CN101503972A - 带保护机构气门受迫振动电磁驱动系统 - Google Patents
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Abstract
一种气门驱动系统，它是将气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭；将高低压电源分别通过控制电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量；利用弹簧、气门保护锁定体使气门在非工作时将气门锁定在关闭附近，并通过检测储能电容电压和气门状态的方法，利用电磁铁解锁。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机气门驱动系统，尤其是气门采用受拍振动电磁驱动系统。
背景技术
目前公知的发动机气门普遍采用凸轮驱动，为了满足不同工况的要求，采用了液压顶柱，多凸轮机构等先进技术，但结构较复杂，机械能量损失较大；采用电磁驱动的气门，控制简单，工作参数容易调整，但由于驱动功率较大，在高速运转的情况下难以很好工作；在受迫振动直动发电、缓冲储能、电动驱动汽车(申请号：2007100041016)中提出了受迫振动电磁气门驱动，设计为气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭，在该系统中电磁铁功率较小，可以保证在高速运转的情况良好工作，但由于气门的平衡位置位于关闭和开启中间，当发动机的活塞和气门处于非受控状态时，气门和活塞偶然的运动，可能造成气门和活塞的碰撞，造成损坏，常规电磁铁驱动线圈通过并联二极管，通过二极管和线圈吸收电磁铁的磁能，会增加电磁铁发热量。
发明内容
为了消除气门处于非受控状态时，气门和活塞偶然的运动，气门和活塞的碰撞，并且尽可能减小电磁铁发热问题，本发明设计了气门保护机械，电磁铁驱动电路，实现在发动机气门在非工作状态下气门处于关闭附近，保证在非工作期间活塞时运动时不与气门碰撞；通过二极管反向并联电容方法，实现将线圈的磁能转化为电场能，供下次通电时使用，减小电磁铁的发热量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
(1)气门保护机构
带保护机构气门受迫振动电磁驱系统与在受迫振动直动发电、缓冲储能、电动驱动汽车(申请号：2007100041016)中提出的受迫振动电磁气门驱动主要原理一致，也是气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭，不同的是，在受迫振动电磁驱动系统设计一个电磁、弹簧机构(具体形状、安装位置根据需要确定)，该机构中设计一个突出体，在非工作状态下，该突出体因为弹簧作用，挡在气门振动体系的一个突出体边上，通过受力设计保证气门弹簧的压力使两个弹簧紧锁在一起，当需要工作时，气门电磁铁通电吸引与气门相连的衔铁，使振动体系的突出体与保护机构的突出体之间压力消除，紧接着保护机构的电磁铁通电，吸引保护机构的突出体脱离振动体系的路径，保护机构驱动电磁铁电源与气门振动体系的电磁铁电源相连，发动机工作期间气门保护机构电磁铁一直通电，使保护机构解除保护，当发动机不工作期间或气门振动体系的电磁铁系统故障时，气门保护机构电磁铁断电，保护机构的突出体将气门限制在关闭状态附近。
(2)电磁铁驱动电路
在该系统一共有三个电磁铁，在气门振动体系驱动体系电磁铁有两种工作模式，一是较高电压工作模式，当衔铁与电磁铁较远时，要达到相同的吸引力，所需的电流大，相应电压要求较高，二是较低电压模式，当衔铁与电磁铁较近时，要达到相同的吸引力，所需的电流较小，相应电压较小，因此驱动电源设计高低双电压，两个电压电源通过固态继电器(或其它控制电路)并接入电磁铁两端；而当电磁铁断电时，会产生很高电压，可能损坏控制电路，常规处理方法是与电磁铁并联一个二极管，消耗线圈中能量，保证电路安全，在此过程中将磁能转变为热能，增加了电磁铁和二极管的发热。本方案设计为将高低压电源分别通过控制电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量，该方法也可用于其它快速开关的感性负载吸能保护控制电路；气门保护机构电磁铁功率较小，可采用常规并联二极的方法吸收能量，但要求气门振动体系电磁铁故障时，气门保护机构电磁铁断电，在电容的两端接一个电压监测端，只有当电容电压正常时，才使保护机构电磁铁通电，解除保护，当然也可以直接检测电磁铁的电流信号是否正常，决定是否发出解除保护的控制信号。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1是弹簧内部安装、同心电磁铁气门驱动结构图
图2是弹簧内部安装、并列电磁铁气门驱动结构图
图3是弹簧外部安装、同心电磁铁气门驱动结构图
图4是弹簧外部安装、并列电磁铁气门驱动结构图
图5是弹簧气门保护锁定机构及气门连接机构放大图
图6是气门驱动控制电路图
图中1.活塞，2.气门顶杆，3.弹簧座，4.气门打开电磁铁，5.弹簧，6.气门驱动衔铁，7.弹簧，8.气门关闭电磁铁，9.弹簧座，10.气门保护电磁铁，11.气门保护锁定体，12.旋转轴，13.气门保护锁定弹簧，14.气门保护衔铁，15.弹簧座，16.弹簧座，17.气门锁定螺丝，18.气门锁定半圆块，19.气门驱动电磁铁线圈，20.线圈电流控制器，21.线圈电流控制器控制信号端，22.供电限流线圈，23.高压供电控制器控制信号端，24.高压供电控制器，25.高压供电端，26.低压供电端，27.低压供电控制器，28.低压供电控制器控制信号端，29.供电负极，30.线圈电流控制器，31.电流方向控制二极管，32.电流方向控制二极管，33.线圈电流控制器控制信号端，34.电容，35.电容电压监测端。
具体实施方式
在图1中，活塞(1)、气门顶杆(2)、气门驱动衔铁(6)连接在一起，气门打开电磁铁(4)和气门关闭电磁铁(8)位于气门驱动衔铁(6)两边，弹簧座(3)和弹簧座(9)固定在机体上，弹簧座(3)与气门顶杆(2)为滑动连接，弹簧(5)和弹簧(7)位于电磁铁中心，为了便于安装，弹簧(5)和弹簧(7)均为压缩弹簧，气门保护锁定体(11)将突出体、气门保护衔铁(14)通过旋转轴(12)连接在机体上，气门保护锁定体(11)的突出体和气门保护锁定弹簧(13)分别位于气门保护锁定体(11)两边，气门保护锁定弹簧(13)为压缩弹簧，气门保护电磁铁(10)安装在气门保护衔铁(14)相应位置。
当发动机启动时，如果气门驱动衔铁(6)被锁定，则系统振动体系具有能量，气门关闭电磁铁(8)先通以电流，吸引气门驱动衔铁(6)，使气门驱动衔铁(6)和气门保护锁定体(11)之间压力消失，再向气门保护衔铁(14)通以电流，使保护完全解锁；气门关闭电磁铁(8)断电后，气门驱动衔铁(6)、气门顶杆(2)、气门(1)在弹簧(5)、(7)的作用下打开气门，当气门驱动衔铁(6)接近气门打开电磁铁(4)时，气门打开电磁铁(4)通电，吸引气门驱动衔铁(6)，补充系统能量，并保持气门打开，反之当要并闭气门时，气门打开电磁铁(4)断电，气门驱动衔铁(6)、气门顶杆(2)、气门(1)在弹簧的作用下关闭气门，当气门驱动衔铁(6)接近气门关闭电磁铁(8)时，气门关闭电磁铁(8)通电，补充系统能量，并保持气门关闭。
当发动机不工作时，气门保护电磁铁(10)不通电，气门保护锁定体(11)的突出体在气门保护锁定弹簧(13)的作用下，锁定气门驱动衔铁(6)。
当发动机启动前气门驱动衔铁(6)未被锁定的情况下，弹簧振动体系不具有能量，先对气门关闭电磁铁(8)和气门打开电磁铁(4)通以周期性电流，使弹簧振动体系能量达到正常工作要求，或者直接向气门关闭电磁铁(8)通以大电流，使气门驱动衔铁(6)一次性被吸引到关闭电磁铁(8)上，达到启动能量要求，由于只在短时采用大电流，系统发热量完全可以承受。
在图1中，基本原理与图1一致，不同之处为，图1核心部份为同心安装，从中心向外依次为气门顶杆、弹簧、电磁体内磁极、线圈、电磁体外磁极；在图2中核心部份为并列安装，气门顶杆、弹簧位于中间，两边为两个电磁铁，图1结构相对简单，各方向结构尺寸基本一致，图2结构相对复杂，但可以降低一个方向上的宽度，通过增加另一个方向的长度的方法保证磁极面积，并最终保证吸引力。
在图3中，基本原理与图1一致，不同之处为弹簧安装在两个电磁铁外部，有利于降低驱动机构直径，但长度有所延长，在一些情况，也可以将一个弹簧安装在两个电磁铁内部，一个在外部。
在图4中，基本原理与图1一致，不同之处为弹簧安装在两个电磁铁外部，同时与图2一样，将两个电磁铁并列安装与气门顶杆两边，有利于降低驱动单边宽度。
在图5中，气门保护锁定体(11)突出体与气门驱动衔铁(6)接触部份，相对各自自身来说向内倾斜，当两接触部份加压时，具有锁定功能，气门保护锁定体(11)突出体的外部部份设计成当气门驱动衔铁(6)向气门关闭方向运动时，可推动突出体的向外旋转，保证气门驱动衔铁(6)能继续运动，进入锁定位置。气门顶杆(2)顶部形状、气门锁定半圆块(18)以及锥形孔与常规气门顶杆锁定装置一致，在锥形孔的外部为带丝扣的柱形孔，与柱形孔相配合的气门锁定螺丝(17)顶在气门顶杆(2)上，使气门顶杆(2)锁定在气门驱动衔铁上。
在图6中，高压供电端(25)和低压供电端(26)通过高压供电控制器(24)、低压供电控制器(27)并联后，通过供电限流线圈(22)接入电容(34)的正极，负极(29)接入电容(34)负极，电容两端通过线圈电流控制器(20)、线圈电流控制器(30)接在气门驱动电磁铁线圈(19)两端，气门驱动电磁铁线圈(19)两端通过二极管(31)、(32)接入电容(34)相反的两端，在电容(34)两端接出一对电容电压监测端。
以气门关闭电磁铁(8)为例说明工作过程，当发动机启动时，通过高压供电控制器控制信号端(23)控制高压供电控制器(24)导通，向电容充电，通过监测电容电压监测端电压确定高压电源是否正常；通过高压供电控制器(24)断开高压电源，再通过线圈电流控制器控制信号端(21)和线圈电流控制器控制信号端(33)控制线圈电流控制器(20)和线圈电流控制器(30)导通，线圈中利用电容对线圈通电，适当延迟后，通过低压供电控制器控制信号端(28)控制低压供电控制器(27)导通，检测电容电压监测端稳定在合理的范围内，确定低压电源是否正常；在以上过程中，反向接入的二极管不导通，如果上面过程中电容电压均正常，则发出气门保护机械解锁信号，当气缸工作状态要求气门打开时，先通过低压供电控制器控制信号端(28)控制低压供电控制器(27)断开低压电源，再通过线圈电流控制器控制信号端(21)和线圈电流控制器控制信号端(33)控制线圈电流控制器(20)和线圈电流控制器(30)断开线圈供电，由于气门驱动电磁铁线圈(19)电流不能马上为0，此时电流通过二极管(31)、(32)对电容充电，充电方向与电容原始储存电压方向一致，当电流为0时，电容电压最高，气门驱动电磁铁线圈(19)的磁场能转化为电容的电场能，由于二极管不能反向导通，电容电能得以保持；当气门要关闭时，与前述过程一致，先通高压，对电容充电，再通线圈、再通低压保持；由于气门驱动衔铁(6)处于不同位置，其电感量不同，也可以通过分析前述电容放电过程中电压变化是否正常，来判断气门驱动衔铁(6)是否处于正常位置，当不处于正常位置时，可以通过延长高压通电时间，或者通过周期性电流方法，使其处于气门正常位置，或者发故障提示，该方法设计的电容储能电磁铁驱动电路，也可用于其它开关的感性负载吸能保护控制电路。
Claims (10)
1.一种气门驱动系统，它是将气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭；将高低压电源分别通过控制电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量；利用弹簧、气门保护锁定体使气门在非工作时将气门锁定在关闭附近，并通过检测储能电容电压和气门状态的方法，利用电磁铁解锁。
2.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：振动体系中弹簧采用双压缩弹簧结构。
3.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：气门顶杆、电磁铁、弹簧、同心安装，从中心向外依次为气门顶杆、弹簧、电磁体内磁极、线圈、电磁体外磁极。线圈接线方式使产生电压方向相反。
4.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：气门顶杆及弹簧同心安装，电磁铁并列安装，气门顶杆、弹簧位于中间，两边为两个电磁铁。
5.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：气门顶杆，电磁铁同心安装，弹簧安装在两个电磁体外部，在一些情况，也可以将一个弹簧安装在两磁体内部，一个在外部。
6.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：气门顶杆，电磁铁并列安装，气门顶杆在中心，两边两个电磁铁，弹簧安装在两个电磁体外部，在一些情况，也可以将一个弹簧安装在两个电磁铁内部，一个在外部。
7.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：气门顶杆，电磁铁同心安装，弹簧安装在两个电磁体外部。
8.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：利用弹簧、气门保护锁定体使气门在非工作时将气门锁定在关闭附近，利用电磁铁解锁，保证活塞在非工作期间运动时不与气门碰撞。
9.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：将高低压电源分别通过控制电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量，该方法也可用于其它快速开关的感性负载吸能保护控制电路。
10.根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是：通过检测电容电压的方法，判断供电情况，电磁铁工作情况，气门驱动衔铁位置，并以此发出气门保护解锁信号，气门驱动衔铁位置校正信号，以及故障信号。
Priority Applications (1)
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| CNA2008100099967A CN101503972A (zh) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | 带保护机构气门受迫振动电磁驱动系统 |
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| CNA2008100099967A CN101503972A (zh) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | 带保护机构气门受迫振动电磁驱动系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN101503972A true CN101503972A (zh) | 2009-08-12 |
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| CN (1) | CN101503972A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108798820A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-13 | 南京理工大学 | 应用于内燃机的落座缓冲式电磁全可变气门系统 |
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2008
- 2008-02-04 CN CNA2008100099967A patent/CN101503972A/zh active Pending
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| CN108798820A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-13 | 南京理工大学 | 应用于内燃机的落座缓冲式电磁全可变气门系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090812 |