CN105473918A - 线性阀致动器系统及用于控制阀操作的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的系统包括静止线圈线性电机以驱动带有阀杆的阀，该阀杆包括铁磁特性。该线性电机响应于由电子阀控制计算机管理的控制而移动该阀。该阀能够以用于可选择距离(“升程”)的加速度和速度的可选择速率在关闭位置到第二可选择的打开位置之间移动，其间包括处于完全打开状态和完全关闭状态之间的所有位置变化。阀位置、速度和加速度可在阀冲程其间以及在冲程之间被改变，如由编程在电子阀控制计算机的非传递内存上的逻辑所控制的那样。

Description

线性阀致动器系统及用于控制阀操作的方法

优先权

本申请是于2011年11月7日提交的美国专利申请No.13/290,353的部分继续申请，该美国专利申请被通过参引全部结合到本文中。

技术领域

本发明主要涉及阀致动系统，并且更具体地涉及线性电机致动的阀机构并且因此涉及用于内燃机和其它应用的控制系统。

背景技术

现今，化石燃料为大多数的现代内燃机(ICE)提供动力。但从石油和其它原料衍生出的碳氢燃料是稀缺资源，并且许多人认为，这种燃料在汽车中的广泛使用因存在燃烧副产品而导致了不希望产生的气候变化。因此，对于提高现代内燃机的效率而言存在巨大的压力。对于提高效率的需求也受到与燃料消耗和二氧化碳排放有关的政府配额、规定和税收的驱动。并且这与对于提高汽车安全性的不断增长的需求同时存在，后一需求通常增大了重量从而有损于效率。

提高ICE效率所采取的当前步骤会增加相当大的成本和复杂性，同时降低了可靠性、动力和驾驶性能。例如，已经在ICE的操作循环其间多次尝试向进气阀和/或排气阀的操作添加可调整性。

传统上，ICE的进气阀和排气阀(也称为提升阀)已由一个或多个凸轮轴致动，这一个或多个凸轮轴由ICE曲轴以一半的发动机转速机械地驱动，从而以与ICE旋转同步的方式以及以相对于彼此处于固定相位的方式操作这些阀。同样已知的是以旋转阀来代替提升阀，再次由该曲轴机械地驱动这些阀，并且使该阀操作刚性地随动于ICE曲轴旋转。

凸轮轴轮廓限定了阀打开/关闭运动的正时。凸轮轴设计是一种权衡的应用，这是因为给定的凸轮轴轮廓仅可被优化用于非常窄的曲轴速度范围(以每分钟旋转(rpm)为单位进行测量)。由此，必须进行折衷以便于在宽广的速度范围上容易地启动和操作，并且这些折衷降低了ICE的整体效率且需要具有极大的复杂性。

此外，机械凸轮轴具有固定量的阀运动(升程)和阀打开的时间(持续度)。阀的打开时间和关闭时间也由机械传动系统和凸轮轴轮廓刚性地固定。添加附加的凸轮轴和阀允许优化用于低速的一个凸轮轴/阀系统以及用于高速的另一个凸轮轴/阀系统，但这还需要被折衷，以允许易于启动和宽广的操作速度范围。

进一步知晓的是，凸轮轴可被通过诸如液压双向地旋转该凸轮轴的传动机构之类的多种方式相对于曲轴转动位置可旋转地前进和/或减速。这被称之为该凸轮“定相”。定相促进了ICE在多种时间、温度、状态、负载和高度下的操作。如同样众所周知的那样，可通过以多种方式调节阀升程来进一步增强对发动机正时进行调节的形式。然而，这种系统遭遇到了提高了的复杂性。例如，提高了许多部件中的全部所需要的制造精度，这增加了成本和故障点。

除此之外，操作许多部件所需要的液压流体的精确粘度进一步增加了成本和维护费用。所需要的是，使该阀致动系统将发动机油用作操作所需要的液压油。但是，即使满足当前API和SAE规格的油也可能不具有足够精确的粘度来满足这些应用的需求。这需要使用特定的润滑油，这限制了汽车驾驶员获得加满油、实施其自身油变化的能力，并且增加了汽车维护成本。

利用上述凸轮轴定相所带来的其它问题是阀正时、阀持续时间和阀升程是固定的。这些参数仅能被略为改变，并且这种变化需要昂贵和复杂的技术。

已经进行了某些尝试来克服上述技术的缺点并且实现了独立的阀操作时间和持续时间。例如，美国专利No.4,009,695公开了一种用于内燃机的程序阀系统。该专利教导了一种独立于曲轴位置的用于阀操作的装置，但遭遇到了为阀的液压操作所固有的问题。特别地，阀操作包括使该阀以不受控的方式从打开到关闭的循环。这种操作在阀关闭时特别损害该阀和阀座。同样，液压运动的冲程长度(即，阀升程)在该机构中是不可变的。

美国专利No.6,736,092公开了一种配备有用于发动机的进气阀和/或排气阀的可变致动的电子受控液压系统的内燃机。特别地，该专利教导了机械地随动于ICE的曲轴的标准凸轮轴的使用，但是在该凸轮轴与该阀之间附加地布置有电子受控液压升降器。通过电子控制液压流体进出该升降器，该阀的打开和关闭时间以及该阀的升程可在一定程度上受到控制。然而，该布置被限制到机械地随动的凸轮轴的操作，并且例如，不能命令阀在最大升程处打开持续很长一段时间，或者在与凸轮轴计划打开时间不同的时间打开。

已经尝试通过用由电子设备施加的液压压力来驱动该阀打开和关闭，而使ICE阀操作独立于曲轴定位。电子指令由控制单元发送，该控制单元从发动机和相关的系统传感器接收输入信号。然而，这种系统仍具有如将在下文中说明的重要缺点。

美国专利No.5,572,961公开了一种电动液压的无凸轮阀机构中的平衡阀运动。该专利教导了一种用于ICE阀的液压阀控制和使用液压操作的ICE阀的ICE的操作的最简化。使用高液压以便沿着一个方向推动该阀，同时低液压与平衡弹簧项结合以缓冲和停止ICE阀运动。然而，每个ICE阀的多个液压阀控制、平衡弹簧和多个液压压力向该系统增加了极大的复杂性。此外，利用该系统难以控制该ICE阀升程变化。

美国专利No.6,729,279公开了一种用于控制内燃机中的至少一个发动机阀的设备。该专利教导了ICE中的如由控制系统控制的液压操作阀。所教导的是，上部腔室应充填有流体以关闭该ICE阀并且下部腔室应被充填以提升该阀。移动ICE阀的这种模式的一个缺点是该液压流体控制阀仅能处于打开状态或关闭状态。该专利教导了，在该ICE阀从打开移向关闭且反之亦然时，可在液压管线中设置“节气门”以调节该ICE阀的总体运动(升程)和运动速度。该专利还通过利用复杂的装置以尝试实现这种阻尼解决了对于阻尼液压操作的ICE阀的需求。

也已经尝试通过气动装置来操作ICE阀。同样，这种构造可以独立于ICE曲轴位置的方式致动这些阀。例如，在美国专利申请公开文献No.2013/0098337A1中，公开了一种所谓的自由阀系统。该系统使用被引导通过电动操作的控制阀的空气来推动ICE阀打开和关闭。这种系统的主要缺点是，ICE阀在打开时撞击它们的限位挡块，并且在关闭时同样撞击阀座。这种撞击相当快地导致对阀的机械损伤。

已经进行了消除曲轴操作阀的缺陷的又一尝试，以便以与电子燃料喷射类似的方式使用计算机控制器来电动地操作这些阀。迄今为止，所有这些都包括用于阀致动的一些形式的螺线管并且还包括阻尼装置。螺线管通过完全打开及完全关闭它作用在其上的装置进行操作。螺线管无法被控制成，以可变速率移动或在打开/关闭时改变速度。用以改变在螺线管操作的系统中的打开速率、停止速率、关闭速率或运动距离(升程)的唯一方法是利用外部机械装置，这些外部机械装置增加了该系统的整体复杂性。可参考螺线管的示例来理解该螺线管布置和缺点。

例如，美国专利No.4,794,890公开了一种电磁阀致动器。该专利教导了使用一种双稳态机电转换器以便移动ICE中的该阀。该专利教导了需要在阀的过渡(打开或关闭)结尾时的一些形式的阻尼。作为阻尼器的机械弹簧和流体减震器被公开为阻尼装置。虽然本发明控制ICE阀开度和持续时间，但它并未提供可变升程，该可变升程对于便于容易地开始、空转和低速操作是优选的。由本发明提议的阻尼技术同样是复杂的且提出了可靠性问题。

美国专利No.6,247,431公开了一种用于内燃机的电磁阀驱动设备。该专利教导了使用形成在ICE阀杆上的两个螺线管，一个打开该阀并且一个关闭该阀。此外，该阀上的弹簧将该阀保持处于常闭位置。弹簧将用于最低限度地缓冲该阀的打开，并且并未设置用于阀关闭的其它阻尼或缓冲装置。结果，所公开的系统的可靠性是令人怀疑的。同样，并未提供针对该阀的可变升程调节的措施。

美国专利No.7,225,770公开了一种在界限之间具有固有减速致动的电磁致动器。该专利试图利用螺线管系统的虽然具有线圈、电枢和机械弹簧的再一构造解决了常规阀致动系统的缺点。添加有ICE阀位置感测和线圈电流控制的线圈和电枢的构造和位置是对先前尝试的改进，以防止阀破坏。然而，可靠性仍然是问题，并且再次，并未设置调节阀升程的装置。

美国专利5,983,847和美国专利6,293,303都公开了使用移动线圈以致动阀。然而，该线圈的运动及其重要的支承结构和附接硬件需要不合乎要求地大的线圈尺寸及强大的电驱动系统。驱动系统的相应质量、尺寸、所需要的过大的驱动力、以及复杂性使得这种布置对于诸如现代ICE之类的许多应用而言是不实用的、负担不起的并且是不可靠的。

由此，仍需要提供一种用于ICE的阀致动系统、方法和装置，其降低了成本、重量和复杂性，同时提供了对于多种阀控制参数的独立控制。

发明内容

本发明通过提供一种利用线性电机来致动阀的装置、方法和系统解决了上述的某些缺陷，这些阀包括静止线圈和平移的阀杆以便以高精确度和速度可变地控制阀的运动。如果需要，该阀的速度和位置可在冲程之间以及在单个冲程其间被不断地改变。可在相对小尺寸的包装中实现该装置和系统。此外，该阀的运动可由电子阀控制(EVC)计算机控制。多个传感器向该计算机提供反馈，该计算机基于传感器输入和编程在该计算机的非传递内存中的逻辑来致动该阀。

根据本发明的一个实施例的系统包括静止线圈线性电机以驱动带有阀杆的阀，该阀杆包括铁磁特性。该线性电机响应于由计算机管理的控制来移动该阀。该阀能够以用于可选择距离(“升程”)的加速度和速度的可选择速率在关闭位置与第二可选择的打开位置之间移动，其间包括处于完全打开状态和完全关闭状态之间的所有位置变化。阀位置、速度和加速度可在阀冲程其间以及在冲程之间被改变。

上述发明内容并不旨在限制本发明的范围，或描述本发明的每个实施例、方面、实施方案、特征或优点。用于本主题发明的详细技术和优选实施例被在附有附图的下列段落中进行描述，用于本领域技术人员很好地理解所要求保护的本发明的特征。所明白的是，在上文中所提到的特征以及在下文中所评论的特征不仅可被用在具体说明的组合中，而且可用在其它组合和应用中，或单独使用，而并不背离本发明的范围。

附图简要说明

图1是根据某些示例性实施例的阀组件的横截面侧视图。

图2是根据某些示例性实施例的阀组件的透视图。

图3是图2的阀组件的横截面透视图。

图4是图2的阀组件的前视图。

图5是图2的阀组件的侧视图。

图6是图2的阀组件的顶视图。

图7是根据某些示例性实施例的双阀组件的透视图。

图8是图8的双阀组件的横截面透视图。

图9是图8的双阀组件的另一透视图。

图10是图8的双阀组件的透视图，其在横截面中示出了阀中的一个。

图11是图8的双阀组件的顶视图。

图12是根据某些示例性实施例的阀组件的横截面侧视图。

图13是根据某些示例性实施例的线性阀致动器的部件的方框图。

图14是根据某些示例性实施例的带有用于ICE的EVC控制器的阀致动系统的另一方框图。

图15是根据某些示例性实施例的一种用于线性阀致动器的软件程序逻辑的流程图。

图16是根据某些示例性实施例的一种阀打开/关闭序列的逻辑图。

图17是根据某些示例性实施例的一种工艺流程图。

虽然本发明可修改成多种变型和替代形式，其细节已被在附图中作为示例示出并被详细地进行描述。然而，应该明白的是，并非旨在将本发明限制到所描述的特定示例性实施例。相反，本发明旨在覆盖落入在本发明的如由所附权利要求所限定的范围内的所有变型、等效方案和替代方案。

具体实施方式

在下列描述中，将参考多种示例性实施例解释本发明；然而，这些实施例并不旨在将本发明限制到本文中所描述的任何特定示例、环境、应用、或具体实施方案。因此，这些示例性实施例的描述仅被出于说明的目的提供，而非限制本发明。本发明的线性电机阀致动组件和系统可被构造成操作任何活塞式阀。例如，可在工艺流程控制和医疗应用、容器的自动流体填充和血液泵送等中采用这种阀系统。另一特别有利的应用是用于内燃机(ICS)的阀致动，上述内燃机包括奥托循环发动机和狄塞尔循环发动机及其变型(例如，米勒循环)。

可以独立于曲轴转速并且独立于其它阀中的任一种的致动来调节ICE中的各个阀的升程、持续时间和正时。由此，例如，具有用于每个汽缸的双进气阀和/或双排气阀的发动机可使该成对阀的每个构件以不同的正时、持续时间和升程打开和关闭，用于实现贯穿该发动机的整个操作速度范围的所需燃烧和排气特性。阀打开/关闭操作也可被可控地阻尼以提高可靠性。与先前如在本文中所讨论的改进阀致动系统的尝试相比，该组件和系统同样是相对简单的、重量轻的、且成本低的。在一个实施例中，该空间包装件长约4英寸并且直径为1.5英寸。然而，可采用其它包装尺寸，而并不背离本发明的范围。

控制阀操作、电子控制装置(利如ICE应用中的电子阀控制器(EVC))基于居于该控制装置的内存中的逻辑来控制该阀的正时和运动。如下文中将讨论的那样，输入变量可被提供到该控制装置，以提供适于诸如会在ICE的工作循环中出现的那些状况之类的多种状况的复杂运动控制。

根据本发明的某些实施例的本文中以下讨论的行为、模块、逻辑和方法步骤可呈计算机程序或软件代码的形式，该计算机程序或软件代码被存储在与控制装置通信的有形的或非传递式的机器可读介质(或内存)上，这些机器可读介质包括处理器和内存，执行这些代码以实施所述行为、功能、特征和方法。本领域技术人员将意识到的是，这些操作、结构装置、行为、逻辑、方法步骤和模块可被在软件中、在固件中、在专用数字逻辑中、及其任何组合中实施，而并不背离本发明的如在所附权利要求内所陈述的精神和范围。

现在参考图1，提供了图解以图示根据本发明的一个示例性实施例的阀组件100的部件。阀102是一种提升型阀。它包括阀头104和从该阀头向上延伸的阀杆106。这些阀部分104和106通常但并不必须被集成为单个部件。阀杆106可以是实心的或空心的，使得它可被填充有另一种材料(例如钠)，以增强热传递。

阀102至少局部地包括一种铁磁材料，使得它可响应于磁性线圈的施加场而被磁性地致动。已经开发了具有适用于ICE中的阀所遭受到的温度的居里温度的磁性合金。

其它阀机构变量可被修改，而并不背离本发明的范围，这些阀机构变量包括阀杆的长度、阀头的直径、及磁性线圈尺寸和密度。

头部104被成形以符合ICE的头部的阀座，使得它将相应端口密封到燃烧室中。

ICE的头部中的阀导承108接合该阀杆以引导和阻止该阀的运动。附图中示出的阀导承表示该阀装配到其中的汽缸头，为了清晰起见，移除了该汽缸头。

在该阀导承的上方公开了一种下部轴承110。下部轴承110环绕该阀杆106并通过防止该杆106的横向运动进一步引导该阀的运动。上部轴承112沿着阀轴更为远端地设置并且以与下部轴承相同的方式构造和起作用。轴承一起几乎消除了该阀的任何横向运动并且如果需要，可在该阀沿着该阀杆的纵向轴线如由图1上的箭头所表示的那样可控地线性振荡时，限制旋转运动。

在下部轴承110与上部轴承112之间设置有刚性的和静止的线圈组件114。该线圈组件114包括环绕该阀的阀杆106的多个导线(例如，铜)绕组115。线圈(例如，音圈)由外部钢质(或其它合适材料的)壳体117包裹住，以便包含通过激励该线圈114所产生的磁通。包括该线圈的导线可被封装在环氧树脂中，以便将该线圈维持处于所需形状并防止污染和氧化。在该阀与该线圈组件114的内表面之间限定气隙119。

直流(DC)电压施加到线圈114导致该阀杆106根据所施加的电压的极性而沿着一个方向或沿着另一方向线性地平移。颠倒该极性使运动的方向颠倒。同样，可改变施加到该线圈的电流值和电压值。由此，可通过调节输入到该线圈的电压、电流以及极性输入高度地改变该阀的位置、速度和加速度。该计算机可改变这些输入以实现该阀的任何所需的运动特征。

该阀在关闭位置与打开位置之间可控地移动，这限定了该阀的冲程。在ICE应用中，限定了该关闭位置，在该关闭位置中，该阀头被向下延伸到阀座并关闭该头部中的相应的进气端口/排气端口。限定了该打开位置，在该打开位置中，该阀头处于距离该头部中的端口最远的其最远行程点。通过由如本文所公开的线圈组件的操作，同样可以即时精度获得位于这些端部位置之间的任意数量的中间位置。并且该线圈组件可被可选择地激励，以便在选定时刻、以选定距离、以选定速度以及以选定加速度曲线移动该阀，所有的选定因素都由控制该线圈的操作的计算机确定。

如本文中所讨论的阀组件是有利的，这是因为消除了常规凸轮操作的驱动机构的缺点。例如，减少了重量、包装材料和复杂性。可靠性被大大地提高，这是因为消除了磨损部件。该阀操作的增加的控制和可调节性使得发动机能够被在可能的驱动状况和工作循环的整个范围期间针对排放量、空转、扭矩和功率同时进行优化。并且与移动线圈阀驱动器相比，本发明允许贯穿发动机速度的整个范围进行操作以及能够利用现实的驱动力进行操作，且不向往复运动质量添加线圈质量。

本文所公开的阀致动系统向在整个阀冲程上均提供恒定力。在响应时间非常快(例如，小于一毫秒)的情况下，冲程可以是小的。该阀致动系统以非常高的速度进行操作，而没有带有无限分解力(infiniteresolution)的顿转(cogging)或力波动，这将该总体设计与其它可变凸轮正时尝试相分离。可变凸轮正时仅改变正时而非冲程。本发明基于闭环操作利用无限设置值实施了两者。闭环操作使线性电机驱动器与反馈传感器耦合以便向计算机提供信息，该计算机根据被编程到计算机的内存中的基于规则的逻辑来调节阀致动参数。然而，闭环模式操作无需适用于所有实施例。

阀位置传感器116被沿着该阀的阀杆106放置，例如被放置在线圈组件114与上部轴承112之间。该阀位置传感器向该计算机供给阀位置信息。位置数据可被用于如由计算机的逻辑所期望的那样计算该阀的速度和加速度。更具体地，该阀位置信息可被用于计算下列操作参数：1.从关闭位置到打开位置的以英寸为单位的冲程；2.从关闭位置到打开位置的以英寸每秒为单位的速度；3.从关闭位置到打开位置的以英寸每平方秒为单位的加速度；4.保持该阀打开的以秒为单位的持续时间；5.从打开位置到关闭位置相对于起点的以英寸为单位的冲程；6.从打开位置到关闭位置的以英寸每秒为单位的速度；7.从打开位置到关闭位置的以英寸每平方秒为单位的加速度；以及8.保持该阀关闭和打开的以秒为单位的持续时间。也可计算其它操作参数和度量单位，而并不背离本发明的范围。

在一个示例性实施例中，该阀的加速度可以是约320英尺/秒²(98.1m/s²)。该阀的行程(冲程)可以最大为约0.5英寸(12.7mm)，并且该阀的速度可以为约每秒300英寸(7.62m/s)。并且由此产生的完成一个冲程的时间为约20-30毫秒。当然，可以利用其它操作参数，而并不背离本发明的范围。

在一个实施例中，阀组件100的部件被紧固到壳体支架118。该壳体支架还包括安装凸缘120(如图2到图11中所示)，以便将该阀组件紧固到ICE的头部。该安装支架可根据需要被构造成允许将该阀系统稳固地安装在所需位置和定向中。在替代实施例中，可完全地除去该安装支架。在又一替代方案中，可在壳体117的外表面上放置安装凸缘或安装装置。

现在参考图2到图6，示出了用于包括单个阀的ICE阀组件的阀组件100的多幅视图。可看到阀杆106在上部轴承112的上方伸出。也可看到阀头104在阀导承108的下方延伸。可以看到下部轴承110位于阀导承108的上方。线圈组件114被示出为被放置在轴承110和112之间。位置传感器116被放置在上部轴承112的下方，使得它可以“看到”该阀的阀杆106。

壳体支架118包括放置在上部轴承112与线圈组件114之间并且特别是放置在位置传感器116与线圈组件之间的水平部段122。水平部段122包括阀杆106能够穿过其中的大致居中定位的孔。支架118还包括跨越该线圈组件的大致长度的垂直部段124。向外延伸的安装凸缘120放置在该垂直部段124的下端。该凸缘120还包括孔126以便于将该阀组件紧固到ICE的头部。可将多种阀组件部件直接或间接地紧固到该支架118。

根据本发明的附加实施例的阀组件可包括不止一个单独阀。可将两个、三个、四个或更多个阀连结在单个组件中。例如，图7到图11中示出了一种双阀组件。这些部件与先前所讨论的以及在附图中标记的部件相同。然而，单个支架118现在将阀部件紧固在一起。每个阀继续包括其自身的线圈，由此允许由计算机独立地致动和控制。每个阀也具有其自身的对应的位置传感器116。安装凸缘120包括多个固定孔126以便将该组件牢固地安装到ICE的头部。

现在参考图12，提供了一幅图来图示阀组件100的替代示例的部件。阀杆106大致为T形，使得它包括放置于与头部104相对的端部的水平构件107。固定的或静止的端部线圈113被邻近于该水平构件107放置。作用在T形阀杆107上的端部线圈113和侧部线圈114(类似于先前描述的实施例)的组合为更多需要更多的力的应用提供了更大的力。也可包括如在先前附图中所提供的轴承(未示出)。

现在参考图13，图示了该阀致动系统的多个部件。位置传感器116(标记为LVA位置传感器)的输出被连接到输入/输出模块128。该输入/输出模块为一种从USB格式到串行格式的双向信号调节器和转换器。该输入/输出模块128将位置传感器信息转换为一种被供给到计算机130的信号，其中，它被用于评估用于该阀的控制操作。

计算机130包括处理器和非传递式的有形内存。该计算机被电气连接到位置传感器116和线圈组件114。到位置传感器116的连接为该传感器提供动力。该计算机还根据居于计算机的内存中的基于规则的软件代码选择性地为该线圈114供电。如上所述，该计算机选择性地激励该线圈组件114以致使该阀102以特定速度和加速度在特定时刻移动到特定位置。这些参数中的每一个都对于每个阀单独地受到控制，并且也可在单个冲程期间被改变以及在冲程之间被改变。

例如，该阀可正好在它达到阀座之前被受控地降速(减速)，使得它并不以大力撞击该阀座，该大力撞击会是效率差的并且可能损坏该阀。该缓冲特征与并不阻尼该阀的运动的常规阀组件相比延长了发动机的寿命。同样，该阻尼可被供给，而无需附加弹簧或用以阻尼该阀的其它装置。这减少了该阀机构的重量、复杂性及整体成本。

图13中记录的“应用”是ICE。阀组件的数目可被根据存在于该发动机中的汽缸的数量以及所采用的每个汽缸的阀的数量有所不同，而并不背离本发明的范围。通常，每个汽缸存在至少一个进气阀和一个排气阀。并且大多数的现代发动机每个汽缸具有两个进气阀和两个排气阀。

图14向图13的方框图添加了附加细节，以便图示出由计算机对发动机参数进行的综合控制。这里，进气阀和排气阀中的每一个都如本文中所讨论的那样由线性电机进行控制。每个阀102还包括其自身的阀位置传感器116。传感器116和阀致动器各自被连接到计算机130，如先前所讨论的那样。计算机130另外被操作性地连接到燃料喷射器132和火花塞点火系统134。由此，该计算机可有效地控制每个汽缸中的整个燃烧事件(例如，进气、燃料喷射、火花和排气)。

该阀位置信息被再次由输入界面模块128收集。该模块也可从遍及ICE设置的附加传感器(共同地136)接收信息，这些信息包括例如：曲轴上死点(TDC)；排气温度；氧比；质量空气流量；节气门位置；大气压力；环境温度；燃料喷射器体积和正时；以及火花。该信息被居于计算机130中的基于规则的控制逻辑用于控制该阀运动、火花和燃料喷射的特征，以便实现特定目的(例如效率)以及用于从由上述多种传感器收集到的信息所确定的给定组情况的功率输出。该基于规则的方法远比用于调节常规ICE中的参数的更为常规的基于表格的方法更为可定制的且是更为可修改的。由于利用真实参数实时执行计算，而并非通过预定的查找表值执行计算，因此，所产生的输出也精确得多。

图15是根据某些示例性实施例的用于线性阀致动器系统的软件程序逻辑的流程图。这可由制造者用以通过在初始设计和编程期间与控制系统有效通信的图形用户界面来改变车辆运行参数。首先启动诊断应用200。该应用呈现在用于与用户交互作用的图形用户界面202上。该应用为用户呈现多个按钮和仪表204，包括启动、节气门调节和关键运行参数的数字信息显示，诸如发动机RPM。多个后台进程也在启动该诊断应用206时开始，这多个后台进程包括初始化数据库以及实施传感器接收器的更新。

设置了一种传感器硬件界面装置208。它收集传感器数据210并将它转换为当执行该程序逻辑时由处理器使用的适当格式。

在按下启动按钮212时，点火序列程序被启动214并且诊断应用显示更新被循环执行216。在网络界面处或经由串行总线接收来自传感器的信号218。此外，来自运行程序的信号被接收到工作单元220。

过程步骤214、216、218和220中的每一个被各自在相应的处理器队列215、217、219和221中排序。

点火序列逻辑214经由如由操作系统逻辑222管理的处理器上的队列215运行。该操作系统逻辑根据需要还与数据库224交互作用。阀连接器硬件226接收点火序列数据222，并且随后能够将阀控制信号传送到阀致动装置，例如如本文中所述。

该诊断应用显示更新循环逻辑经由如由操作系统所管理的处理器上的队列217执行228。在步骤230中，传感器更新被例如作为SQL语句传递到数据库224，以便更新数据表中的值。同样，管理232特别应用程序和衍生进程。

诊断应用的使用将导致存储在计算机的内存中的最终生产算法和查找表的发展。该诊断应用用于开发系统。生产系统隐藏该诊断应用并自动地操作。可向维修技工提供该诊断应用或可使维修技工利用兼容的扫描工具访问该诊断应用。

现在参考图16，图解了用于单个阀的阀打开/关闭序列的逻辑。该逻辑被复制用于多阀实施方案中的每个阀，使得每个阀均可被单独地进行控制。阀正时序列数据被读取300并输入到关闭控制循环中302。该控制循环包括用以打开该阀到规定长度或高度的指令304以及用于关闭该阀的指令306。如果将打开阀指令304赋予该阀致动器，则打开序列308后继之以该致动器。如果将关闭阀指令306赋予该阀致动器，则关闭序列310后继之以该致动器。

在打开序列308中，该控制器利用受控的第一电压激励该线圈以致使该阀电枢(阀杆106)沿着远离阀座312的方向移动。该阀由此以初始速率加速314。在预定的行程点处，计算机或控制器利用具有相反极性的电压激励该线圈316以致使该阀减速，直到该阀停止于规定的打开位置(冲程深度)。该控制器或计算机随后激励该线圈以将该阀保持在适当位置中，直到接收到关闭信号为止328。

在关闭序列310中，该控制器利用第一受控电压激励该线圈，以便以第一加速度朝向关闭位置加速该阀320。在预定的行程点处，该控制器利用具有相反极性的第二电压激励该线圈以致使该阀在恰好位于阀座的正上方的位置减速为零322。该控制器随后利用第三电压激励该线圈，以便使该阀轻柔地置靠在其阀座上并将该阀保持在安置位置中324。作为选择，轻柔安置步骤324可被除去并且减速步骤322可被用于完全地安置该阀，此时，电压极性被切换以将该阀保持在关闭位置中，直到接收到打开指令为止。

图17通过ICE管理系统的几个部件的透视图提供了阀致动工艺流程的几部分的图表，这些阀致动工艺流程包括计算机的阀正时序列程序、线圈致动器、传感器、内存和发动机效率模块(其可以是被存储在计算机的内存中的软件)。该正时序列程序包括前述步骤：读取时间序列数据300、进入闭环序列302以命令该阀打开304、以及命令该阀关闭306。该线圈致动器逻辑操作包括前述步骤：打开序列308、保持该阀打开318、关闭序列310以及保持该阀关闭324。

当ICE操作时，这多个传感器326(包括节气门位置、节气门空气旁路、发动机冷却液温度、排气氧水平、气流计、爆震传感器、气压传感器、点火装置、点火模块、排气再循环(EGR)关闭器、燃料喷射器、离合器、车辆负荷等)将它们相应的数据发送到计算机的内存模块330的传感器内存区域328。点火序列数据332也被存储在内存330中。

发动机效率模块334或逻辑也被包含在该计算机中或作为独立模块的一部分。该模块可被形成为被编程在非传递内存中的可执行软件代码，该可执行软件代码可由包含在计算机中的处理器读取和执行。该发动机效率模块334包括从内存336读取传感器数据和点火序列数据中的一些或全部的步骤。根据数据检索和图案匹配步骤336，识别检索数据中的图案并且在内存区域332中更新点火序列数据。该模块334随后结束340，直到被周期性地唤醒340。周期性唤醒信号可由定时器提供，该定时器响应于设定时间周期(例如，每秒几次)或曲轴的每几转或计算机的处理器的每几个时钟周期。上述系统和逻辑提供控制装置，该控制装置基于多种操作状况和变量动态地调节阀的正时和运动。

利用该系统逻辑，阀位置、速度和加速度可在阀冲程期间以及在冲程之间被改变，如由被编程在电子阀控制计算机的非传递内存上的逻辑所控制的那样。

虽然已经结合当前被认为是最实用且优选的示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言将明白的是，本发明并不限于所公开的示例性实施例。对于本领域技术人员而言将易于明白的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可对其作出许多修改和等效布置，这种范围应与所附权利要求的最为广泛的解释相一致，以便涵盖住所有等效的结构和产品。

出于解释用于本发明的权利要求的目的，明确规定并不援引美国法典第35卷第112节第六段的规定，除非在权利要求中陈述特定术语“用于...的装置(meansfor)”或“用于...的步骤(stepfor)”。

Claims (20)

1.一种线性致动的电磁阀组件，包括：

壳体，所述壳体包括被沿着纵向轴线限定在所述壳体内的行程孔，所述壳体包括；

阀构件，所述阀构件包括阀杆和远端头部，至少所述阀杆包括铁磁材料；

静止线圈，所述静止线圈包括多个导线绕组，所述多个导线绕组环绕所述阀构件的所述阀杆的至少一部分并在所述绕组与所述阀的所述阀杆之间形成气隙；以及

电源输入，所述电源输入与所述固定线圈有效通信，使得向所述固定线圈选择性地施加电流相应地致动所述阀杆并致使所述阀杆沿着所述壳体的所述行程孔线性地行进。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述组件还包括至少一个轴承，所述至少一个轴承适于防止所述阀杆在于所述行程孔内行进期间振动。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述组件还包括阀导承。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述壳体设置在内燃机的头部中。

5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述远端头部适于选择性地与所述头部密封。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述阀构件的所述阀杆为大致中空的。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述阀构件的所述阀杆为大致实心的。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述组件还包括电子阀控制计算机，所述电子阀控制计算机与所述电源输入有效通信，以便选择性地致动所述阀杆。

9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述电子阀控制计算机能够施加选择性的电压极性以控制所述阀构件的所述阀杆的行进方向。

10.一种线性阀致动器系统，包括：

壳体，所述壳体包括被沿着纵向轴线限定在所述壳体内的行程孔，所述壳体包括；

阀构件，所述阀构件包括阀杆和远端头部，至少所述阀杆包括铁磁材料；

静止线圈，所述静止线圈包括多个导线绕组，所述导线绕组环绕所述阀构件的所述阀杆的至少一部分；

至少一个阀位置传感器；以及

电子阀控制系统，所述电子阀控制系统与所述固定线圈和所述至少一个阀位置传感器有效通信，以便向所述固定线圈选择性地施加电流，从而相应地致动所述阀杆并致使所述阀杆沿着所述壳体的所述行程孔线性地行进。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述系统还包括至少一个轴承，所述至少一个轴承适于防止所述阀杆在于所述行程孔内行进期间振动。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述壳体设置在内燃机的汽缸头部中。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电子阀控制计算机能够施加选择性的电压极性以控制所述阀构件的所述阀杆的行进方向。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电子阀控制系统包括处理器和内存，所述内存存储来自多个传感器的数据以及用于管理所述电子控制系统的操作的软件代码，所述代码包括用于命令所述阀打开的逻辑，所述逻辑通过向所述线圈施加第一极性以便以第一加速度加速所述阀构件，并且启动向所述线圈施加的极性的颠倒以使所述阀构件减速，直到它到达预定的打开位置为止来命令所述阀打开。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电子阀控制系统包括处理器和内存，所述内存存储来自多个传感器的数据以及用于管理所述电子控制系统的操作的软件代码，所述代码包括用于命令所述阀关闭的逻辑，所述逻辑通过向所述线圈施加第一极性以便以第一加速度加速所述阀构件，启动向所述线圈施加的极性的颠倒以使所述阀构件减速，直到它到达邻近于阀座的预定位置为止，并且启动第三电压以便轻柔地安置所述阀构件并将它保持处于关闭位置。

16.一种用于阀的控制方法，所述方法包括：

向静止线圈施加处于第一极性的第一电压，以使所述阀沿着打开方向以第一打开加速度加速；

向所述线圈施加极性与所述第一电压相反的第二电压，以使所述阀减速，直到它到达预定的打开位置；

将所述阀保持于所述打开位置；

向所述线圈施加极性与所述第一极性相反的第三电压，以使所述阀构件沿着关闭方向以第一关闭加速度加速；

向所述线圈施加极性与所述第三电压的极性相反的第四电压，以使所述阀减速，直到它到达邻近于阀座的预定的关闭位置；以及

施加极性与所述第一极性相反的第五电压，以便轻柔地安置所述阀，并且将它保持处于关闭位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括从内存模块读取阀正时序列数据，并基于所读取的阀正时序列数据启动施加所述第一电压和所述第三电压。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括将来自多个传感器的数据写入到内存模块。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法还包括更新所述内存模块中的点火序列数据。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括感测阀位置，并计算阀速度和加速度值用于由编程有控制逻辑的处理器使用。