專利名稱：電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門的制作方法
技術領域：
本實用新型是電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門，屬發(fā)動機配氣機構自動控制技術。
現(xiàn)有的較先進的可變氣門系統(tǒng)有日本豐田汽車公司研究開發(fā)的“可變氣門配氣相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)”(Variable Value Timing and LiftElectronic Control System)，簡稱VTEC。但其結構和工作原理與傳統(tǒng)的四氣門機構相似，可變氣門機構也包括(2進、2排)、凸輪軸和搖臂等，所不同的是凸輪軸上的凸輪和搖臂的個數(shù)及其控制部分。凸輪軸上除了原有控制兩個氣門的一對凸輪(主凸輪和次凸輪)外，還增加了一個較高的中間凸輪。由凸輪推動的搖臂也有三根搖臂，即主要臂、中間搖臂和次搖臂。三根搖臂內部裝有由液壓控制搖臂動作的活塞，在一定工況時，電腦控制液壓系統(tǒng)，推動活塞，使三根搖臂鎖成一體。發(fā)動機在低轉速工作時，主搖臂、中間搖臂和次搖臂是分離、獨立工作的。主凸輪和次凸輪分別推動主次搖臂，控制兩個進氣門的開閉，但是由于主凸輪比次凸輪高度大，所以兩個氣門開啟幅度不同。這時，雖然中間凸輪也推動中間搖臂，但中間搖臂與主次搖臂是分開獨立動作，故不影響氣門的開閉動作。當發(fā)動機到達某一工況和轉速時，電腦控制液壓系統(tǒng)，機油壓力推動搖臂內的活塞，其一同步活塞A連鎖主搖臂和中間搖臂，另一同步活塞B連鎖中間搖臂和次搖臂，因此三根搖臂鎖在一起。由于中間凸輪較主次凸輪高，與中間搖臂一起動作的主次搖臂使進氣門開啟時間延長、開啟幅度更大。當發(fā)動機降至設定轉速時，搖臂內作用在活塞上的壓力油卸壓，活塞被回位彈簧推回，三根搖臂又分開?，F(xiàn)有的日本豐田汽車公司開發(fā)的可變氣門相位和氣門升程電子控制系統(tǒng)VTEC，比傳統(tǒng)配氣機構的結構增加了中間凸輪、中間搖臂、正時板、正時活塞、兩個同步活塞、壓力開關、電磁閥等許多部件，因此整個系統(tǒng)機構更復雜，機件更易損壞，維修率高、維修工作量增大，而且只能滿足發(fā)動機兩個工況的要求。同時，發(fā)動機不能變排量。
本實用新型的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有的可變氣門配氣系統(tǒng)機構存在結構復雜、機件易損壞、維修率高、發(fā)動機不能變排量等的缺點和問題，研究設計一種結構簡單、工作穩(wěn)定、機件不易損壞、能實現(xiàn)可變配氣相位及氣門升程、可使發(fā)動機在每一工況下具有較高的充氣系數(shù)，汽油機在中小負荷工作時能自動關閉個別汽缸進排氣門，實現(xiàn)變排量、提高發(fā)動機動力性、燃油經(jīng)濟性和排放性能的電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門。
本實用新型是通過下述結構技術方案來實現(xiàn)的電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門結構示意圖如


圖1所示，其電子控制電路原理圖如圖2所示。它由汽缸蓋1、氣門2、氣門導管3、螺栓4、氣門彈簧5、電磁線圈6、殼體7、電源插座8、銜鐵9、螺母10、水溫傳感器11、節(jié)氣門位置(噴油泵油量拉桿位置)傳感器12、曲軸位置傳感器13、控制器ECM14、繼電器15、電磁氣門線圈16、大功率三極管17共同連接構成，其相互位置及連接關系為汽缸蓋1蓋于汽缸上，在汽缸蓋上安裝氣門2，氣門導管3壓入汽缸蓋1的導管孔內，氣門彈簧5、銜鐵9、氣門桿與氣門導管3相套接，氣門桿尾部安裝螺母并按一定扭矩擰緊，銜鐵壓緊在氣門桿的臺肩上，同時保證氣門彈簧有一定的預緊度，使氣門頭部在發(fā)動機工作時，密封良好不漏氣，電磁線圈6、電源插座8粘接于殼體7上，通過螺栓4把殼體7固裝于汽缸蓋1上，水溫傳感器11、節(jié)氣門位置(噴油泵油量拉桿位置)傳感器12、曲軸位置傳感器13均相并聯(lián)與控制器ECM14連接，繼電器15與多組電磁氣門線圈16并聯(lián)連接，多組電磁氣門線圈16與多個大功率三極管17并聯(lián)連接，多個大功率三極管通過各管基極與控制器ECM14相并聯(lián)連接。本電磁氣門工作過程如下發(fā)動機運轉時，控制器(ECM)接收來自水溫傳感器、節(jié)氣門位置(柴油機油量拉桿位置)傳感器、曲軸位置傳感器發(fā)出的信號，經(jīng)處理、計算、判斷后，確知發(fā)動機負荷、轉速、各缸工作過程和活塞位置等信號?？刂破鱁CM按照發(fā)動機工作順序的要求發(fā)出氣門開啟脈沖信號使輸出回路中的大功率三極管VT導通時，低電阻電磁線圈與系統(tǒng)電源形成回路，產(chǎn)生磁場。在電磁力的作用下可動銜鐵帶動氣門克服氣門彈簧阻力，迅速向下運動，使氣門開啟。當控制器ECM停止發(fā)出脈沖信號時，大功率三極管VT截止，回路切斷，磁場消失，氣門在彈簧作用下迅速關閉。發(fā)動機工況不同，控制器ECM發(fā)出脈沖時刻、脈沖寬度、脈沖電流強度不同。脈沖時刻愈早、氣門開啟提前角愈大；脈沖寬度愈寬，氣門開啟時間愈長；脈沖電流愈強，電磁線圈電流愈大，氣門升程愈高，充氣量愈多。從而控制發(fā)動機任一工況的配氣相位和氣門升程，使其充氣系數(shù)增大。提高了發(fā)動機動力性、燃油經(jīng)濟性和排放性能。當汽油機在中、小負荷工作時，控制器ECM停止個別汽缸電磁氣門的脈沖信號，氣門在彈簧的作用下關閉，氣缸停止工作(電噴發(fā)動機的相應噴油器也隨著停止噴油)。在此同時，繼續(xù)工作氣缸的電磁氣門在控制器ECM的控制下，改變配氣相位和升程，使每循環(huán)進入氣缸的可燃混合氣增至最高值。此時，工作氣缸的平均有效壓力也隨著提高。由于平均有效壓力正比于扭矩，所以發(fā)動機在低速時有較高的全負荷扭矩，保證了發(fā)動機在變排量后的正常運轉。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有如下的優(yōu)點和有益效果(1)動力性分析比較功率計算公式Pe=1/αk1nηvηiηm；扭矩計算公式Me=1/αk2ηvηiηm；式中K1K2為每種發(fā)動機常數(shù)，n為轉速，ηv為充氣系數(shù)，ηi指示效率，ηm為機械效率。由上式可見，同型發(fā)動機在同一工況下，提高ηv，可增大Pe和Me。而目前提高發(fā)動機動力性的主要手段之一是提高ηv值；(2)燃油經(jīng)濟性和排放性能分析比較由于電子控制電磁氣門能根據(jù)發(fā)動機每一工況對充氣系數(shù)的要求，進行可變配氣相位和氣門升程工作，從而保證了發(fā)動機每一工作循環(huán)進氣充足、排氣干凈，燃料完全燃燒(采用電磁氣門后，可重新調整柴油機的噴油量和汽油機可燃混合氣的濃度)，提高了ηi，減少了排氣中的CO和HC化合物濃度，改善燃油經(jīng)濟性和排放性能。另外，汽油機在中小負荷工作時實現(xiàn)變排量，克服“大馬拉小車”的現(xiàn)象，降低燃油消耗(3)電子控制電磁氣門結構簡單、控制精度高、工作可靠、故障率低、維修工作量少；(4)由于沒有氣門傳動零件，所以傳動效率高，也無需潤滑。同時又避免傳動零件相互沖擊和摩擦，減少配氣機構的噪聲。零部件不易損壞，降低維修率。
下面對說明書附圖進一步說明如下
圖1為電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門結構示意圖，圖2為其電子控制電路原理圖。各圖中1為汽缸蓋、2為氣門、3為氣門導管、4為螺栓、5為氣門彈簧、6為電磁線圈、7為殼體、8為電源插座、9為銜鐵、10為螺母、11為水溫傳感器、12為節(jié)氣門位置(噴油泵油量拉桿位置)傳感器、13為曲軸位置傳感器、14為控制器ECM、15為繼電器、16為電磁氣門線圈、17為大功率三極管VT。
本實用新型的實施方式可為如下(1)按
圖1、圖2所示設計、加工、購置各部件?？刹捎矛F(xiàn)有的發(fā)動機配氣機構的常規(guī)的加工制造方法加工制造下述各部件如氣門桿除了與銜鐵相配合部分的直徑減小和在尾部加工螺紋外，其余部位按照部頒標準JB3899-85汽車發(fā)動機氣門技術條件設計、加工制造；氣門導管3按照部頒標準JB9899-85汽車發(fā)動機氣門導管技術條件設計、加工制造；氣門彈簧5可采用優(yōu)質冷扎彈簧鋼絲繞制成不等螺距彈簧，并經(jīng)熱處理和鋼絲表面拋光處理，彈簧兩端面經(jīng)磨光并要求端面與彈簧軸線相垂直；電磁線圈6形狀為空心圓柱形，可用0.2～0.25mm牌號為QA-IE聚氨脂漆包線繞制而成；殼體7可采用2～3mm厚的牌號為08優(yōu)質碳素結構鋼板冷沖壓而成；螺栓、螺母、銜鐵、電源插座等可以直接購置；水溫傳感器等部件可選用豐田汽車凌志車型92年款LS400電控發(fā)動機的部件，例如水溫傳感器11可選89422-20010型；節(jié)氣門位置(噴油泵油量拉桿位置)傳感器12可選89452-50020型；曲軸位置傳感器13可選90919-05002型；控制器ECM14可選89661-50032型；繼電器15可選90987-01003型；大功率三極管VT可選19080-50011型；(2)然后按上面說明書所述的各部件相互位置和連接關系進行安裝連接(如可先在氣門導管外圓柱面上涂上機油，用壓力機將導管壓入氣缸蓋上的導管孔內，氣門導管外徑與氣缸蓋上導管孔相比的過盈量為0.02～0.06mm氣門桿與氣門導管、銜鐵的配合間隙可為0.05～0.08mm)，便能較好地安裝實施本實用新型。
更具體地說，電子控制電磁氣門配氣相位和升程數(shù)據(jù)確定方法以被測發(fā)動機原來的配合相位和升程為基礎，制作一批凸輪外形(輪廓)不同，但配氣相位和升程有連續(xù)變化的凸輪軸。通過臺架試驗分別測取換裝不同凸輪軸后，發(fā)動機在正常工作條件下轉速、負荷從小到大變化過程中(多缸汽油機在中、小負荷變排量時)每一工況充氣系數(shù)的最高值。此時，配氣相位和升程就是電磁氣門在該工況下的配氣相位和升程。將同型發(fā)動機在各種工況下測取的電磁氣門配氣相位和升程的數(shù)值綜合在一起，組成了電磁氣門可變配氣相位和升程的一組數(shù)據(jù)。在考慮電磁氣門工作特性對充氣系數(shù)影響后，把這組數(shù)據(jù)換算成ECM控制可變配氣相位和升程電磁氣門的脈沖信號數(shù)據(jù)。然后將數(shù)據(jù)存儲在ECM的只讀存儲器(ROM)中，供發(fā)動機工作時、ECM控制電磁氣門使用。如果必要可繪制充氣系數(shù)與轉速、負荷三維特性曲線圖和充氣系數(shù)與配氣相位、氣門升程的三維特性曲線圖。
權利要求1.一種電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門，其特征在于它由汽缸蓋(1)、氣門(2)、氣門導管(3)、螺栓(4)、氣門彈簧(5)、電磁線圈(6)、殼體(7)、電源插座(8)、銜鐵(9)、螺母(10)、水溫傳感器(11)、節(jié)氣門位置即噴油泵油量拉桿位置傳感器(12)、曲軸位置傳感器(13)、控制器ECM(14)、繼電器(15)、電磁氣門線圈(16)、大功率三極管(17)共同連接構成，其相互位置及連接關系為汽缸蓋(1)蓋于汽缸上，在汽缸蓋上安裝氣門(2)，氣門導管(3)壓入汽缸蓋(1)的導管孔內，氣門彈簧(5)、銜鐵(9)、氣門桿與氣門導管(3)相套接，氣門桿尾部安裝螺母并按一定扭矩擰緊，銜鐵(9)壓緊在氣門標的臺肩上，電磁線圈(6)、電源插座(8)粘接于殼體(7)上，通過螺栓(4)把殼體(7)固裝于汽缸蓋(1)上，水溫傳感器(11)、節(jié)氣門位置傳感器(12)、曲軸位置傳感器(13)均相并聯(lián)與控制器ECM(14)連接，繼電器(15)與多組電磁氣門線圈(16)并聯(lián)連接，多組電磁氣門線圈(16)與多個大功率三極管(17)并聯(lián)連接，多個大功率三極管通過各管基極與控制器ECM(14)相并聯(lián)連接。
專利摘要電子控制可變配氣相位及升程的電磁氣門,由氣缸蓋、氣門、氣門導管、氣門彈簧、電磁線圈、殼體、電源插座、水溫及節(jié)氣門位置、曲軸位置傳感器、控制器ECM、電磁氣門線圈、功率三極管連接構成,其氣門導管壓入氣缸蓋導管孔內,氣門彈簧、氣門桿與氣門導管相套接,電磁線圈、電源插座粘于殼體上,殼體固裝于氣缸蓋上;各種傳感器并接并與控制器相接,各電磁氣門線圈與各功率管并接,再與控制器并接。本電磁氣門結構簡單、故障率低。
文檔編號F01L1/00GK2344547SQ9821761
公開日1999年10月20日 申請日期1998年7月27日 優(yōu)先權日1998年7月27日
發(fā)明者王正鍵 申請人:王正鍵