双向永磁直驱高速电磁阀与控制方法与流程

本发明属于柴油机燃油喷射控制，尤其是涉及 双向永磁直驱高速电磁阀与控制方法。

背景技术：

1、柴油机作为高功率密度、高燃油经济性的动力装置，广泛应用于商用车、工程机械、船舶动力等关键领域。燃油喷射系统的性能直接决定柴油机的动力输出、油耗水平及排放指标，其中喷油压力的控制精度更是核心关键。

2、在现有技术中，电控单体泵配套的电磁阀多采用“电磁铁加复位弹簧”的经典结构。其工作原理为：通电时电磁铁产生磁力吸引衔铁开启阀口，断电时依靠复位弹簧的弹力推动衔铁复位以关闭阀口。然而，该结构存在以下技术缺陷：其一，弹簧自身存在惯性，易引发阀口开关的响应滞后问题，在高转速工况下难以满足柴油机多段喷射的快速响应要求，直接影响喷油压力控制精度；其二，复位弹簧在高频往复运动中极易出现疲劳失效、弹性衰减等问题，大幅降低电磁阀乃至整个燃油喷射系统的工作可靠性，缩短设备整体使用寿命。

3、部分改进方案虽尝试取消复位弹簧，采用永磁体结构实现阀体单向复位，但仍存在诸多技术瓶颈：电磁铁接通时需克服永磁体原有磁场，造成电能消耗大、工作效率低下；且仅能实现单一方向的复位控制，无法完成阀体开启与关闭的双向主动驱动；同时现有电磁阀的阀体多为被动衔铁结构，不参与磁路的主动构建，导致磁力利用效率低，进一步制约了电磁阀的响应速度提升。

4、因此，亟需研发一种新型高速电磁阀，以解决现有产品响应滞后、效率低下、可靠性不足等问题，实现双向主动驱动与高速精准响应，从而有效提升柴油机喷油压力的控制精度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出 双向永磁直驱高速电磁阀与控制方法，以解决现有技术中传统复位弹簧导致的响应滞后与易疲劳失效缺陷，以及现有无弹簧永磁方案存在的能耗高、无法双向主动驱动和磁力利用效率低的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了双向永磁直驱高速电磁阀，包括接线柱、第一电磁铁、铁块、橡胶垫、导向套、流道、阀芯、第二电磁铁和外壳。

4、所述外壳上安装有所述接线柱、所述第一电磁铁、所述导向套及所述第二电磁铁；

5、所述铁块的数量为两个，分别固定在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁朝向所述阀芯的内侧端；

6、所述第一电磁铁和所述第二电磁铁沿所述阀芯的中轴线对称布置，两者结构相同、线圈缠绕方向相同，用于通过控制输入电流的方向产生不同方向的磁场；

7、所述橡胶垫贴附在所述铁块面向所述阀芯的端面；

8、所述外壳开设有所述流道；

9、所述阀芯由永磁材料制成，两端面为磁极面，内部开设有通孔，且所述阀芯可滑动地安装在所述导向套内；

10、所述通孔的直径大于所述流道的直径，所述阀芯具有开启位置和关闭位置，在所述开启位置时，所述通孔与所述流道重合以实现导通，在所述关闭位置时，所述阀芯的实体部分与所述流道错位以实现切断；

11、所述接线柱位于所述外壳的外侧。

12、进一步的，所述铁块由高导磁材料制成，用于传递磁场并降低磁路磁阻；所述铁块为所述阀芯的吸附定位提供贴合支撑面，使所述阀芯在完成开关状态切换后，隔着所述橡胶垫紧密吸附在所述铁块上，实现无电稳态自保持。

13、进一步的，所述导向套采用自润滑且具备密封性能的材料制成，用于对所述阀芯的双向运动起到导向和润滑作用，并保证燃油密封效果；所述导向套与所述外壳之间设有密封圈。

14、进一步的，所述橡胶垫的厚度配置为：在提供缓冲行程以吸收阀芯动能的同时，确保所述阀芯在无电状态下的永磁吸附力大于最大燃油压力产生的推力。

15、基于同一方面构思，本发明还提供了双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法，应用于所述的双向永磁直驱高速电磁阀，所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法根据喷油控制指令按需触发执行，包括以下步骤：

16、喷油开启控制：通过所述接线柱向所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通入反向电流，使两电磁铁产生反向磁场，形成对所述阀芯一端异性相吸、一端同性相斥的协同开启驱动力，驱动所述阀芯快速移动至所述开启位置，使所述通孔与所述流道重合，实现所述流道导通；

17、喷油关闭控制：通过所述接线柱向所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通入正向电流，使两电磁铁产生正向磁场，形成对所述阀芯一端同性相斥、一端异性相吸的协同关闭驱动力，驱动所述阀芯快速移动至所述关闭位置，使所述通孔与所述流道错位，实现所述流道切断；

18、稳态保持控制：所述阀芯移动至所述开启位置或所述关闭位置后，停止向所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通电，所述阀芯依靠自身永磁特性隔着所述橡胶垫吸附在对应侧的所述铁块上，无电维持电磁阀的稳态。

19、进一步的，所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法还包括稳态防粘连控制：在电磁阀维持开启或关闭稳态期间，向与所述阀芯吸附贴合的对应侧电磁铁通入预设频率的短时、低强度脉冲电流，该脉冲电流强度远小于喷油开启或关闭控制的电流强度，使该侧电磁铁产生微弱吸附电磁力，利用所述橡胶垫作为弹性振动介质，通过所述微弱吸附电磁力的通断带动所述阀芯产生微米级微振动，且所述微振动不改变电磁阀的开启或关闭稳态，以打破所述阀芯与所述橡胶垫、所述导向套之间的杂质卡滞或油膜吸附。

20、进一步的，所述脉冲电流的频率、脉冲宽度和占空比配置为：既能产生足够的加速度使所述阀芯产生微米级位移，又不会积累足够的动能导致所述阀芯脱离稳态位置。

21、进一步的，所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法还包括系统复位控制：在系统上电初始化后或关机前，执行所述喷油关闭控制动作，驱动所述阀芯移动至所述关闭位置，实现电磁阀的初始关闭或终态关闭。

22、相对于现有技术，本发明所述的 双向永磁直驱高速电磁阀与控制方法具有以下有益效果：

23、1、高速响应，无滞后：本发明取消了传统复位弹簧，采用双向电磁铁对称直驱结构，配合永磁阀芯的快速磁场响应，彻底消除了弹簧惯性造成的响应滞后，可实现快速开关，精准满足高转速柴油机多段喷射的严苛需求。

24、2、高可靠性，长寿命：去除了易疲劳失效的复位弹簧机械部件，避免了因弹簧失效导致的系统故障；配合橡胶垫的缓冲设计，有效降低阀芯与铁块的机械冲击，减少部件磨损，显著延长了电磁阀的整体工作寿命。

25、3、低能耗，自保持：依托永磁阀芯的特性，阀芯到达目标位置后无需持续通电即可依靠永磁吸附力维持稳态，大幅降低了系统运行的电能消耗，节能环保。

26、4、防粘连，高可靠：稳态防粘连微振控制策略能够在不改变稳态位置的前提下有效防止阀芯卡滞，通过引入高频微幅振动，打破了静态摩擦和油膜吸附，保证了电磁阀长期工作的响应可靠性与运行安全性。

27、5、结构紧凑，便于集成：整体结构设计简洁合理，体积小巧，可直接无缝集成到现有的柴油机电控单体泵系统中，无需对原有系统进行大规模改造，应用成本低。

1.双向永磁直驱高速电磁阀，包括接线柱(1)、第一电磁铁(2)、铁块(3)、橡胶垫(4)、导向套(5)、流道(6)、阀芯(7)、第二电磁铁(8)和外壳(9)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的双向永磁直驱高速电磁阀，其特征在于：所述铁块(3)由高导磁材料制成，用于传递磁场并降低磁路磁阻；所述铁块(3)为所述阀芯(7)的吸附定位提供贴合支撑面，使所述阀芯(7)在完成开关状态切换后，隔着所述橡胶垫(4)紧密吸附在所述铁块(3)上，实现无电稳态自保持。

3.根据权利要求1所述的双向永磁直驱高速电磁阀，其特征在于：所述导向套(5)采用自润滑且具备密封性能的材料制成，用于对所述阀芯(7)的双向运动起到导向和润滑作用，并保证燃油密封效果；所述导向套(5)与所述外壳(9)之间设有密封圈。

4.根据权利要求1所述的双向永磁直驱高速电磁阀，其特征在于：所述橡胶垫(4)的厚度配置为：在提供缓冲行程以吸收阀芯动能的同时，确保所述阀芯(7)在无电状态下的永磁吸附力大于最大燃油压力产生的推力。

5.双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法，应用于权利要求1-4任一项所述的双向永磁直驱高速电磁阀，其特征在于，所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法根据喷油控制指令按需触发执行，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法，其特征在于，还包括稳态防粘连控制：在电磁阀维持开启或关闭稳态期间，向与所述阀芯(7)吸附贴合的对应侧电磁铁通入预设频率的短时、低强度脉冲电流，该脉冲电流强度远小于喷油开启或关闭控制的电流强度，使该侧电磁铁产生微弱吸附电磁力，利用所述橡胶垫(4)作为弹性振动介质，通过所述微弱吸附电磁力的通断带动所述阀芯(7)产生微米级微振动，且所述微振动不改变电磁阀的开启或关闭稳态，以打破所述阀芯(7)与所述橡胶垫(4)、所述导向套(5)之间的杂质卡滞或油膜吸附。

7.根据权利要求6所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法，其特征在于：所述脉冲电流的频率、脉冲宽度和占空比配置为：既能产生足够的加速度使所述阀芯(7)产生微米级位移，又不会积累足够的动能导致所述阀芯(7)脱离稳态位置。

8.根据权利要求5所述的双向永磁直驱高速电磁阀的控制方法，其特征在于，还包括系统复位控制：在系统上电初始化后或关机前，执行所述喷油关闭控制动作，驱动所述阀芯(7)移动至所述关闭位置，实现电磁阀的初始关闭或终态关闭。