CN1912357A - 电磁驱动阀及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
一种电磁驱动阀，包括具有阀杆(12)并沿着该阀杆延伸方向以往复运动形式运动的阀部件(14)；在驱动端(32)与该阀部件互锁并延伸到枢转端(33)的摆动件(30)，中心线(35)从该枢转端延伸并且该阀盘(30)绕该中心线摆动；摆动该摆动件的线圈(62，162)；为该线圈供给电流的电源；以及控制电流从电源向该线圈流动的控制部分。在该阀盘的初始运行周期期间，该控制部分(100)控制电流以便电流以周期方式从电源(200)供给线圈(62)，并且根据电压和温度控制周期数目、周期长度和电流值。
Description
技术领域
本发明总的涉及一种电磁驱动阀，更具体地说，涉及一种用于内燃机并且由电磁力和弹性力驱动的枢转型(pivot-type)电磁驱动阀及驱动该阀的方法。
背景技术
电磁驱动阀已经公开在，例如，美国专利6,467,441号中。
该电磁驱动阀有一个问题，即在低温下的滑动阻力与高温下的滑动阻力不同，所以其可控性也发生变化。而且，当可变的举升高度控制(lift control)用于保持阀盘与铁芯脱离接触时，如果线圈电流由于电池电压中载荷引起的波动而波动，则不能以稳定方式对电磁驱动阀的保持进行控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够以稳定方式驱动的电磁驱动阀。
本发明的第一方面涉及由电磁力和弹性力的组合作用运行的电磁驱动阀。该电磁驱动阀包括具有阀杆并沿该阀杆延伸方向以往复运动形式运动的阀部件；在驱动端与该阀部件互锁，延伸到枢转端的摆动件，中心线从该枢转端延伸并且该摆动件绕该中心线摆动；摆动该摆动件的线圈；为该线圈供给电流的电源；以及控制电流从该电源向该线圈流动的控制被部分。在该摆动件运行的初始周期期间，该控制部分控制电流流动，以便在供电周期中电流从电源提供给该线圈。具体说，在运行的初始周期期间，该控制部分控制周期数目、周期长度以及根据电压和温度的电流值。
在以上述方式构造的电磁驱动阀中，在初始驱动时，控制部分控制周期数目、周期的长度和根据电压和温度的电流值；因而通过在低温周期当滑动阻力较大时施加较大的电流能够加速发热以改善可控性。
本发明的第二方面涉及以由电磁力和弹性力的组合作用运行的电磁驱动阀。该电磁驱动阀包括具有阀杆并沿该阀杆延伸方向以往复运动形式运动的阀部件；在驱动端与该阀部件互锁、延伸到枢转端的摆动件，中心线从该枢转端延伸并且该摆动件绕该中心线摆动；摆动该摆动件的电磁铁铁芯；以及永久磁铁，该永久磁铁设置在该摆动件的驱动端外侧并且以这样的方式设置，使得通过该摆动件和该铁芯的磁通量变得比较大。
在如上所述构造的电磁驱动阀中，通过该摆动件和该铁芯的磁通量变得比较大，因而减少电力消耗并且当阀保持在中等举升高度位置时使该阀较少受电压的影响。结果，提供一种具有改善的可控性和确保稳定运行的电磁驱动阀。
根据本发明，提供确保稳定运行的电磁驱动阀。
附图说明
从下面参考附图对优选实施例的描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得很清楚，其中同样的附图标记用于表示同样的部件，其中
图1是根据本发明的第一实施例的电磁驱动阀的剖视图；
图2是图1中所示电磁阀的示意电路图；
图3是示出在初始运行周期期间电流和阀举升高度之间关系的曲线图；
图4是示出中间位置的电磁驱动阀的剖视图；
图5是示出阀关闭位置的电磁驱动阀的剖视图；
图6是关于不同温度和电压的电流值的映射图；
图7是关于不同温度和电压的周期长度的映射图；
图8是关于不同温度和电压的周期数目的映射图；
图9是根据本发明的第二实施例的电磁驱动阀的剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图说明本发明的实施例。注意在下面的实施例中，同样的附图标记用于表示同样的或等同的部件，并且其说明将不再重复。
第一实施例
图1是根据本发明的实施例的电磁驱动阀的剖视图。电磁驱动阀1由电磁力和弹性力的组合作用运行。该电磁驱动阀1包括：具有用作阀轴的阀杆12并沿该阀杆12延伸的方向(箭头10)以往复运动方式运动的阀部件14；设置在枢转端33、用作摆动件的阀盘30，该阀盘30在驱动端32与该阀部件14互锁并且绕轴线35摆动；驱动摆动该阀盘30的上电磁铁60和下电磁铁160的线圈62和162；为线圈62和162供电的电源200；以及用作控制电流从电源200流向线圈62和162的控制部分的电子控制单元(ECU)100。在阀盘30运行的初始运行期间，该ECU100控制电流的流动，以便在周期中电流从电源200提供给线圈62和162。具体说，该ECU100根据电压和温度控制电流周期数目、周期长度以及在初始运行期间的电流值。
U形壳体51是基座件，各种部件安装在该壳体51中。上电磁铁60和下电磁铁160分别包括由磁性材料制造的铁芯61和161和绕该铁芯61和161缠绕的线圈62和162。流向线圈62和162的电流产生驱动该阀盘30的磁场。该阀盘30设置在上电磁铁60和下电磁铁160之间，并且被吸引力吸引到该上电磁铁60和下电磁铁160的任何一个。这使得阀盘30在上电磁铁60和下电磁铁160之间以往复运动的方式运动。该阀盘30的往复运动通过长孔22和销钉21传递给杆46。
该实施例中的电磁驱动阀1构成了在诸如汽油机和柴油机的内燃机中的进气阀或排气阀。该实施例部分描述阀部件用作安装在进气口18的进气阀的情况，但是，本发明可用作作为排气阀的阀部件。
图1示出枢转型的电磁驱动阀1。该阀盘30用作驱动机构。壳体51安装在气缸盖41上；并且下电磁铁160设置在靠近该气缸盖41的侧面上，而上电磁铁60设置在远离该气缸盖41的侧面上。构造上电磁铁60的线圈62和构造下电磁铁160的线圈162由电线202连接。而且，线圈62由电线201连接于电源200，线圈162由电线203连接于电源200。换句话说，线圈62和162以串连方式连接于电源200。
阀盘30包括臂部分31和支承部分38，并且该臂部分31从驱动端32延伸到枢转端33。该臂部分31是被上电磁铁60和下电磁铁160吸引的零件；所以它沿着由箭头30a所示的方向摆动(或枢转)。该支承部分38设置在该臂部分31的端部，并且该臂部分31绕该支承部分38枢转。该臂部分31的上表面能够与上电磁铁60接触，而该臂部分31的下表面能够与下电磁铁160接触。
该支承部分38是圆柱形的，并且转矩杆36容纳在其中。该转矩杆36的第一端通过键槽配合方式(spline fitting)安装在壳体51中，而另一端安装在该阀盘30的支承部分38中。因此，当支承部分38枢转时，一个与旋转方向相反的力从转矩杆36传递给支承部分38。因此反作用力沿着中间方向恒定地施加于支承部分38。阀盘30的驱动端32、杆46以这样的方式设置，使得力从阀盘30赋予它，并且杆46被杆引导器45引导。该杆46和阀盘30能够沿着由箭头30a所示的方向摆动。
壳体51具有伸出部分52，阀盘30的枢转端33容纳在其中。轴承59设置在该支承部分38和该壳体51的伸出部分52之间。
进气口18设置在气缸盖41的下部。该进气口18是用于将吸入空气引进燃烧室的通道，并且空气燃料混合物或空气通过该进气口18。阀座42设置在进气口18和燃烧室之间，从而改善阀部件14的可密封性。
阀部件14作为进气阀安装在气缸盖41上。该阀部件14包括沿纵向延伸的阀杆12和连接于该阀杆12的端部的钟形部分13。该阀杆12由杆引导器43引导并且与弹簧限制器19配合。该弹簧限制器19由阀弹簧17沿向上的方向供能。因此该弹簧限制器19和阀杆12两者均由阀弹簧17供能。
该ECU100控制从电源200流向线圈62和162的电流。ECU从温度传感器102和电压传感器101获得温度和电压数据。该电压传感器101监测来自电源200的电压。该温度传感器102检测温度(水温、空气温度或电磁驱动阀1的温度)。该ECU100连接于存储器单元104，包括电流周期和流进线圈62和162的电流值的各种映射数据存储在其中。
图2是图1中所示电磁驱动阀的示意电路图。如图2所示，两个线圈62和162以串连方式连接于电源200。这个实施例描述两个电磁铁60和160分别设置在上下侧的例子，但是这个例子不是限制性的，并且可以设置更多的电磁铁。
图3是示出在初始运行期间电流和阀举升高度之间关系的曲线图。图4是示出中间位置的电磁驱动阀的剖视图。图5是示出阀关闭位置的电磁驱动阀的剖视图。参考图1-5，描述电磁驱动阀的运动机构。在中间状态，该阀盘30上的臂部分31位于上电磁铁60和下电磁铁160的中间，如图4所示。这种状况继续直到时间t11。由于该臂部分31和上电磁铁60之间的距离稍稍小于该臂部分31和下电磁铁160之间的距离，较大的力作用在该臂部分31和上电磁铁60之间，所以在时间t11，阀部件14从中间位置向阀关闭位置运动。
在时间t11处电流减小。一旦臂部分31向上移动，则由转矩杆36对其施加向下的转矩力。结果，该臂部分31向下运动，直到运动到中间位置的下面，在这时它停止并且然后开始向上运动。当它开始向上移动时，电流再一次流向线圈62和162，该臂部分31被猛烈地向上牵引。这种往复运动从周期1到周期3重复进行。通过这个过程，阀部件14的运动幅度逐渐变大直到该阀部件14最终处于关闭状态。在这个初始运行期间控制电流周期(图3中的周期1到周期3)。
一旦到达图5所示的阀关闭状态，只要向线圈62施加很小的保持电流，该臂部分31就能够被上电磁铁60保持。
图3所示的周期根据电压和温度变化。图6示出关于不同温度和电压的电流值的映射。图7示出关于不同温度和电压的周期长度的映射。图8示出关于不同温度和电压的周期数目的映射。首先由图1所示的温度传感器102和电压传感器101测量温度和电压。根据测量的温度和电压，ECU100利用存储在存储器单元104中的图6所示的电流映射图计算用于初始周期的适当的电流值。例如，如果温度停留在T2和T3之间而电压在V3和V4之间，那么用于初始运行周期的电流将从电流映射图上的四个电流值I23、I33、I24和I34计算。该ECU100根据图7所示的周期长度映射图计算每个周期的长度。在上述的温度和电压条件下，该ECU100根据周期长度映射上的周期长度L23、L33、L24和L34计算周期长度。
该ECU100还根据图8所示的周期数目映射图计算周期数目。在上述的温度和电压条件下，该ECU100根据该映射上的周期数目N23、N33、N24和N34计算周期数目。图6至图8所示的映射数据存储在存储单元104中，并且该ECU100总能够访问该存储器单元104。
也就是说，在本发明的实施例中，用于初始运行周期的电流、周期长度和周期数目根据温度和电压被映射，然后被控制成与基于从温度和电压传感器输入的监测值的映射相一致。特别是当温度非常低而滑动阻力最很大时，用于过电流的正常设置值是瞬时增加的。当温度非常低时，测量的温度和线圈62和162的热阻极限温度之间的差大于正常运行条件下的温度差。因此，电流的增加量被设置成，使得由于增加的电流引起的线圈发热，导致在线圈中温度增加量将等于该测量的温度和该线圈62和162的热阻极限温度之间的增加的温度差。当温度很低时用于初始运行周期的周期数目被设置成，使得致动器的温度升高到足以使高滑动阻力差不多降低到在正常运行条件下的滑动阻力水平。也就是说，控制电流的流动使得上下电磁铁60和160被加热。在以这种方式构造的电磁驱动阀中，在温度很低而滑动阻力很大时，通过加速其发热能够改善电磁驱动阀1的可控性。
第二实施例
图9是根据本发明的第二实施例的电磁驱动阀的剖视图。在根据本发明的第二实施例的电磁驱动阀中，永久磁铁300被设置在臂部分31的驱动端32的外侧上。该永久磁铁300设置成使得它与铁芯161分开。这样设置的结果，该臂部分31保持在不与铁芯161直接接触的位置。根据本发明的第二实施例的电磁驱动阀是由电磁力和弹性力的组合作用运行的电磁驱动阀。该电磁驱动阀1包括：具有阀杆12并沿该阀杆12延伸的方向以往复运动方式运动的阀部件14；设置在枢转端33的阀盘30，该阀盘30在驱动端32与该阀部件14互锁并且绕轴线35摆动；摆动该阀盘30的下电磁铁160的铁芯161；设置在该阀盘30的外侧上并且设置成使得沿着箭头301所示的方向通过该阀盘30和铁芯161的磁通量变大的永久磁铁300。在该实施例中阀部件14举升高度的量可以变化，并且永久磁铁300被设置在该阀盘30的外侧上，以便当将该阀盘30保持在与铁芯161脱离接触时减小电流(电力消耗)。该永久磁铁300设置成与铁芯161分开并靠近该驱动端32，但尚未在与该臂部分31接触的方向。以这种方式设置永久磁铁300增加了如箭头301所示方向的由永久磁铁产生的磁通量流。结果，可以减少电力消耗并且当臂部分31保持在中间举升高度位置时，该阀可以较少受到电压的影响，因此提供了可控制性高的电磁驱动阀1。
上面已经说明本发明的第一和第二实施例，但是这里所示的实施例可以进行许多变化。该电磁驱动阀不限于单阀盘驱动型，并且可以构造成使得电磁铁设置在两个平行的阀盘之间。
这里公开的实施例在各方面都是示范性的例子并且应当认为是非限制性的。本发明的范围不是由上面的说明指出，而是由权利要求的范围指出，并且旨在包括权利要求的等同物和权利要求的精神和范围内的所有修改。
本发明可以用于，例如，安装在车辆中的内燃机的电磁驱动阀领域。
Claims (7)
1.一种由电磁力和弹性力的组合作用操作的电磁驱动阀，具有：
具有阀杆(12)并沿着该阀杆延伸方向以往复运动形式运动的阀部件(14)；
摆动件(30)，其在驱动端(32)与该阀部件互锁并延伸到枢转端(33)，从该枢转端延伸出一中心轴线，并且该摆动件绕该中心轴线摆动；
使该摆动件摆动的线圈(62，162)
为该线圈提供电流的电源(200)；以及
控制从该电源向该线圈的电流流动的控制部分(100)，其特征在于，
在该摆动件(30)的初始运行期间，该控制部分(100)根据温度和驱动该电磁驱动阀(14)的电源的电压，控制以周期方式提供给线圈(62，162)的电流的周期数目、周期长度和电流值至少其中之一。
2.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其中，在初始运行期间，随着温度的降低，该控制部分(100)增加以周期方式提供给线圈(62，162)的电流值。
3.如权利要求1或2所述的电磁驱动阀，其中，在初始运行期间，随着温度的降低，该控制部分(100)增加为线圈(62，162)提供电流的周期数目。
4.如权利要求1或2所述的电磁驱动阀，其中，该线圈包括上线圈(62)和下线圈(162)，并且该摆动件(30)设置在该上线圈和该下线圈之间。
5.一种由电磁力和弹性力的组合作用操作的电磁驱动阀，其特征在于包括：
具有阀杆(12)并沿着该阀杆的延伸方向以往复运动形式运动的阀部件(14)；
摆动件(30)，其在驱动端(32)与该阀部件互锁并延伸到枢转端(33)，从该枢转端延伸出一中心轴线，并且该摆动件绕该中心轴线摆动；
使该摆动件摆动的电磁铁的铁芯(61，161)，以及
永久磁铁(300)，该永久磁铁设置在该摆动件外侧上，并且设置在这样的位置，使得通过该摆动件和该铁芯的磁通量变大。
6.如权利要求5所述的电磁驱动阀，其中，该线圈包括上线圈(62)和下线圈(162)，并且该摆动件(30)设置在该上线圈和该下线圈之间。
7.一种驱动由电磁力和弹性力的组合作用操作的电磁驱动阀的方法，其特征在于包括如下步骤：
测量温度和驱动该电磁驱动阀的电源的电压；以及
在该摆动件的初始运行期间，根据测量的电压和温度，控制以周期方式提供给线圈的电流的电流周期数目、周期长度和电流值至少其中之一。
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