专利名称：永磁电气门及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于一种发动机配气装置，具体说是一种利用电磁感应和磁力学原理来控制气门动作的永磁电气门及其控制系统。
背景技术：
现有发动机的配气机构都是由气门、气门弹簧、气门导管、气门导管油封、摇臂、气门间隙调节器、摇臂轴、凸轮轴、锁块、弹簧、可变气门机构等构成；配气机构的传动系统是由发动机曲轴时规皮带轮(或链条齿轮)、时规皮带或链条、压带轮或链条压块、凸轮轴皮带轮或凸轮轴齿轮来构成并传动的；气门通过配气机构的传动系统实现开启和关闭。现有发动机气门传动机构零部件繁多且结构复杂，而且这种机械式的配气机构及传动系统使得气门的升程以及开启角和闭合角不能变化调整，直接影响到发动机的功效。另外，气门导管油封易磨损老化，造成机油从气门与导管间进入燃烧室，发动机燃烧机油会造成排放蓝烟、产生积炭等，造成发动机易磨损、污染严重等问题。
针对上述问题，本申请人已于2004年12月6日申请了一种“电磁气门及其控制系统”(申请号200410100922.6)，随着对电磁气门的进一步深入研究，现提供本发明技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、控制灵敏、开闭速率更快，性能更优越、可靠性极高的永磁电气门及其控制系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种永磁电气门，包括壳体、固定铁心及其绕组、气门体和直线轴承，气门体与直线轴承滑动连接，直线轴承和壳体固定在发动机气缸盖上，其特征在于它还包括一永磁动块，一组固定铁心及其绕组固定在壳体内，另一组固定铁心及其绕组固定在壳体内或与气门体固定连接，所述永磁动块固定在两固定铁心之间的气门体上，并与固定铁心相对设置。
上述永磁动块是由永磁钢和固定体构成的一体化结构。
为起到缓冲作用，上述永磁动块上、下方的铁心端面处设有缓冲弹簧或缓冲块或缓冲装置。
一种上述永磁电气门的控制系统，其特征在于包括发动机曲轴端设置的信号装置，信号采集及处理器通过传感器采集到的活塞上止点、下止点以及电机相位位置信号传输给电脑，由电脑控制驱动功率管桥式电路，依次控制各缸进排气永磁电气门绕组的电流交变通断。
本发明提供的永磁电气门及其控制系统，利用电磁感应和磁力学原理的有机结合，用电子开关依次交变通电来控制电磁铁心绕组，使铁心产生的感应磁场与永磁动块的永磁铁相吸或相斥，实现发动机气门快速开闭。结构简单、控制灵敏、开闭速率高，性能更优越、可靠性极高。
图1为永磁电气门关闭状态一的结构示意图；图2为永磁电气门开启状态二的结构示意图；图3为永磁电气门控制系统原理框图；图中1-壳体；2-上缓冲块；3-永磁动块；301-永磁钢；302-永磁钢固定体；4-下缓冲块；5-绕组；6-直线滚动轴承；7-气门体；8-下固定铁心；9-上固定铁心；10-壳体安装孔。
具体实施例方式
如图1、图2所示，本发明提供的永磁电气门包括壳体1、上缓冲块2、永磁动块3、下缓冲块4、绕组5、直线滚动轴承6、气门体7、下铁心8和上铁心9。上铁心9固定在壳体1内的上端处，下铁心8固定在壳体1内的下端处或气门体7上，永磁动块3设置安装在上铁心9与下铁心8之间的气门体7上，并与固定铁心8、9相对设置。为增强永磁动块3的抗冲击强度，在上述永磁动块3的上、下方设置上缓冲块2和下缓冲块4。气门体7的杆部套有直线滚动轴承6。壳体1通过螺栓孔10固定在发动机气缸盖上，直线滚动轴承6与发动机气缸盖可采取紧配合的方式固定。
上述永磁动块3是由永磁铁301、永磁铁连接体302集合在一起构成。
上述永磁电气门的下固定铁心8与上固定铁心9的绕组5并接或串接，绕组5中导通正负交变电流。
当上下固定铁心9、8的绕组5通正向电流时，在上固定铁心9与永磁动块3相邻的铁心端面产生与永磁动块3极性相反的磁极，而下固定铁心8与永磁动块3相邻的铁心端面产生与永磁动块3磁极性相同的磁极，上固定铁心9与永磁动块3之间异性磁极相吸，同时下固定铁心8与永磁动块3之间同性磁极相斥，此时永磁动块3与气门在下固定铁心8推力和上固定铁心9吸力下，迅速向上运动关闭气门。当上下固定铁心9、8的绕组5通反向电流时，在上固定铁心9与永磁动块3相邻的铁心端面产生与永磁动块3极性相同的磁极，而下固定铁心8与永磁动块3相邻的铁心端面产生与永磁动块3磁极性相异的磁极，上固定铁心9与永磁动块3之间同性磁极相斥，同时下固定铁心8与永磁动块3之间异性磁极相吸，此时永磁动块3与气门在下固定铁心8吸力和上固定铁心9推力作用下，迅速向下运动开启气门。瞬间闭合或开启后上下固定铁心9、8的绕组5电流断开，上固定铁心9与永磁动块3在永磁铁与铁心的吸力作用下，继续使气门关闭，气门保持常闭状态；反之在下固定铁心8与永磁动块3在永磁铁与铁心的吸力作用下，继续使气门开启，气门保持常开状态。
图1至图2所示实施例中，上固定铁心9、下固定铁心8的位置只是相对而言，并不局限其左、右分布或位置互换。凡作如此等同变换，均属本发明保护范围。
实际使用中，单气门发动机用一只上述永磁电气门，多气门发动机采用多只上述永磁电气门，或将多组永磁电气门构成一体化的永磁电气门组，与控制系统并联驱动工作。
如图3所示，四只功率器件T1、T2、T3、T4构成单相桥变流驱动功率电路Q，电池组E给变流驱动功率电路Q提供直流电源。变流功率管输出端A、B分别与固定铁心绕组的C、D端连接。该永磁电气门控制系统包括发动机曲轴端设置的信号装置11、传感器12、信号采集及处理器13，通过传感器12将采集到的活塞上止点、下止点位置以及发动机转速信号传输给电脑14，由电脑14控制驱动电路15驱动变流驱动功率电路Q工作，依次按发动机进排气门开启或闭合时间，控制输出交变电流，使永磁电气门开启和关闭工作。
采用上述永磁电气门及其控制技术的发动机，起动发动机时，发动机曲轴带动信号装置11旋转，传感器12可同时检测点火、活塞上止点、活塞下止点及电机相位位置，再将位置信号传输给信号采集及处理器13、信号采集及处理器13与电脑14根据活塞位置信号、发动机转速、负载、温度等信息进行计算处理后，指令驱动电路15工作，并控制单相桥功率管电路Q按发动机工作和点火顺序，按各气缸进排气门开启闭合时刻，依次正向或反向导通电流关闭和开启各缸进排气永磁电气门。当传感器12检测到活塞上下止点之间气门开启位置时，电控系统控制当前气缸进气门电磁线圈5反向导通，此时永磁动块3在上固定铁心9同极性磁极相斥的作用下，同时在下固定铁心8异性磁极相吸的作用下，使永磁动块3和气门体9向下迅速运动并将气门开启。当传感器12检测到活塞上下止点之间气门关闭位置时，电控系统控制当前气缸进气门电磁线圈5正向导通，此时永磁动块3在上固定铁心9异性磁极相吸的作用下，同时在下固定铁心8同性磁极的斥力作用下，使永磁动块3和气门体7向上迅速运动并将气门关闭。依此类推周而复始，按发动机工作顺序所需各气缸进排气门开闭时刻依次开启和关闭。进气门的开启提前角和排气门的迟后闭合角是由电脑根据采集的信号闭合角、发动机转速、负载、温度等信息处理计算后自动变化调整的。
权利要求
1.一种永磁电气门，包括壳体(1)、固定铁心(8、9)及其绕组(5)、气门体(7)和直线轴承(6)，气门体(7)与直线轴承(6)滑动连接，直线轴承(6)和壳体(1)固定在发动机气缸盖上，其特征在于它还包括一永磁动块(3)，一组固定铁心(9)及其绕组(5)固定在壳体(1)内，另一组固定铁心(8)及其绕组(5)固定在壳体(1)内或与气门体(7)固定连接，所述永磁动块(3)固定在两固定铁心(8、9)之间的气门体(7)上，并与固定铁心(8、9)相对设置。
2.根据权利要求1所述永磁电气门，其特征在于上述永磁动块(3)是由永磁钢(301)和固定体(302)构成的一体化结构。
3.根据权利要求1或2所述永磁电气门，其特征在于上述两组固定铁心(8、9)的绕组(5)并接或串接，绕组(5)中导通正负交变电流。
4.根据权利要求1或2所述永磁电气门，其特征在于上述永磁动块(3)与上、下方固定铁心(9、8)相对端面处设有缓冲弹簧或缓冲块或缓冲装置(2、4)。
5.一种上述永磁电气门的控制系统，其特征在于包括发动机曲轴端设置的信号装置，信号采集及处理器通过传感器采集到的活塞上止点、下止点以及电机相位位置信号传输给电脑，由电脑控制驱动功率管桥式电路，依次控制各缸进排气永磁电气门绕组的电流交变通断。
6.根据权利要求5所述的永磁电气门的控制系统，其特征在于由四只功率器件(T1、T2、T3、T4)构成单相桥变流驱动功率电路(Q)，电池组(E)给变流驱动功率电路(Q)提供直流电源，变流功率管输出端(A、B)分别与固定铁心绕组的(C、D)端连接，发动机曲轴端设置的信号装置(11)、传感器(12)、信号采集及处理器(13)，通过传感器(12)将采集到的活塞上止点、下止点位置以及发动机转速信号传输给电脑(14)，由电脑(14)控制驱动电路(15)驱动变流驱动功率电路(Q)工作，依次按发动机进排气门开启或闭合时间，控制输出交变电流，使永磁电气门开启和关闭工作。
全文摘要
一种永磁电气门及其控制系统，包括壳体、固定铁心及其绕组、气门体和直线轴承，其特征在于它还包括一永磁动块，所述永磁动块固定在两组固定铁心之间的气门体上，并与固定铁心相对设置，气门体与直线轴承滑动连接，直线轴承和壳体固定在发动机气缸盖上；其控制系统由信号采集及处理器通过传感器的信号传输给电脑，由电脑控制驱动功率管桥式电路，依次控制各缸进排气永磁电气门绕组的电流交变通断。该永磁电气门及其控制系统利用电磁感应和磁力学原理的有机结合，用电子开关依次交变通电来控制电磁铁心绕组，使铁心产生的感应磁场与永磁动块的永磁铁相吸或相斥，实现发动机气门快速开闭，结构简单、控制灵敏、开闭速率高，性能更优越、可靠性极高。
文档编号F02D13/02GK1948722SQ200510113060
公开日2007年4月18日 申请日期2005年10月10日 优先权日2005年10月10日
发明者贺雷 申请人:贺雷