Электромагнитный привод клапана двигателя внутреннего сгорания

.(33) ФРГ 6 по пэ 1 О т л тем, что в нем ей иере два упо ещения натяжног ичаыполПривоийся ен огра стро иены по ничения перем ства, причем устройства р ное положени первым упор нат змещен так, что пружинной сист жно равнов мы нах тся межд я магнит так, что ра ной системы ложений пер т л ижное ч ектр ектя Привои й с я х 7. Приводчающийдемпфирующимными между я ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОДКЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус а крышкой,якорь, первый и второй переключающие магниты и пружинную систему, выполненную в виде первой и второй пружин, причем пружины, якорь и магнитыразмещены в корпусе под крышкой,якорь размещен на клапане, одноимен-ные магниты и пружины - по сторонамякоря, первый и второй магниты выполнены так, что усилия их воздействия на якорь соответственно при закрытом и открытом положениях клапанабольше, чем усилия от пружин, а пру-жины выполнены с такими характеристиками, что место положения равновесияи сил на якорь соответствует положению клапана между открытым и закрытым состояниями, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьгшения экономичности, привод содержитнатяжное устройство, размещенное вкорпусе под крышкой и связанное с ,пружинами, причем натяжное устройство выполнено в виде сервоприводадля. смещения равновесного положенияпружинной системы,1055343 А положениями переключеа второй упор размещен новесное положение пружи совпадает с одним из поключения магнитов. 3. Привод по пп, и 2, оа ю щ и й с я тем, что натустройство выполнено в виде элческого сервопривода, имеющегтромагнит с натяжной катушкойным якорем. о п, 3, о т л и ч ем, что электромагн выполнен .с возможностью включения в положении прижатия к первому упору н с возможностью выключения - в положении прижатия к второму упору.5. Привод но п. 4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что электромагнит выполнен таким образом, что время его возГуждения больше, чем время возбуждения переключающих магнитов.6. Привод по пп, 1-5, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что.якорь свя- зан с клапаном через дополнительно установленные пружинные элементы высокой жесткости. пп. 1-6, о т л и - тем, что он снабже лементами, размещенем и клапаном.1055343 Соста Техре ель Н.ПатрахальцевМ.Тепер дакторЛ.Веселовс орректор О.Вилак Заказ 9144/б одписн иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Усилие Лщу ВНИИПИ по 113035, Тираж 535сударственного комитета СССам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб д алмазу щдвщизобретение 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 Й клапанов двигатвей 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 магниты размещены в корпусе под крыш- кой, якорь размещен на клапане, однотипные магниты и пружины - по сторонам якоря, первый и второй магниты выполнены так, что усилие 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 равно-, весия их сил на якорь соответствует положению клапана. между огкрытым н закрытым состояниями. Такой приводдля клапанов смены газа в двигателях внутреннего сгорания состоит.из двух переключающих катушек, каждая из которых взаимодействует С якорем. Оба якоря укреплены на общем пжияделе, который воздействует иа.клапан. Кла 35 пан, как и при кулачковом управле" нии, имеет прижимную пружину, которая держит клапан в закрытом состоянии. Кроме того, предусмотрена еще одна пружина такой же жесткости, котбрая воздействует на один из якорей и в закрытом состоянии клапана ,натягивается якорем. Для переключения этого устройства всегда эапиты" вается один электромагиит, а другой45 ,отключается. Вследствие натянутой пружинной системы шпиндель с якорем ускоряется до половини своего хода, при этом оба якоря имеют одинаковое,расстояние от принадлежащих.им пе" реключающих катушекйереключающие 5 О катушки при этом выполнены так, что они при запитке могут притянуть своД якорь нз этого среднего положения против возрастающего усилия пружинной системы, В исходном положении 55 этого устройства оба якоря также ста" новятся в свое среднее положение, так что клапан совершает половину своегохода и находится в открытом положе" ини 11 .Это устройство практически не может быть применено в двигателях внутреннего 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 наполовину хода должны быть рассчитаны на большие усилия, что требует для многоцилиндрового двигателя большогорасхода энергии при запуске. Кроме того, вследствие больших ускоряемых масс при двух втягиваемых якорях высокая собственная частота может быть достигнута лишь при высоких усилиях пружин, за счет чего потребные усилия магнитов и, значит, расход энергии сильно возрастают.,Целью изобретения является повышение экономичности, уменьшение габаритов и упрощение конструкции,Укаэанная цель достигается тем,что электромагнитный привод клапанадвигателя внутреннего сгорания, со"держащий корпус с крышкой, 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 крышкой, якорьразмещен на клапане, одноименные маг.наты и пружины - по .сторонам якоря,первый и второй магниты выполнены так, что усилия нх воздействия наякорь соответственно при закрытоми открытом положениях клапана больше, чем усилия от пружин, а пружины. выполнены с такими характеристиками, что место подозрения равновесия их сил на якорь соответствует положению клапана между открытым и закрытым состояниями, содержит натяжноеустройство, размещенное в корпусе под крышкой и связанное с пружинамн, причем натяжное устройство вы-.полнено в вице сервопривода дпя смещения равновесного положения пружин-ной системы,.В приводе могут быть выполнены по меньшей мере два упора ограничения перемещения натяжного устройства,. причем первый упор натяжного устройства размещен так, что равновесное3 10553положение пружинной системы находится между положениями переключениямагнитов, а,второй упор размещен так,что равновесное положение пружиннойсистемы совпадаетс одним из положений переключения магнитов.В приводе натяжное устройство выполнено в виде электрического сервопривода, имеющего электромагнит снатяжной катушкой и натяжным якорем. 10Кроме того,в приводе электромагнитможет быть выполнен с. возможностьювключений в положении прижатия к первому упору и с возможностью выключения - в положении прижатия к второму 15упору.В приводе электромагнит может бытьвыполнен таким образом, что время егсвозбуждения больше, чем время возбуждения переключающих магнитов. 20Якорь может быть связан с клапаномчерез дополнительно установленныепружинные элементы высокой жесткости.Привод может быть снабжен демпфирующими элементами, размещенными между якорем и клапаном.На фиг. 1 показан привод с клапаном для двигателя внутреннего сгорания разрез; на фиг. 2 - то же, пружины размещены внутри катушек; нафиг. 3 - то же, пружины охватывают ка.тушки; иа фиг. 4 - то же; пружинырасположены снаружи катушек; на фиг.5.привод с пластинчатым шибером; нафиг. 6 - вариант крепления двойногоякоря на клапане; на фиг. 7 - диаграммы зависимостей усилий от пружинной системы (а, от закрывающей ои от открывающей Ъ катушек в функции 40от перемещения клапана между положе-ниями,"Закрыт" ф 1. и "Открыт" фна фиг. 8 - зависимости скорости движения клапана Е и его ускорения Фот того же перемещения клапана,Предлагаемый привод может бытьиспользован не только в двигателяхвнутреннего сгорания, а вездегдеприменяются колеблющиеся управляющиеэлементы, которые должны иметь толь. 50ко два дискретных положения.Двигатель внутреннего сгорания(фиг. 1-4) состоит из блока цилиндров 1, поршня 2 с поршневыми кольцами 3, уплотнения головки цилиндров4, головки цилиндров 5 и из тарельчатого клапана 6, который направляется в направляющей 7 и герметизирует камеру сгорания 8 совместно с 43 4кольцевым седлом клапана 9 относитель.но газового канала 10.Исполнительный орган по изобретению для этого тарельчатого клапана6 состоит из якоря 11, который укреплен на стебле клапана 6, и из двухпереключающих магнитов нли пе 1 еключающих катушек 12 и 13, из которыхпереключающая катушка 12 являетсязакрывающей, а переключающая катушка 13 - открывающей. На якорь 11воздействует пружинная система, котрая состоит из пружин 14 и 15 работающих на сжатие. Пружина 15 является известной клапанной пружиной,которая воздействует на тарельчатыйклапан б с усилием в сторону закрывания. Пружина 14 расположена такимобразом, что она воздействует на тарельчатый клапан 6 в сторону открывания,Пружина 14 сжатия взаимодействует с натяжным якорем 16, которыйпринадлежит натяжной катушке 17 и образует натяжное устройство. Натяжной якорь 16 (фиг. 1) контактируетс натяжной катушкой 17 так, что пружина 14 находится в сжатом состоянии, Для этого необходимо, чтобынатяжная катушка 17 была возбуждена.Чтобы тарельчатый клапан 6 находился в положении, показанном на фиг.1,необходимо, чтобы закрывающая катушка 12 была возбуждена, а якорь 11удерживался около нее против усилияпружины 14, работающей на сжатие. Показанное на фиг.,1 положение исполнительного органа соответствует рабочему положению "Тарельчатый клапан6 закрыт". В этом положении клапанная пружина 15 имеет наибольшую длину н, соответственно, с наименьшейсилой воздействует на якорь 11. Распорная гильза 18 и магнитная крьппка 19 служат для крепления переключающих катушек 12 и 13 и натяжной катушки 17 в головке цилиндров 5, которая крьппкой 20 закрыта сверху,Работа устройства поясняется дн- аграммами (4 яг. 7 и 8).На фиг, 7 по ординате отложены силы в направлении закрывания с положительным знаком и в направлении открывания -с отрицательным. На абсциссе отложен возможный ход тарельчатогоклапана 6, На фиг. 8, по ордикате дополнительно показаны ускоре" ние и скорость при открывании, ко 0553431 О 15 20 25 30 35 40 45 Для открывания тарельчатого клапана б закрывающая катушка 12 крат" ковременно 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 б сила притяжения катушки 12 станет меньше, чем открывающее усилие пружинной системы. На половике хода прак тически никакие силы не воздействуют на движущийся тарельчатый клапан б. Таким образом, вся имеющаяся в направлении закрывания клапана потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию. Это приводит к тому (фиг, 8), что тарельчатый ,клапан б с якорем,11 движется даль. -50 55 торые в направлении закрывания ьтложены с положительным знаками,Если исполнительный орган (фиг,) выключен, т.е. ни одна из катушек 12, 13 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, расслаблена, так что посредством клапанной пружины 15 тарельчатый клапан 6 прижат якорем к закрывающей катушке 12. Камера сгорания 8 закрыта.Так как натяжная катушка имеет более высокую индуктивность, чем обе переключающие катушки, для включения исполнительного органа ток возбуждения подается на все три катушки одновременно. Вследствиеменьшей индук тивности закрывающей катушки 12 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 б остается закрытым, т,е. пружинная система (фиг. 7, кривая а) воздействует с отрицательным усилием в направлении закрывания на якорь 11, которое, однако, меньше, чем удерживающее усилие закрывающей катушки 12 (фиг. 7, кривая б). В закрытом положении тарельчатого клапана б сила от открывающей катушки 13 в направлении закрывания практически равна нулю (фиг. 7, кривая в). ше половины своего хо-,а (кривая ж), Скорость (кривая е) на половине хода имеет максимальное значение.После перехода через половину хода клапанная пружина 4 задерживает движение, одновременно с увеличиваюшимся расстоянием от .половины хода возрастает сила открывающей катушки 13 на якорь 11, т.е. Ускорение тарельчатого клапана б, а также его скорость, уменьшаются.Ускорение, незадолго до достижения открйтого положения меняет свой знак, Тарельчатый клапан б приходит в положение открывания.с торможением Вследствие этого устраняется резкий удар якоря 11 по открывающей катушке 13.В устройстве, представленном на фиг. 2, пружины 14 и 15 расположенывнутри катушек 12 и 13, тогда как.на фиг, 1 они расположены внутривзаимодействующих с переключающими катушками пакетами железных пластин.На фиг, 3 пружины 14 и 15 охватывают переключающие катушки 12 и 13.Натяжной якорь 16 служит для приема натяжной катушки 17 и переключающей катушки 12. Поэтому требуется,чтобы якорь 1 в своем исходном положении прижимался клапанной пружиной 15 к 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 ао .изобретению. В этом положении натяжной якорь 16 расслабляющейся пружиной 14 прижимается к магнитной катушке 19. Поэтому на якорь 11 дей" ствует 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, б показана возможность упругого креплениями якоря 11 на стебле управляющего элемента (тарельчато. го клапана 6). Якорь 1 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, которые1055343 контрятся от выпадания контровочными кольцами 26 и 27. Тарельчатые пружины 22 и 23 имеют высокую пружинкую жесткость, так что относительные В.перемещения между стеблем тарельчато 1 о клапана Ь и якорем Г 1 задеипфированы трением тарельчатых пружин 22 и 23 по якорю 11.