CN100406704C - 电磁气门及其控制系统 - Google Patents

Abstract

一种电磁气门及其控制系统，其电磁气门包括壳体、绕组、永磁钢或固定铁心、气门、直线轴承和滑动铁心，永磁钢或固定铁心固定在壳体上，气门与滑动铁芯固定连接在一起，滑动铁心与永磁钢或固定铁心相对设置，壳体绕有滑动铁心绕组或滑动铁心和固定铁心绕组，气门与直线轴承滑动连接，直线轴承和壳体固定在发动机气缸盖上；其控制系统通过信号装置、传感器、信号采集及处理器、电脑、驱动电路以及MOSFET功率管或大功率三极管，依次控制各缸进排气电磁气门绕组的电流通断。该电磁气门及其控制系统结构简单、控制灵敏、性能优越、可靠性极高，气门间隙无需调整，降低了发动机噪音，极大的提高了发动机工作可靠性和效率。

Description

电磁气门及其控制系统

技术领域

本发明属于一种发动机配气装置，具体说是一种利用电磁来控制气门动作的电磁气门及其控制系统。

背景技术

现有发动机的配气机构都是由气门、气门弹簧、气门导管、气门导管油封、摇臂、气门间隙调节器、摇臂轴、凸轮轴、锁块、弹簧、可变气门机构等构成；配气机构的传动系统是由发动机曲轴时规皮带轮(或链条齿轮)、时规皮带或链条、压带轮或链条压块、凸轮轴皮带轮或凸轮轴齿轮来构成并传动的；气门通过配气机构的传动系统实现开启和关闭。现有发动机气门传动机构零部件繁多且结构复杂，而且这种机械式的配气机构及传动系统使得气门的升程以及开启角和闭合角不能变化调整，直接影响到发动机的功效。另外，气门导管油封易磨损老化，造成机油从气门与导管间进入燃烧室，发动机燃烧机油会造成排放蓝烟、产生积炭等，造成发动机易磨损、污染严重等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、控制灵敏、性能优越、可靠性极高的电磁气门及其控制系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：利用两电磁线圈及铁心或永磁钢与电磁线圈及铁心同性相斥异性相吸的原理，用电子开关依次来控制电磁线圈电流通断，来实现气门的开启与关闭。即该电磁气门及其控制系统，其电磁气门包括壳体、绕组、永磁钢或固定铁心、气门、直线轴承和滑动铁心，永磁钢或固定铁心固定在壳体上，气门与滑动铁芯固定连接在一起，滑动铁心与永磁钢或固定铁心相对设置，壳体绕有滑动铁心绕组或滑动铁心和固定铁心绕组，气门与直线轴承滑动连接，直线轴承和壳体固定在发动机气缸盖上；其控制系统包括发动机曲轴端设置的信号装置，信号采集及处理器通过传感器采集到的活塞上止点、下止点以及电机相位位置信号传输给电脑，由电脑控制驱动电路以及点火、喷油和无刷永磁电机驱动电路，驱动电路驱动MOSFET功率管或大功率三极管，依次控制各缸进排气电磁气门绕组的电流通断。

为使气门开启深度可控，上述直线滚动轴承与滑动铁心之间设有调节气门开启深度的调位装置，调位装置与其推进控制机构相连。

针对采用永磁钢的电磁气门，为增强永磁钢的抗冲击及磁力强度，在上述永磁钢的下方设置一导磁固定板。

为起到缓冲作用，上述滑动铁心与永磁钢下方的导磁固定板或励磁铁心的接触端设有缓冲弹簧或缓冲块或缓冲装置。上述直线滚动轴承与滑动铁心接触端设有缓冲弹簧或缓冲块或缓冲装置。

本发明提供的电磁气门及其控制系统，具有以下特点：

①采用电磁气门及其控制技术，取消了除气门外的传统所有配气机构及配气机构传动系统零部件，从而大大简化了发动机结构，降低了发动机噪音，极大的提高了发动机工作可靠性和效率。

②采用电磁气门及其控制技术，通过调位装置调节滑动铁心的行程量大小，气门间隙无需调整，即可实现控制气门开启深度的目的，从而去除了传统进气管节气门装置，由此也就避免了传统控制气门机构存在的“泵气损失”，使发动机节省10％以上的耗油量。另外，由于没有了节气门的阻碍，新鲜空气更为顺畅的直接进入气缸，使发动燃烧更加充分，废气排放更少。

③采用电磁气门及其控制技术，踩踏油门时发动机产生反应的时间大大加快。电磁气门发动机油门踩下时，无需经过节气门，无需等待空气填满进气歧管，进气气门的迅速开启以及控制加大进气气门开启深度，大量空气立刻进入发动机气缸，产生所需要的动力。电磁气门发动机进气气门开启深度最浅0.20mm，最深可以到10mm，相差近50倍，然而从最浅变化到最深，电磁气门整体机构所需要的反应时间大约只要0.2s左右。

④采用电磁气门及其控制技术，其直线滚动轴承取代了传统气门的导管，省去了机油润滑装置，发动机气缸盖无需机油输入。采用了滚动轴承和高温脂润滑油，反而延长了气门的使用寿命，避免了传统气门导管油封磨损造成的机油流入燃烧室的现象。

⑤采用电磁气门及其控制技术，可以使环式起动/发电机混合动力直接实现纯电动起步及运行功能，即在汽车起步时，电控系统控制气缸电磁气门都处于开启状态，从而卸载了发动机空气压缩负载，只有很小的曲轴和活塞运转摩擦力，环式电机大部分功率都用于驱动汽车车轮。另外解决了环式起动/发电机起动转矩不足问题，在环式起动/发电机起动时，所有气缸气门同时开启，电机运转至一定转速时，发动机及气门开始动作并点火工作。

⑥采用电磁气门及其控制技术，其特制的永磁钢结构设计，确保了气门动作永磁的斥力强度以及稳定性和可靠性，从而使电磁气门的工作性能也因此稳定而可靠。

⑦采用电磁气门及其控制技术，可将现有气门直接改装设计为电磁气门，标准通用性好，成本低廉，气缸盖改动小，有利于大批量改装生产。

附图说明

图1为电磁气门实施例一(永磁式)的结构示意图

图2、图3为永磁钢的结构示意图

图4为电磁气门控制系统原理框图

图5为电磁气门实施例二(励磁式)的结构示意图

图6为电磁气门实施例三(气门开启深度可调式)的结构示意图

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明提供的永磁式电磁气门包括壳体1、永磁钢2、缓冲弹簧3、导磁固定板4、锁块5、绕组6、缓冲块7、直线滚动轴承8、气门9和滑动铁心11。永磁钢2固定在壳体1内，为增强永磁钢2的抗冲击强度，在上述永磁钢2的下方设置一导磁固定板4。气门9的杆部套有的直线滚动轴承8，气门9的杆部末端通过锁块5与滑动铁心11固定为一体，滑动铁心11与壳体1内的永磁钢2相对设置。壳体1的外周上绕有滑动铁心11的励磁绕组6。滑动铁心11与永磁钢2下方导磁固定板4的接触端设有缓冲弹簧3，直线滚动轴承8与滑动铁心11的接触端设有缓冲块7。壳体1通过螺栓孔10固定在发动机气缸盖上，直线滚动轴承8与发动机气缸盖可采取紧配合的方式固定。

上述永磁钢2采用耐高温磁性材料制作成大小依次不同的环形磁环套装成一体，或者用多块小方块磁块拼装成一体，安装在铝合金或非导磁性材料制成的外壳1内，用导磁固定板4固定。

上述电磁气门在实践中应用时，单气门发动机用一只电磁气门，多气门发动机可采用两只电磁气门结构一体化的电磁气门组，控制系统并联驱动工作。

如图4所示，P1、P2、P3、P4分别为四气缸发动机的四个电磁排气门，J1、J2、J3、J4分别为四气缸发动机的四个电磁进气门。每个气门均包括滑动铁心11及其绕组6。M1-M4的四只MOSFET功率管分别控制四个进气门绕组6的电流通断；M5-M8的四只MOSFET功率管分别控制四个排气门绕组6的电流通断。该电磁气门控制系统包括发动机曲轴端设置的信号装置16，信号采集及处理器18通过传感器17采集到的活塞上止点、下止点以及电机相位位置信号传输给电脑19，由电脑19控制驱动电路20以及点火、喷油和无刷永磁电机驱动电路，驱动电路20驱动MOSFET功率管或大功率三极管22，依次控制各缸进排气电磁气门滑动铁心11绕组6的电流通断。

采用上述电磁气门及其控制技术的发动机，起动发动机时，曲轴带动信号装置16旋转，传感器17可同时检测点火、活塞上止点、活塞下止点及电机相位位置，再将位置信号传输给信号采集及处理器18、信号采集及处理器18与电脑19根据活塞位置信号、发动机转速、负载、温度等信息进行计算处理后，指令驱动电路20工作，并控制MOSFET功率管或大功率三极管22按发动机工作和点火顺序，按各气缸进排气门开启闭合时刻，依次导通和关闭各缸进排气电磁气门绕组6的电流。当传感器17检测到活塞上止点位置时，电控系统控制当前气缸进气门电磁线圈6导通，此时滑动铁心11上端面与永磁钢2下端面产生同性磁极，在同性磁极的斥力下，滑动铁心11与气门9向下运动，从而使气门9打开。当电磁线圈6导通一定开启角时，控制系统使电磁线圈6电流断开，滑动铁心11磁力消失，滑动铁心11和气门9在永磁钢2的吸力作用下又向上运动，此时，气门9处于关闭状态。依此类推周而复始，按发动机工作顺序所需各气缸进排气门开闭时刻依次开启和关闭。进气门的开启提前角和排气门的迟后闭合角是由电脑根据采集的信号闭合角、发动机转速、负载、温度等信息处理计算后自动变化调整的。

图5为本发明提供的励磁式电磁气门，即将图1中的永磁钢2用固定铁心12替代，在与其相对应的壳体1外周处有绕励磁绕组13，该绕组13在发动机工作时，励磁电流为常通状态；或该励磁绕组13的电流方向按气门开启和闭合依次换向导通，从而达到固定铁心12与滑动铁心11接触端面同极性时，气门9在斥力作用下迅速开启；固定铁心12与滑动铁心11接触端面变成异性磁极时，气门9在吸力作用下迅速关闭。采用励磁绕组13的电磁气门，控制系统需增加反向电流驱动控制电路和导通反向电流的大功率电子管。另外，图1中的永磁钢2用励磁铁心替代后，无需导磁固定板4，其它结构部分及工作原理基本相同，不再赘述。

图6所示，在上述永磁式电磁气门(或励磁式)电磁气门的直线滚动轴承8与滑动铁心11之间设有调整块14和调位装置15，调整块14与其调位装置15来回滑动来调节滑动铁心11的行程量，从而达到调节气门开闭深度的目的。调位装置15与其推进机构相连，推进机构可采用微控步进电机推进、螺旋式推进、液压式推进、偏心轮推进等各种结构。通过调节滑动铁心11与磁钢2之间气隙量的大小，就可以实现气门开启深度可控。

Claims (6)

1.一种电磁气门，其特征在于该电磁气门包括壳体(1)、绕组、永磁钢(2)或固定铁芯(12)、气门(9)、直线轴承(8)和滑动铁芯(11)，永磁钢(2)或固定铁芯(12)固定在壳体(1)上，气门(9)与滑动铁芯(11)固定连接在一起，滑动铁芯(11)与永磁钢(2)或固定铁芯(12)相对设置，壳体(1)外绕有滑动铁芯(11)绕组(6)或滑动铁芯(11)和固定铁芯(12)绕组(6和13)，气门(9)与直线轴承(8)滑动连接，直线轴承(8)和壳体(1)固定在发动机气缸盖上。

2.根据权利要求1所述的电磁气门，其特征在于所述直线轴承(8)与滑动铁芯(11)之间设有调节气门开启深度的调整块(14)和调位装置(15)，调位装置(15)与其推进控制机构相连。

3.根据权利要求1所述的电磁气门，其特征在于所述永磁钢(2)采用耐高温磁性材料制作成大小依次不同的环形磁环套装成一体，或者用多块小方块磁块拼装成一体，安装在铝合金或非导磁性材料制成的外壳(1)内，永磁钢(2)下方设置一导磁固定板(4)。

4.根据权利要求3所述电磁气门，其特征在于所述滑动铁芯(11)与永磁钢(2)下方的导磁固定板(4)或固定铁芯(12)的接触端设有缓冲弹簧(3)或缓冲块或缓冲装置。

5.根据权利要求1所述的电磁气门，其特征在于所述直线轴承(8)与滑动铁芯(11)接触端设有缓冲块(7)或缓冲弹簧或缓冲装置。

6.一种如权利要求1至5任一项所述电磁气门的控制系统，其特征在于所述电磁阀门的控制系统包括发动机曲轴端设置的信号装置(16)，信号采集及处理器(18)通过传感器(17)采集到的活塞上止点、下止点以及电机相位位置信号，传输给控制电脑(19)，由电脑(19)控制驱动电路(20)以及点火、喷油和无刷永磁电机驱动电路，驱动电路(20)控制MOSFET功率管或大功率三极管(22)，依次通断各缸进排气电磁气门绕组(6)的电流。

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