CN2344547Y

CN2344547Y - 电子控制可变配气相位及升程的电磁气门

Info

Publication number: CN2344547Y
Application number: CN 98217617
Authority: CN
Inventors: 王正键
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 1999-10-20
Anticipated expiration: 2008-07-27

Abstract

电子控制可变配气相位及升程的电磁气门,由气缸盖、气门、气门导管、气门弹簧、电磁线圈、壳体、电源插座、水温及节气门位置、曲轴位置传感器、控制器ECM、电磁气门线圈、功率三极管连接构成,其气门导管压入气缸盖导管孔内,气门弹簧、气门杆与气门导管相套接,电磁线圈、电源插座粘于壳体上,壳体固装于气缸盖上;各种传感器并接并与控制器相接,各电磁气门线圈与各功率管并接,再与控制器并接。本电磁气门结构简单、故障率低。

Description

电子控制可变配气相位及升程的电磁气门

本实用新型是电子控制可变配气相位及升程的电磁气门，属发动机配气机构自动控制技术。

现有的较先进的可变气门系统有日本丰田汽车公司研究开发的“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”(Variable Value Timing and LiftElectronic Control System)，简称VTEC。但其结构和工作原理与传统的四气门机构相似，可变气门机构也包括(2进、2排)、凸轮轴和摇臂等，所不同的是凸轮轴上的凸轮和摇臂的个数及其控制部分。凸轮轴上除了原有控制两个气门的一对凸轮(主凸轮和次凸轮)外，还增加了一个较高的中间凸轮。由凸轮推动的摇臂也有三根摇臂，即主要臂、中间摇臂和次摇臂。三根摇臂内部装有由液压控制摇臂动作的活塞，在一定工况时，电脑控制液压系统，推动活塞，使三根摇臂锁成一体。发动机在低转速工作时，主摇臂、中间摇臂和次摇臂是分离、独立工作的。主凸轮和次凸轮分别推动主次摇臂，控制两个进气门的开闭，但是由于主凸轮比次凸轮高度大，所以两个气门开启幅度不同。这时，虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但中间摇臂与主次摇臂是分开独立动作，故不影响气门的开闭动作。当发动机到达某一工况和转速时，电脑控制液压系统，机油压力推动摇臂内的活塞，其一同步活塞A连锁主摇臂和中间摇臂，另一同步活塞B连锁中间摇臂和次摇臂，因此三根摇臂锁在一起。由于中间凸轮较主次凸轮高，与中间摇臂一起动作的主次摇臂使进气门开启时间延长、开启幅度更大。当发动机降至设定转速时，摇臂内作用在活塞上的压力油卸压，活塞被回位弹簧推回，三根摇臂又分开。现有的日本丰田汽车公司开发的可变气门相位和气门升程电子控制系统VTEC，比传统配气机构的结构增加了中间凸轮、中间摇臂、正时板、正时活塞、两个同步活塞、压力开关、电磁阀等许多部件，因此整个系统机构更复杂，机件更易损坏，维修率高、维修工作量增大，而且只能满足发动机两个工况的要求。同时，发动机不能变排量。

本实用新型的目的就是为了克服和解决现有的可变气门配气系统机构存在结构复杂、机件易损坏、维修率高、发动机不能变排量等的缺点和问题，研究设计一种结构简单、工作稳定、机件不易损坏、能实现可变配气相位及气门升程、可使发动机在每一工况下具有较高的充气系数，汽油机在中小负荷工作时能自动关闭个别汽缸进排气门，实现变排量、提高发动机动力性、燃油经济性和排放性能的电子控制可变配气相位及升程的电磁气门。

本实用新型是通过下述结构技术方案来实现的：电子控制可变配气相位及升程的电磁气门结构示意图如图1所示，其电子控制电路原理图如图2所示。它由汽缸盖1、气门2、气门导管3、螺栓4、气门弹簧5、电磁线圈6、壳体7、电源插座8、衔铁9、螺母10、水温传感器11、节气门位置(喷油泵油量拉杆位置)传感器12、曲轴位置传感器13、控制器ECM14、继电器15、电磁气门线圈16、大功率三极管17共同连接构成，其相互位置及连接关系为：汽缸盖1盖于汽缸上，在汽缸盖上安装气门2，气门导管3压入汽缸盖1的导管孔内，气门弹簧5、衔铁9、气门杆与气门导管3相套接，气门杆尾部安装螺母并按一定扭矩拧紧，衔铁压紧在气门杆的台肩上，同时保证气门弹簧有一定的预紧度，使气门头部在发动机工作时，密封良好不漏气，电磁线圈6、电源插座8粘接于壳体7上，通过螺栓4把壳体7固装于汽缸盖1上，水温传感器11、节气门位置(喷油泵油量拉杆位置)传感器12、曲轴位置传感器13均相并联与控制器ECM14连接，继电器15与多组电磁气门线圈16并联连接，多组电磁气门线圈16与多个大功率三极管17并联连接，多个大功率三极管通过各管基极与控制器ECM14相并联连接。本电磁气门工作过程如下：发动机运转时，控制器(ECM)接收来自水温传感器、节气门位置(柴油机油量拉杆位置)传感器、曲轴位置传感器发出的信号，经处理、计算、判断后，确知发动机负荷、转速、各缸工作过程和活塞位置等信号。控制器ECM按照发动机工作顺序的要求发出气门开启脉冲信号使输出回路中的大功率三极管VT导通时，低电阻电磁线圈与系统电源形成回路，产生磁场。在电磁力的作用下可动衔铁带动气门克服气门弹簧阻力，迅速向下运动，使气门开启。当控制器ECM停止发出脉冲信号时，大功率三极管VT截止，回路切断，磁场消失，气门在弹簧作用下迅速关闭。发动机工况不同，控制器ECM发出脉冲时刻、脉冲宽度、脉冲电流强度不同。脉冲时刻愈早、气门开启提前角愈大；脉冲宽度愈宽，气门开启时间愈长；脉冲电流愈强，电磁线圈电流愈大，气门升程愈高，充气量愈多。从而控制发动机任一工况的配气相位和气门升程，使其充气系数增大。提高了发动机动力性、燃油经济性和排放性能。当汽油机在中、小负荷工作时，控制器ECM停止个别汽缸电磁气门的脉冲信号，气门在弹簧的作用下关闭，气缸停止工作(电喷发动机的相应喷油器也随着停止喷油)。在此同时，继续工作气缸的电磁气门在控制器ECM的控制下，改变配气相位和升程，使每循环进入气缸的可燃混合气增至最高值。此时，工作气缸的平均有效压力也随着提高。由于平均有效压力正比于扭矩，所以发动机在低速时有较高的全负荷扭矩，保证了发动机在变排量后的正常运转。

本实用新型与现有技术相比，有如下的优点和有益效果：(1)动力性分析比较：功率计算公式Pe=1/αk₁nη_vη_iη_m；扭矩计算公式Me=1/αk₂η_vη_iη_m；式中K₁K₂为每种发动机常数，n为转速，η_v为充气系数，η_i指示效率，η_m为机械效率。由上式可见，同型发动机在同一工况下，提高η_v，可增大Pe和Me。而目前提高发动机动力性的主要手段之一是提高η_v值；(2)燃油经济性和排放性能分析比较：由于电子控制电磁气门能根据发动机每一工况对充气系数的要求，进行可变配气相位和气门升程工作，从而保证了发动机每一工作循环进气充足、排气干净，燃料完全燃烧(采用电磁气门后，可重新调整柴油机的喷油量和汽油机可燃混合气的浓度)，提高了η_i，减少了排气中的CO和HC化合物浓度，改善燃油经济性和排放性能。另外，汽油机在中小负荷工作时实现变排量，克服“大马拉小车”的现象，降低燃油消耗：(3)电子控制电磁气门结构简单、控制精度高、工作可靠、故障率低、维修工作量少；(4)由于没有气门传动零件，所以传动效率高，也无需润滑。同时又避免传动零件相互冲击和摩擦，减少配气机构的噪声。零部件不易损坏，降低维修率。

下面对说明书附图进一步说明如下：图1为电子控制可变配气相位及升程的电磁气门结构示意图，图2为其电子控制电路原理图。各图中：1为汽缸盖、2为气门、3为气门导管、4为螺栓、5为气门弹簧、6为电磁线圈、7为壳体、8为电源插座、9为衔铁、10为螺母、11为水温传感器、12为节气门位置(喷油泵油量拉杆位置)传感器、13为曲轴位置传感器、14为控制器ECM、15为继电器、16为电磁气门线圈、17为大功率三极管VT。

本实用新型的实施方式可为如下：(1)按图1、图2所示设计、加工、购置各部件。可采用现有的发动机配气机构的常规的加工制造方法加工制造下述各部件：如气门杆除了与衔铁相配合部分的直径减小和在尾部加工螺纹外，其余部位按照部颁标准JB3899-85汽车发动机气门技术条件设计、加工制造；气门导管3按照部颁标准JB9899-85汽车发动机气门导管技术条件设计、加工制造；气门弹簧5可采用优质冷扎弹簧钢丝绕制成不等螺距弹簧，并经热处理和钢丝表面抛光处理，弹簧两端面经磨光并要求端面与弹簧轴线相垂直；电磁线圈6形状为空心圆柱形，可用0.2～0.25mm牌号为QA-IE聚氨脂漆包线绕制而成；壳体7可采用2～3mm厚的牌号为08优质碳素结构钢板冷冲压而成；螺栓、螺母、衔铁、电源插座等可以直接购置；水温传感器等部件可选用丰田汽车凌志车型92年款LS400电控发动机的部件，例如水温传感器11可选89422-20010型；节气门位置(喷油泵油量拉杆位置)传感器12可选89452-50020型；曲轴位置传感器13可选90919-05002型；控制器ECM14可选89661-50032型；继电器15可选90987-01003型；大功率三极管VT可选19080-50011型；(2)然后按上面说明书所述的各部件相互位置和连接关系进行安装连接(如可先在气门导管外圆柱面上涂上机油，用压力机将导管压入气缸盖上的导管孔内，气门导管外径与气缸盖上导管孔相比的过盈量为0.02～0.06mm：气门杆与气门导管、衔铁的配合间隙可为0.05～0.08mm)，便能较好地安装实施本实用新型。

更具体地说，电子控制电磁气门配气相位和升程数据确定方法以被测发动机原来的配合相位和升程为基础，制作一批凸轮外形(轮廓)不同，但配气相位和升程有连续变化的凸轮轴。通过台架试验分别测取换装不同凸轮轴后，发动机在正常工作条件下转速、负荷从小到大变化过程中(多缸汽油机在中、小负荷变排量时)每一工况充气系数的最高值。此时，配气相位和升程就是电磁气门在该工况下的配气相位和升程。将同型发动机在各种工况下测取的电磁气门配气相位和升程的数值综合在一起，组成了电磁气门可变配气相位和升程的一组数据。在考虑电磁气门工作特性对充气系数影响后，把这组数据换算成ECM控制可变配气相位和升程电磁气门的脉冲信号数据。然后将数据存储在ECM的只读存储器(ROM)中，供发动机工作时、ECM控制电磁气门使用。如果必要可绘制充气系数与转速、负荷三维特性曲线图和充气系数与配气相位、气门升程的三维特性曲线图。

Claims

1、一种电子控制可变配气相位及升程的电磁气门，其特征在于：它由汽缸盖(1)、气门(2)、气门导管(3)、螺栓(4)、气门弹簧(5)、电磁线圈(6)、壳体(7)、电源插座(8)、衔铁(9)、螺母(10)、水温传感器(11)、节气门位置即喷油泵油量拉杆位置传感器(12)、曲轴位置传感器(13)、控制器ECM(14)、继电器(15)、电磁气门线圈(16)、大功率三极管(17)共同连接构成，其相互位置及连接关系为：汽缸盖(1)盖于汽缸上，在汽缸盖上安装气门(2)，气门导管(3)压入汽缸盖(1)的导管孔内，气门弹簧(5)、衔铁(9)、气门杆与气门导管(3)相套接，气门杆尾部安装螺母并按一定扭矩拧紧，衔铁(9)压紧在气门标的台肩上，电磁线圈(6)、电源插座(8)粘接于壳体(7)上，通过螺栓(4)把壳体(7)固装于汽缸盖(1)上，水温传感器(11)、节气门位置传感器(12)、曲轴位置传感器(13)均相并联与控制器ECM(14)连接，继电器(15)与多组电磁气门线圈(16)并联连接，多组电磁气门线圈(16)与多个大功率三极管(17)并联连接，多个大功率三极管通过各管基极与控制器ECM(14)相并联连接。