一种电磁驱动气门装置论文和设计-赵杨

全文摘要

本实用新型公开了一种电磁驱动气门装置，包括上端盖、下端盖、外壳和气门推杆；所述外壳内的两侧对称设有线圈支架，线圈支架内嵌设有控制线圈；所述线圈支架的上下两侧分别设有上导磁端盖和下导磁端盖；所述线圈支架的内侧设有永磁极环套；所述永磁极环套的内侧设有导磁套；所述导磁套的上下两端分别设有上导磁块和下导磁块；所述上导磁块和下导磁块之间设有导套，导套内设有与气门推杆固定连接的衔铁组件，所述第一铜环和第二铜环将衔铁组件嵌套在导套内形成滑动连接。本实用新型可以有效的降低电能的消耗，具有体积小，空间利用率高的优点。

主设计要求

1.一种电磁驱动气门装置，其特征在于：包括上端盖(1)、下端盖(13)、外壳(20)和气门推杆(21)，所述上端盖(1)边缘开设有第一线圈导线孔(29)；所述外壳(20)内的两侧对称设有线圈支架(10)，线圈支架(10)内嵌设有控制线圈(9)；所述线圈支架(10)的上下两侧分别设有上导磁端盖(2)和下导磁端盖(11)，所述上导磁端盖(2)上设有与第一线圈导线孔(29)相连通的第二线圈导线孔(30)；所述线圈支架(10)的内侧设有永磁极环套(34)，所述的永磁极环套(34)包括第一轭铁(4)、第二轭铁(5)和第三轭铁(6)；所述第一轭铁(4)和第二轭铁(5)之间设有第一永磁体(7)；所述第二轭铁(5)和第三轭铁(6)之间设有第二永磁体(8)；所述永磁极环套(34)的内侧设有导磁套(35)，所述的导磁套(35)包括第一导磁环(14)、第二导磁环(15)和第三导磁环(16)，所述第一导磁环(14)和第二导磁环(15)之间设有第一隔磁环(17)；所述第二导磁环(15)和第三导磁环(16)之间设有第二隔磁环(18)；所述导磁套(35)的上下两端分别设有上导磁块(3)和下导磁块(12)；所述上导磁块(3)和下导磁块(12)之间设有导套(32)，导套(32)内设有与气门推杆(21)固定连接的衔铁组件(36)，所述衔铁组件(36)包括第一衔铁(24)、第二衔铁(25)和第三衔铁(26)；所述的第一衔铁(24)上设有第一铜环(27)；所述的第三衔铁(26)上设有第二铜环；所述第一铜环(27)和第二铜环(28)将衔铁组件(36)嵌套在导套(32)内形成滑动连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述上导磁块(3)和下导磁块(12)内端面分别设有上限位片(31)和下限位片(19)。

3.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述气门推杆(21)上分别设有上螺母(22)和下螺母(33)，上螺母(22)和下螺母(33)分别经对应的垫片(23)将第一衔铁(24)、第二衔铁(25)和第三衔铁(26)固定在气门推杆(21)上。

4.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述的第一铜环(27)和第二铜环(28)的剖切面为矩形，且第一铜环(27)和第二铜环(28)的结构尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述第二衔铁(25)的外侧设有环形凹槽(37)。

6.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述第一衔铁(24)和第三衔铁(26)为凸形，且第一衔铁(24)和第二衔铁(25)的凸形面相对设置，第二衔铁(25)嵌套在第一衔铁(24)和第三衔铁(26)之间。

7.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述第一衔铁(24)、第二衔铁(25)和第三衔铁(26)最大外直径相同，且小于导套(32)内直径，大于上导磁块(3)和下导磁块(12)的内孔直径。

8.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述衔铁组件在中间位置时，在Y轴方向上所述第一铜环(27)上端点D介于第一隔磁环内端点A与B之间；第一铜环(27)下端点E介于第二导磁环(15)内端点B和C之间；第二衔铁上的端点F和G介于第二导磁环(15)内端点B和C之间。

9.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述第一铜环(27)和第二铜环(28)的材料为隔磁性好且低摩擦材料。

10.根据权利要求1所述的电磁驱动气门装置，其特征在于：所述的导套(32)的材料为低摩擦铝合金材料。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁驱动气门系统，特别是一种电磁驱动气门装置。

背景技术

传统发动机气门驱动以各种凸轮驱动为主，气门开闭取决于凸轮形状。凸轮形状一旦确定，气门开启持续期、关闭持续期、气门升程便确定。气门的运动规律相对于曲轴转角是固定不变的。因此由于结构本身的限制，凸轮驱动气门机构难以达到良好的不同工况下的动力性、燃油经济性和排放性能。

为了实现最佳的发动机性能，凸轮驱动可变配气机构得到了很大的发展。该类配气机构主要通过改变凸轮线性、凸轮轴相位来改变配气定时或气门升程，这在一定程度上优化了配气定时和气门升程无法改变的弊端。但这些调节。只能在一定程度上优化配气定时和气门升程，调节仍然受到凸轮线型的制约，只能满足部分工况，无法满足发动机全工况最佳的要求。

双电磁铁驱动气门机构彻底取消了凸轮结构，将电磁铁作为输出力装置代替凸轮。典型电磁驱动气门结构以双弹簧、双电磁铁为主要组成部分，在平衡位置处，气门处于半开半闭状态，气门、弹簧、衔铁为一振动系统，在两端设置的电磁铁可补充系统因运动过程中克服摩擦阻力等而消耗的能量，并依靠电磁铁在运动的适当时间保持气门的关闭与开启。但典型双电磁铁驱动气门机构依然存在以下问题：(1) 气门保持打开或关闭状态时需要消耗电能；(2)电磁铁在气隙较大时，产生相同的吸力需较大的电流；(3)结构复杂，体积较大，使用不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种电磁驱动气门装置。本实用新型可以有效的降低电能的消耗，具有体积小，空间利用率高的优点。

本实用新型的技术方案：一种电磁驱动气门装置，包括上端盖、下端盖、外壳和气门推杆，所述上端盖边缘开设有第一线圈导线孔；所述外壳内的两侧对称设有线圈支架，线圈支架内嵌设有控制线圈；所述线圈支架的上下两侧分别设有上导磁端盖和下导磁端盖，所述上导磁端盖上设有与第一线圈导线孔相连通的第二线圈导线孔；所述线圈支架的内侧设有永磁极环套，所述的永磁极环套包括第一轭铁、第二轭铁和第三轭铁；所述第一轭铁和第二轭铁之间设有第一永磁体；所述第二轭铁和第三轭铁之间设有第二永磁体；所述永磁极环套的内侧设有导磁套，所述的导磁套包括第一导磁环、第二导磁环和第三导磁环，所述第一导磁环和第二导磁环之间设有第一隔磁环；所述第二导磁环和第三导磁环之间设有第二隔磁环；所述导磁套的上下两端分别设有上导磁块和下导磁块；所述上导磁块和下导磁块之间设有导套，导套内设有与气门推杆固定连接的衔铁组件，所述衔铁组件包括第一衔铁、第二衔铁和第三衔铁；所述的第一衔铁上设有第一铜环；所述的第三衔铁上设有第二铜环；所述第一铜环和第二铜环将衔铁组件嵌套在导套内形成滑动连接。

上述的电磁驱动气门装置，所述上导磁块和下导磁块内端面分别设有上限位片和下限位片。

前述的电磁驱动气门装置，所述气门推杆上分别设有上螺母和下螺母，上螺母和下螺母分别经对应的垫片将第一衔铁、第二衔铁和第三衔铁、固定在气门推杆上。

前述的电磁驱动气门装置，所述的第一铜环和第二铜环的剖切面为矩形，且第一铜环和第二铜环的结构尺寸相同。

前述的电磁驱动气门装置，所述第二衔铁的外侧设有环形凹槽。

前述的电磁驱动气门装置，所述第一衔铁和第三衔铁为凸形，且第一衔铁和第二衔铁的凸形面相对设置，第二衔铁嵌套在第一衔铁和第三衔铁之间。

前述的电磁驱动气门装置，所述第一衔铁、第二衔铁和第三衔铁最大外直径相同，且小于导套内直径，大于上导磁块和下导磁块的内孔直径。

前述的电磁驱动气门装置，所述衔铁组件在中间位置时，在Y 轴方向上所述第一铜环上端点D介于第一隔磁环内端点A与B之间；第一铜环下端点E介于第二导磁环内端点B和C之间；第二衔铁上的端点F和G介于第二导磁环内端点B和C之间。

前述的电磁驱动气门装置，所述第一铜环和第二铜环的材料为隔磁性好且低摩擦材料。

前述的电磁驱动气门装置，所述的导套的材料为低摩擦铝合金材料。

与现有技术相比，本实用新型包括有上端盖、下端盖、外壳和气门推杆，外壳中由内向外依次设置衔铁组件、导套、导磁套、永磁极环套和线圈架，线圈架内嵌设有控制线圈，当控制线圈中通入恒定电流时，线圈产生的控制磁场与第一永磁体和第二永磁体产生的极化磁场共同作用于衔铁组件上，使得衔铁组件一端磁场得到加强，另一端磁场得到减弱，这使得衔铁组件向受到磁场力大的方向运动。随着衔铁组件的运动，电磁驱动气门的内部磁路不断发生变化，衔铁组件内的第二衔铁受到第二导磁环与运动方向相反的电磁力，衔铁组件在向上运动的过程中受到的总磁力越来越小，衔铁组件的运动速度越来越低。当衔铁组件运动到上端部时，断开电流，衔铁组件依然受到向上的由第一永磁体和第二永磁体提供的磁力，达到零功耗保持的目的；通入不同极性的控制电流后，第二衔铁受到第二导磁环向下的磁力，第三衔铁受到第三导磁环向下的磁力，故衔铁组件在向下的磁力作用下加速运动，如此循环往复，达到气门开闭的目标。由上可知，本实用新型当气门保持在两端时处于双稳态，由永磁体产生的磁力充当保持力将气门保持在两端，而不需要电磁力的作用，可以完全断电以降低电能的消耗；本实用新型可以使衔铁运动的后半程受到与运动方向相反的电磁力作用，以此可从结构设置上降低气门的落座速度；并较双电磁铁驱动气门机构，在气隙较大时，产生相同的吸力所需的电流更小，而且衔铁组件具有自动回到中点的特点，可以有效的降低电能的消耗。本实用新型与现有的电磁铁驱动气门相比，还取消了弹簧的设置，大大减小了整个机构的体积，提高了空间利用率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的衔铁组件示意图；

图3是本实用新型的衔铁与导套、导磁套的装配示意图；

图4是本实用新型的永磁极环套结构示意图；

图5是本实用新型的衔铁与导套、导磁套结构局部放大图；

图6是本实用新型的电磁驱动气门的位移——力仿真曲线图。

附图中的标记为：1-上端盖，2-上导磁端盖，3-上导磁块，4- 第一轭铁，5-第二轭铁，6-第三轭铁，7-第一永磁体，8-第二永磁体， 9-线圈，10-线圈架，11-下导磁端盖，12-下导磁块，13-下端盖，14、第一导磁环，15-第二导磁环，16-第三导磁环，17-第一隔磁环，18-第二隔磁环，19-下限位片，20-外壳，21-气门推杆，22-上螺母，23- 垫片，24-第一衔铁，25-第二衔铁，26-第三衔铁，27-第一铜环，28- 第二铜环，29-第一线圈导线孔，30-第二线圈导线孔，31-上限位片， 32-导套，33-下螺母，34-永磁极环套，35-导磁套，36-衔铁组件， 37-环形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例：一种电磁驱动气门装置，如附图1-5所示：包括上端盖 1、下端盖13、外壳20和气门推杆21，所述上端盖1边缘开设有第一线圈导线孔29；所述外壳20内的两侧对称设有线圈支架10，线圈支架10内嵌设有控制线圈9；所述线圈支架10的上下两侧分别设有上导磁端盖2和下导磁端盖11，所述上导磁端盖2上设有与第一线圈导线孔29相连通的第二线圈导线孔30；所述线圈支架10的内侧设有永磁极环套34，所述的永磁极环套34包括第一轭铁4、第二轭铁5和第三轭铁6；所述第一轭铁4和第二轭铁5之间设有第一永磁体7；所述第二轭铁5和第三轭铁6之间设有第二永磁体8；所述的永磁极环套34用来增强电磁线圈的吸合力，将电磁线圈产生的磁力线封闭在内部，提高电磁铁的效率；所述永磁极环套34的内侧设有导磁套35，所述的导磁套35包括第一导磁环14、第二导磁环15和第三导磁环16，所述第一导磁环14和第二导磁环15之间设有第一隔磁环17；所述第二导磁环15和第三导磁环16之间设有第二隔磁环18；所述导磁套35的上下两端分别设有上导磁块3和下导磁块12；所述上导磁块3和下导磁块12之间设有导套32，导套32内设有与气门推杆21固定连接的衔铁组件36，所述衔铁组件36包括第一衔铁24、第二衔铁25和第三衔铁26；所述的第一衔铁24上设有第一铜环27；所述的第三衔铁26上设有第二铜环28；所述第一铜环27 和第二铜环28将衔铁组件36嵌套在导套32内形成滑动连接。

进一步地，所述上导磁块3和下导磁块12内端面分别设有上限位片31和下限位片19。

进一步地，所述气门推杆21上分别设有上螺母22和下螺母33，上螺母22和下螺母33分别经对应的垫片23将第一衔铁24、第二衔铁25和第三衔铁26、固定在气门推杆21上。

进一步地，所述的第一铜环27和第二铜环28的剖切面为矩形，且第一铜环27和第二铜环28的结构尺寸相同。

进一步地，所述第二衔铁25的外侧设有环形凹槽37。

进一步地，所述第一衔铁24和第三衔铁26为凸形，且第一衔铁 24和第二衔铁25的凸形面相对设置，第二衔铁25嵌套在第一衔铁 24和第三衔铁26之间。

进一步地，所述第一衔铁24、第二衔铁25和第三衔铁26最大外直径相同，且小于导套32内直径，大于上导磁块3和下导磁块12 的内孔直径。

进一步地，所述衔铁组件在中间位置时，在Y轴方向上所述第一铜环27上端点D介于第一隔磁环内端点A与B之间；第一铜环27 下端点E介于第二导磁环15内端点B和C之间；第二衔铁上的端点 F和G介于第二导磁环15内端点B和C之间。

进一步地，所述第一铜环27和第二铜环28的材料为隔磁性好且低摩擦材料；所述的隔磁性好且低摩擦材料为黄铜、铜基轴承合金或聚酰胺。

进一步地，所述的导套32的材料为低摩擦铝合金材料；所述的隔磁性好且低摩擦材料为黄铜、铜基轴承合金或聚酰胺。

申请人还对本实用新型作了试验，如附图6所示，当衔铁组件 36在导套32中部位置(即X＝0mm处)，并受到I＝874At的激励时，所受到的电磁力约为65N，衔铁组件36在向上的电磁力的作用下加速运动；当衔铁组件36运动到X＝2.5mm至X＝3.6mm位置之间时，衔铁组件36受到向下的电磁力作用，衔铁组件做减速运动；当衔铁组件36到端部时，断开线圈中的电流，衔铁组件36依然受到由第一永磁体7和第二永磁体8产生的向上的保持力，故衔铁组件36可零功耗保持在端部；当线圈中通入I＝-874At的激励时，衔铁组件36受到的电磁力约为-22N，衔铁组件36向下做加速运动，如此循环往复。

工作原理

本实用新型通过向控制线圈9中通入恒定电流时，控制线圈9 产生的控制磁场与第一永磁体7和第二永磁体8产生的极化磁场共同作用于衔铁组件36上，使得衔铁组件36一端磁场得到加强，另一端磁场受到减弱，这使得衔铁组件36向受到磁场力大的方向运动。随着衔铁组件36的运动，电磁驱动气门的内部磁路不断发生变化，衔铁组件36内的第二衔铁25受到第二导磁环15与运动方向相反的电磁力，衔铁组件36在向上运动的过程中受到的总磁力越来越小，衔铁组件36的运动速度越来越低。当衔铁组件36运动到上端部时，断开电流，衔铁组件36依然受到向上的由第一永磁体7和第二永磁体 8提供的磁力，达到零功耗保持的目的；通入不同极性的控制电流后，第二衔铁25受到第二导磁环15向下的磁力，第三衔铁26受到第三导磁环16向下的磁力，故衔铁组件36在向下的磁力作用下加速运动，如此循环往复，达到气门开闭的目标。

设计图

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设计说明书

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