電控氣門及其控制系統的製作方法
2023-05-01 18:03:21
電控氣門及其控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種電控氣門及電控氣門控制系統，電控氣門包括氣門組、電磁閥、槓桿組件和受脈衝信號控制的電機；槓桿組件包括轉動杆及轉動杆支座，電磁閥包括可豎直位移的，氣門組包括相連接的氣門和氣門杆，受脈衝信號控制的電機包括電機轉軸，閥芯與電機轉軸之間設有大小可調的間隙。電控氣門控制系統包括電控氣門、空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器和發動機電控單元。發動機電控單元根據空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器傳遞的信號來發出信號，控制閥芯和電機轉軸活動，進而控制氣門的升程和開閉，進而精確控制發動機的進氣量和噴油量，既保證了發動機的效率有提高了發動機的燃油利用率。
【專利說明】電控氣門及其控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及汽車發動機領域，具體而言，涉及一種電控氣門及其控制系統。
【背景技術】
[0002]現在普遍採用的氣門機構包括氣門組，搖臂和帶偏心凸輪的凸輪軸，氣門組與搖臂連接，凸輪軸通過正時皮帶與曲軸連接，並且由曲軸帶動，進而通過轉動的偏心凸輪來擠壓氣門組，使氣門組下移，實現氣門的打開。這樣的設置使發動機的結構複雜，而且氣門的升程和開啟時間無法準確控制，靈敏度低，當汽車以較低的速度運行時，可能會造成氣缸內進氣不夠充分，導致燃油利用率低下。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在於提供一種電控氣門以及電控氣門控制系統，以提高氣門升程的控制精度。
[0004]本實用新型是這樣實現的:
[0005]—種電控氣門，包括氣門組、電磁閥、槓桿組件和受脈衝信號控制的電機；所述槓桿組件包括轉動杆及轉動杆支座，所述轉動杆與所述轉動杆支座轉動連接；所述電磁閥包括可豎直位移的閥芯，所述閥芯與所述轉動杆的一端轉動連接並帶動所述轉動杆產生豎直位移；所述氣門組包括相連接的氣門和氣門杆，所述轉動杆的另一端與所述氣門杆轉動連接並帶動所述氣門杆產生豎直位移；所述受脈衝信號控制的電機包括電機轉軸，所述閥芯與所述電機轉軸之間設有大小可調的間隙，所述電機轉軸位於所述閥芯的上方，且所述電機轉軸的至少部分位於所述閥芯的位移路徑上；所述電磁閥與所述受脈衝信號控制的電機均連接有電源。
[0006]較優的，所述氣門組還包括下氣門彈簧座和上氣門彈簧座；所述氣門杆的一端與所述氣門連接，另一端與所述上氣門彈簧座固定連接；所述下氣門彈簧座套設於所述上氣門彈簧座與所述氣門之間的所述氣門杆外，並與所述氣門杆活動連接，所述下氣門彈簧座和所述上氣門彈簧座之間設有氣門彈簧，所述氣門彈簧套設於所述氣門杆外。這樣設置，有利於氣門下移後能夠反彈回原位，防止進氣口在下一個衝程中漏氣，並且為氣門下一次下移做準備。
[0007]較優的，所述電控氣門還包括缸蓋和上氣門彈簧座；所述缸蓋設置有第一通孔，所述第一通孔設置有密封圈，所述氣門杆的一端與所述上氣門彈簧座固定連接，所述氣門杆的另一端穿出所述第一通孔並與所述氣門連接，並與所述氣門杆活動連接，所述缸蓋與所述上氣門彈簧座之間設有氣門彈簧，所述氣門彈簧套設於所述氣門杆外。這樣設置，有利於氣門下移後能夠反彈回原位，防止進氣口在下一個衝程中漏氣，並且為氣門下一次下移做準備。
[0008]較優的，所述電控氣門還包括電機支座，所述受脈衝信號控制的電機固定連接於所述電機支座。這樣設置，有利於靈活設置閥芯與電機轉軸之間的初始距離，能夠在更大範圍內調節氣門的升程，也有利於固定受脈衝信號控制的電機。
[0009]較優的，所述氣門組還包括鎖片，所述上氣門彈簧座設置有第二通孔；所述氣門杆穿出所述第二通孔，並與所述鎖片連接；所述轉動杆與所述氣門杆穿出所述第二通孔可拆卸連接。這樣設置，方便拆卸氣門組，對氣門組的損壞零部件進行更換，使能夠正常運轉的零部件繼續得到使用，節約了資源和成本。
[0010]較優的，所述受脈衝信號控制的電機為步進電機或伺服電機。這樣設置可以精確的控制所述受脈衝信號控制的電機為步進電機或伺服電機。上升和下降的距離，進而精確控制氣門的升程，有利於在不同工作環境下，提高發動機的效率。
[0011]一種電控氣門控制系統，包括上述的電控氣門，還包括空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器和發動機電控單元，所述空氣流量計、所述節氣門傳感器、所述曲軸位置傳感器均與所述發動機電控單元電連接，所述發動機電控單元與所述電控氣門的所述步進電機、所述電磁閥電連接。
[0012]本實用新型實現的技術效果:
[0013]本實用新型提供的電控氣門，通過控制電磁閥電源的通/斷，來實現氣門的開/閉控制。再通過受脈衝信號控制的電機控制電機轉軸與閥芯之間間隙的大小，以控制閥芯上移的位移量，進而控制氣門的升程。由於受脈衝信號控制的電機的電機轉軸上下移動的位移差，相對於現有技術的凸輪凸出部分的長短差，可以更小，即精度更高，因此可以使得發動機的進氣量能夠得到更加精確的控制，提高氣門升程的控制精度。此外，由於本實用新型提供的電控氣門取消了凸輪軸及相關部件，使發動機的結構更簡單。
[0014]本實用新型提供的電控氣門控制系統，通過將上述電控氣門與發動機電控單元電連接，並且將空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器分別與發動機電控單元電連接，發動機電控單元根據空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器實時採集的數據控制受脈衝信號控制的電機的轉速、轉角，以及控制電磁閥的開/閉，來實現對上述電控氣門升程和開/閉的精確控制，實現了精確控制發動機的進氣量和噴油量，使燃油得到充分燃燒，既保證了發動機的效率又提高了發動機的燃油利用率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1示出了本實用新型實施例提供的電控氣門的結構；
[0016]圖2示出了本實用新型實施例提供的一種氣門組的結構圖；
[0017]圖3為圖1中4的局部放大的剖面圖，圖3示出了本實用新型實施例提供的步進電機的電機轉軸與電磁閥的閥芯的位置關係。
【具體實施方式】
[0018]下面通過具體的實施例子並結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。
[0019]參閱圖1-3，本實用新型實施例提供的電控氣門，包括氣門組、電磁閥101、槓桿組件和受脈衝信號控制的電機。所述槓桿組件包括轉動杆104、及轉動杆支座105，所述轉動杆104與所述轉動杆支座105轉動連接。所述電磁閥101包括可豎直位移的閥芯102，所述閥芯102與所述轉動杆104的一端轉動連接並帶動所述轉動杆104產生豎直位移。所述氣門組包括相連接的氣門108和氣門杆109，所述轉動杆支座105設置於所述氣門杆109與所述閥芯102之間，所述轉動杆104的另一端與所述氣門杆109轉動連接並帶動所述氣門杆109產生豎直位移。所述受脈衝信號控制的電機包括電機轉軸112，所述閥芯102與所述電機轉軸112之間設有大小可調的間隙，所述電機轉軸112位於所述閥芯102的上方，且所述電機轉軸112的至少部分位於所述閥芯102的位移路徑上。所述受脈衝信號控制的電機可以為步進電機113或伺服電機，本實施例中採用步進電機113。所述電磁閥101與所述步進電機113均連接有電源，所述電源可以是電磁閥101和步進電機113分別的自帶電源，也可以根據應用場合，如在汽車上使用，電源也可以由汽車提供。
[0020]電磁閥101通電後促使閥芯102向上移動，閥芯102帶動轉動杆104的一端向上移動，當閥芯102向上移動到電機轉軸112的位置後，被電機轉軸112擋住，閥芯102停止移動。基於槓桿原理，在轉動杆104的一端隨閥芯102向上移動的過程中，轉動杆104的另一端促使氣門杆109向下移動，進而使得與氣門杆109連接的氣門108向下移動，即氣門開啟，並隨不斷移動而產生一定升程。氣門移動的距離決定了氣門升程的大小，即閥芯102與電機轉軸112之間間隙的大小決定了氣門升程的大小。由於步進電機113可以使電機轉軸112移動不同的長度，因此，步進電機113可以控制閥芯102與電機轉軸112之間間隙的大小，進而調節氣門升程的大小。
[0021]本實用新型實施例提供的電控氣門，通過電磁閥101電源的通/斷，來實現氣門108的開/閉，再通過步進電機113控制電機轉軸112的上下移動距離，來控制氣門108的升程，使發動機的進氣量能夠得到精確的控制。此外，由於本實用新型實施例提供的電控氣門取消了傳統控制方式中凸輪軸及相關部件，使發動機的結構更簡單。
[0022]轉動杆104與氣門杆109轉動連接，閥芯102與轉動杆104轉動連接，以實現閥芯102帶動轉動杆104產生豎直位移，轉動杆104帶動氣門杆109產生豎直位移。在實際應用中，根據電控氣門的安裝位置不同，氣門杆109和閥芯102產生位移的最優方向可能不同，例如，將電控氣門以一定角度安裝在發動機上，分別沿各自的中心線方向產生位移，這時，相對與地面，氣門杆109和閥芯102都既產生了豎直方向的位移又產生了水平方向的位移。當然，這時如果氣門杆109和閥芯102都只產生豎直位移任然能完成閥芯102的移動和氣門108的打開。本實施例中，本實用新型提供的電控氣門豎直設置於發動機，較優的，在轉動杆104的兩端分別設置通槽，通槽的兩端封閉，所述閥芯102和所述氣門杆109均設置有第一轉動軸，所述第一轉動軸穿過通槽，並可在通槽內實現轉動時同時實現滑動。容易理解的，作為另一種實施方式，也可以分別在閥芯102和氣門杆109上設置上述通槽，然後在轉動杆104的兩側分別設置一個第一轉動軸，第一轉動軸在通槽內實現轉動和滑動。
[0023]在電磁閥101通電促使閥芯102向上移動時，閥芯帶動轉動杆104轉動，由於轉動是圓周運動，設置通槽，閥芯102可以在通槽內沿轉動杆104的軸向產生位移，保證轉動杆104在轉動時，閥芯102仍然能在原豎直方向上移動。同樣，通槽的設置也能保證在轉動杆104轉動時，氣門杆109能在原豎直方向移動。
[0024]轉動杆104設置於轉動杆支座105上，並與轉動杆支座105轉動連接，以實現槓桿原理，其實現方式有多種。從製作簡單的角度考慮，較優的，轉動杆支座105可以採用「7」形支架，「7」形支架包括豎直支撐杆和水平連接杆，水平連接杆與轉動杆支座105相互垂直。如圖1所示，轉動杆104的中部設有孔，水平連接杆穿過轉動杆104上的孔，與轉動杆104轉動連接。同樣較優的，水平連接杆可以固定連接在轉動杆104上，再與豎直支撐杆轉動連接。
[0025]為了步進電機的安裝固定更加便利，本實用新型實施例提供的電控氣門還包括電機支座103，步進電機113固定連接於電機支座103。較優的，可以將所述步進電機113焊接於電機支座103，也可以採用螺釘連接。為了便於電磁閥101的固定，可以將電磁閥101和步進電機113布置於一個安裝殼體內，該安裝殼體再固定於電機支座103上。在該安裝殼體內，電磁閥101設置在所述步進電機113的下方，電機轉軸112位於所述閥芯102的上方。本實施例中，電機轉軸112的中心與所述閥芯102的中心位於同一豎直直線上，即電機轉軸112與閥芯102位置完全對應，其目的是實現電機轉軸阻擋閥芯上移的距離。當然的，電機轉軸112與所述閥芯102也可以部分位置對應，即所述電機轉軸112的至少部分位於所述閥芯102的位移路徑上，只要能夠實現電機轉軸可以阻擋閥芯上移的距離即可。
[0026]氣門108下移時進氣口打開，開始進氣，通過控制氣門的升程量來控制進氣量。為了實現氣門升程量的多次重複控制(每次氣門升程量可以不同或相同)，電控氣門還包括使氣門回到原始位置的復位部件。所述復位部件的實現方式有多種，例如，復位部件可以直接是步進電機，步進電機反轉以控制電機轉軸下移以使得閥芯下移，閥芯帶動轉動杆104與氣門杆連接的一端上移，進而帶動氣門上移，回復至原始位置。復位部件也可以是可控制電機轉軸下移以使得閥芯下移的其他結構。
[0027]本實施例中，復位部件採用另一種方式實現。如圖1所示，所述氣門組還包括下氣門彈簧座111和上氣門彈簧座110 ；所述氣門杆109的一端與所述氣門108連接，另一端與所述上氣門彈簧座110固定連接。所述下氣門彈簧座111套設於所述上氣門彈簧座110與所述氣門108之間的所述氣門杆109外，並與所述氣門杆109活動連接，以便於氣門杆109可以在轉動杆104的帶動下產生豎直位移。所述下氣門彈簧座111和所述上氣門彈簧座110之間設有氣門彈簧106，所述氣門彈簧106套設於所述氣門杆109外。下氣門彈簧座111、上氣門彈簧座110和氣門彈簧組成復位部件。在實際應用中，所述下氣門彈簧106座固定在氣缸壁上，氣門108通過汽缸壁伸入氣缸。
[0028]由於氣門杆與上氣門彈簧座110固定連接，因此在轉動杆104帶動氣門杆下移時也帶動上氣門彈簧座110下移，氣門彈簧被壓縮。當氣門108下移時進氣口打開，開始進氣，進氣完畢後，氣門彈簧106恢復形變，進而帶動氣門108回到原位，防止進氣口在下一個衝程中漏氣，並且為氣門108下一次下移做準備。
[0029]上氣門彈簧座110與下氣門彈簧座配合使用實現了氣門彈簧在氣門杆下移過程中產生形變，作為本實用新型提供的電控氣門的另一種安裝方式，電控氣門可以安裝在氣缸的缸蓋上，此時可以藉助缸蓋與上氣門彈簧座110以實現氣門彈簧在氣門杆下移過程中產生形變，即是說，缸蓋可以替換下氣門彈簧座的使用，此時，缸蓋、上氣門彈簧座110和氣門彈簧組成復位部件。當缸蓋替換下氣門彈簧座使用時，所述電控氣門還包括缸蓋107，所述缸蓋107設置有第一通孔，所述第一通孔設置有密封圈，密封圈套設於第一通孔內，所述氣門杆109穿過所述第一通孔並與所述缸蓋107活動連接，所述氣門彈簧106設置於缸蓋107和所述上氣門彈簧座之間，所述氣門彈簧106套設於所述氣門杆109外，所述氣門彈簧106外徑大於所述第一通孔的直徑。當然的，也可以將下氣門彈簧座設置於缸蓋上或者與缸蓋一體成型，下氣門彈簧座與缸蓋一起與上氣門彈簧座配合使用。
[0030]為了方便拆卸氣門組，對氣門組中損壞的零部件進行更換，使能夠正常運轉的零部件繼續得到使用，節約資源和成本。較優的，氣門組還包括鎖片，所述上氣門彈簧座110設置有第二通孔；所述氣門杆109穿出所述第二通孔，並與所述鎖片連接，鎖片在氣門杆109與第二通孔的壁之間卡緊，所述轉動杆104與所述氣門杆109穿出所述第二通孔的部分可拆卸連接。
[0031]本實用新型實施例同時提供了一種電控氣門控制系統。電控氣門控制系統包括本實用新型實施例提供的電控氣門，還包括空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器和發動機電控單元，所述空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器均與所述發動機電控單元電連接。空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器根據不同的車有不同安裝的位置，這些安裝位置為現有技術，這裡不再詳細介紹。所述發動機電控單元分別與所述電控氣門的所述步進電機113、所述電磁閥101電連接。所述空氣流量計測量氣缸的進氣量數據，所述節氣門傳感器採集節氣門的開度數據，所述曲軸位置傳感器採集曲軸在不同時間的位置數據。
[0032]空氣流量計將測得的進氣量數據轉化為電信號傳遞給發動機電控單元；節氣門傳感器測得的節氣門的開度數據的電信號傳遞給發動機電控單元，發動機電控單元根據氣缸的進氣量數據和節氣門的開度數據控制噴油嘴的噴油寬度和噴油時間。曲軸位置傳感器採集曲軸在不同時間的位置數據後傳遞至發動機電控單元，發動機電控單元根據曲軸在不同時間的位置數據得出曲軸轉速，進而得到汽車的車速，進而向步進電機113和電磁閥101發出控制電信號。發電機電控單元發出的控制電信號控制步進電機113的轉速、轉角以實現電機轉軸位移大小的準確控制，即實現電機轉軸與閥芯之間間隙的大小精確控制，進而實現氣門升程的精確控制；發電機電控單元發出的控制電信號控制電磁閥101的開/閉以實現氣門開/閉的精確控制。氣門的升程的精確控制進而實現了精確控制不同車速情況下的進氣量，起高了發動機的效率，尤其是當汽車以較低的速度行駛時，將有利於提高發動機的燃油利用率。通過採集氣缸的進氣量數據、節氣門的開度數據及曲軸轉速來實現氣門的升程量控制為現有技術，此處不作細述。
[0033]本實用新型實施例提供的電控氣門，通過電磁閥的閥芯控制氣門產生位移，通過控制電機轉軸的位移大小來控制氣門升程量；本實用新型實施例提供的電控氣門控制系統，通過採集氣缸的進氣量數據、節氣門的開度數據及曲軸轉速來控制步進電機的電機轉軸的位移大小及電磁閥開/閉時間，進而實現氣門的開/閉及升程量控制，提出了一種新的控制方式，且控制精度高。
[0034]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電控氣門,其特徵在於，包括氣門組、電磁閥、槓桿組件和受脈衝信號控制的電機；所述槓桿組件包括轉動杆及轉動杆支座，所述轉動杆與所述轉動杆支座轉動連接；所述電磁閥包括可豎直位移的閥芯，所述閥芯與所述轉動杆的一端轉動連接並帶動所述轉動杆產生豎直位移；所述氣門組包括相連接的氣門和氣門杆，所述轉動杆的另一端與所述氣門杆轉動連接並帶動所述氣門杆產生豎直位移；所述受脈衝信號控制的電機包括電機轉軸，所述閥芯與所述電機轉軸之間設有大小可調的間隙，所述電機轉軸位於所述閥芯的上方，且所述電機轉軸的至少部分位於所述閥芯的位移路徑上；所述電磁閥與所述受脈衝信號控制的電機均連接有電源。
2.根據權利要求1所述的電控氣門，其特徵在於，所述氣門組還包括下氣門彈簧座和上氣門彈簧座；所述氣門杆的一端與所述氣門連接，另一端與所述上氣門彈簧座固定連接；所述下氣門彈簧座套設於所述上氣門彈簧座與所述氣門之間的所述氣門杆外，並與所述氣門杆活動連接，所述下氣門彈簧座和所述上氣門彈簧座之間設有氣門彈簧，所述氣門彈簧套設於所述氣門杆外。
3.根據權利要求1所述的電控氣門，其特徵在於，所述電控氣門還包括缸蓋和上氣門彈簧座；所述缸蓋設置有第一通孔，所述第一通孔設置有密封圈，所述氣門杆的一端與所述上氣門彈簧座固定連接，所述氣門杆的另一端穿出所述第一通孔並與所述氣門連接，並與所述氣門杆活動連接，所述缸蓋與所述上氣門彈簧座之間設有氣門彈簧，所述氣門彈簧套設於所述氣門杆外。
4.根據權利要求1所述的電控氣門，其特徵在於，所述電控氣門還包括電機支座，所述受脈衝信號控制的電機固定連接於所述電機支座。
5.根據權利要求2所述的電控氣門，其特徵在於，所述氣門組還包括鎖片，所述上氣門彈簧座設置有第二通孔；所述氣門杆穿出所述第二通孔，並與所述鎖片連接；所述轉動杆與所述氣門杆穿出所述第二通孔可拆卸連接。
6.根據權利要求1至5之一所述的電控氣門,其特徵在於,所述受脈衝信號控制的電機為步進電機或伺服電機。
7.—種電控氣門控制系統,其特徵在於,包括權利要求6中所述的電控氣門,所述電控氣門控制系統還包括空氣流量計、節氣門傳感器、曲軸位置傳感器和發動機電控單元，所述空氣流量計、所述節氣門傳感器、所述曲軸位置傳感器均與所述發動機電控單元電連接，所述發動機電控單元與所述電控氣門的所述受脈衝信號控制的電機、所述電磁閥電連接。
【文檔編號】F02D13/02GK204140210SQ201420548431
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】何權 申請人:何權