Электромагнитный привод клапана двигателя внутреннего сгорания

 

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.

"СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5(5l) 01 1 1/02

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3295798/25-06 (22) 16.06.81 (31) Р 3024109,9 (32) 27,06.80 .(3З} ФРГ (46) 15.11.83. Бюл. Ф 42 (72) Франц Пишингер (Австрия) и Петер Кройтер (ФРГ) (71) франц Пишингер (Австрия) (53) 621 . 383 (088. 81 (56) 1, Заявка,ФРГ 11 - 2630512, кл. F 02 0 13/03, 1978. (54) (57) 1 . ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД

КЛАПАНА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с крышкой, якорь, первый и второй переключающие магниты и пружинную систему, выполненную в виде первой н второй пружин, причем пружины, якорь и магниты размещены в корпусе под крыпкой, якорь размещен на клапане, одноимен- ные магниты и пружины — по сторонам якоря, первый и второй магниты выполнены так, что усилия их воздействия на якорь соответственно при закрытом и открытом положениях клапана больше, чем усилия от пружин, а пру-.. жины выполнены с такими характеристиками, что место положения равновесия их сил на якорь соответствует положению клапана между открытым и закрытым состояниями, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьгшения 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.

„„SU„„1055343 A

2. Привод по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в нем выполнены по меньшей иере 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 пружинной системы совпадает с одним из положений переключения магнитов.

3. Привод по пп, 1 и 2., о т л ич а ю шийся тем, что натяжное устройство выполнено в виде электри- 5 ческого сервопривода, имеющего электромагнит с натяжной катушкой и натяж ным якорем.

4. Привод по п. 3, о т л и ч а— ю шийся тем, что электромагнит выполнен .с возможностью включения в положении прижатия к первому упору и с возможностью выключения — в положении прнжатия к второму упору. (,",")

5. Привод но п. 4, о т л и ч а ю шийся тем, что электромагнит (д выполнен таким образом, что время С, ) его возбуждения больше, чем время возбуждения переключающих магнитов. в

6. Привод по пн. 1-5, о т л и— ч а ю шийся тем, что..якорь связан с клапаном через дополнительно «ф» установленные пружинные элементы высокой жесткости.

7. Привод по пп. 1-6, о т л и— ч а ю щ и % с я тем, что он снабжен демпфирующими элементами, размещенными между якорем и клапаном.

1055343 изобретение 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 fl) клапанов двигать ей 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 характе-25 ристиками, что место положения равно-, весия их сил на якорь соответствует положению клапана между огкрытым и закрытым состояниями. Такой привод для клапанов смены газа в двигателях внутреннего сгорания состоит.из двух переключающих катушек, каждая из которых взаимодействует g якорем. Оба якоря укреплены на общем пжияделе, который воздействует иа.клапан. Клапан, как и прн кулачковом управле35 нии, имеет прижимную дружину, 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. Ддн переключения этого устройства всегда эапиты" вается один электромагнит, а другой

45 ,отключается. Вследствие натянутой пружинной системы шпиндель с якорем ускоряется до половины своего хода, при этом оба якоря имеют одинаковое, расстояние от принадлежащих.им пе" реключающих катушек. йереключающие 5О катушки при этом выполнены так, что они при запитке могут притянуть свой якорь из 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 половниу своего хода и находится в о крытом положе" ини fl) .

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 на половину хода должны быть рассчитаны на большие усилия, что требует для многоцилиндрового 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, за счет чего потребные усилия магнитов и, значит, расход энергии сильно возрастают, Целью изобретения является повышение экономичности, уменьшение габа. ритов и упрощение конструкции.

Укаэанная цель достигается тем, что электромагнитный привод клапана двигателя внутреннего сгорания, содержащий 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, якорь размещен на клапане, рдноименные магниты и пружины — по .сторонам якоря, первый и второй магниты выполнены так, что усилия нх 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 пружинамн, причем натяжное устройство вы-. полнено в вице сервопривода дпя смВ щения равновесного положения пружин- ной системы.

В нриводе могут быть выполнены по меньшей мере два упора ограничения перемещения натяжного устройства.

1 причем первый ynîð натяжного устройства размещен так, что равновесное

3 10553 положение пружинной системы находится между положениями переключения магнитов, а,второй упор размещен так, что равновесное положение пружинной системы совпадает с одним из положений переключения магнитов.

В приводе натяжное устройство выполнено в виде электрического сервопривода, имеющего электромагнит с натяжной катушкой и натяжным якорем. 10

Кроме того,в приводе электромагнит может быть выполнен с возможностью включения в положении прижатия к первому упору и с возможностью выключения — в положении прижатия к второму 1 упору.

В приводе электромагнит может быть выполнен таким образом, что время егс возбуждения больше, чем время возбуждения переключающих магнитов. 20

Якорь может быть связан с клапаном через дополнительно установленные пружинные элементы высокой жесткости.

Привод может быть снабжен демпфи- 2 рующими 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; на фнг. 3 - то же, пружины охватывают катушки, иа фиг. 4 — то же, пружины расположены снаружи катушек; на фиг.5привод с пластинчатым шибером; на фиг. 6 - вариант крепления двойного якоря на клапане; на фиг. 7 — диаграммы зависимостей усилий от пружинной системы (a), от закрывающей о и от открывающей Ъ катушек вфункции 4 от перемещения клапана между положениями ."Закрыт" 1. и "Открыт" ф на фиг. 8 — зависимости скорости движения клапана Е и его ускорения Ф от того же перемещения клапана.

Предлагаемый привод может быть использован не только в двигателях внутреннего сгорания, а везде/где применяются колеблющиеся управляющие элементы, которые должны иметь толь. 50 ко два дискретных 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

43 4 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 магнитов или пе1 еключающих катушек 12 и 13, из которых переключающая катушка 12 является закрывающей, а переключающая катушка 13 — открывающей. На якорь 11 воздействует пружинная система, кот рая 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 14 сжатия взаимодействует с натяжным якорем 16, который принадлежит 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.l, необходимо, чтобы закрывающая катушка 12 была возбуждена, а якорь ll удерживался около нее против усилия пружины 14, работающей на сжатие. Показанное на фиг..l положение исполнительного органа соответствует рабочему положению "Тарельчатый клапан

6 закрыт". В этом положении клапанная пружина 15 имеет наибольшую длину н, соответственно, с наименьшей силой 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 (фиг. 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 тарельчатого клапана 6. На фиг. 8, по ордикате дополнительно показаны ускорение и скорость при открывании, ко1055343

t0 !

20

55 торые в направлении закрывания ьтложены с положительным знаками, Если исполнительный орган (фиг.l) выключен, т.е.. ни одна из катушек

12, )3 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 В 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. Вследствие меньшей индук тивности закрывающей катушки 12 в ней магнитное поле нарастает быстрее чем может притянуться натяжной якорь

16 натяжной катушкой 17., Поэтому якорь 1! 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

II, 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).

Для открывания тарельчатого клапана б закрывающая катушка 12 кратковременн выключается... При этом действует (фиг. 7) в направлении открывания полная сила пружинной

I ,системы, так что якорь 1) с тарельчатым 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 6 с якорем,11 движется даль.— 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 6 приходит в положение открывания.с торможением

Вследствие этого устраняется резкий удар якоря II по открывающей катушке 13.

В устройстве, представленном на фиг. 2, пружины 14 и 15 расположены 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 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 Il действует почти полная сила клапанной пружины 15, так что якорь ll 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 крепления якоря ll на стебле управляющего элемента (тарельчатого 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, которые

1055343

kuz.1 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 о клапана Ь и якорем Г1 задеипфированы трением тарельчатых пружин

22 и 23 по якорю 11.!

055343

1055343 ф.

f7

Т

2f и

1055343

77

72

Д

1055343

t6

0

fO f4

f2

11

И д 0

1055343

Усилие

ЛМ;ИМщу

Составитель Н.Патрахальцев

Техред, М.Тепер

Редактор. Л.Веселовская

Корректор О.Вилак

Заказ 9144/б1 Тираж 535

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Улар сию

Мваю

: У ф®Ч

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лмъюу

> p>in