專利名稱：電磁氣門及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種發(fā)動機配氣裝置，具體說是一種利用電磁來控制氣門動作的電磁氣門及其控制系統(tǒng)。
背景技術：
現(xiàn)有發(fā)動機的配氣機構都是由氣門、氣門彈簧、氣門導管、氣門導管油封、搖臂、氣門間隙調(diào)節(jié)器、搖臂軸、凸輪軸、鎖塊、彈簧、可變氣門機構等構成；配氣機構的傳動系統(tǒng)是由發(fā)動機曲軸時規(guī)皮帶輪(或鏈條齒輪)、時規(guī)皮帶或鏈條、壓帶輪或鏈條壓塊、凸輪軸皮帶輪或凸輪軸齒輪來構成并傳動的；氣門通過配氣機構的傳動系統(tǒng)實現(xiàn)開啟和關閉?，F(xiàn)有發(fā)動機氣門傳動機構零部件繁多且結構復雜，而且這種機械式的配氣機構及傳動系統(tǒng)使得氣門的升程以及開啟角和閉合角不能變化調(diào)整，直接影響到發(fā)動機的功效。另外，氣門導管油封易磨損老化，造成機油從氣門與導管間進入燃燒室，發(fā)動機燃燒機油會造成排放藍煙、產(chǎn)生積炭等，造成發(fā)動機易磨損、污染嚴重等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單、控制靈敏、性能優(yōu)越、可靠性極高的電磁氣門及其控制系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為利用兩電磁線圈及鐵心或永磁鋼與電磁線圈及鐵心同性相斥異性相吸的原理，用電子開關依次來控制電磁線圈電流通斷，來實現(xiàn)氣門的開啟與關閉。即該電磁氣門及其控制系統(tǒng)，其電磁氣門包括殼體、繞組、永磁鋼或固定鐵心、氣門、直線軸承和滑動鐵心，永磁鋼或固定鐵心固定在殼體上，氣門與滑動鐵芯固定連接在一起，滑動鐵心與永磁鋼或固定鐵心相對設置，殼體繞有滑動鐵心繞組或滑動鐵心和固定鐵心繞組，氣門與直線軸承滑動連接，直線軸承和殼體固定在發(fā)動機氣缸蓋上；其控制系統(tǒng)包括發(fā)動機曲軸端設置的信號裝置，信號采集及處理器通過傳感器采集到的活塞上止點、下止點以及電機相位位置信號傳輸給電腦，由電腦控制驅(qū)動電路以及點火、噴油和無刷永磁電機驅(qū)動電路，驅(qū)動電路驅(qū)動MOSFET功率管或大功率三極管，依次控制各缸進排氣電磁氣門繞組的電流通斷。
為使氣門開啟深度可控，上述直線滾動軸承與滑動鐵心之間設有調(diào)節(jié)氣門開啟深度的調(diào)位裝置，調(diào)位裝置與其推進控制機構相連。
針對采用永磁鋼的電磁氣門，為增強永磁鋼的抗沖擊及磁力強度，在上述永磁鋼的下方設置一導磁固定板。
為起到緩沖作用，上述滑動鐵心與永磁鋼下方的導磁固定板或勵磁鐵心的接觸端設有緩沖彈簧或緩沖塊或緩沖裝置。上述直線滾動軸承與滑動鐵心接觸端設有緩沖彈簧或緩沖塊或緩沖裝置。
本發(fā)明提供的電磁氣門及其控制系統(tǒng)，具有以下特點①采用電磁氣門及其控制技術，取消了除氣門外的傳統(tǒng)所有配氣機構及配氣機構傳動系統(tǒng)零部件，從而大大簡化了發(fā)動機結構，降低了發(fā)動機噪音，極大的提高了發(fā)動機工作可靠性和效率。
②采用電磁氣門及其控制技術，通過調(diào)位裝置調(diào)節(jié)滑動鐵心的行程量大小，氣門間隙無需調(diào)整，即可實現(xiàn)控制氣門開啟深度的目的，從而去除了傳統(tǒng)進氣管節(jié)氣門裝置，由此也就避免了傳統(tǒng)控制氣門機構存在的“泵氣損失”，使發(fā)動機節(jié)省10％以上的耗油量。另外，由于沒有了節(jié)氣門的阻礙，新鮮空氣更為順暢的直接進入氣缸，使發(fā)動燃燒更加充分，廢氣排放更少。
③采用電磁氣門及其控制技術，踩踏油門時發(fā)動機產(chǎn)生反應的時間大大加快。電磁氣門發(fā)動機油門踩下時，無需經(jīng)過節(jié)氣門，無需等待空氣填滿進氣歧管，進氣氣門的迅速開啟以及控制加大進氣氣門開啟深度，大量空氣立刻進入發(fā)動機氣缸，產(chǎn)生所需要的動力。電磁氣門發(fā)動機進氣氣門開啟深度最淺0.20mm，最深可以到10mm，相差近50倍，然而從最淺變化到最深，電磁氣門整體機構所需要的反應時間大約只要0.2s左右。
④采用電磁氣門及其控制技術，其直線滾動軸承取代了傳統(tǒng)氣門的導管，省去了機油潤滑裝置，發(fā)動機氣缸蓋無需機油輸入。采用了滾動軸承和高溫脂潤滑油，反而延長了氣門的使用壽命，避免了傳統(tǒng)氣門導管油封磨損造成的機油流入燃燒室的現(xiàn)象。
⑤采用電磁氣門及其控制技術，可以使環(huán)式起動/發(fā)電機混合動力直接實現(xiàn)純電動起步及運行功能，即在汽車起步時，電控系統(tǒng)控制氣缸電磁氣門都處于開啟狀態(tài)，從而卸載了發(fā)動機空氣壓縮負載，只有很小的曲軸和活塞運轉(zhuǎn)摩擦力，環(huán)式電機大部分功率都用于驅(qū)動汽車車輪。另外解決了環(huán)式起動/發(fā)電機起動轉(zhuǎn)矩不足問題，在環(huán)式起動/發(fā)電機起動時，所有氣缸氣門同時開啟，電機運轉(zhuǎn)至一定轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機及氣門開始動作并點火工作。
⑥采用電磁氣門及其控制技術，其特制的永磁鋼結構設計，確保了氣門動作永磁的斥力強度以及穩(wěn)定性和可靠性，從而使電磁氣門的工作性能也因此穩(wěn)定而可靠。
⑦采用電磁氣門及其控制技術，可將現(xiàn)有氣門直接改裝設計為電磁氣門，標準通用性好，成本低廉，氣缸蓋改動小，有利于大批量改裝生產(chǎn)。


圖1為電磁氣門實施例一(永磁式)的結構示意2、圖3為永磁鋼的結構示意4為電磁氣門控制系統(tǒng)原理框5為電磁氣門實施例二(勵磁式)的結構示意6為電磁氣門實施例三(氣門開啟深度可調(diào)式)的結構示意圖
具體實施例方式
如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的永磁式電磁氣門包括殼體1、永磁鋼2、緩沖彈簧3、導磁固定板4、鎖塊5、繞組6、緩沖塊7、直線滾動軸承8、氣門9和滑動鐵心11。永磁鋼2固定在殼體1內(nèi)，為增強永磁鋼2的抗沖擊強度，在上述永磁鋼2的下方設置一導磁固定板4。氣門9的桿部套有的直線滾動軸承8，氣門9的桿部末端通過鎖塊5與滑動鐵心11固定為一體，滑動鐵心11與殼體1內(nèi)的永磁鋼2相對設置。殼體1的外周上繞有滑動鐵心11的勵磁繞組6?；瑒予F心11與永磁鋼2下方導磁固定板4的接觸端設有緩沖彈簧3，直線滾動軸承8與滑動鐵心11的接觸端設有緩沖塊7。殼體1通過螺栓孔10固定在發(fā)動機氣缸蓋上，直線滾動軸承8與發(fā)動機氣缸蓋可采取緊配合的方式固定。
上述永磁鋼2采用耐高溫磁性材料制作成大小依次不同的環(huán)形磁環(huán)套裝成一體，或者用多塊小方塊磁塊拼裝成一體，安裝在鋁合金或非導磁性材料制成的外殼1內(nèi)，用導磁固定板4固定。
上述電磁氣門在實踐中應用時，單氣門發(fā)動機用一只電磁氣門，多氣門發(fā)動機可采用兩只電磁氣門結構一體化的電磁氣門組，控制系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動工作。
如圖4所示，P1、P2、P3、P4分別為四氣缸發(fā)動機的四個電磁排氣門，J1、J2、J3、J4分別為四氣缸發(fā)動機的四個電磁進氣門。每個氣門均包括滑動鐵心11及其繞組6。M1-M4的四只MOSFET功率管分別控制四個進氣門繞組6的電流通斷；M5-M8的四只MOSFET功率管分別控制四個排氣門繞組6的電流通斷。該電磁氣門控制系統(tǒng)包括發(fā)動機曲軸端設置的信號裝置16，信號采集及處理器18通過傳感器17采集到的活塞上止點、下止點以及電機相位位置信號傳輸給電腦19，由電腦19控制驅(qū)動電路20以及點火、噴油和無刷永磁電機驅(qū)動電路，驅(qū)動電路20驅(qū)動MOSFET功率管或大功率三極管22，依次控制各缸進排氣電磁氣門滑動鐵心11繞組6的電流通斷。
采用上述電磁氣門及其控制技術的發(fā)動機，起動發(fā)動機時，曲軸帶動信號裝置16旋轉(zhuǎn)，傳感器17可同時檢測點火、活塞上止點、活塞下止點及電機相位位置，再將位置信號傳輸給信號采集及處理器18、信號采集及處理器18與電腦19根據(jù)活塞位置信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負載、溫度等信息進行計算處理后，指令驅(qū)動電路20工作，并控制MOSFET功率管或大功率三極管22按發(fā)動機工作和點火順序，按各氣缸進排氣門開啟閉合時刻，依次導通和關閉各缸進排氣電磁氣門繞組6的電流。當傳感器17檢測到活塞上止點位置時，電控系統(tǒng)控制當前氣缸進氣門電磁線圈6導通，此時滑動鐵心11上端面與永磁鋼2下端面產(chǎn)生同性磁極，在同性磁極的斥力下，滑動鐵心11與氣門9向下運動，從而使氣門9打開。當電磁線圈6導通一定開啟角時，控制系統(tǒng)使電磁線圈6電流斷開，滑動鐵心11磁力消失，滑動鐵心11和氣門9在永磁鋼2的吸力作用下又向上運動，此時，氣門9處于關閉狀態(tài)。依此類推周而復始，按發(fā)動機工作順序所需各氣缸進排氣門開閉時刻依次開啟和關閉。進氣門的開啟提前角和排氣門的遲后閉合角是由電腦根據(jù)采集的信號閉合角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負載、溫度等信息處理計算后自動變化調(diào)整的。
圖5為本發(fā)明提供的勵磁式電磁氣門，即將圖1中的永磁鋼2用固定鐵心12替代，在與其相對應的殼體1外周處有繞勵磁繞組13，該繞組13在發(fā)動機工作時，勵磁電流為常通狀態(tài)；或該勵磁繞組13的電流方向按氣門開啟和閉合依次換向?qū)ǎ瑥亩_到固定鐵心12與滑動鐵心11接觸端面同極性時，氣門9在斥力作用下迅速開啟；固定鐵心12與滑動鐵心11接觸端面變成異性磁極時，氣門9在吸力作用下迅速關閉。采用勵磁繞組13的電磁氣門，控制系統(tǒng)需增加反向電流驅(qū)動控制電路和導通反向電流的大功率電子管。另外，圖1中的永磁鋼2用勵磁鐵心替代后，無需導磁固定板4，其它結構部分及工作原理基本相同，不再贅述。
圖6所示，在上述永磁式電磁氣門(或勵磁式)電磁氣門的直線滾動軸承8與滑動鐵心11之間設有調(diào)整塊14和調(diào)位裝置15，調(diào)整塊14與其調(diào)位裝置15來回滑動來調(diào)節(jié)滑動鐵心11的行程量，從而達到調(diào)節(jié)氣門開閉深度的目的。調(diào)位裝置15與其推進機構相連，推進機構可采用微控步進電機推進、螺旋式推進、液壓式推進、偏心輪推進等各種結構。通過調(diào)節(jié)滑動鐵心11與磁鋼2之間氣隙量的大小，就可以實現(xiàn)氣門開啟深度可控。
權利要求
1.一種電磁氣門及其控制系統(tǒng)，其特征在于電磁氣門包括殼體(1)、繞組、永磁鋼(2)或固定鐵心(12)、氣門(9)、直線軸承(8)和滑動鐵心(11)，永磁鋼(2)或固定鐵心(12)固定在殼體(1)上，氣門(9)與滑動鐵芯(11)固定連接在一起，滑動鐵心(11)與永磁鋼(2)或固定鐵心(12)相對設置，殼體(1)外繞有滑動鐵心(11)繞組(6)或滑動鐵心(11)和固定鐵心(12)繞組(6和13)，氣門(9)與直線軸承(8)滑動連接，直線軸承(8)和殼體(1)固定在發(fā)動機氣缸蓋上；其電控系統(tǒng)包括發(fā)動機曲軸端設置的信號裝置(16)，信號采集及處理器(18)通過傳感器(17)采集到的活塞上止點、下止點以及電機相位位置信號，傳輸給控制電腦(19)，由電腦(19)控制驅(qū)動電路(20)以及點火、噴油和無刷永磁電機驅(qū)動電路，驅(qū)動電路(20)控制MOSFET功率管或大功率三極管(22)，依次通斷各缸進排氣電磁氣門繞組(6)的電流。
2.根據(jù)權利要求1所述電磁氣門，其特征在于上述直線軸承(8)與滑動鐵心(11)之間設有調(diào)節(jié)氣門開啟深度的調(diào)整塊(14)和調(diào)位裝置(15)，調(diào)位裝置(15)與其推進控制機構相連。
3.根據(jù)權利要求1或2所述電磁氣門，其特征在于上述永磁鋼(2)采用耐高溫磁性材料制作成大小依次不同的環(huán)形磁環(huán)套裝成一體，或者用多塊小方塊磁塊拼裝成一體，安裝在鋁合金或非導磁性材料制成的外殼(1)內(nèi)，永磁鋼(2)下方設置一導磁固定板(4)。
4.根據(jù)權利要求3所述電磁氣門，其特征在于上述滑動鐵心(11)與永磁鋼(2)下方的導磁固定板(4)或固定鐵心(12)的接觸端設有緩沖彈簧(3)或緩沖塊或緩沖裝置。
5.根據(jù)權利要求1或2所述電磁氣門，其特征在于上述直線軸承(8)與滑動鐵心(11)接觸端設有緩沖塊(7)或緩沖彈簧或緩沖裝置。
全文摘要
一種電磁氣門及其控制系統(tǒng)，其電磁氣門包括殼體、繞組、永磁鋼或固定鐵心、氣門、直線軸承和滑動鐵心，永磁鋼或固定鐵心固定在殼體上，氣門與滑動鐵芯固定連接在一起，滑動鐵心與永磁鋼或固定鐵心相對設置，殼體繞有滑動鐵心繞組或滑動鐵心和固定鐵心繞組，氣門與直線軸承滑動連接，直線軸承和殼體固定在發(fā)動機氣缸蓋上；其控制系統(tǒng)通過信號裝置、傳感器、信號采集及處理器、電腦、驅(qū)動電路以及MOSFET功率管或大功率三極管，依次控制各缸進排氣電磁氣門繞組的電流通斷。該電磁氣門及其控制系統(tǒng)結構簡單、控制靈敏、性能優(yōu)越、可靠性極高，氣門間隙無需調(diào)整，降低了發(fā)動機噪音，極大的提高了發(fā)動機工作可靠性和效率。
文檔編號F01L9/04GK1786447SQ20041010092
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權日2004年12月6日
發(fā)明者賀雷 申請人:賀雷