閥體的位移速度(v)，控制步驟還包括基于位移速度(v)和位移速度的目標(biāo)值(vt)之差控制電磁力。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任意一個(gè)的電磁閥控制設(shè)備的控制方法，其特征在于，狀態(tài)量是閥體的機(jī)械能量(E)，控制步驟還包括基于所檢測(cè)的機(jī)械能量(E)和機(jī)械能量的目標(biāo)值(Et)之差控制電磁力。
17.一種電磁閥控制設(shè)備的控制方法，該電磁閥包括一個(gè)起內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥(11)或排氣閥(10)作用的閥體(19)和將一電磁力作用于設(shè)置在該閥體(19)上銜鐵(28)的電磁鐵(61，62)，電磁力的作用使閥體(19)在第一位置與第二位置之間移動(dòng)，該方法的特征在于包括以下步驟確定當(dāng)使閥體(19)從第一位置移動(dòng)到第二位置時(shí)作用于閥體(19)的力的目標(biāo)值(Ft)；估算作用于閥體(19)的力(F)；以及基于作用于閥體(19)的所估算的力(F)與作用于閥體的力的目標(biāo)值(Ft)之差，控制電磁力。
全文摘要
將一目標(biāo)值位移量(xt)存儲(chǔ)在ECU(50)的存儲(chǔ)器中，該目標(biāo)值位移量(xt)是關(guān)于將閥體(19)從全閉位置移動(dòng)到全開(kāi)位置或從全開(kāi)位置移動(dòng)到全閉位置時(shí)的位移量(x)。將該目標(biāo)位移量xt確定為在閥體僅受摩擦阻力(Ft)作用而不受外力(Fp作用)情況下的打開(kāi)關(guān)閉閥體時(shí)的位移量，外力(Fp)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)操作條件變化。ECU基于位移量(x)與目標(biāo)值位移量(xt)之差(Δx)計(jì)算反饋電流Ib(即步驟S110－S180)，并且基于驅(qū)動(dòng)電流I控制電磁鐵的激勵(lì)以抵消啟動(dòng)閥的電磁鐵剩余電磁力(即步驟S190，S200)，該驅(qū)動(dòng)電流I計(jì)算為FB電流(Ib)與前饋電流(If)之和。
文檔編號(hào)F01L9/04GK1396374SQ0211908
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月13日
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