专利名称：带保护机构气门受迫振动电磁驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机气门驱动系统，尤其是气门采用受拍振动电磁驱动系统。
背景技术：
目前公知的发动机气门普遍采用凸轮驱动，为了满足不同工况的要求，采用了液压顶柱， 多凸轮机构等先进技术，但结构较复杂，机械能量损失较大；采用电磁驱动的气门，控制简 单，工作参数容易调整，但由于驱动功率较大，在高速运转的情况下难以很好工作；在受迫 振动直动发电、缓冲储能、电动驱动汽车(申请号2007100041016)中提出了受迫振动电磁 气门驱动，设计为气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系， 电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭，在该系统中电磁铁功率 较小，可以保证在高速运转的情况良好工作，但由于气门的平衡位置位于关闭和开启中间， 3发动机的活塞和气门处于非受控状态时，气门和活塞偶然的运动，可能造成气门和活塞的 碰撞，造成损坏，常规电磁铁驱动线圈通过并联二极管，通过二极管和线圈吸收电磁铁的磁 能，会增加电磁铁发热量。
发明内容
为了消除气门处于非受控状态时，气门和活塞偶然的运动，气门和活塞的碰撞，并且尽 可能减小电磁铁发热问题，本发明设计了气门保护机械，屯磁铁驱动电路，实现在发动机气 门在非工作状态下气门处于关闭附近，保证在非工作期间活塞时运动时不与气门碰撞；通过 二极管反向并联电容方法，实现将线圈的磁能转化为电场能，供下次通电时使用，减小电磁 铁的发热量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
(1) 气门保护机构
带保护机构气门受迫振动电磁驱系统与在受迫振动直动发电、缓冲储能、电动驱动汽车 (申请号2007100041016)中提出的受迫振动电磁气门驱动主要原理一致，也是气门与衔铁、 弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体 系的能量，并保证气门的正确开闭，不同的是，在受迫振动电磁驱动系统设计一个电磁、弹 簧机构(具体形状、安装位置根据需要确定)，该机构中设计一个突出体，在非工作状态下， 该突出体因为弹簧作用，挡在气门振动体系的一个突出体边上，通过受力设计保证气门弹簧 的压力使两个弹簧紧锁在一起，当需要工作时，气门电磁铁通电吸引与气门相连的衔铁，使 振动体系的突出体与保护机构的突出体之间压力消除，紧接着保护机构的电磁铁通电，吸引 保护机构的突出体脱离振动体系的路径，保护机构驱动电磁铁电源与气门振动体系的电磁铁 电源相连，发动机工作期间气门保护机构电磁铁一直通电，使保护机构解除保护，当发动机 不工作期间或气门振动体系的电磁铁系统故障时，气门保护机构电磁铁断电，保护机构的突 出体将气门限制在关闭状态附近。
(2) 电磁铁驱动电路
在该系统一共有三个电磁铁，在气门振动体系驱动体系电磁铁有两种工作模式， 一是较高电压工作模式，当衔铁与电磁铁较远时，要达到相同的吸引力，所需的电流大，相应屯压 要求较高，二是较低电压模式，当衔铁与电磁铁较近时，要达到相同的吸引力，所需的电流 较小，相应电压较小，因此驱动电源设计高低双电压，两个电压电源通过固态继电器(或其 它控制电路)并接入电磁铁两端；而当电磁铁断电时，会产生很高电压，可能损坏控制电路， 常规处理方法是与电磁铁并联一个二极管，消耗线圈中能量，保证电路安全，在此过程中将 磁能转变为热能，增加了电磁铁和二极管的发热。本方案设计为将高低压电源分别通过控制 电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、 电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法， 实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线 圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量，该方法也可 用于其它快速开关的感性负载吸能保护控制电路；气门保护机构电磁铁功率较小，可采用常 规并联二极的方法吸收能量，但要求气门振动体系电磁铁故障时，气门保护机构电磁铁断电， 在电容的两端接一个电压监测端，只有当电容电压正常时，才使保护机构电磁铁通电，解除 保护，当然也可以直接检测电磁铁的电流信号是否正常，决定是否发出解除保护的控制信号。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明 图l是弹簧内部安装、同心电磁铁气门驱动结构图 图2是弹簧内部安装、并列电磁铁气门驱动结构图 图3是弹簧外部安装、同心电磁铁气门驱动结构图 图4是弹簧外部安装、并列电磁铁气门驱动结构图 图5是弹簧气门保护锁定机构及气门连接机构放大图 图6是气门驱动控制电路图
图中l.活塞，2.气门顶杆，3.弹簧座，4.气门打开电磁铁,5.弹簧，6.气门驱动衔铁， 7.弹簧，8.气门关闭电磁铁，9.弹簧座，IO.气门保护电磁铁，ll.气门保护锁定体，12.旋转 轴，13.气门保护锁定弹簧，14.气门保护衔铁，15.弹簧座，16.弹簧座，17.气门锁定螺丝， 18.气门锁定半圆块，19.气门驱动电磁铁线圈，20.线圈电流控制器，21.线圈电流控制器控制 信号端，22.供电限流线圈，23.高压供电控制器控制信号端，24.高压供电控制器,25.高压 供电端，26.低压供电端，27.低压供电控制器，28.低压供电控制器控制信号端，29.供电负 极，30.线圈电流控制器，31.电流方向控制二极管,32.电流方向控制二极管，33.线圈电 流控制器控制信号端，34.电容，35.电容电压监测端。
具体实施例方式
在图1中，活塞(l)、气门顶杆(2)、气门驱动衔铁(6)连接在一起，气门打开电磁铁(4) 和气门关闭电磁铁(8)位于气门驱动衔铁(6)两边，弹簧座(3)和弹簧座(9)固定在机体 上，弹簧座(3)与气门顶杆(2)为滑动连接，弹簧(5)和弹簧(7)位于电磁铁中心，为 了便于安装，弹簧(5)和弹簧(7)均为压縮弹簧，气门保护锁定体(11)将突出体、气门 保护衔铁(14)通过旋转轴(12)连接在机体上，气门保护锁定体(11)的突出体和气门保 护锁定弹簧(13)分别位于气门保护锁定体(11)两边，气门保护锁定弹簧(13)为压縮弹簧，气门保护电磁铁(10)安装在气门保护衔铁(14)相应位置。
当发动机启动时，如果气门驱动衔铁(6)被锁定，则系统振动体系具有能量，气门关闭 电磁铁(8)先通以电流，吸引气门驱动衔铁(6)，使气门驱动衔铁(6)和气门保护锁定体 (11)之间压力消失，再向气门保护衔铁(14)通以电流，使保护完全解锁；气门关闭电磁 铁(8)断电后，气门驱动衔铁(6)、气门顶杆(2)、气门(1)在弹簧(5)、 (7)的作用下 打开气门，当气门驱动衔铁(6)接近气门打开电磁铁(4)时，气门打开电磁铁(4)通电， 吸引气门驱动衔铁(6)，补充系统能量，并保持气门打开，反之当要并闭气门时，气门打开 电磁铁(4)断电，气门驱动衔铁(6)、气门顶杆(2)、气门(1)在弹簧的作用下关闭气门， 当气门驱动衔铁(6)接近气门关闭电磁铁(8)时，气门关闭电磁铁(8)通电，补充系统能 量，并保持气门关闭。
当发动机不工作时，气门保护电磁铁(10)不通电，气门保护锁定体(11)的突出体在气 门保护锁定弹簧(13)的作用下，锁定气门驱动衔铁(6)。
当发动机启动前气门驱动衔铁(6)未被锁定的情况下，弹簧振动体系不具有能量，先对 气门关闭电磁铁(8)和气门打开电磁铁(4)通以周期性电流，使弹簧振动体系能量达到正常 工作要求，或者直接向气门关闭电磁铁(8)通以大电流，使气门驱动衔铁(6) —次性被吸引 到关闭电磁铁(8)上，达到启动能量要求，由于只在短时采用大电流，系统发热量完全可以承 受。
在图1中，基本原理与图1 一致，不同之处为，图1核心部份为同心安装，从中心向外依 次为气门顶杆、弹簧、电磁体内磁极、线圈、电磁体外磁极；在图2中核心部份为并列安装， 气门顶杆、弹簧位于中间，两边为两个电磁铁，图1结构相对简单，各方向结构尺寸基本一致， 图2结构相对复杂，但可以降低一个方向上的宽度，通过增加另一个方向的长度的方法保证 磁极面积，并最终保证吸引力。
在图3中，基本原理与图1一致，不同之处为弹簧安装在两个电磁铁外部，有利于降低驱 动机构直径，但长度有所延长，在一些情况，也可以将一个弹簧安装在两个电磁铁内部，一 个在外部。
在图4中，基本原理与图l一致，不同之处为弹簧安装在两个电磁铁外部，同时与图2 — 样，将两个电磁铁并列安装与气门顶杆两边，有利于降低驱动单边宽度。
在图5中，气门保护锁定体(11)突出体与气门驱动衔铁(6)接触部份，相对各自自身 来说向内倾斜，当两接触部份加压时，具有锁定功能，气门保护锁定体(11)突出体的外部 部份设计成当气门驱动衔铁(6)向气门关闭方向运动时，可推动突出体的向外旋转，保证气 门驱动衔铁(6)能继续运动，进入锁定位置。气门顶杆(2)顶部形状、气门锁定半圆块(18) 以及锥形孔与常规气门顶杆锁定装置一致，在锥形孔的外部为带丝扣的柱形孔，与柱形孔相 配合的气门锁定螺丝(17)顶在气门顶杆(2)上，使气门顶杆(2)锁定在气门驱动衔铁上。
在图6中，高压供电端(25)和低压供电端(26)通过高压供电控制器(24)、低压供电 控制器(27)并联后，通过供电限流线圈(22)接入电容(34)的正极，负极(29)接入电 容(34)负极，电容两端通过线圈电流控制器(20)、线圈电流控制器(30)接在气门驱动电 磁铁线圈(19)两端，气门驱动电磁铁线圈(19)两端通过二极管(31)、 (32)接入电容(34)相反的两端，在电容(34)两端接出一对电容电压监测端。
以气门关闭电磁铁(8)为例说明工作过程，当发动机启动时，通过高压供电控制器控制 信号端(23)控制高压供电控制器(24)导通，向电容充电，通过监测电容电压监测端电压 确定高压电源是否正常；通过高压供电控制器(24)断开高压电源，再通过线圈电流控制器 控制信号端(21)和线圈电流控制器控制信号端(33)控制线圈电流控制器(20)和线圈电流 控制器(30)导通，线圈中利用电容对线圈通电，适当延迟后，通过低压供电控制器控制信 号端(28)控制低压供电控制器(27)导通，检测电容电压监测端稳定在合理的范围内，确 定低压电源是否正常；在以上过程中，反向接入的二极管不导通，如果上面过程中电容电压 均正常，则发出气门保护机械解锁信号，当气缸工作状态要求气门打开时，先通过低压供电 控制器控制信号端(28)控制低压供电控制器(27)断开低压电源，再通过线圈电流控制器 控制信号端(21)和线圈电流控制器控制信号端(33)控制线圈电流控制器(20)和线圈电流 控制器(30)断开线圈供电，由于气门驱动电磁铁线圈(19)电流不能马上为0,此时电流 通过二极管(31)、 (32)对电容充电，充电方向与电容原始储存电压方向一致，当电流为0 时，电容电压最高，气门驱动电磁铁线圈(19)的磁场能转化为电容的电场能，由于二极管 不能反向导通，电容电能得以保持；当气门要关闭时，与前述过程一致，先通高压，对电容 充电，再通线圈、再通低压保持；由于气门驱动衔铁(6)处于不同位置，其电感量不同，也 可以通过分析前述电容放电过程中电压变化是否正常，来判断气门驱动衔铁(6)是否处于正 常位置，当不处于正常位置时，可以通过延长高压通电时间，或者通过周期性电流方法，使 其处于气门正常位置，或者发故障提示，该方法设计的电容储能电磁铁驱动电路，也可用于 其它开关的感性负载吸能保护控制电路。
权利要求
1. 一种气门驱动系统，它是将气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭；将高低压电源分别通过控制电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量；利用弹簧、气门保护锁定体使气门在非工作时将气门锁定在关闭附近，并通过检测储能电容电压和气门状态的方法，利用电磁铁解锁。
2. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是振动体系中弹簧采用双压縮弹簧结构。
3. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是气门顶杆、电磁铁、弹簧、同心安装， 从中心向外依次为气门顶杆、弹簧、电磁体内磁极、线圈、电磁体外磁极。线圈接线方式使 产生电压方向相反。
4. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是气门顶杆及弹簧同心安装，电磁铁并列安装，气门顶杆、弹簧位于中间，两边为两个电磁铁。
5. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是气门顶杆，电磁铁同心安装，弹簧安装在两个电磁体外部，在一些情况，也可以将一个弹簧安装在两磁体内部， 一个在外部。
6. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是气门顶杆，电磁铁并列安装，气门顶杆 在中心，两边两个电磁铁，弹簧安装在两个电磁体外部，在一些情况，也可以将一个弹簧安 装在两个电磁铁内部， 一个在外部。
7. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是气门顶杆，电磁铁同心安装，弹簧安装 在两个电磁体外部。
8. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是利用弹簧、气门保护锁定体使气门在非 工作时将气门锁定在关闭附近，利用电磁铁解锁，保证活塞在非工作期间运动时不与气门碰 撞。
9. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是将高低压电源分别通过控制电路后与储 能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱 动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电 源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向 电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量，该方法也可用于其 它快速开关的感性负载吸能保护控制电路。
10. 根据权利要求1所述的气门驱动系统，其特征是通过检测电容电压的方法，判断供电 情况，电磁铁工作情况，气门驱动衔铁位置，并以此发出气门保护解锁信号，气门驱动衔铁 位置校正信号，以及故障信号。
全文摘要
一种气门驱动系统，它是将气门与衔铁、弹簧相连，衔铁位于二个电磁铁中间，形成受迫振动体系，电磁铁的电磁力补充受迫振动体系的能量，并保证气门的正确开闭；将高低压电源分别通过控制电路后与储能电容并联，再通过控制电路接入驱动线圈的方法，实现电源对储能电容和电容、电源对驱动线圈单向可控供电，通过二极管反向与储能电容串联后与电磁铁线圈并联的方法，实现电源供电期间二极管不导通，只有当电容、电源对线圈不供电时，二极管导通，驱动线圈的向电容充电，将磁能转化为电场能，保护电路系统，减小电磁铁的发热量；利用弹簧、气门保护锁定体使气门在非工作时将气门锁定在关闭附近，并通过检测储能电容电压和气门状态的方法，利用电磁铁解锁。
文档编号F01L9/04GK101503972SQ20081000999
公开日2009年8月12日 申请日期2008年2月4日 优先权日2008年2月4日
发明者唐明龙 申请人:唐明龙