TWI426195B - 電子氣閥機構 - Google Patents

Description

電子氣閥機構

本發明係關於一種電子氣閥機構，尤指可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高氣閥性能等目的之電子氣閥機構者。

在講求燃油經濟效率的時代，引擎之氣門正時的控制為有效提升引擎效率的方法之一，而為能有效地控制氣門正時之作動，電子氣閥機構的開發就孕育而生，即係以電子氣閥機構取代傳統凸輪軸的功能，帶來全可變氣門正時的可能性。

然而，傳統的電子氣閥機構卻有以下問題存在：

1.　能量耗費過大：傳統無永磁式電子氣閥機構於維持氣閥全開或全關位置時，必須耗費額外的能量來維持，因此造成多餘的能量耗損。

2.　啟動電流源：傳統電子氣閥機構內之電樞於啟動前係位於中間平衡位置，因此需提供前置電流源以在引擎啟動前將電樞帶動至全關位置，但此舉將造成極大能量耗損。

3.　永久磁鐵退磁：於後來所發展之電子氣閥機構雖提供氣閥在全開或全關的作用力，但因為氣閥作動原理是施加一電流源予電磁線圈，使之產生與永久磁鐵反向的磁力，並藉以抵消永久磁鐵作用力而使氣閥被釋放而作動，然因電磁力會反向通過永久磁鐵，如此將造成永久磁鐵退磁，使得永久磁鐵作用力降低。

4.　汽門耗損不均：引擎運轉時通常伴隨著汽門的旋轉，也因此造成氣閥與閥座接觸所產生的碰撞損耗，而傳統電子氣閥機構的電樞設計為立方體設計，電樞並無法隨著引擎運轉所產生的旋轉而旋轉，如此除了使汽門損耗不均外，也間接造成電樞與氣閥結構壁的撞擊，長久下去將造成電子氣閥機構的損耗。

5.　電子氣閥機構體積過大：為了提供較大磁力以推動氣閥移動，電磁閥線圈體積有過大之問題，而因為電磁閥線圈體積過大，將使安裝在引擎汽缸頭上方之困難度增加。

6.　導磁體未與電樞接觸前對電樞吸附力過小：傳統永磁式電子氣閥機構因為磁路的設計問題，會造成導磁體未與電樞接觸前對電樞的吸附力過小，如果系統阻力稍有改變將造成系統失效之問題。

7.　系統強健性差，各參數值可變動之操作範圍小，整體電子氣閥機構亦因系統參數變動，如永久磁鐵稍有退磁，磁力不及初始之設計，系統便無法吸附電樞而失效無法運作。

因此，如何發明出一種電子氣閥機構，以期可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高電子氣閥性能等目的，將是本發明所欲積極揭露之處。

有鑑於上述習知技術之缺憾，發明人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而研發出一種電子氣閥機構，以期可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高電子氣閥性能等目的。

本發明之主要目的在提供一種電子氣閥機構，其係藉由加入永久磁鐵輔助及使用電磁線圈產生引導式順向二次磁場通道，可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高電子氣閥性能等目的。

為達上述目的，本發明之電子氣閥機構包含：一導磁體，係具有一頂面及一底面，該導磁體內形成有一腔室，且該導磁體具有彼此間隔相對之一左導磁體與一右導磁體；一上部永久磁鐵，係疊置於該頂面，該上部永久磁鐵具有一上平面，且該上部永久磁鐵具有彼此間隔相對之一左上部永久磁鐵與一右上部永久磁鐵；一導磁上蓋，係疊置於該上平面；一下部永久磁鐵，係疊置於該底面，該下部永久磁鐵具有一下平面，且該下部永久磁鐵具有彼此間隔相對之一左下部永久磁鐵與一右下部永久磁鐵；一導磁下蓋，係疊置於該下平面；一電樞，係活動容設於該腔室，且該電樞具有一軸桿，該軸桿係向下延伸至該導磁下蓋外並連接一閥桿；一導磁環，係環繞於該電樞外；一電磁線圈模組，係具有一左電磁線圈與一右電磁線圈，且分別環繞於該導磁環的二側；一閥門，係設置於該閥桿的末端；以及一彈簧模組，係設置於該軸桿及該閥桿，且二端分別頂抵該導磁下蓋及一機體。

因此，藉由加入永久磁鐵輔助及使用電磁線圈產生引導式順向二次磁場通道，可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高電子氣閥性能等目的。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明。

請同時參閱第1圖至第6圖，其中之第1圖係為本發明第一具體實施例之分解圖，第2圖係為本發明第一具體實施例之立體圖，第3圖係為本發明第一具體實施例之應用狀態之剖面圖，第4圖(a)至(f)係為本發明第一具體實施例之作動示意圖，第5圖係為本發明第一具體實施例之電樞在不同位移量時所受的磁力作用圖，第6圖係為本發明第一具體實施例之電樞在3000rpm運轉動態模擬下之動態位移響應圖。

如圖所示，本發明第一具體實施例之電子氣閥機構1包含一導磁體11、一上部永久磁鐵12、一導磁上蓋13、一下部永久磁鐵14、一導磁下蓋15、一電樞16、一導磁環17、一電磁線圈模組18、一彈簧模組19以及一閥門8。

其中，導磁體11具有一頂面111及一底面112，且導磁體11內形成有一腔室113，導磁體11可包含彼此間隔相對之一左導磁體114與一右導磁體115(導磁體11之頂面111即分為一左頂面與一右頂面，導磁體11之底面112即分為一左底面與一右底面，導磁體11之腔室113即分為一左腔室與一右腔室)；上部永久磁鐵12係疊置於導磁體11之頂面111，且上部永久磁鐵12具有一上平面121；導磁上蓋13係疊置於上部永久磁鐵12之上平面121，且上部永久磁鐵12可具有彼此間隔相對之一左上部永久磁鐵122與一右上部永久磁鐵123；下部永久磁鐵14係疊置於導磁體11之底面112，且下部永久磁鐵14具有一下平面141，且下部永久磁鐵14可具有彼此間隔相對之一左下部永久磁鐵142與一右下部永久磁鐵143；導磁下蓋15係疊置於下部永久磁鐵14之下平面141；電樞16係活動容設於導磁體11之腔室113，且電樞16具有一軸桿161，此軸桿161係向下延伸至導磁下蓋15外並連接一閥桿162；導磁環17係環繞於電樞16外；電磁線圈模組18係具有一左電磁線圈181與一右電磁線圈182，且分別環繞於導磁環17的二側；閥門8係設置於該閥桿162的末端；彈簧模組19係設置於軸桿161及閥桿162，且二端分別頂抵該導磁下蓋15及一機體2。

此外，第3圖係顯示上述結構，即電子氣閥機構1應用於一機體2(例如引擎或壓縮機)之剖面圖。

藉由上述結構，電樞16於尚未作動時係處於一預設位置，如第4圖(a)所示，電樞16係受上部永久磁鐵12之磁力吸引而向上移動，此時電子氣閥機構1係處於全關位置(電子氣閥機構1於此時之磁力線走向請參照第4圖(a))；於作動時，可瞬間施予電流至電磁線圈模組18，此時之磁力線走向會如第4圖(b)所示被加以改變而使上部永久磁鐵12對於電樞16的作用力減少，利用磁力線走向改變而使通過電樞16的磁力減弱(請參照第4圖(b))，而電樞16即會在彈簧模組19所提供之彈性恢復力之帶動下如第4圖(c)所示往下移動，並如第4圖(d)所示移動至下部永久磁鐵14，之後電樞16即會受到下部永久磁鐵14之磁力吸引，使得電子氣閥機構1處於全開位置；同樣的，之後再瞬間施予電流至電磁線圈模組18，此時之磁力線走向會如第4圖(e)所示被加以改變而使下部永久磁鐵14對於電樞16的作用力減少，同樣利用磁力線走向改變而使通過電樞16的磁力減弱(請參照第4圖(e))，而電樞16即會在彈簧模組19所提供之彈性恢復力之帶動下如第4圖(f)所示往上移動，電樞16並再如第4圖(a)所示移動至上部永久磁鐵12並再受上部永久磁鐵12之磁力吸引，使得電子氣閥機構1回復至全開位置。

因此，如上所述，藉由加入永久磁鐵(上部永久磁鐵12、下部永久磁鐵14)輔助及使用電磁線圈(電磁線圈模組18)產生引導式順向二次磁場通道，可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高氣閥性能等目的。(請同時參考第5圖與第6圖，其係顯示本發明之電子氣閥機構於實際實驗下所得之結果。)

再如第1圖所示，上述之彈簧模組19可具有一上部彈簧191與一下部彈簧192，且軸桿161具有一上擋板163，閥桿162具有一下擋板164，上部彈簧191二端分別頂抵導磁下蓋15及上擋板163，下部彈簧192二端分別頂抵下擋板164及機體2，前述之上部彈簧191與下部彈簧192可視實際上使電樞16移動而設計為伸張及/或壓縮彈簧。因此，藉由前述對稱式之機構設計，可減少電樞16在電子氣閥機構1處於全開位置或全關位置時的作用力差距。

此外，如圖所示，上述之導磁體11、上部永久磁鐵12、導磁上蓋13、下部永久磁鐵14、導磁下蓋15、電樞16及導磁環17係分別呈圓形，而藉此設計可更大幅減少電子氣閥機構1之體積，同時，當電子氣閥機構1應用於引擎時，亦可改善汽門與汽缸頭撞擊產生的損耗不均問題。

於上述實施例中，導磁環17係容置於導磁體11之腔室113內並環繞於電樞16外，且電磁線圈模組18係環繞於導磁環17的二側並位於腔室113內。然而，亦可具有不同實施態樣，如以下說明。

請同時參閱第7圖(a)至(b)，其係為本發明第二具體實施例之立體圖，其主要結構皆與上述第一具體實施例相同，唯差別在於導磁體31、上部永久磁鐵32、導磁上蓋33、下部永久磁鐵34、導磁下蓋35及導磁環36係分別呈方形，而如此之結構設計同樣可達成上述第一具體實施例所述之各種功效。

請參閱第8圖，其係為本發明第三具體實施例之立體圖，其主要結構皆與上述各具體實施例相同，唯差別在於導磁環41係設置於導磁體42並延伸至導磁體42外，且電磁線圈模組43係環繞於導磁環41的二側並位於導磁體42外，而如此之結構設計同樣可達成上述各具體實施例所述之各種功效。

請參閱第9圖，其係為本發明第四具體實施例之立體圖，其主要結構皆與上述各具體實施例相同，唯差別在於導磁體51、上部永久磁鐵52、導磁上蓋53、下部永久磁鐵54、導磁下蓋55及導磁環56係分別呈方形，且導磁環56係設置於導磁體51並延伸至導磁體51外，電磁線圈模組57係環繞於導磁環56的二側並位於導磁體51外，而如此之結構設計同樣可達成上述各具體實施例所述之各種功效。

請參閱第10圖，其係為本發明第五具體實施例之立體圖，其主要結構皆與上述各具體實施例相同，唯差別在於導磁體61、上部永久磁鐵62、導磁上蓋63、下部永久磁鐵64及導磁下蓋65係分別呈方形，且電磁線圈模組66稍微外移，而如此之結構設計同樣可達成上述各具體實施例所述之各種功效。

請參閱第11圖，其係為本發明第六具體實施例之立體圖，其主要結構皆與上述各具體實施例相同，唯差別在於另外可再使用對應於軸桿71之一復歸機構72(例如電磁閥)，而藉由此設計，當電子氣閥機構7於作動完成後並非停止於預設位置(例如全關位置)時，可利用復歸機構72使電子氣閥機構7復歸至預設位置。

綜合上述，本發明之電子氣閥機構可具有以下特點：

1.　改善固定位置作用力能量損耗：透過永久磁鐵放置於特定位置，可在全開位置與全關位置提供足夠抵抗彈簧模組之彈性恢復力的作用力，藉以控制電樞將其維持在全開位置或全關位置而不需耗費能量。

2.　改善啟動電流問題：傳統電子氣閥機構的電樞其位置在未作動時係平衡於上下線圈之間，而藉由上述設計可使電樞起始位置位於全關位置，如此可不需要耗費多餘的啟動電流，且具備fail-to-safe之設計。

3.　圓形機構的設計：若以圓形設計電子氣閥機構時，可大幅減少電子氣閥機構之體積，並且可改善汽門與汽缸頭撞擊產生的損耗不平均問題。

4.　引導式順向二次磁場通道之設計：透過雙電磁磁路通道的特殊設計與配置，可避免電磁線圈模組之磁力線通過永久磁鐵而造成永久磁鐵退磁現象，更可增加對電樞之吸附力，降低電磁線圈模組所需之能量。

如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的可利用性。以新穎性和進步性而言，本發明係藉由加入永久磁鐵輔助及使用電磁線圈產生引導式順向二次磁場通道，可達到降低能量損耗、減少整體機構體積、避免永久磁鐵造成退磁及提高電子氣閥性能等目的；就產業上的可利用性而言，利用本發明所衍生的產品，當可充分滿足目前市場的需求。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．電子氣閥機構

11．．．導磁體

111．．．頂面

112．．．底面

113．．．腔室

114．．．左導磁體

115．．．右導磁體

12．．．上部永久磁鐵

121．．．上平面

122．．．左上部永久磁鐵

123．．．右上部永久磁鐵

13．．．導磁上蓋

14．．．下部永久磁鐵

141．．．下平面

142．．．左下部永久磁鐵

143．．．右下部永久磁鐵

15．．．導磁下蓋

16．．．電樞

161．．．軸桿

162．．．閥桿

163．．．上擋板

164．．．下擋板

17．．．導磁環

18．．．電磁線圈模組

181．．．左電磁線圈

182．．．右電磁線圈

19．．．彈簧模組

191．．．上部彈簧

192．．．下部彈簧

2．．．機體

31．．．導磁體

32．．．上部永久磁鐵

33．．．導磁上蓋

34．．．下部永久磁鐵

35．．．導磁下蓋

36．．．導磁環

41．．．導磁環

42．．．導磁體

43．．．電磁線圈模組

51．．．導磁體

52．．．上部永久磁鐵

53．．．導磁上蓋

54．．．下部永久磁鐵

55．．．導磁下蓋

56．．．導磁環

57．．．電磁線圈模組

61．．．導磁體

62．．．上部永久磁鐵

63．．．導磁上蓋

64．．．下部永久磁鐵

65．．．導磁下蓋

66．．．電磁線圈模組

7．．．電子氣閥機構

71．．．軸桿

72．．．復歸機構

8．．．閥門

第1圖係為本發明第一具體實施例之分解圖。

第2圖係為本發明第一具體實施例之立體圖。

第3圖係為本發明第一具體實施例之應用狀態之剖面圖。

第4圖(a)至(f)係為本發明第一具體實施例之作動示意圖。

第5圖係為本發明第一具體實施例之電樞在不同位移量時所受的磁力作用圖。

第6圖係為本發明第一具體實施例之電樞在3000rpm運轉動態模擬下之動態位移響應圖。

第7圖(a)至(b)係為本發明第二具體實施例之立體圖。

第8圖係為本發明第三具體實施例之立體圖。

第9圖係為本發明第四具體實施例之立體圖。

第10圖係為本發明第五具體實施例之立體圖。

第11圖係為本發明第六具體實施例之立體圖。

1．．．電子氣閥機構

11．．．導磁體

111．．．頂面

112．．．底面

113．．．腔室

114．．．左導磁體

115．．．右導磁體

12．．．上部永久磁鐵

121．．．上平面

122．．．左上部永久磁鐵

123．．．右上部永久磁鐵

13．．．導磁上蓋

14．．．下部永久磁鐵

141．．．下平面

142．．．左下部永久磁鐵

143．．．右下部永久磁鐵

15．．．導磁下蓋

16．．．電樞

161．．．軸桿

162．．．閥桿

163．．．上擋板

164．．．下擋板

17．．．導磁環

18．．．電磁線圈模組

181．．．左電磁線圈

182．．．右電磁線圈

19．．．彈簧模組

191．．．上部彈簧

192．．．下部彈簧

8．．．閥門

Claims (6)

1. 一種電子氣閥機構，其包含：一導磁體，係具有一頂面及一底面，該導磁體內形成有一腔室，且該導磁體具有彼此間隔相對之一左導磁體與一右導磁體；一上部永久磁鐵，係疊置於該頂面，該上部永久磁鐵具有一上平面，且該上部永久磁鐵具有彼此間隔相對之一左上部永久磁鐵與一右上部永久磁鐵；一導磁上蓋，係疊置於該上平面；一下部永久磁鐵，係疊置於該底面，該下部永久磁鐵具有一下平面，且該下部永久磁鐵具有彼此間隔相對之一左下部永久磁鐵與一右下部永久磁鐵；一導磁下蓋，係疊置於該下平面；一電樞，係活動容設於該腔室，且該電樞具有一軸桿，該軸桿係向下延伸至該導磁下蓋外並連接一閥桿；一導磁環，係環繞於該電樞外；一電磁線圈模組，係具有一左電磁線圈與一右電磁線圈，且分別環繞於該導磁環的二側；一閥門，係設置於該閥桿的末端；以及一彈簧模組，係設置於該軸桿及該閥桿，且二端分別頂抵該導磁下蓋及一機體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子氣閥機構，其中，該導磁環係容置於該腔室內並環繞於該電樞外，且該電磁線圈模組係環繞於該導磁環的二側並位於該腔室內。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子氣閥機構，其中，該導磁環係設置於該導磁體並延伸至該導磁體外，且該電磁線圈模組係環繞於該導磁環的二側並位於該導磁體外。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子氣閥機構，其中，該彈簧模組具有一上部彈簧與一下部彈簧，且該軸桿具有一上擋板，該閥桿具有一下擋板，該上部彈簧二端分別頂抵該導磁下蓋及該上擋板，該下部彈簧二端分別頂抵該下擋板及該機體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子氣閥機構，其中，該導磁體、該上部永久磁鐵、該導磁上蓋、該下部永久磁鐵、該導磁下蓋、該電樞及該導磁環係呈圓形或方形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子氣閥機構，更包含一復歸機構，其係對應於該軸桿。