機(jī)油控制閥的仿真設(shè)計(jì)研究

　　對(duì)OCV閥的結(jié)構(gòu)和基本原理進(jìn)行分析，建立了OCV閥的數(shù)學(xué)模型，并利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行了仿真研究，分析了ECU發(fā)送的占空比調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)閥芯位置的影響。通過OCV閥系統(tǒng)的仿真研究，為OCV閥的設(shè)計(jì)制造提供了一種理論依據(jù)。

　　可變氣門正時(shí)技術(shù)(Variable　Valve　Timing，即VVT)逐漸成為現(xiàn)代汽車的一種標(biāo)準(zhǔn)配置。其原理是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況來調(diào)整進(jìn)排氣門的大小和開啟關(guān)閉時(shí)間，從而使氣缸中的空燃比始終保持最佳，提高燃料的燃燒效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。目前擁有較成熟的VVT生產(chǎn)技術(shù)的公司有豐田公司的VVT-i，本田公司的VTEC，寶馬公司的VANOS和福特公司的VCT等。機(jī)油控制閥(Oil　Control　Valve，即OCV)作為VVT系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，控制著機(jī)油到相位器的分配，直接影響著可變氣門正時(shí)控制的好壞。由于OCV閥的集成度較高，加工精密度要求高，提高了對(duì)OCV閥的控制要求。本文根據(jù)OCV閥的結(jié)構(gòu)和基本原理，對(duì)OCV閥進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并借助Matlab/Simulink軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真，對(duì)不同占空比信號(hào)控制OCV閥閥芯位置進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　1、OCV閥結(jié)構(gòu)和基本原理

　　1.1、OCV閥結(jié)構(gòu)

　　如圖1、圖2，OCV閥是由接線端子、線圈、支架、O型線圈、繞線架、銜鐵、軸閥、內(nèi)置濾清器、罩殼和回位彈簧等組成。

圖1 OCV閥實(shí)物

圖2 OCV閥結(jié)構(gòu)

　　1.2、OCV閥基本原理

　　OCV閥是一個(gè)可雙向移動(dòng)的四通路脈寬調(diào)制電磁閥，可以通過柱塞閥的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)油流量和流向的控制。發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU提供給OCV閥脈寬調(diào)節(jié)占空比信號(hào)，改變通至轉(zhuǎn)子葉片兩側(cè)的機(jī)油流量，由此控制凸輪相對(duì)于曲軸的正時(shí)和相位。

　　在斷電的工況下，由于回位彈簧的預(yù)緊力作用，OCV閥的閥芯處于圖2所示的最左邊。此時(shí)A口和B口截面積均最大，A口與進(jìn)油道接通，B口與回油道接通，使相位器處于最滯后的位置。假定我們規(guī)定占空比信號(hào)為45%～55%時(shí)，相位器處于保持位置，即OCV閥的兩個(gè)出油口都關(guān)閉。隨著占空比的增大，OCV閥閥芯沿著圖2所示X的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

　　下面我們對(duì)不同占空比的OCV工作情況進(jìn)行分析。占空比從0%～45%逐漸增大，A口和B口的截面均逐漸減小。直到占空比剛好達(dá)到45%，此時(shí)A口和B口均完全關(guān)閉，處于相位器的保持狀態(tài)。占空比從45%～55%繼續(xù)增大，相位器保持不變，相位器仍處于保持狀態(tài)。占空比從55%～100%逐漸增大，A口和B口均打開，且截面積均逐漸增大，但此時(shí)的A口與回油道接通，B口與進(jìn)油道接通，相位器逐漸向提前方向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2為所示的X方向運(yùn)動(dòng)過程，同理可進(jìn)行分析。

　　根據(jù)上面的曲線圖可知，在給定某個(gè)具體的占空比下，可以將OCV閥的位置控制到目標(biāo)位置。但問題在于整體響應(yīng)的速度非常緩慢，與真實(shí)的OCV閥響應(yīng)速度有一定的差距。

　　究其原因，可歸納為如下幾點(diǎn)原因：

　　(1)由于OCV閥屬于精密儀器，拆開的難度較大，許多機(jī)械參數(shù)我們并不能準(zhǔn)確設(shè)定，而是通過查閱資料和根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行估算的;

　　(2)閥芯的磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系，通過一個(gè)類線性的方程表示出來，即磁化系數(shù)設(shè)為定值;真實(shí)中的磁化強(qiáng)度M(r)和H，B之間的關(guān)系是極其復(fù)雜的非線性關(guān)系。

　　(3)占空比調(diào)節(jié)信號(hào)是通過一個(gè)固定占空比的方波信號(hào)模塊模擬的，與真實(shí)中的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)送的控制信號(hào)有一定差距。

　　4、結(jié)束語

　　OCV閥仿真模型的開發(fā)為進(jìn)一步提高OCV閥的性能提供了方法.在設(shè)計(jì)OCV閥時(shí)，只需改變模型的一些基本參數(shù)就能利用模型來進(jìn)行OCV閥有關(guān)工作性能的預(yù)測，確定OCV閥對(duì)工作響應(yīng)過程的影響規(guī)律，這樣大大縮短了設(shè)計(jì)開發(fā)周期，一定程度上減少了試驗(yàn)調(diào)整的工作量。但目前為止，研究過程中，遇到的問題仍無法完全解決，導(dǎo)致最后的仿真結(jié)果不夠理想，希望以后的研究中能夠不斷完善。