Электрический привод клапана двигателя внутреннего сгорания

(71) Харьковский политехнический институт(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД КЛАПАНАДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.(57) Сущность изобретения: якорь-диск изнеферромагнитного материала снабжен Изобретение относится к двигателестроению, й механизмам газораспределения, обеспечивающим впуск в цилиндр свежего заряда и выпуск иэ него отработавших газов.Цель изобретения - повышение экономичности за счет быстродействия привода.На фиг. 1 показан общий вид привода клапана двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 а показаны токи, протекающие по обмоткам первой и второй катушек; 2 б силы, действующие на клапаны; 2 в - перемещение клапана; 2 г - управляющие импульсы, поступающие на блок управления от микропроцессорного модуля управления режимами работы двигателя,Электрический привод содержит корпус 1 с размещенными в нем .по оси привода первой 2 и второй электрическими катушками, причем вторая катушка выполнена из двух секций 3 и 4 одинаковой длины, якорь- диск 5 из неферромагнитного материала, жестко связанныйсо штоком 6 клапана 7 и сдвинутой в направлении движения клапана 7 на 1/4 длины первой секции 3 второй атушки, взаимодействующий с пружиной гильзой из электропроводного материала, жестко связанной с боковой поверхностью последнего. Привод имеет электрическую катушку из двух секций одинаковой длины, имеющих электрическую связь с блоком управления, а последний имеет электрическую связь с микропроцессорным модулем управления режимами работы двигателя. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя за счет повышения быстродействия привода. 4 з. и. ф-лы, 2 ил. Ф 8., Якорь-диск снабжен гильзой 9 из электро- Я проводного материала, жестко связанной с боковой поверхностью якоря-диска, Первая катушка 2 установлена в выточке 10 торцовой поверхности корпуса 1, обращенной к якорь-диску 5, при этом первая катушка 2 охватывается второй секцией 4 второй катушки, На торцовой поверхности якоря-диска 5, обращенной к торцовой поверхности первой катушки 2, выполнена выборка с возможностью прилегания торцовой части якоря-диска 5 к торцовой поверхности пер вой катушки 2 при полном открывании клапана 7, причем ширина периферийной части якоря-диска 5 выполнена не менее максимального хода клапана 7. Блок 11 управления выполнен с тремя выходами, первым 12, вторым 13, третьим 14 и пятью входами 15, 16, 17, 18, 19 для подключения к источнику питания (на фиг. 1 не показан) и микропроцессорному модулю 20 управления режимами работы двигателя, причем первый 12, второй 13 и третий 14 выходы блока 11 управления подключены соответственно к первой секции 3 и второй секции 4 второй катушки, а также к выводам первой катушки2, при этом последняя установлена,в выточке 10, выполненной из ферромагнитного материала, к которой прилегает вставка 21 якоря-диска 5, также выполненная из ферромагнитногоматериала, Корпус 1 в торцовой части со стороны, противоположной клапану 7, имеет крышку 22, выполненную из неферромагнитного материала.Электрический привод клапана работает следующим образом.В постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микропроцессорного модуля 20 управления режимами работы двигателя введены матрицы оптимальных характеристик движения клапана (интервал времени от ВМТ до момента открывания клапана Ьт 1 о(см, фиг. 2 в) и время выдержки клапана в открытом состоянии Д), а также реактивные силы упругости пружины 8 и давления газов на тарелку клапана 7 во всем требуемом диапазоне скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя,При поступлении в модуль 20 сигналов от датчиков ВМТ, оборотов и положения рейки топливного насоса дизеля (либо дроссельной заслонки в бензиновых двигателях) он на каждом обороте коленвала двигателяопределяет реальный скоростной и нагрузочный режимы работы двигателя и путем сравнения с оптимальными характеристиками движения клапана на данном режиме находящимися в ПЗУ) выдает по входам 16-19 управляющие импульсы (см. фиг, 2 г) в такой временной последовательности, которая при поступлении в блок 11 управления позволяет обеспечить оптимальную характеристику движения клапана 7 на данном реальном режиме работы двигателя как в установившемся, так и в переходном режимах.С помощью фиг. 2 рассматривают более подробно действие электрического привода клапана.ФУправляющий импульс от модуля 20 по входу 16 поступает в.блок 11 управления, в котором через интервал времени Д 14 после ВМТ формируется униполярный синусоидальный импульс тока 2. с амплитудой 2 макс и длительностью Дп, Этот импульс тока по выходу 12 передается из блока 11 управления в обмотку первой секции 3 второй катушки. При протекании импульса тока по обмотке секции 3 вокруг последней возникает импульс магнитного поля, сцепленный с токопроводящей гильзой 9, Под действием импульса магнитного поля в гильзе 9 наводятсявихревые токи, при взаимодействии которых с магнитным полем секции 3 возникает импульс электродинамической силы Г 21, имеющий форму, близкую к синусоиде с амплитудой Г 2 макс и длительностью Д ь, Этот импульс силы действует на якорь-диск 5 и соответственно на 5 клапан 7 в тех же временных границах, чтои импульс тока 2. В момент т 5 через интервал времени Д 110 после ВМТ, когда величина электродинамической силы Г 2 начинает превышать суммарную реактивную силу, состоящую из сил упругости пружины 8 и давления газов на тарелку клапана 7, последний начинает движение на открывание, Таким образом, управляющий импульс по входу 16 подается в блок 11 управления раньше на Д 11 момента открывания клапана, который соответствует оптимальной характеристике движения клапана на данном режиме работы двигателя. Интервал времени Дт 1 рассчитывается модулем 20 в соответствии с введенными в ПЗУ значениями силы давления газов на тарелку клапана 7 для данного режима работы двигателя (при неизменных величине импульса силы Г 2 и силы упругости пружины 8 на всех режимах работы двигателя).Амплитуда и длительность импульсаэлектродинамической силы Г 2 выбираются такими, чтобы обеспечить полное открывание клапана за интервал времени Д 11 при максимальном давлении газов на тарелку клапана 7.Через интервал времени Дт 5 после ВМТмодуль 20 по входу 18 подает управляющий импульс на блок 11 управления, под действием которого через выход 14 обмотка первой катушки 2 включается на постоянный ток , который, протекая по обмотке катушки 2, создает постоянный магнитный поток, который при полностью открытом клапане 7 40 замыкается по ферромагнитным выточке 10и вставке 21, В результате создается сила электромагнитного притяжения Г 1, которая удерживает клапан в открытом состоянии при прекращении действия электродинами ческой силы Г 2 до тех пор, пока через обмотку катушки 2 протекает ток 1, Интервал времени Дт 5 рассчитывается модулем 20 для каждого режима работы двигателя таким образом, чтобы к моменту полного открывания клапана (Д т 1 а+ Д 11) переходный процесс нарастания тока в обмотке катушки 2 закончился и установился Ток 1 макс создающий удерживающую электромагнитную силу Гмакс.55 Через интервал времени Д 17 после ВМТмодуль 20 по входу 19 подает управляющий импульс на блок 11 управления, под дейст-.вием которого через выход 14 отключается постоянный ток 1, протекающий через обмотку катушки 2, Если не предусмотреть никаких дополнительных мер, то клапан на. чинает движение на закрывание под действием силы упругости пружины 8 и дифференциального давления газов на тарелку клапана 7. Характеристика движения клапана на закрывание в этом случае будет "вялая" вследствие незначительных величин возвратных сил, Для интенсификации процесса закрывания клапана используется вторая секция 4 второй катушки.Через интервал времени Ь 6 после ВМТ по входу 17 модуль 20 подает управляющий импульс на блок 11 управления, который формирует импульс тока 22, аналогичный импульсу тока 21, и по выходу 13 передает этот импульс в обмотку секции 4 второй катушки. Возникновение электро- динамического импульса силы Г 22 аналогично выше описанному, Поскольку величина , импульса силы больше, чем суммарная величина возвратных сил упругости пружины 8 и дифференциального давления газов на тарелку клапана 7, то время движения клапана на закрывание ( Лтз) под действием силы Р 22 значительно уменьшается и остается практически постоянным на любом режиме работы двигателя.Соотношение между интервалами времени Ьтб и Лтт управляющих импульсов рассчитывается для каждого режима таким образом, чтобы обеспечивалось оптимальное время открытого состояния клапана при минимально возможном времени Ь 1 З движения клапана на закрывание. Формула из о 6 рет е н и я 1, Электрический привод клапана двигателя внутреннего сгорания с блоком управления, содержащий корпус с размещенными в нем по оси привода первой и второй электрическими катушками, якорь-диск, жестко связанный со штоком клапана. взаимодействующий с пружиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения экойомичности за счет быстродействия привода,якорь-диск снабжен гильзой из электропроводного материала, жестко связанной с боковой поверхностью якоря-диска, вторая5 катушка выполнена из двух секций одийаковой длины, первая катушка установлена ввыточке торцовой поверхности корпуса, обращенной к якорю-диску, при этом перваякатушка охватывается второй секцией вто 10 рой катушки, на торцовой поверхности якоря-диска, обращенной к торцовойповерхности первой катушки, выполненавыборка с возможностью прилегания торцовой части якоря-диска к торцовой поверхно 15 сти первой катушки при полном открытииклапана, причем ширина периферийной части якоря-диска выполнена не менее максимального хода клапана, блок управлениявыполнен с тремя выходами и пятью входа20 ми для подключения к источнику питания имикропроцессорному модулю управлениярежимами работы двигателя, причем первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответственно к первой и25 второй секциям второй катушки и к выводампервой катушки.2, Привод по п.1, о т л и ч а ю щ и Р с я тем,Ч ар+4что первая катушка установлена в выточке,выполненной из ферромагнитного материа 30 ла.3. Привод по и, 1, отл и ч а ю щийсятем, что часть якоря-диска, прилегающая кторцовой поверхности первой катушки, выполнена к торцовой поверхности первой ка 35 тушки, выполнена из ферромагнитногоматериала.4. Привод по пп. 1 и 3, о т л и ч а ющ и й с я тем, что гильза на боковой поверхности якоря-диска выполнена из мате 40 риала с более высокой. чем у стали,зле ктропроводностью.5, Привод по пп. 1 и 3, о т л и ч а ющ и й с я тем. что якорь-диск сдвинут внаправлении движения клапана на 1/4 дли 45 ны первой секции второй катушки, 18080951808095 фи/ Я Составитель С. Лом Техред М.Моргента Корректо Редактор тыль Производственно-издательский комбинат ент", г. Ужгород, ул.Гагарин аказ 1399 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5