CN104234843A - 电控气门及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电控气门及电控气门控制系统，电控气门包括气门组、电磁阀、杠杆组件和受脉冲信号控制的电机；杠杆组件包括转动杆及转动杆支座，电磁阀包括可竖直位移的，气门组包括相连接的气门和气门杆，受脉冲信号控制的电机包括电机转轴，阀芯与电机转轴之间设有大小可调的间隙。电控气门控制系统包括电控气门、空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器和发动机电控单元。发动机电控单元根据空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器传递的信号来发出信号，控制阀芯和电机转轴活动，进而控制气门的升程和开闭，进而精确控制发动机的进气量和喷油量，既保证了发动机的效率有提高了发动机的燃油利用率。

Description

电控气门及其控制系统

技术领域

本发明涉及汽车发动机领域，具体而言，涉及一种电控气门及其控制系统。

背景技术

现在普遍采用的气门机构包括气门组，摇臂和带偏心凸轮的凸轮轴，气门组与摇臂连接，凸轮轴通过正时皮带与曲轴连接，并且由曲轴带动，进而通过转动的偏心凸轮来挤压气门组，使气门组下移，实现气门的打开。这样的设置使发动机的结构复杂，而且气门的升程和开启时间无法准确控制，灵敏度低，当汽车以较低的速度运行时，可能会造成气缸内进气不够充分，导致燃油利用率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电控气门以及电控气门控制系统，以提高气门升程的控制精度。

本发明是这样实现的：

一种电控气门，包括气门组、电磁阀、杠杆组件和受脉冲信号控制的电机；所述杠杆组件包括转动杆及转动杆支座，所述转动杆与所述转动杆支座转动连接；所述电磁阀包括可竖直位移的阀芯，所述阀芯与所述转动杆的一端转动连接并带动所述转动杆产生竖直位移；所述气门组包括相连接的气门和气门杆，所述转动杆的另一端与所述气门杆转动连接并带动所述气门杆产生竖直位移；所述受脉冲信号控制的电机包括电机转轴，所述阀芯与所述电机转轴之间设有大小可调的间隙，所述电机转轴位于所述阀芯的上方，且所述电机转轴的至少部分位于所述阀芯的位移路径上；所述电磁阀与所述受脉冲信号控制的电机均连接有电源。

进一步的，所述受脉冲信号控制的电机控制所述电机转轴的位移量来调节阀芯与所述电机转轴之间的间隙的大小。通过受脉冲信号控制的电机控制阀芯上升的距离，能够精确地控制气门的升程。

较优的，所述气门组还包括下气门弹簧座和上气门弹簧座；所述气门杆的一端与所述气门连接，另一端与所述上气门弹簧座固定连接；所述下气门弹簧座套设于所述上气门弹簧座与所述气门之间的所述气门杆外，并与所述气门杆活动连接，所述下气门弹簧座和所述上气门弹簧座之间设有气门弹簧，所述气门弹簧套设于所述气门杆外。这样设置，有利于气门下移后能够反弹回原位，防止进气口在下一个冲程中漏气，并且为气门下一次下移做准备。

较优的，所述电控气门还包括缸盖和上气门弹簧座；所述缸盖设置有第一通孔，所述第一通孔设置有密封圈，所述气门杆的一端与所述上气门弹簧座固定连接，所述气门杆的另一端穿出所述第一通孔并与所述气门连接，并与所述气门杆活动连接，所述缸盖与所述上气门弹簧座之间设有气门弹簧，所述气门弹簧套设于所述气门杆外。这样设置，有利于气门下移后能够反弹回原位，防止进气口在下一个冲程中漏气，并且为气门下一次下移做准备。

较优的，所述电控气门还包括电机支座，所述受脉冲信号控制的电机固定连接于所述电机支座。这样设置，有利于灵活设置阀芯与电机转轴之间的初始距离，能够在更大范围内调节气门的升程，也有利于固定受脉冲信号控制的电机。

较优的，所述气门组还包括锁片，所述上气门弹簧座设置有第二通孔；所述气门杆穿出所述第二通孔，并与所述锁片连接；所述转动杆与所述气门杆穿出所述第二通孔可拆卸连接。这样设置，方便拆卸气门组，对气门组的损坏零部件进行更换，使能够正常运转的零部件继续得到使用，节约了资源和成本。

较优的，所述受脉冲信号控制的电机为步进电机或伺服电机。这样设置可以精确的控制所述受脉冲信号控制的电机为步进电机或伺服电机。上升和下降的距离，进而精确控制气门的升程，有利于在不同工作环境下，提高发动机的效率。

一种电控气门控制系统，包括上述的电控气门，还包括空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器和发动机电控单元，所述空气流量计、所述节气门传感器、所述曲轴位置传感器均与所述发动机电控单元电连接，所述发动机电控单元与所述电控气门的所述步进电机、所述电磁阀电连接。

进一步的，所述空气流量计测量气缸的进气量数据并传输至发电机电控单元，所述节气门传感器采集节气门的开度数据并传输至发电机电控单元，所述曲轴位置传感器实时采集曲轴的位置数据并传输至发电机电控单元，所述发电机电控单元根据所述气缸进气量数据、所述节气门的开度数据、所述曲轴的位置数据控制所述电磁阀的开/闭时间、控制所述受脉冲信号控制的电机的转速，所述受脉冲信号控制的电机控制所述电机转轴的位移量。这样设置，有利于汽车的控制系统，在不同的车速下，合理控制进气量，进而合理控制喷油量，有利于保证发动机在不同的车速下保持燃油的高效利用率。

本发明实现的技术效果：

本发明提供的电控气门，通过控制电磁阀电源的通/断，来实现气门的开/闭控制。再通过受脉冲信号控制的电机控制电机转轴与阀芯之间间隙的大小，以控制阀芯上移的位移量，进而控制气门的升程。由于受脉冲信号控制的电机的电机转轴上下移动的位移差，相对于现有技术的凸轮凸出部分的长短差，可以更小，即精度更高，因此可以使得发动机的进气量能够得到更加精确的控制，提高气门升程的控制精度。此外，由于本发明提供的电控气门取消了凸轮轴及相关部件，使发动机的结构更简单。

本发明提供的电控气门控制系统，通过将上述电控气门与发动机电控单元电连接，并且将空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器分别与发动机电控单元电连接，发动机电控单元根据空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器实时采集的数据控制受脉冲信号控制的电机的转速、转角，以及控制电磁阀的开/闭，来实现对上述电控气门升程和开/闭的精确控制，实现了精确控制发动机的进气量和喷油量，使燃油得到充分燃烧，既保证了发动机的效率又提高了发动机的燃油利用率。

附图说明

图1示出了本发明实施例提供的电控气门的结构；

图2示出了本发明实施例提供的一种气门组的结构图；

图3为图1中A的局部放大的剖面图，图3示出了本发明实施例提供的步进电机的电机转轴与电磁阀的阀芯的位置关系。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参阅图1-3，本发明实施例提供的电控气门，包括气门组、电磁阀101、杠杆组件和受脉冲信号控制的电机。所述杠杆组件包括转动杆104、及转动杆支座105，所述转动杆104与所述转动杆支座105转动连接。所述电磁阀101包括可竖直位移的阀芯102，所述阀芯102与所述转动杆104的一端转动连接并带动所述转动杆104产生竖直位移。所述气门组包括相连接的气门108和气门杆109，所述转动杆支座105设置于所述气门杆109与所述阀芯102之间，所述转动杆104的另一端与所述气门杆109转动连接并带动所述气门杆109产生竖直位移。所述受脉冲信号控制的电机包括电机转轴112，所述阀芯102与所述电机转轴112之间设有大小可调的间隙，所述电机转轴112位于所述阀芯102的上方，且所述电机转轴112的至少部分位于所述阀芯102的位移路径上。所述受脉冲信号控制的电机可以为步进电机113或伺服电机，本实施例中采用步进电机113。所述电磁阀101与所述步进电机113均连接有电源，所述电源可以是电磁阀101和步进电机113分别的自带电源，也可以根据应用场合，如在汽车上使用，电源也可以由汽车提供。

电磁阀101通电后促使阀芯102向上移动，阀芯102带动转动杆104的一端向上移动，当阀芯102向上移动到电机转轴112的位置后，被电机转轴112挡住，阀芯102停止移动。基于杠杆原理，在转动杆104的一端随阀芯102向上移动的过程中，转动杆104的另一端促使气门杆109向下移动，进而使得与气门杆109连接的气门108向下移动，即气门开启，并随不断移动而产生一定升程。气门移动的距离决定了气门升程的大小，即阀芯102与电机转轴112之间间隙的大小决定了气门升程的大小。由于步进电机113可以使电机转轴112移动不同的长度，因此，步进电机113可以控制阀芯102与电机转轴112之间间隙的大小，进而调节气门升程的大小。

本发明实施例提供的电控气门，通过电磁阀101电源的通/断，来实现气门108的开/闭，再通过步进电机113控制电机转轴112的上下移动距离，来控制气门108的升程，使发动机的进气量能够得到精确的控制。此外，由于本发明实施例提供的电控气门取消了传统控制方式中凸轮轴及相关部件，使发动机的结构更简单。

转动杆104与气门杆109转动连接，阀芯102与转动杆104转动连接，以实现阀芯102带动转动杆104产生竖直位移，转动杆104带动气门杆109产生竖直位移。在实际应用中，根据电控气门的安装位置不同，气门杆109和阀芯102产生位移的最优方向可能不同，例如，将电控气门以一定角度安装在发动机上，分别沿各自的中心线方向产生位移，这时，相对与地面，气门杆109和阀芯102都既产生了竖直方向的位移又产生了水平方向的位移。当然，这时如果气门杆109和阀芯102都只产生竖直位移任然能完成阀芯102的移动和气门108的打开。本实施例中，本发明提供的电控气门竖直设置于发动机，较优的，在转动杆104的两端分别设置通槽，通槽的两端封闭，所述阀芯102和所述气门杆109均设置有第一转动轴，所述第一转动轴穿过通槽，并可在通槽内实现转动时同时实现滑动。容易理解的，作为另一种实施方式，也可以分别在阀芯102和气门杆109上设置上述通槽，然后在转动杆104的两侧分别设置一个第一转动轴，第一转动轴在通槽内实现转动和滑动。

在电磁阀101通电促使阀芯102向上移动时，阀芯带动转动杆104转动，由于转动是圆周运动，设置通槽，阀芯102可以在通槽内沿转动杆104的轴向产生位移，保证转动杆104在转动时，阀芯102仍然能在原竖直方向上移动。同样，通槽的设置也能保证在转动杆104转动时，气门杆109能在原竖直方向移动。

转动杆104设置于转动杆支座105上，并与转动杆支座105转动连接，以实现杠杆原理，其实现方式有多种。从制作简单的角度考虑，较优的，转动杆支座105可以采用“7”形支架，“7”形支架包括竖直支撑杆和水平连接杆，水平连接杆与转动杆支座105相互垂直。如图1所示，转动杆104的中部设有孔，水平连接杆穿过转动杆104上的孔，与转动杆104转动连接。同样较优的，水平连接杆可以固定连接在转动杆104上，再与竖直支撑杆转动连接。

为了步进电机的安装固定更加便利，本发明实施例提供的电控气门还包括电机支座103，步进电机113固定连接于电机支座103。较优的，可以将所述步进电机113焊接于电机支座103，也可以采用螺钉连接。为了便于电磁阀101的固定，可以将电磁阀101和步进电机113布置于一个安装壳体内，该安装壳体再固定于电机支座103上。在该安装壳体内，电磁阀101设置在所述步进电机113的下方，电机转轴112位于所述阀芯102的上方。本实施例中，电机转轴112的中心与所述阀芯102的中心位于同一竖直直线上，即电机转轴112与阀芯102位置完全对应，其目的是实现电机转轴阻挡阀芯上移的距离。当然的，电机转轴112与所述阀芯102也可以部分位置对应，即所述电机转轴112的至少部分位于所述阀芯102的位移路径上，只要能够实现电机转轴可以阻挡阀芯上移的距离即可。

气门108下移时进气口打开，开始进气，通过控制气门的升程量来控制进气量。为了实现气门升程量的多次重复控制(每次气门升程量可以不同或相同)，电控气门还包括使气门回到原始位置的复位部件。所述复位部件的实现方式有多种，例如，复位部件可以直接是步进电机，步进电机反转以控制电机转轴下移以使得阀芯下移，阀芯带动转动杆与气门杆连接的一端上移，进而带动气门上移，回复至原始位置。复位部件也可以是可控制电机转轴下移以使得阀芯下移的其他结构。

本实施例中，复位部件采用另一种方式实现。如图1所示，所述气门组还包括下气门弹簧座111和上气门弹簧座110；所述气门杆109的一端与所述气门108连接，另一端与所述上气门弹簧座110固定连接。所述下气门弹簧座111套设于所述上气门弹簧座110与所述气门108之间的所述气门杆109外，并与所述气门杆109活动连接，以便于气门杆109可以在转动杆的带动下产生竖直位移。所述下气门弹簧座111和所述上气门弹簧座110之间设有气门弹簧106，所述气门弹簧106套设于所述气门杆109外。下气门弹簧座111、上气门弹簧座110和气门弹簧组成复位部件。在实际应用中，所述下气门弹簧106座固定在气缸壁上，气门108通过汽缸壁伸入气缸。

由于气门杆与上气门弹簧座110固定连接，因此在转动杆带动气门杆下移时也带动上气门弹簧座110下移，气门弹簧被压缩。当气门108下移时进气口打开，开始进气，进气完毕后，气门弹簧106恢复形变，进而带动气门108回到原位，防止进气口在下一个冲程中漏气，并且为气门108下一次下移做准备。

上气门弹簧座110与下气门弹簧座配合使用实现了气门弹簧在气门杆下移过程中产生形变，作为本发明提供的电控气门的另一种安装方式，电控气门可以安装在气缸的缸盖上，此时可以借助缸盖与上气门弹簧座110以实现气门弹簧在气门杆下移过程中产生形变，即是说，缸盖可以替换下气门弹簧座的使用，此时，缸盖、上气门弹簧座110和气门弹簧组成复位部件。当缸盖替换下气门弹簧座使用时，所述电控气门还包括缸盖107，所述缸盖107设置有第一通孔，所述第一通孔设置有密封圈，密封圈套设于第一通孔内，所述气门杆109穿过所述第一通孔并与所述缸盖107活动连接，所述气门弹簧106设置于缸盖107和所述上气门弹簧座之间，所述气门弹簧106套设于所述气门杆109外，所述气门弹簧106外径大于所述第一通孔的直径。当然的，也可以将下气门弹簧座设置于缸盖上或者与缸盖一体成型，下气门弹簧座与缸盖一起与上气门弹簧座配合使用。

为了方便拆卸气门组，对气门组中损坏的零部件进行更换，使能够正常运转的零部件继续得到使用，节约资源和成本。较优的，气门组还包括锁片，所述上气门弹簧座110设置有第二通孔；所述气门杆109穿出所述第二通孔，并与所述锁片连接，锁片在气门杆109与第二通孔的壁之间卡紧，所述转动杆104与所述气门杆109穿出所述第二通孔的部分可拆卸连接。

本发明实施例同时提供了一种电控气门控制系统。电控气门控制系统包括本发明实施例提供的电控气门，还包括空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器和发动机电控单元，所述空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器均与所述发动机电控单元电连接。空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器根据不同的车有不同安装的位置，这些安装位置为现有技术，这里不再详细介绍。所述发动机电控单元分别与所述电控气门的所述步进电机113、所述电磁阀101电连接。所述空气流量计测量气缸的进气量数据，所述节气门传感器采集节气门的开度数据，所述曲轴位置传感器采集曲轴在不同时间的位置数据。

空气流量计将测得的进气量数据转化为电信号传递给发动机电控单元；节气门传感器测得的节气门的开度数据的电信号传递给发动机电控单元，发动机电控单元根据气缸的进气量数据和节气门的开度数据控制喷油嘴的喷油宽度和喷油时间。曲轴位置传感器采集曲轴在不同时间的位置数据后传递至发动机电控单元，发动机电控单元根据曲轴在不同时间的位置数据得出曲轴转速，进而得到汽车的车速，进而向步进电机113和电磁阀101发出控制电信号。发电机电控单元发出的控制电信号控制步进电机113的转速、转角以实现电机转轴位移大小的准确控制，即实现电机转轴与阀芯之间间隙的大小精确控制，进而实现气门升程的精确控制；发电机电控单元发出的控制电信号控制电磁阀101的开/闭以实现气门开/闭的精确控制。气门的升程的精确控制进而实现了精确控制不同车速情况下的进气量，起高了发动机的效率，尤其是当汽车以较低的速度行驶时，将有利于提高发动机的燃油利用率。通过采集气缸的进气量数据、节气门的开度数据及曲轴转速来实现气门的升程量控制为现有技术，此处不作细述。

本发明实施例提供的电控气门，通过电磁阀的阀芯控制气门产生位移，通过控制电机转轴的位移大小来控制气门升程量；本发明实施例提供的电控气门控制系统，通过采集气缸的进气量数据、节气门的开度数据及曲轴转速来控制步进电机的电机转轴的位移大小及电磁阀开/闭时间，进而实现气门的开/闭及升程量控制，提出了一种新的控制方式，且控制精度高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电控气门，其特征在于，包括气门组、电磁阀、杠杆组件和受脉冲信号控制的电机；所述杠杆组件包括转动杆及转动杆支座，所述转动杆与所述转动杆支座转动连接；所述电磁阀包括可竖直位移的阀芯，所述阀芯与所述转动杆的一端转动连接并带动所述转动杆产生竖直位移；所述气门组包括相连接的气门和气门杆，所述转动杆的另一端与所述气门杆转动连接并带动所述气门杆产生竖直位移；所述受脉冲信号控制的电机包括电机转轴，所述阀芯与所述电机转轴之间设有大小可调的间隙，所述电机转轴位于所述阀芯的上方，且所述电机转轴的至少部分位于所述阀芯的位移路径上；所述电磁阀与所述受脉冲信号控制的电机均连接有电源。

2.根据权利要求1所述的电控气门，其特征在于，所述受脉冲信号控制的电机控制所述电机转轴的位移量来调节阀芯与所述电机转轴之间的间隙的大小。

3.根据权利要求1所述的电控气门，其特征在于，所述气门组还包括下气门弹簧座和上气门弹簧座；所述气门杆的一端与所述气门连接，另一端与所述上气门弹簧座固定连接；所述下气门弹簧座套设于所述上气门弹簧座与所述气门之间的所述气门杆外，并与所述气门杆活动连接，所述下气门弹簧座和所述上气门弹簧座之间设有气门弹簧，所述气门弹簧套设于所述气门杆外。

4.根据权利要求1所述的电控气门，其特征在于，所述电控气门还包括缸盖和上气门弹簧座；所述缸盖设置有第一通孔，所述第一通孔设置有密封圈，所述气门杆的一端与所述上气门弹簧座固定连接，所述气门杆的另一端穿出所述第一通孔并与所述气门连接，并与所述气门杆活动连接，所述缸盖与所述上气门弹簧座之间设有气门弹簧，所述气门弹簧套设于所述气门杆外。

5.根据权利要求1所述的电控气门，其特征在于，所述电控气门还包括电机支座，所述受脉冲信号控制的电机固定连接于所述电机支座。

6.根据权利要求1所述的电控气门，其特征在于，所述气门组还包括锁片，所述上气门弹簧座设置有第二通孔；所述气门杆穿出所述第二通孔，并与所述锁片连接；所述转动杆与所述气门杆穿出所述第二通孔可拆卸连接。

7.根据权利要求1至6之一所述的电控气门，其特征在于，所述受脉冲信号控制的电机为步进电机或伺服电机。

8.一种电控气门控制系统，其特征在于，包括权利要求7中所述的电控气门，所述电控气门控制系统还包括空气流量计、节气门传感器、曲轴位置传感器和发动机电控单元，所述空气流量计、所述节气门传感器、所述曲轴位置传感器均与所述发动机电控单元电连接，所述发动机电控单元与所述电控气门的所述受脉冲信号控制的电机、所述电磁阀电连接。

9.根据权利要求8所述的电控气门控制系统，其特征在于，所述空气流量计测量气缸的进气量数据并传输至发电机电控单元，所述节气门传感器采集节气门的开度数据并传输至发电机电控单元，所述曲轴位置传感器实时采集曲轴的位置数据并传输至发电机电控单元，所述发电机电控单元根据所述气缸进气量数据、所述节气门的开度数据、所述曲轴的位置数据控制所述电磁阀的开/闭时间、控制所述受脉冲信号控制的电机的转速，所述受脉冲信号控制的电机控制所述电机转轴的位移量。