Электромагнитный привод клапана двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1983 года по МПК F01L1/02 

I й зобретение относится к машиностроению, а именно к электромагнитным исполнительным органам для колебательно движущихся управляющих элементов в поршневых машинах, например двигателях внутреннего сгорания, в частности для плоских шиберов и тарельчатых и других клапанов. Известны электромагнитные приводы клапанов двигателей внутреннего сго.рания, содержащие корпус с крышкой, якорь, первый и второй переключающие магниты и пружинную систему, выполненную в виде первой и второй пружин, причем пружины, клапан и маг ниты размещены в корпусе под крышкой якорь размещен на клапане, ОД ногапные магниты и пружины - по сторонам йкоря, nepBbrii и второй магниты выполнены так, что усилие их воздействия на якорь соответственно при закрытом и открытом положениях клапа на больше, чем усилия от пружин, а пружины выполнены с такими характе ристиками, что место положения равно весия их сил на якорь соответствует положению клапана/между открытьм и-закрытым состояниями. Такой привод для клапанов смегел газа в двигателях внутреннего сгорания цострит из двух переключающих катушек, каждая из которых взаимодействует с якорем. Обд якоря укреплены на общем пшинделе, который воздействует на кАапан. Клапан, как и при кула бсо&ом управлении, имеет приясимну« аружину, которая держит клапан в зак|Я)1том состоянии. Кроме того, пред5го« трена еще одна пружина такой же жесткости которая воздействует на сдан из якорей ив закрытом состоянии клапана натягивается якорем. Для переключения этого устройства всегда запиты|вается один электромаг«ит, а другой отключается. Вследствие натянутой даружинной системь дтиндель с я.1сорем ускоряется до половишл своего хода, при этом оба якоря имеют однваковое рйсстояйие от прияадлежавдйх им переключакщих катушек. Переключающе катудки при этом выполнены так, что они при запитке могут притянуть свой якорь из этого среднего положения против возрастающего усилия пружинной систе ол. В исходном положении этого устройства оба якоря также ста новятся в свое среднее аолоясение, та что клапан совершает половину своего 43 хода и находится в открытом положении Q . Это устройство практически не может быть применено в двигателях внут- реннего сгорания., так как выключение двигателя внутреннего сгорания на длительный период, когда во всех цилиндрах клапаны открыты, может привести к корродированию внутренней поверхности цилиндров. Для запуска оборудованного таким образом двигателя внутреннего сгорания переключающие катушки для притягивания якоря на половину хода должны быть рассчитаны на большие усилия, что требует для многоципиндрового двигателя большого расхода энергии при запуске. Кроме того, вследствие больших ускоряемых масс при двух втягиваемых якорях высокая собственная частота может быть достигнута лишь при высоких усилиях пружин, 33. счет чего потребные усилия магнитов и, значит, расход энергии сильно возрастают.. Целые изобретения является повышение экономичности, уменьшение габаритов и упрощение конструкции. Указанная цель достигается тем, что электромагнитный привод клапана двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с крьнпкой, якорь, и второй переключаюгще магниты и пружинную систему, выполненную в виде Первой и второй пружин, причем, пружины, якорь и магниты размещены в корпусе под крышкой, якорь размещен на клапане, ддноименные магНИ1Ы и пружины - по .сторонам якоря, ервый и второй магниты выполнены так, что усилия их воздействия на якорь соответственно при закрытом и открытом положениях клапана больше, чем усилия от пружин, а пружины выполнены с такими характеристиками, что место положения равновесия их сил на якорь соответствует положению клапана между открытым и закрытым состояниями, содержит натяжное устройство, размещенное в корпусе под крышкой и связанное с пружинами, причем натяжное устройство выполнено в виде сервопривода для сме-г щения равновесного положения пружйн-ной системы, .В приводе могут быть выполнены по меньшей мере два упора ограничения перемещения натяжного устройс;тва причем первый упор натяжного устройства размещён так, что равновесное положение пружинной системы находится межру положениями переключения магнитов, а.второй упор размещен так что равновесное положение пружинной системысовпадаетс одним из положеНИИ переключения магнитов, В приводе натяжное устройство выполнено в виде электрического сервопривода, имеющего электромагнит с натяжной катушкой и натяжным якорем Кроме того,в приводе электромагнит может быть выполнен с возможностью включения в положении прижатия к пер вому упору и с воаможностыо выключения - в положении прижатия к второму упору. В приводе электромагнит может быт выполнен таким образом, что время ег возбуждения больше, чем время возбуждения переключающих магнитов. Якорь может быть связан с клапано через дополнительно установленные пружинные элементы высокой жесткости . Привод может быть снабжен демпфирующйми элементами, размещенными меж ду якорем и клапаном. На фиг. 1 показан привод с клапаном для двигателя внутреннего сгорания назрев; на фиг. 2 - то же, пружины размещены внутри катушек; на фнг. 3 - то же, пружины охватьгоают к тушки; на фиг. А - то жй, пружины расположены снаружи катушек; на фиг привод с пластинчатым шибером; на фиг. 6 - вариант крепления двойного якоря на клапане; на фкг. 7 - диаграммы зависимостей усилий от пружин ной системы (а), от закрывающей & I и от открывающей Ъ катушек в функции - - от перемещения клапана между положениями Закрыт 1 и Открыт , на фиг. 8 - зависимости скорости дви жения клапана е и его ускорения от того же перемещения клапана. Предлагаемый привод может быть использован не только в двигателях внутреннего сгорания, а вездеугде применяются колеблющиеся управляющие злемен1Ы, которые должны иметь только два дискретнь1х положения. Двигатель внутреннего сгорания (фиг. 1-4) состоит из блока цилиндров 1, поршня 2 с поршневыми кольцами 3, уплотнения головки цилиндров 4, головки цилиндров 5 и из тарельчатого клапана 6, который направляется в направляющей 7 и герметизирует камеру сгорания 8 совместно с кольцевым седлом клапана 9 относительно газового канала 10. Исполнительный орган по изобретению для этого тарельчатого клапана 6 состоит из якоря 11, который укреплен на стебле клапана 6, и из двух переключающих магнитрв кпи переключающих катушек 12 и 13, из которых переключающая катушка 12 является закрывающей, а переключающая катушка 13 - открывающей. На якорь II воздействует пружинная система, которая состоит из пружин 14 и 15 работающих на сжатие. Пружина 15 является известной клапанной пружиной, которая воздействует на тарельчатый клапан 6 с усилием в сторону закрывания. Пружина 14 расположена таким образом, что она воздействует на тарельчатый клапан 6 в сторону открывания . Пружина 14сжатия взаимодействует с натяжньм якорем 16, который пр инадлежит натяжной катушке 17 и образует натяжное устройство. Натяжной якорь 16 (фиг. 1) контактирует с натяжной катушкой 17 так, что пружина 14 находится в сжатом состоянии. Для этого необходимо, чтобы натяжная катушка 17 была возбуждена. Чтобы тарельчатый клапан 6 находился в положении, показанном на фиг.1, необходимо, чтобы закрывающая катушка 12 бьша возбуждена, а якорь 11 удерживался около нее против усилия пружины 14, работающей на сжатие. Показанное на фиг.,1 положение исполнительного органа соответствует рабочему положению Тарельчатый клапан 6 закрыт. В этом положении клапанная пружина 15 имеет наибольшую длину и, соответственно, с наименьшей силой воздействует на якорь 11. , Распорная гильза 18 и магнитная , крьш1ка 19 служат дпя крепления переключающих катушек 12 и 13 и натяжной катушки 17 в головке цилиндров 5, которая крышкой 20 закрыта сверху. Работа устройства поясняется д агра1 1ами (фиг. 7 и В) . На фиг. 7 по ординате отложены . силы в направлении закрывания с положительшлм знаком и в направлении открывания -с отрицательным. На абсциссе отложен возможный ход тарельчатого клапана 6. На фиг. 8. по ординате дополнительно показаны ускорение и скорость при открывании которые в направлении закрывауня отложены с положительным знаками. Если исполнительный орган (фиг.О выключен, т.е. ни одна из катушек 12, J3 и 17 не запитана тОком, то натяжной якорь 16 находится в исходном положении; прилегает к магнитной крышке 19. В результате этого пружина 14, работающая на сжатие, расслаб лена, так что посредст:вом клапанной пружины 15 тарельчатый клапан 6 прижат якорем к закрывающей катушке 12. Камера сгорания j8 закрыта. Так как натяжная катушка имеет более высокую индуктивность, чем обе переключающие катушки, для включения исполнительного органа ток возбуждения подается на все три катушки од новременно. Вследствиеменьшей индук тивности закрывающей катушки I2 в ней магнитное поле нарастает быстрее чем может притянуться натяжной якорь 16 натяжной катушкой 17., Поэтому якорь 11 остается притянутым к закрывающей катушке 12, тарельчатый клапан 6 остается закрытым, т.е. пружинная система (фиг. 7, кривая а) воздействует с отрицательным усилием в направлении закрывания на якорь II, которое, однако, меньше, чем удерживающее усилие закрывающей катушки 12 (фиг. 7, кривая б). В закрытом положении тарельчатого клапана 6 сила от открывакмией катушки 13 в направлении закрывания практически, равна нулю (фиг. 7, кривая в), Для открывания тарельчатого клапана 6 закрывающая катушка 12 кратковременн выключается.. При этом действует (фиг. 7) в направлении открывания полная сила пружинной .системы, так что якорь 11 с тарельча тым клапаном 6 ускоряется в направлении открывания. Как видно из фиг.7 катушку 12 можно почти сразу снова включить, так как сразу после короткого хода тарельчатого клапана 6 сила притяжения катушки 12 станет меньше, чем -открывающее усилие пружинной системы. На половине хода пра тически никакие силы не воздействуют на движущийся тарельчатый клапан 6. Таким образом, вся имеющаяся в направлении закрывания клапанапотенциальная энергия превращается в кинетическую энергию. Это приводит к тому (фиг. 8), что тарельчатый .клапан 6 с якорем .11 движется даль3436ше половины своего хог.а (кривая ж), Скорость (кривая е) на половине хода имеет максимальное значение. После перехода через половину хода клапанная пружина 14 задерживает движение, одновременно с увеличивающимся расстоянием от половины хода возрастает сила открывающей катушки 13 на якорь 11, т.е. ускорение тарельчатого клапана 6, а также его скорость, уменьшаются. Ускорение, незадолго до достижения открытого положения меняет свой знак. Тарельчатый клапан 6 приходит в положение откр ывания. с торможением Вследствие этого устраняется резкий удар якоря I1 по открывающей катушке 13. В устройстве, представленном на фиг. 2, пружины 14 и 15 расположешл внутри катушек 12 и 13, тогда как на фиг. 1 они расположены внутри взаимодействующих с переключающими катушками пакетами железных пластин. На фиг. 3 пружины 14 и 15 Охватывают переключающие катушки 12 и 13. Натяжной якорь 16 для приема натяжной катушки I7 и переключающей катушки 12. Поэтому требуется, чтобы якорь 11 в своем исходном попожеьши прижимался кла:панной пружиной 15к втулке 21, которая удерживается в своем положении магнитной катушкой. 19. На фиг. 4 пружины 14 и 15 расположены снаружи переключающих катушек 12 и 13, кроме того, показано исходное положение исполнительного органа по изобретению. В этом положении натяжной якорь 16 расслабляющейся пружиной 14 прижимается к магнитной катузпке 19. Поэтому на якорь II действует почти полная сила клапанной пружины 15, так что якорь 11 и тарельчатый клапан 6 остаются в закрытом положении. На фиг. 5 исполнительный орган по изобретению изображен с плоским шибером. На фиг. 6 показана возможность упругого крепления якоря 11 на стебле управляющего элемента (тарельчатого клапана 6). Якорь 11 зажат между тарельчатыми пружинами 22 и 23. Тарельчатые пружины 22 и 23 находятся под начальным натягом и фиксируются на стебле тарельчатого клапана 6 стопорными кольцами 24 и 25, которые

контрятся от выпадания контровочными кольцами и 27. Тарельчатые пружины 22 и 23 имеют высокую пружинаую жесткость, так что относительные

перемещения между стеблем тарельчатоYO клапана 6 и якорем П задемпфированы тр.еннем тарельчатых пружин 22 и 23 По якорю Н.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТШЛЙ ПРИВОД КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с крьавкой, якорь, первый и второй переключающие магниты и пружинную систему, выполненную в виде первой и второй пружин, причем пружины, якорь и магниты размещены в корпусе под крьппкой, якорь размещен на клапане, одноименные магниты и пружины - по сторонам якоря, первый и второй магниты выполнены так, что усилия их воздействия на якорь соответственно пря закрытом и открытом -положениях клапана больше, чем усилия от пружин, а пругжины выполнены с такими характеристиками, что место положения равновесия их сил на якорь соответствует положению клапана между открытым и закрытым состояниями, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, привод содержит натяжное устройство, размещенное в корпусе под крышкой и связанное с пружинами, причем натяжное устройст во выполнено в виде сервопривода для смещения равновесного положения пружинной системы. 2.Привод по п. 1, отличающийся тем, что в нем выполнены по меньшей мере два упора ограничения перемещения натяжного устройства, причем первый упор натяжного устройства размещен так, что равновесное положение пружинной системы находится между положениями переключения магнитов, а второй упор размещен так, что равновесное положение пружилной системы совпадает с одним из положений переключения магнитов. 3.Привод по пп. 1и 2, о т л ичающийся тем, что натяжное устройство выполнено в виде электрического сервопривода, имеющего электромагнит с натяжной катушкой и натяжным якорем. 4.Привод по п. 3, отличающийся тем, что электромагнит выполнен .с возможностью включения в положении прижатия к первому упору и с возможностью выключения - в положении прижатия к второму упору. 5.Привод по п. 4, отличасл ел ющийся тем, что электромагнит выполнен таким образом, что время со 4 со его возГуждения больше, чем время возГгуждения переключакацих магнитов. 6.Привод по пп. 1-5, отличающийся тем, что-якорь свд-г заи с клапаном через дополнительно установленные пружинные элементы высокой жесткости. 7.Привод по пп. 1-6, отличающийся тем, что он снабжен демпфирующими элементами, размещен- : ными между якорем и клапаном.

/7

UI.1

П

19

Ж

1

Ф(/г