электромагнитный привод газораспределительного клапана поршневого двигателя. Электромагнитный клапан двигателя

назначение, применение, проверка и ремонт

Клапан с электромагнитным приводом — это современный вид запорной арматуры. Они позволяют на расстоянии управлять потоками жидкости или газа в трубопроводных системах. Такие затворы хорошо встраиваются в автоматизированные системы управления технологическими процессами, позволяют экономить дефицитные человеческие ресурсы и делают работу предприятий более безопасной. Существует большое количество различных видов клапанов для разных сред, различаются они и по своему устройству и назначению.

Назначение и применение электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан предназначен для управления потоками жидких и газообразных продуктов на расстоянии. Он может быть запорным и регулирующим. Управление при этом может осуществляться как вручную, так и с помощью систем автоматики. По своей конструкции и назначению электромагнитный затвор весьма похож на обычный, с той разницей, что в движение запорный элемент приводится в движение не мускульной силой, а соленоидом, электромагнитом с подвижным сердечником. При подаче напряжения на катушку индуктивности соленоида, она, в зависимости от полярности, втягивает или выталкивает сердечник, соединенный со штоком клапана.

Такие запорные и регулирующие устройства используются как в сложных промышленных установках, так и в домашних системах отопления, водоснабжения, в бытовой технике. Применяются они и в транспортных средствах, работающих на жидком топливе.

Устройство клапана

Соленоидный клапан по составу основных деталей и узлов во многом совпадает с обычным устройством с ручным управлением:

Корпус с подводящим и отводящим патрубком.
Рабочая камера с седлом.
Тарельчатый, шаровой или лепестковый запорный элемент.
Возвратная пружина.
Шток, соединенный с запорным элементом и сердечником соленоида
Соленоид.

Корпус магнитного клапана изготавливается из металлических немагнитных сплавов или прочных пластиков. Высокая герметичность корпуса позволяет применять клапан в различных средах, в том числе и активных. Соленоидные клапана для воды в качестве уплотняющих прокладок используют резину, для более активных сред выбирают фторопласт. Открывать и закрывать клапан соленоид за время службы должен тысячи или даже десятки тысяч раз, поэтому для обмоток берут самые высококачественные медные провода, покрытые изолирующей эмалью.

Управление электромагнитным клапаном осуществляется по проводам, для их присоединения на корпусе снаружи предусмотрены контактные группы.

Устройство должно быть устойчивым к воздействию внешних электромагнитных полей, шумов и вибраций.

Существуют и другие типы электромеханических приводов, такие, как электродвигатель с редуктором, пневматические или гидравлические.

Принцип работы электромагнитных систем

Принцип работы электромагнитного запорного клапана основан на физическом явлении электромагнитной индукции. При протекании тока по катушке индуктивности внутри нее возникает магнитное поле, воздействующее на сердечник из магнитных материалов силой, приложенной в продольном направлении. Эта сила, в зависимости от полярности приложенного напряжения, пытается втянуть сердечник внутрь катушки либо вытолкнуть его. При этом происходит открытие либо закрытие затворного элемента.

Катушки соленоидных клапанов могут работать как на постоянном токе напряжением от 5 до 36 вольт, так и на переменном токе напряжением 220 В.

Устройства с низким управляющим напряжением обладают небольшой мощностью и ограниченным усилием, передаваемым на запорный элемент. Это позволяет использовать для управления ими низковольтные полупроводниковые схемы. Применяются такие устройства в системах низкого напора рабочей среды, на трубопроводах малых диаметров.

Приводы, работающие на переменном токе, развивают гораздо большие усилия и могут применяться на магистральных трубопроводах высокого давления и больших диаметров.

О разновидностях изделий

Классификация изделий проводится по нескольким параметрам.

Исходя из положения запорного элемента в отсутствие напряжения на катушке различают:

Нормально открытые, или НО. Проход для жидкости или газа открыт, а при подаче напряжения- он закрывается.

Нормально закрытые, или НЗ. Проход для среды перекрыт, а при подаче напряжения он открывается.

Некоторые модели выпускаются универсальными, а нормально положение запорного элемента настраивается при установке и подключению к управляющей сети. Такие переключаемые устройства называют бистабильными.

В зависимости от рабочей среды запорную арматуру выпускают для:

Воздуха.
Воды.
Пара.
Активных сред.
Горюче-смазочных материалов.

Приборы для работы в радиоактивных средах отличаются специальным подбором материалов с повышенной радиационной стойкостью. Вакуумный электромагнитный клапан должен обеспечивать особо высокую герметичность

Исходя из характеристик внешней среды, исполнение прибора может быть:

Обычное
Для влажных помещений.
Термостойкие (для высоких температур).
Морозостойкие (для экстремально низких температур).
Взрывозащищенное. Такие устройства не должны искрить при включении либо выключении. Для этого в них применяются специальные конструктивные решения и материалы.

По типу питающего напряжения катушки делятся на

Переменного тока, высокого напряжения. Развивают большие усилия, используются на магистральных трубопроводах высокого давления и больших диаметров.
Постоянного тока, низкого напряжения. Применяются на трубах небольшого сечения и низкого напора.

Есть отдельный класс электромагнитных отсечных клапанов высокого давления. Их называют отсечными. Они предназначены для моментального перекрытия трубопроводов или герметизации емкостей в случае возникновения нештатных или аварийных ситуаций.

И, наконец, по типу функционирования клапаны делятся на

Одноходовые. Такой затвор имеет только входящий патрубок. Обычно они нормально закрытые и открывают путь водяному или воздушному потоку во внешнюю среду. Используются в качестве предохранительных.
Двухходовые. Самый распространенный вид, имеют входящий и выходящий патрубки и монтируется в разрыве трубопровода. Применяются для управления потоком в одном из контуров трубопроводной системы.
Трехходовые. Могут иметь один входной и два выходных патрубка либо два входных и один выходной.

Трехходовые клапаны первого типа применяются для перенаправления потоков из одного контура в другой (например, в системе отопления). Это позволяет поддерживать температуру рабочей среды постоянной без изменения параметров работы источника тепла. Устройства второго типа используются для смешения двух потоков, имеющих разную температуру. Характерным примером служит однорычажный шаровой смеситель на кухне или в ванной.

Область использования

Применение электромагнитных клапанов осуществляется в самых разных областях человеческой деятельности, везде, где возникает необходимость управлять потоками жидкостей и газов дистанционно. Сюда входит:

Бытовые системы отопления.
Системы водоснабжения и водоподготовки.
Технологические установки.
Трубопроводный транспорт.
Генерация и распределение тепла.
Бытовые приборы.
Канализация.
Орошение.
Транспортные средства.

Использование электромагнитных клапанов на транспорте понемногу снижается, поскольку все больше видов транспортных средств переходят на электрические источники энергии и отказываются от жидкого топлива и гидравлики, заменяя их на более надежные электрические приводы. Сходные перспективы просматриваются и в системах отопления. Но в водоснабжении, канализации и других отраслях роль электромагнитных затворов будет только возрастать.

Преимущества электромагнитных клапанов для воды

Главным преимуществом устройства является возможность удаленного и быстрого регулирования потоков рабочей среды. Без электромагнитных затворов становится невозможной работа сложных технологических установок и простых бытовых приборов, таких, как кофеварка и стиральная машина.

Кроме того, электропривод позволяет:

Подключать соленоидный клапан к централизованной и автоматизированной системе управления. Это многократно повышает точность и оперативность регулировок параметров по сравнению с ручным управлением.
Снижать трудозатраты на управление технологическими процессами.
Повышать безопасность производства и исключать воздействие на оператора вредных факторов производственной среды.

Повышать эффективность работы бытовых приборов и производственных установок за счет точного и быстрого управления потоками рабочих сред и их параметров.

Важным достоинством соленоидного привода по сравнению с электромотором и редуктором является отсутствие зубчатых и червячных передач, исключительная простота устройства и минимум подвижных частей.

Это обеспечивает высокую надежность оборудования, минимальный износ и долгий срок его службы.

Недостатком данного типа устройств являет невозможность плавной регулировки степени открытия затвора. Обеспечивается только два положения: «открыто» и «закрыто».

Установка электромагнитного клапана для воды своими руками

Прежде чем приступать к установке, необходимо определить тип подключения. Наиболее часто применяемыми являются:

Резьбовое. Входной и выходной патрубки снабжены внешней либо внутренней резьбой, через соответствующие фитинги арматура встраивается в разрыв трубопровода. Наиболее удобное для самостоятельной установки, лучше выбрать подключение такого типа.

Фланцевое. Патрубки оборудованы фланцами, на концах труб также должны быть фланцы соответствующего типоразмера, они стягиваются между собой болтами. Обеспечивают высокое давление и интенсивность потока, чаще применяются на магистралях высокого и среднего давления.

До начала монтажа устройства следует выполнить ряд подготовительных операций. Трубы должны быть размечены, обрезаны под размер и зачищены. Место для установки электромагнитного устройства должно давать свободный доступ к устройству для его монтажа, обслуживания и ремонта. Опытные мастера сформулировали также несколько рекомендаций:

Все работы по установке или снятию прибора можно проводить только в отключенном от сети виде.
Трубопроводную систему необходимо дополнить фильтром механической очистки. Это предотвратит загрязнение и повреждение деталей посторонними включениями, такими ка песок, чешуйки ржавчины и известковые отложения.
Корпус устройства не должен принимать на себя вес участка трубопровода.
Следует подключать устройство в соответствии с нанесенными на корпусе стрелками. Они указывают направление потока.
При уличной установке следует защитить клапан от воздействия природных явлений. Обычно бывает достаточно водонепроницаемого кожуха. При работе в условиях низких температур нужно обеспечить подогрев кожуха.

Резьбовые соединения нужно обязательно уплотнять лентой ФУМ или сантехнической нитью.
Кабель для подключения к управляющей системе следует выбирать медный. Он должен иметь достаточное поперечное сечение не менее 2 мм2.

Подбор конкретной модели осуществляется на основе расчетов параметров трубопроводной системы.

Следует учитывать напор, сечение труб, необходимую скорость срабатывания и характеристики управляемой среды.

Признаки неисправности электромагнитного клапана карбюратора

В карбюраторах последних моделей применяется соленоидный привод управления подачей топлива. Как проверить электромагнитный клапан на исправность?

Его поломку определяют по следующим признакам:

Двигатель неустойчиво работает на низких оборотах.
Мотор глохнет при использовании наката.
После выключения двигателя наблюдается детонация рабочей смеси.

Косвенными признаками неисправности также является снижение оборотов при подключении мощных потребителей электроэнергии, таких, как магнитола, ближний или дальний свет, подогрев стекол.

Проверка клапана

Проверять клапан карбюратора следует на следующих режимах:

На холостом ходу. После запуска доводят обороты до 2100 и вслушиваются в работу карбюратора. Должен быть слышен резкий характерный звук, означающий закрытие затвора. Далее плавно снижают обороты до значения в 1900, должен быть слышен щелчок открывания.
Торможение двигателем. Нужно сбросить газ, не выключая передачу. Исправный клапан в этом случае не сработает, даже если обороты снизились до 1900. Если слышен щелчок – устройство неисправно.
После остановки двигателя. Если при выключенном зажигании в цилиндрах продолжаются самопроизвольные вспышки детонирующей рабочей смеси, двигатель дергается и вибрирует – значит, клапан не перекрывает подачу горючего в камеры и далее в цилиндры.
Если при работающем моторе вытащить из разъема провод питания электроклапана- двигатель должен заглохнуть. Если он продолжает работать- значит, клапан неисправен.

Кроме способов проверки электромагнитного клапана «на ходу», можно вывинтить клапан из корпуса карбюратора и попробовать подать на него напряжение с аккумулятора. Один провод от батареи присоединяют к контактной колодке, другой- к корпусу прибора. При подключении напряжения клапан должен щелкнуть и втянуть иглу внутрь себя. После размыкания цепи слышен еще один щелчок, и возвратная пружина втянет иглу. Заодно можно проверить, не загрязнены ли детали устройства смолистыми отложениями. Их нужно отмочить в бензине и удалить мягкой ветошью.

Нужно проверить также, подается ли на контакты управляющее напряжение. Его нормальное значение — 10,5-14,4 в. Если на блоке управление напряжение есть, а на контакте –нет, значит, неисправен провод. Его надо отремонтировать или заменить.

Если на разъеме блока управления напряжения нет, то, скорее всего, неисправен сам блок. Его проверяют, подключив клапан к батарее еще одним временным проводом. К выводу блока управления, управляющему клапаном, подключают вольтметр или контрольную лампочку. Далее следует запустить двигатель. По достижении оборотов в 900 об/мин лампочка должна вспыхнуть, при 2100 об/мин- погаснуть. Если снизить обороны до 1900 об/мин-опять вспыхнуть. Такое поведение лампочки означает исправность блока управления. Если же лампочка вообще не загорается и не гаснет, а также включается и выключается при других оборотах- блок управления подлежит углубленной проверке и, возможно, замене.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

stankiexpert.ru

К ВОПРОСУ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПРИВОДЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Мишин Е.А.,Пономарев А.И.,Голубина С.А.

Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана

Номер: 7-5

Год: 2016

Страницы: 57-61

Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Аннотация к статье

В данной работе показано, что установка электромагнитного привода газораспределительный клапанов на двигатель внутреннего сгорания способствует возможности гибкого адаптированного управления клапанами.

Текст научной статьи

В поршневом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) все рабочие процессы превращения химической энергии сжигаемого топлива в механическую работу коленчатого вала происходят внутри двигателя за счет возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах [1]. Главным устройством, обеспечивающим штатную работу поршневого ДВС, является его газораспределительный механизм (ГРМ). В ГРМ современных поршневых двигателей используется механический цепной или ременный привод впускных и выпускных клапанов через распределительный вал от коленчатого вала ДВС. Клапаны механического принципа действия (рис. 1) открываются толкающими усилиями кулачков распределительного вала, а закрываются под воздействием возвратной запорной пружины. Такие клапаны содержат в своем составе возвратную запорную пружину 1, собственно клапан, состоящий из клапанной головки 2 и клапанного стержня 3, гнездо с посадочной фаской 4 для клапанной головки и направляющую втулку 5 для клапанного стержня. Основные преимущества механических клапанов [1]: • простота конструктивной реализации и компактность ГРМ; • функциональная надежность ГРМ; • минимальный уровень ударных вибраций в ГРМ и, как следствие, бесшумность его работы. Основной недостаток механического клапана это его управление от кулачка 6 распределительного вала 7, когда распредвал кинематически постоянно (жестко) связан с коленчатым валом двигателя. Такая кинематическая схема привода исключает возможность гибкого адаптированного управления клапанами, что препятствует дальнейшему совершенствованию ДВС. Рисунок 1 - Устройство механического привода клапанов Последние десятилетия все ведущие разработчики двигателей внутреннего сгорания для автомобилей активно совершенствуют газораспределительный механизм, чтобы улучшить наполнение цилиндров двигателя. Широко применяются решения по увеличению числа клапанов на один цилиндр. Серийно выпускаются автомобили с четырьмя клапанами. Улучшение наполнения цилиндров можно достигнуть без увеличения числа клапанов, удлинения фазы впуска и увеличения подъема клапана, применяя электромагнитный привод клапана EVA (Electromagnetic Valve Actuator). Такие системы в настоящее время интенсивно разрабатываются как в Европе, так и США. Интерес к исследованиям в этой области определяется возрастающими требованиями к экономичности, токсичности, приспособляемости моторов. Наиболее перспективным для работы в ГРМ с управлением от электронной автоматики является клапан с непосредственным электромагнитным приводом (рис. 2), который открывается электромагнитом 8, 9, 10 при подаче на него управляющего электрического сигнала, а закрывается - возвратной пружиной 1 [1]. При подаче постоянного управляющего напряжения на обмотку 9 электромагнита его магнитопровод, состоящий из неподвижного ярма 8 и магнитопроводящей шайбы (подвижного якоря) 10, смыкается и магнитопроводящая шайба 10 своим ходом «вниз» толкает клапанный стержень 3, тем самым открывая запорный узел 2, 4 клапана. После прекращения действия постоянного управляющего напряжения ток в обмотке 9 электромагнита прерывается, магнитное поле в магнитопроводе 8, 10 исчезает, магнитопроводящая шайба 10 под действием возвратной пружины 1 поднимается «вверх» и запорный узел 2,4 электроклапана закрывается. Рисунок 2 - Устройство клапана с электромагнитным управлением Имеется также несколько другая система, в которой электромагнитный привод клапанов представляет собой подпружиненный клапан, помещенный между двумя электромагнитами, которые удерживают его в крайних положениях: закрытом или полностью отрытом [2]. Принцип работы системы показан на рисунке 3. Рисунок 3 - Устройство клапана с управлением двумя электромагнитами 1 - электромагнит открытия клапана; 2 - якорь; 3 - электромагнит закрытия клапана; 4 - клапанная пружина Якорь электромагнита образует комбинацию с двумя пружинами для открытия и закрытия клапана. Когда к электромагнитам не подводится электрический ток, пружины клапана и электромагнита держат клапан в среднем положении, соответствующем половине хода клапана, при этом он полуоткрыт, что позволяет легко прокручивать коленчатый вал двигателя в начальной стадии пуска. При достижении необходимой частоты вращения от блока управления поступает сигнал и в верхний электромагнит открытия подается электрический ток, клапан закрывается. Одновременно осуществляется впрыск топлива. При открывании клапана прерывается подача напряжения в верхний электромагнит. Энергия, накопленная в верхней пружине, движет клапан вниз до тех пор, пока накопленная энергия полностью не израсходуется. Для возможности дальнейшего перемещения клапана вниз напряжение подается в нижний электромагнит и якорь, втягиваясь под действием магнитного поля, открывает клапан. Информация для блока управления поступает от датчика, расположенного на коленчатом валу и фиксирующего его угловое положение. Для каждого клапана компьютер определяет начало его открытия и закрытия, а значит и ход, в зависимости от положения коленчатого вала. Ход клапана может изменяться от нулевой величины до максимальной в зависимости от режима работы двигателя (рис. 4). Рисунок 4 - Графики параметров режима работы клапанного механизма К электромагнитному приводу клапана предъявляются следующие требования [3]: 1. Средняя мощность на перемещение клапана для четырехцилиндрового двигателя при 6000 об/мин и максимальном подъеме клапана не должна превышать 2…3 кВт; 2. Средняя скорость перемещения клапана: 3 см/с при 600 об/мин; 30 см/с при 6000 об/мин; 3. Время перемещения клапана из минимального положения в 5 % от максимально возможного подъема до положения в 95 % должно быть в пределах 3…4 мс. 4. Зазор между клапаном и якорем колеблется в пределах 0…0,5 мм в зависимости от температурного расширения клапана. С помощью такой системы можно не только четко управлять временем открытия каждого клапана, но и обеспечивать получение максимальной мощности или максимального крутящего момента. Система электромагнитного привода клапанов имеет и другие преимущества. Например, можно полностью отключать часть цилиндров или переводить их на малую нагрузку, так что остальные будут работать более эффективно. К тому же возможность управления движением клапана и его высотой открытия позволяет отказаться от дроссельной заслонки. Однако главное преимущество этой системы заключается в том, что время и степень открытия клапанов в любой момент времени могут быть оптимальными для работы двигателя, в зависимости от условий движения. Кроме этого, конструкция самого двигателя упрощается, потому что отсутствует обычный привод газораспределительного механизма: цепи, зубчатые ремни, механизм натяжения, шестерни и распределительные валы. При этом значительно упрощается конструкция головки блока цилиндров и исчезает потребность в подаче к ней смазочного масла. В целом это приводит и к уменьшению размеров двигателя. Но конструкций, пригодных для внедрения в серийное производство, пока нет. Этому есть ряд причин, и главная - это неприемлемо большие габаритные размеры силовых тяговых электромагнитов, громоздкость и шумность срабатывания которых обусловлена необходимостью получения достаточно большой тяговой силы при ограниченном токе потребления. Приходится наматывать большое число витков, чтобы обеспечить катушке электромагнита требуемую намагничивающую силу при малом токе. Но, как известно, это приводит к образованию значительной индуктивности катушки, а значит, к ограничению скорости срабатывания электромагнита. Стремление повысить быстродействие понижением индуктивности за счет уменьшения числа витков приводит к необходимости пропорционального увеличения тока управления электромагнитом и, как следствие, - к излишнему расходу электроэнергии на работу электромагнитного клапана. Однако, в настоящее время производители легковых автомобилей должны перейти на напряжение бортовой сети 36 В, с генератором, обеспечивающим напряжение 42 В. При увеличении напряжения в три раза электрический ток, необходимый для питания устройств управления клапанами, становится намного меньше, и размер соленоидов значительно уменьшается. Это позволяет создать устройство с размерами близкими к размерам обычного механизма с двумя распределительными валами в головке и клапанными пружинами. Разработчики полагают, что компромисс может быть найден с применением специальных конструкций магнитопроводных цепей в электромагнитном клапане, созданных на основе новейших высокоэффективных ферромагнитных материалов. Нет сомнения в том, что в ближайшие годы начнут широко внедряться системы электронного управления процессами газораспределения в автомобильных поршневых ДВС с использованием электромагнитных клапанов.

publikacia.net

электромагнитный привод газораспределительного клапана поршневого двигателя - патент РФ 2350762

Привод содержит немагнитный корпус с размещенными в нем первым и вторым приводными электромагнитами в виде открывающего и закрывающего электромагнитных соленоидов (ОЭС и ЗЭС) с соответствующими им ферромагнитными якорями, статорами и токопроводными катушками, а также третьим фиксирующим электромагнитом с ферромагнитным якорем и токопроводной катушкой. Электромагниты подключены к системе управления. Рабочий орган электропривода связан механизмом сочленения с клапаном и выполнен в виде подвижного сердечника, составленного из трех якорей, закрепленных на немагнитном стержне с возможностью их взаимодействия с соответствующим электромагнитом. ОЭС установлен в верхней части корпуса и выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения в рабочей полости посредством попеременной подачи рабочей жидкости в верхнюю и нижнюю ее части. ЗЭС установлен в средней части корпуса на соответствующем полному открытию клапана заданном расстоянии h от ОЭС и жестко фиксирован относительно корпуса. Третий фиксирующий электромагнит установлен на донце корпуса, а его дисковый якорь закреплен на нижнем конце немагнитного стержня. Ферромагнитные якори ЭС установлены с заданным радиальным технологическим зазором А относительно соответствующих статоров. Привод размещен на наружной боковой поверхности поршневого двигателя, а механизм сочленения рабочего органа с клапаном выполнен в виде наружного механического передаточного звена, состоящего из штанги и клапанного коромысла с шарнирными связями между всеми его подвижными элементами. Третий фиксирующий электромагнит снабжен регулировочным винтом, а немагнитный корпус выполнен герметичным и с наружным охлаждением. Такое выполнение позволяет снизить тепловые нагрузки на электропривод при обеспечении минимальных динамических нагрузок на газораспределительный клапан при его закрытии, снизить затраты электроэнергии, потребляемой из бортовой сети автомобиля на открытие клапана, обеспечить возможность управления величиной хода клапана без применения дроссельной заслонки, а также обеспечить возможность увеличения вертикального размера электромагнитного привода без увеличения высоты поршневого двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно к устройствам электромагнитного привода клапанов в газораспределительном механизме, который работает без распределительного вала. Может быть использовано в ДВС с программным электронным управлением фазами газораспределения и с акселерацией через впускные клапаны.

Известно устройство электромагнитного привода клапанов с двумя противоположно действующими смыкающимися электромагнитами и общим подпружиненным с обеих сторон тяговым ферромагнитным якорем, который установлен над клапаном и сочленен с ним посредством кольцевых фиксаторов (см. патент ФРГ №2630512, М. кл. F02D 13/02, опубл. 1976 г.).

В такой конструкции электропривода нижний электромагнит открывает клапан, а верхний закрывает его, при этом две демпфирующие пружины, одна над якорем, а другая под ним, установлены с некоторым сжатием и таким образом замедляют скорость приближения якоря к краевым опорам (стопам).

Недостатками данного электромагнитного привода являются возможность исключения ударов клапана при его закрытии о клапанное седло, что связано с динамическими нагрузками на клапан, а также значительные тепловые нагрузки из-за близости привода к камере сгорания поршневого двигателя. Кроме этого, в такой конструкции привода невозможно реализовать управление величиной хода клапана.

Известно также устройство электромагнитного привода для впускного клапана, в котором реализована возможнось акселераторного управления величиной его хода (см. патент ФРГ №3911496, М. кл. F01L 9/04, опубл. 1998 г.).

Управление величиной хода клапана в данном случае реализовано с применением двух эксцентриковых валов, которые воздействуют на подвижные платформы, установленные под открывающим электромагнитом, и приводятся во вращение посредством двух шаговых электродвигателей с управлением от электронного блока управления клапанами. Так достигается регулирование количества всасываемого воздуха непосредственно впускным клапаном без применения дроссельной заслонки. При выключении зажигания, когда оба электромагнита обесточиваются, а шаговые двигатели устанавливают валы в положение наименьшего эксцентриситета, две демпфирующие пружины, действуя друг против друга, устанавливают клапан в незначительно приоткрытое состояние, чем обеспечивается облегченный пуск двигателя.

Недостатком этого устройства является наличие в конструкции демпфирующих пружин, работа которых требует дополнительных затрат электроэнергии, конструктивная сложность привода и низкая его надежность.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является электромагнитный клапан с устройством управления (см. патент РФ №2045662, М. кл. F01L 9/04, опубл. 1992 г.).

В состав устройства входят немагнитный корпус привода с установленным в нем трехсекционным соленоидом, внутри которого расположена труба, выполняющая роль магнитопровода с тремя кольцевыми полюсами. Таким образом, трехсекционный соленоид в совокупности с трехполюсным магнитопроводом и соответствующими полюсам тремя якорями, установленными на центральном подвижном сердечнике, представляют собой три электромагнита, два из которых выполнены как приводные открывающие, а третий - как фиксирующий с функцией демпфера. Подвижный сердечник в качестве рабочего органа привода связан с газораспределительным клапаном с помощью механизма сочленения. При этом фиксирующий электромагнит расположен между двуми приводными открывающими электромагнитами, а его якорь выполнен плавающим по подвижному сердечнику. Кроме этого, в состав привода входит жесткая возвратная пружина. При подаче управляющего напряжения от устройства управления сразу на оба приводных открывающих электромагнита они срабатывают, и клапан открывается, при этом возвратная пружина сжимается. Когда приводные открывающие электромагниты обесточиваются, клапан закрывается под действием возвратной пружины. Сила удара клапана о клапанное седло демпфируется третьим фиксирующим электромагнитом, который находится под напряжением еще некоторое время после обесточивания приводных открывающих электромагнитов. При этом скорость движения клапана снижается и его посадка в клапанное седло происходит при пониженных динамических нагрузках.

Недостатками прототипа при обеспечении пониженных динамических нагрузок на привод являются значительные тепловые нагрузки на элементы привода из-за их расположения в высокотемпературной зоне под клапанной крышкой, дополнительные затраты электроэнергии при открытии клапана на сжатие жесткой возвратной пружины, а также отсутствие возможности управления ходом клапана. Кроме этого, такая конструкция привода приводит к необходимости увеличения вертикального габарита (высоты) поршневого двигателя.

Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение тепловых нагрузок на элементы электромагнитного привода при условии обеспечения минимальных динамических нагрузок на газораспределительный клапан при его закрытии, снижение затрат электроэнергии, потребляемой из бортовой сети автомобиля на открытие клапана, обеспечение возможности управления величиной хода клапана без применения дроссельной заслонки, а также обеспечение возможности увеличения вертикального размера электромагнитного привода, не приводящего к увеличению высоты поршневого двигателя.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что электромагнитный привод газораспределительного клапана поршневого двигателя, содержащий немагнитный корпус с размещенными в нем тремя электромагнитами, два из которых - приводные, а один - фиксирующий, рабочий орган привода, связанный с газораспределительным клапаном поршневого двигателя с помощью механизма сочленения и выполненный в виде подвижного сердечника, составленного из трех ферромагнитных якорей, установленных последовательно на общем немагнитном стержне с возможностью взаимодействия каждого из них с соответствующим электромагнитом и устройство управления, согласно изобретению первый приводной электромагнит с соответствующим ферромагнитным якорем выполнен в виде открывающего электромагнитного соленоида и установлен в верхней части немагнитного корпуса со стороны его крышки с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения его статора вдоль общего подвижного сердечника внутри полости между крышкой немагнитного корпуса и статором второго приводного электромагнита посредством попеременной подачи рабочей жидкости, соответственно, в верхнюю или нижнюю части полости, образованные над и под открывающим электромагнитным соленоидом, второй приводной электромагнит с соответствующим ферромагнитным якорем выполнен в виде закрывающего электромагнитного соленоида и установлен в средней части немагнитного корпуса на заданном расстоянии от статора открывающего электромагнитного соленоида с жесткой фиксацией относительно немагнитного корпуса, третий - фиксирующий электромагнит выполнен в виде смыкающегося электромагнита и установлен на донце немагнитного корпуса, а его ферромагнитный якорь закреплен на нижнем конце общего немагнитного стержня и выполнен в виде диска, при этом ферромагнитные якори электромагнитных соленоидов установлены внутри их статоров с заданным радиальным технологическим зазором относительно последних, немагнитный корпус с рабочим органом привода размещен на наружной боковой поверхности поршневого двигателя, а механизм сочленения рабочего органа привода с газораспределительным клапаном выполнен в виде механического передаточного звена, состоящего из штанги и клапанного коромысла с конструктивно заданным передаточным отношением, при этом штанга и клапанное коромысло шарнирно соединены между собой, а также с клапаном и рабочим органом привода, причем третий фиксирующий электромагнит дополнительно снабжен регулировочным винтом, установленным с упором со стороны донца, а немагнитный корпус выполнен герметичным и с наружным охлаждением.

Поставленная техническая задача решается также тем, что в частном случае привод выполнен с возможностью одновременного управления группой из двух-трех однотипных газораспределительных клапанов, при этом клапанное коромысло механического передаточного звена выполнено в виде рычажной вилки.

Поставленная техническая задача решается и тем, что в частном случае наружное охлаждение немагнитного корпуса выполнено в виде собственного охлаждающего контура, подключенного к охлаждающему контуру системы охлаждения поршневого двигателя.

В другом частном случае наружное охлаждение немагнитного корпуса выполнено посредством его установки непосредственно в охлаждающем контуре системы охлаждения поршневого двигателя.

Решение поставленной технической задачи становится достижимым благодаря размещению электромагнитного привода газораспределительного клапана на наружной боковой поверхности поршневого двигателя, т.е. в зоне, характеризующейся меньшим уровнем нагрева, нежели зона в области головки камеры сгорания. Конструкция электромагнитного привода предусматривает обеспечение минимальных динамических (ударных) нагрузок на клапан, поскольку позволяет регулировать зазор между статором и дисковым якорем третьего электромагнита, что обеспечивается наличием регулировочного винта. При этом установка регулировочным винтом зазора L в пределах 0,3-0,5 мм позволяет осуществлять закрытие клапана с большой степенью надежности и с гарантированным поджатием клапана к седлу без соударения. Благодаря предусмотренной внутри немагнитного корпуса полости, поделенной на две части, в которой статор открывающего электромагнитного соленоида имеет возможность возвратно-поступательного перемещения под действием попеременной подачи рабочей жидкости в соответствующие части полости, появляется возможность управления величиной хода клапана без применения дроссельной заслонки. Поскольку конструктивное исполнение электромагнитного привода не содержит в своем составе жесткой возвратной пружины, как в прототипе, появляется возможность снизить затраты электроэнергии на открытие клапана. При этом, поскольку электромагнитный привод размещен снаружи поршневого двигателя, а не под его клапанной крышкой, появляется возможность увеличения вертикальных габаритов привода, не приводящих к увеличению высоты поршневого двигателя. Снижению тепловых нагрузок на элементы привода способствует также организация охлаждения немагнитного корпуса привода как в случае его выполнения в виде собственного охлаждающего контура, подключенного к охлаждающему контуру системы охлаждения поршневого двигателя, так и в случае установки немагнитного корпуса непосредственно в охлаждающий контур системы охлаждения поршневого двигателя.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема конструкции электромагнитного привода газораспределительного клапана поршневого двигателя, когда клапан открыт; на фиг.2 приведена компоновка электромагнитного привода двух газораспределительных клапанов на одном цилиндре поршневого двигателя; на фиг.3 приведено изображение в частном случае выполнения клапанного коромысла в виде рычажной вилки; на фиг.4 представлено положение рабочего органа электромагнитного привода, когда газораспределительный клапан открыт; на фиг.5 - то же, но в период, когда газораспределительный клапан закрыт и зафиксирован в клапанном седле; на фиг.6 - то же, но когда газораспределительный клапан приоткрыт.

На чертежах приняты следующие обозначения: h - максимальное расстояние между статорами подвижного открывающего и неподвижного закрывающего электромагнитных соленоидов при полном открытии клапана; - максимальный рабочий зазор между статором и якорем третьего фиксирующего электромагнита, определяемый максимальным ходом клапана; L - регулируемый зазор между якорем и статором третьего фиксирующего электромагнита, когда он выключен, а закрывающий электромагнитный соленоид - включен; - радиальный технологический зазор между ферромагнитными якорями и статорами открывающего и закрывающего электромагнитных соленоидов; N1 и N2 - плечи клапанного коромысла.

Электромагнитный привод газораспределительного клапана поршневого двигателя (см. фиг.1) содержит немагнитный корпус 1, например, алюминиевый, с размещенными в нем тремя электромагнитами. Первый электромагнит 2 составлен из магнитопроводного статора 3 и токопроводной катушки 4, внутри которых расположен ферромагнитный якорь 5. Второй электромагнит 6 составлен из магнитопроводного статора 7 и токопроводной катушки 8, внутри которых расположен ферромагнитный якорь 9. Третий электромагнит 10 составлен из магнитопроводного статора 11 и токопроводной катушки 12, над которыми расположен ферромагнитный якорь 13, выполненный в виде диска. Внутри корпуса 1 по оси его симметрии расположен рабочий орган 14, связанный с газораспределительным клапаном поршневого двигателя с помощью механизма сочленения (на фиг.1 не показан). Рабочий орган 14 выполнен в виде подвижного сердечника 15, который составлен из трех ферромагнитных якорей 5, 9 и 13, установленных последовательно на общем немагнитном стержне 16 из нержавеющей стали с использованием алюминиевых распорных втулок 17, 18 и 19 с возможностью взаимодействия каждого из ферромагнитных якорей 5, 9 и 13 с соответствующим магнитопроводным статором 3, 7 или 11 электромагнитов 2, 6 и 10. При этом два электромагнита 2 и 6 функционально являются приводными, а электромагнит 3 - фиксирующим.

Согласно изобретению первый приводной электромагнит 2 выполнен в виде открывающего электромагнитного соленоида со своим ферромагнитным якорем 5, а второй приводной электромагнит выполнен в виде закрывающего электромагнитного соленоида 6 со своим ферромагнитным якорем 9. При этом открывающий электромагнитный соленоид 2 установлен в верхней части немагнитного корпуса 1 со стороны его крышки 20 с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения его статора 3 вдоль общего подвижного сердечника 15 внутри полости (на черт. не обозначена) между крышкой 20 из немагнитного материала, например из алюминия, и статором 7 закрывающего электромагнитного соленоида 6 посредством попеременной подачи рабочей жидкости в верхнюю или нижнюю части 21 и 22 полости, соответственно, образованные над и под открывающим электромагнитным соленоидом 2. Для подачи рабочей жидкости, а также для ее отбора предусмотрены штуцеры 23 и 24 в немагнитном корпусе 1. Закрывающий электромагнитный соленоид 6 установлен в средней части немагнитного корпуса 1 на заданном расстоянии h от статора 3 открывающего электромагнитного соленоида 2 с жесткой фиксацией относительно немагнитного корпуса 1, для чего предусмотрено основание 25, выполненное из немагнитного материала, например из алюминия, которое жестко закреплено внутри немагнитного корпуса 1. Ферромагнитные якори 5 и 9 электромагнитных соленоидов 2 и 6 установлены внутри их статоров 3 и 7, соответственно, с заданным радиальным технологическим зазором относительно последних. Третий - фиксирующий электромагнит 10 выполнен в виде смыкающегося электромагнита и установлен на немагнитном донце 26 немагнитного корпуса 1. При этом ферромагнитный якорь 13 третьего электромагнита 10 закреплен на нижнем конце общего немагнитного стержня 16 и выполнен в виде диска.

Немагнитный корпус 1 с рабочим органом 14 привода размещен на наружной боковой поверхности 27 поршневого двигателя 28 (см. фиг.2), а механизм сочленения (на черт. не обозначен) рабочего органа 14 привода с газораспределительным клапаном 29 выполнен в виде наружного механического передаточного звена (на черт. не обозначен), состоящего из штанги 30 и клапанного коромысла 31 с конструктивно заданным передаточным отношением его плеч N1 и N2, при этом штанга 30 и клапанное коромысло 31 шарнирно соединены между собой, а также с клапаном 29 и рабочим органом 14 привода посредством втулок 32. В описываемом устройстве, в частном случае, применено передаточное отношение плеч N1 и N2 клапанного коромысла 31, равное единице.

Кроме этого, в конструкции привода (см. фиг.1) предусмотрены элементы 33 и 34 уплотнения, обеспечивающие герметичность немагнитного корпуса 1, а третий фиксирующий электромагнит 10 дополнительно снабжен регулировочным винтом 35, установленным с упором относительно донца 26, для регулировки положения его магнитопроводного статора 11 относительно дискового ферромагнитного якоря 13 с использованием эластичной прокладки 36. При наладке поршневого двигателя 28. регулировочным винтом 35 осуществляется установка минимального зазора L между клапаном 29 и клапанным седлом 37. В устройстве предусмотрена также сливная полость 38 для рабочей жидкости. Для предотвращения перекрытия проходных сечений штуцеров 23 и 24 подвижным статором 3 при его возвратно-поступательном перемещении в полости между частями 21 и 22 в них предусмотрены упоры 39 и 40. При этом немагнитный корпус 1 выполнен герметичным и с наружным охлаждением.

Электромагнитный привод может быть выполнен с возможностью одновременного управления группой из двух-трех однотипных газораспределительных клапанов 29, при этом клапанное коромысло 31 механического передаточного звена выполнено в виде рычажной вилки 41 (см. фиг.3).

В частном случае наружное охлаждение немагнитного корпуса 1 привода может быть реализовано, например, в виде собственного охлаждающего контура 42, подключенного к охлаждающему контуру 43 (см. фиг.1 и 2) системы охлаждения (на черт. не показана) поршневого двигателя 28 с помощью штуцеров 44 и 45.

В другом частном случае наружное охлаждение немагнитного корпуса 1 может быть выполнено посредством его установки непосредственно в охлаждающем контуре 43 системы охлаждения поршневого двигателя 28 (см. фиг.2).

Применительно к одному клапану электромагнитный привод работает следующим образом.

Когда ключ зажигания автомобиля выключен, сигнал управления не формируется. При этом рабочий орган 14 электромагнитного привода и связанный с ним клапан 29 находятся в произвольном положении, т.к. токопроводные катушки 4, 8 и 12 соответствующих электромагнитов 2, 6 и 10 обесточены (см. фиг.1 и 2). После включения ключа зажигания, но при неработающем поршневом двигателе, от устройства управления (на черт. не показано) поступает сигнал, по которому срабатывает закрывающий электромагнитный соленоид 6, и его ферромагнитный якорь 9 занимает центральное положение в статоре 7 (см. фиг.6). При этом рабочий орган 14 устанавливается в промежуточное положение, при котором клапан 29 остается приоткрытым, не доходя до клапанного седла 37 на расстояние, несколько превышающее размер теплового клапанного зазора. В таком приоткрытом состоянии клапан 29 посредством механического передаточного звена, составленного из штанги 30 и клапанного коромысла 31, и рабочего органа 14 (см. фиг.2), зафиксированного ферромагнитным якорем 9 в магнитном поле токопроводной катушки 8 (см. фиг.1), удерживается неподвижно до момента страгивания коленвала поршневого двигателя 28 с места. С этого момента устройство управления осуществляет управление работой клапана согласно стандартной программе. При этом управляющие импульсы напряжения от устройства управления подаются на токопроводные катушки 4, 8, и 12 электромагнитов 2, 6 и 10 поочередно в последовательности, соответствующей порядку работы поршневого двигателя 28.

Так при поступлении сигнала на открывающий электромагнитный соленоид 2 его ферромагнитный якорь 5 занимает центральное положение в статоре 3, а рабочий орган 14 занимает верхнее положение (см. фиг.4), при этом благодаря наличию механического передаточного звена, выполненного в виде штанги 30 и клапанного коромысла 31 (см. фиг.2), газораспределительный клапан 29 открывается. Для впускного клапана это соответствует такту «Впуск», а для выпускного - такту «Выпуск».

При последующей подаче сигнала на закрывающий электромагнитный соленоид 6 его ферромагнитный якорь 9 занимает центральное положение в статоре 7, а рабочий орган 14 - промежуточное положение (см. фиг.6), при котором клапан 29 посредством механического передаточного звена в виде штанги 30 и клапанного коромысла 31 (см. фиг.2) закрывается, но не полностью, так как остается некоторый зазор (на черт. не обозначен) между клапаном 29 и клапанным седлом 37. Размер этого зазора задается конструктивно так, чтобы он превышал естественный тепловой клапанный зазор, и при наладке поршневого двигателя устанавливается регулировочным винтом 35, закрепленным в донце 26 (см. фиг.1), в пределах 0,3-0,5 мм как и зазор L между дисковым ферромагнитным якорем 13 и статором 11 третьего фиксирующего электромагнита 10 (см. фиг.6). Равенство пределов указанных зазоров в данном случае обеспечивается передаточным отношением плеч N1 и N2 клапанного коромысла 31, равным единице. Зазор L устанавливается при обесточенных токопроводных катушках 4 и 12, но при включенной под напряжение сигнала токопроводной катушке 8. В процессе работы поршневого двигателя 28 благодаря зазору L обеспечивается бесшумная остановка клапана перед окончательным его закрытием, что происходит при последующей подаче управляющего сигнала на третий фиксирующий электромагнит 10. По этому сигналу дисковый ферромагнитный якорь 13 фиксирующего электромагнита 10 смыкается со статором 11, и рабочий орган 14 занимает крайнее нижнее положение (см. фиг.5), при этом клапан 29 плотно прижимается к клапанному седлу 37 (см. фиг.2) и полностью закрывается.

Подачей сигнала на закрывающий электромагнитный соленоид 6 по специальной программе управления клапанами можно обеспечить требуемое перекрытие клапанов, а также стабильный холостой ход поршневого двигателя.

Благодаря тому, что в конструкции привода внутри немагнитного корпуса 1 между его крышкой 20 и закрывающим электромагнитным соленоидом 6 предусмотрена полость, состоящая из верхней и нижней частей 21 и 22, соответственно, статор 3 открывающего электоромагнитного соленоида 2 имеет возможность перемещаться возвратно-поступательно вдоль общего подвижного сердечника 15 под действием попеременной подачи рабочей жидкости в верхнюю или нижнюю части 21 или 22 упомянутой полости через соответствующие штуцеры 23 и 24. В результате у привода появляется новое свойство, а именно, возможность управления величиной хода (степенью открытия) клапана 29 в процессе его работы. Таким образом, необходимость в дроссельной заслонке отпадает.

Максимальное расстояние h между подвижным статором 3 и неподвижным статором 7 соответствующих электромагнитных соленоидов 2 и 6 задается конструктивно, так, чтобы оно было не меньше высоты статора 3. Поскольку соответствующие открывающему и закрывающему электромагнитным соленоидам 2 и 6 ферромагнитные якори 5 и 9 установлены на немагнитном стержне 16 с заданным радиальным технологическим зазором относительно соответствующих магнитопроводных статоров 3 и 7, то из частей 21 и 22 общей полости рабочая жидкость через зазоры и по скользящему внутри основания 25 подвижному сердечнику 15 поступает в сливную полость 38. При этом рабочая жидкость дополнительно выполняет функцию смазки для всех подвижных элементов привода. При этом немагнитный корпус 1, благодаря скольжению с посадочным уплотнением рабочего органа 14 в крышке 20, обладает достаточной степенью герметичности, что предотвращает потери рабочей жидкости.

Оптимальным вариантом установки описанной конструкции электромагнитного привода газораспределительного клапана 29 является размещение немагнитного корпуса 1 с рабочим органом 14 на наружной боковой поверхности 27 поршневого двигателя 28 (см. фиг.2), а не под его клапанной крышкой. Это дает возможность снизить тепловые нагрузки на элементы привода, а также позволяет значительно уменьшить вертикальный размер (высоту) поршневого двигателя 28. Снижению тепловых нагрузок на привод в целом способствует также и то, что немагнитный корпус 1 выполнен с наружным охлаждением, которое может быть выполнено с использованием разных конструктивных вариантов.

При установке электромагнитного привода на наружной боковой поверхности 27 поршневого двигателя 28 механизм сочленения рабочего органа 14 с клапаном 29 выполнен в виде наружного механического передаточного звена, состоящего из штанги 30 и клапанного коромысла 31 с конструктивно заданным передаточным отношением плеч N1 и N2, при этом штанга 30 и клапанное коромысло 31 шарнирно посредством втулок 32 соединены между собой, а также с клапаном 29 и рабочим органом привода 14, чем надежно обеспечивается передача возвратно-поступательных перемещений рабочего органа 14 на газораспределительный клапан 29 с заданном передаточным отношением. Изменение передаточного отношения плеч N1 и N2 дает возможность получать требуемый максимальный ход клапана при уменьшенном перемещении рабочего органа 14 электромагнитного привода. Внутри немагнитного корпуса 1 возвратно-поступательное перемещение статора 3 открывающего электромагнитного соленоида 2, в режиме управления ходом клапана без применения дроссельной заслонки, надежно обеспечено наличием упоров 39 и 40, которые предотвращают перекрытие проходных сечений штуцеров 23 и 24.

В частном случае клапанное коромысло 31 может быть выполнено в виде рычажной вилки 41 (см. фиг.3). Это дает возможность электромагнитному приводу управлять группой из двух-трех однотипных газораспределительных клапанов и тем самым значительно упростить конструкцию многоклапанного газораспределительного механизма (на черт. не показан) поршневого двигателя 28.

Наружное охлаждение немагнитного корпуса 1 привода в частном случае может быть реализовано с применением собственного охлаждающего контура, выполненного, например, в виде цилиндрической колбы 42 с уплотнителями 33 и 34, подключенной штуцерами 44 и 45 к охлаждающему контуру 43 системы охлаждения поршневого двигателя 28 (см. фиг.1 и 2).

Оба варианта реализации наружного охлаждения немагнитного корпуса 1 обеспечивают надежное охлаждение электромагнитного привода в целом, в дополнение к охлаждению за счет расположения привода на боковой поверхности 27 поршневого двигателя 28.

Таким образом, изобретение позволяет снизить тепловые нагрузки на элементы электромагнитного привода при условии обеспечения минимальных динамических нагрузок на газораспределительный клапан при его закрытии, снизить затраты электроэнергии, потребляемой из бортовой сети автомобиля на открытие клапана, обеспечить возможность управления величиной хода клапана без применения дроссельной заслонки, а также обеспечить возможность увеличения вертикального размера электромагнитного привода, не приводящего к увеличению высоты поршневого двигателя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Электромагнитный привод газораспределительного клапана поршневого двигателя, содержащий немагнитный корпус с размещенными в нем тремя электромагнитами, два из которых приводные, а один фиксирующий, рабочий орган привода, связанный с газораспределительным клапаном поршневого двигателя с помощью механизма сочленения и выполненный в виде подвижного сердечника, составленного из трех ферромагнитных якорей, установленных последовательно на общем немагнитном стержне с возможностью взаимодействия каждого из них с соответствующим электромагнитом, и устройство управления, отличающийся тем, что первый приводной электромагнит с соответствующим ферромагнитным якорем выполнен в виде открывающего электромагнитного соленоида и установлен в верхней части немагнитного корпуса со стороны его крышки с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения его статора вдоль общего подвижного сердечника внутри полости между крышкой немагнитного корпуса и статором второго приводного электромагнита посредством попеременной подачи рабочей жидкости соответственно в верхнюю и нижнюю части полости, образованные над и под открывающим электромагнитным соленоидом, второй приводной электромагнит с соответствующим ферромагнитным якорем выполнен в виде закрывающего электромагнитного соленоида и установлен в средней части немагнитного корпуса на заданном расстоянии от статора открывающего электромагнитного соленоида с жесткой фиксацией относительно немагнитного корпуса, третий, фиксирующий, электромагнит выполнен в виде смыкающегося электромагнита и установлен на донце немагнитного корпуса, а его ферромагнитный якорь закреплен на нижнем конце общего немагнитного стержня и выполнен в виде диска, при этом ферромагнитные якори электромагнитных соленоидов установлены внутри их статоров с заданным радиальным технологическим зазором относительно последних, немагнитный корпус с рабочим органом привода размещен на наружной боковой поверхности поршневого двигателя, а механизм сочленения рабочего органа привода с газораспределительным клапаном выполнен в виде наружного механического передаточного звена, состоящего из штанги и клапанного коромысла с конструктивно заданным передаточным отношением, при этом штанга и клапанное коромысло шарнирно соединены между собой, а также с клапаном и рабочим органом привода, причем третий фиксирующий электромагнит дополнительно снабжен регулировочным винтом, установленным с упором со стороны донца, а немагнитный корпус выполнен герметичным и с наружным охлаждением.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью одновременного управления группой из двух-трех однотипных газораспределительных клапанов, при этом клапанное коромысло механического передаточного звена выполнено в виде рычажной вилки.

3. Привод по п.1 или 2, отличающийся тем, что наружное охлаждение немагнитного корпуса выполнено в виде собственного охлаждающего контура, подключенного к охлаждающему контуру системы охлаждения поршневого двигателя.

4. Привод по п.1 или 2, отличающийся тем, что наружное охлаждение немагнитного корпуса выполнено посредством его установки непосредственно в охлаждающем контуре системы охлаждения поршневого двигателя.

www.freepatent.ru

Электромагнитный привод газораспределительного клапана поршневого двигателя

На чертежах приняты следующие обозначения: h - максимальное расстояние между статорами подвижного открывающего и неподвижного закрывающего электромагнитных соленоидов при полном открытии клапана; δ - максимальный рабочий зазор между статором и якорем третьего фиксирующего электромагнита, определяемый максимальным ходом клапана; L - регулируемый зазор между якорем и статором третьего фиксирующего электромагнита, когда он выключен, а закрывающий электромагнитный соленоид - включен; Δ - радиальный технологический зазор между ферромагнитными якорями и статорами открывающего и закрывающего электромагнитных соленоидов; N1 и N2 - плечи клапанного коромысла.

Согласно изобретению первый приводной электромагнит 2 выполнен в виде открывающего электромагнитного соленоида со своим ферромагнитным якорем 5, а второй приводной электромагнит выполнен в виде закрывающего электромагнитного соленоида 6 со своим ферромагнитным якорем 9. При этом открывающий электромагнитный соленоид 2 установлен в верхней части немагнитного корпуса 1 со стороны его крышки 20 с возможностью скользящего возвратно-поступательного перемещения его статора 3 вдоль общего подвижного сердечника 15 внутри полости (на черт. не обозначена) между крышкой 20 из немагнитного материала, например из алюминия, и статором 7 закрывающего электромагнитного соленоида 6 посредством попеременной подачи рабочей жидкости в верхнюю или нижнюю части 21 и 22 полости, соответственно, образованные над и под открывающим электромагнитным соленоидом 2. Для подачи рабочей жидкости, а также для ее отбора предусмотрены штуцеры 23 и 24 в немагнитном корпусе 1. Закрывающий электромагнитный соленоид 6 установлен в средней части немагнитного корпуса 1 на заданном расстоянии h от статора 3 открывающего электромагнитного соленоида 2 с жесткой фиксацией относительно немагнитного корпуса 1, для чего предусмотрено основание 25, выполненное из немагнитного материала, например из алюминия, которое жестко закреплено внутри немагнитного корпуса 1. Ферромагнитные якори 5 и 9 электромагнитных соленоидов 2 и 6 установлены внутри их статоров 3 и 7, соответственно, с заданным радиальным технологическим зазором Δ относительно последних. Третий - фиксирующий электромагнит 10 выполнен в виде смыкающегося электромагнита и установлен на немагнитном донце 26 немагнитного корпуса 1. При этом ферромагнитный якорь 13 третьего электромагнита 10 закреплен на нижнем конце общего немагнитного стержня 16 и выполнен в виде диска.

Применительно к одному клапану электромагнитный привод работает следующим образом.

Максимальное расстояние h между подвижным статором 3 и неподвижным статором 7 соответствующих электромагнитных соленоидов 2 и 6 задается конструктивно, так, чтобы оно было не меньше высоты статора 3. Поскольку соответствующие открывающему и закрывающему электромагнитным соленоидам 2 и 6 ферромагнитные якори 5 и 9 установлены на немагнитном стержне 16 с заданным радиальным технологическим зазором Δ относительно соответствующих магнитопроводных статоров 3 и 7, то из частей 21 и 22 общей полости рабочая жидкость через зазоры Δ и по скользящему внутри основания 25 подвижному сердечнику 15 поступает в сливную полость 38. При этом рабочая жидкость дополнительно выполняет функцию смазки для всех подвижных элементов привода. При этом немагнитный корпус 1, благодаря скольжению с посадочным уплотнением рабочего органа 14 в крышке 20, обладает достаточной степенью герметичности, что предотвращает потери рабочей жидкости.

www.findpatent.ru

Клапаны карбюратора: виды и назначения

Ищем двух авторов для нашего сайта, которые ОЧЕНЬ хорошо разбираются в устройстве современных автомобилей.Обращаться на почту [email protected].

Карбюратор с клапанами

Электромагнитный клапан и игольчатый клапан карбюратора – это два устройства, позволяющих уменьшить расход бензина вашего автомобиля.

Карбюраторы всех типов и марок оснащаются данными устройствами, независимо от их мощности. Отличается только лепестковый клапан, устанавливающийся на двухтактные двигатели.

Клапаны карбюратора имеют свои основные отличия и принципы действия, но назначение всех типов одинаково – снизить расход бензина и сделать работу двигателя более стабильной и ровной.

Виды клапанов карбюратора

Современные карбюраторы оснащаются тремя основными конструкциями клапанов:

Наиболее известный и необходимый в каждом устройстве двигателя – электромагнитный клапан карбюратора;
Игольчатый клапан карбюратора и его поплавковой камеры;
Лепестковый клапан, устанавливаемый на всех двухтактных бензиновых механизмах.

Разберем каждое из перечисленных устройств подробнее.

Электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан карбюратора

Карбюратор двигателя, работающего на холостых оборотах, прекращает подачу горючей смеси в камеры сгорания, но для работы необходима подача, пускай, и малого количества топлива и кислорода для горения. Воздух, попадая в клапан холостого хода карбюратора, смешивается с топливом, проходит в камеры сгорания. Эта система предусматривает подачу бензина беспрерывно, но питание для разных оборотов требует различного уровня топлива. При работе двигателя может происходить заливание свечей бензином, влияет на это — движении с горы или торможение двигателем. Для устранения таких ситуаций и экономии топлива предусмотрена система электромагнитного клапана карбюратора.

Как работает клапан

Зная принцип работы, можно вовремя определить и устранить неисправность топливной системы двигателя.

Схема экономайзера карбюратора снабжена входящей и выходящей цепью. При этом в схеме входящей цепи предусмотрена установка концевого выключателя и провода, идущего на коммутатор. Концевик на дроссельной заслонке передает информацию о степени нажатия педали газа. Замыкание на массу происходит при отжатой педали газа. При нажатии не нее, происходит отключение контакта.

Провод, идущий от концевика и соединяющий экономайзер, передает информацию о количестве импульсов на катушку зажигания. Это позволяет системе узнать количество оборотов на данную минуту. При этом в выходящей цепи холостого хода карбюратор оснащен электромагнитным клапаном. С помощью экономайзера есть возможность произвести включение и выключение устройства.

При наборе оборотов устройство перекрывает подачу бензина, закрывая топливный жиклер холостого хода. Этим достигается экономия топлива. На невыжатой педали газа и при оборотах меньше 2000 на тахометре концевик, замыкаясь на провод массы, производит открытие электромагнита холостого хода. Двигатель начинает набирать обороты, происходит размыкание цепи, но закрытие происходит только при оборотах свыше 2000.

И в тоже время, открытие устройства не произойдет, пока двигатель не станет работать с числом вращения менее 1800 об/мин. При движении машины накатом на передаче система не включится — и в случае понижения количества оборотов, и в случае повышения их. Экономайзер среагирует только за положением заслонки.

Преимущества применения

Электромагнитное устройство, выполняя свою работу, позволяет добиться следующих положительных результатов.

Регулируя подачу бензина на работающем двигателе, с помощью электромагнитного клапана холостого хода карбюратор понижает расход смеси, закрывает главный топливный жиклер. Перекрывая подачу, через каналы устройства воздуха и смеси производится дозировка, необходимая для бесперебойной работы мотора. Двигатель, работая в таком оптимальном режиме, без сильных перегрузок не изнашивается, увеличивается срок капитального ремонта агрегата. Оптимальный цикл работы двигателя понижает уровень выброса угарного газа в атмосферу.

Игольчатый клапан

Для ровной работы любого двигателя внутреннего сгорания важно поступление в камеру сгорания качественной, насыщенной воздухом смеси. Воздушный поток и его объем зависят от объемов цилиндров двигателя, а игла карбюратора регулирует подачу бензина для смеси. Перед попаданием в камеру диффузора и перемешиванием с кислородом топливо поступает в камеру с поплавком. Поплавок регулирует подачу топлива в камеру, поднимаясь при заполнении и приводя в действие иглу клапана, перекрывающего подачу бензина.

Уровень при работе падает, поплавок, опускаясь, отжимает иглу от входного отверстия. Топливо опять поступает в поплавковую камеру. При нормальном состоянии иглы и седла корпуса, закрывание производится надежно, но при долгой работе узел может выйти из строя. Все неисправности игольчатого клапана подразделяют на 2 вида:

ненадежное перекрывание канала;
игла из-за повреждения может не выходить из седла.

При первой неисправности — игла не полностью закрывает отверстие, бензин просачивается в камеру диффузора. Двигатель продолжает работать без перебоев. Определить проблему можно только по повышенному потреблению бензина. При втором виде поломки — двигатель начинает работать неровно и завести машину не получится, поэтому эту поломку достаточно легко обнаружить.

Снимаем воздушный фильтр, производим осмотр диффузора. Двигатель при этом работает на холостых оборотах. Если появляются потеки и проступает бензин на стенках карбюратора, запорный клапан неисправен и требуется ремонт. Для надежной работы необходимо заливать только качественный бензин, при попадании абразива под иглу может произойти поломка устройства.

Лепестковый клапан

Обратный клапан, устанавливающийся на бензиновых механизмах двухтактного типа. Лепестковый клапан пропускает через себя газ или жидкость, но только в одну сторону, блокируя их обратное течение. Широко применяется в осевом вентиляторе, не допускает обратное попадание «грязного» воздуха в здание. В двигателях — препятствует возврату бензина из двигателя в карбюратор.

Лепестки этого клапана изготовлены из гибкого материала. Поршень в цилиндре идет на сжатие. Из-за разных величин давления в камерах сгорания, лепестковый клапан открывает отверстие в корпусе, пропуская воздушно – топливную смесь. Поршень доходит до верхней точки и начинает движение вниз. Давление приводит в действие лепестки, они перекрывают поступление бензина. Принцип действия достаточно прост, но установка лепесткового клапана в карбюратор предоставляет несколько преимуществ.

Повышается экономичность двигателя. При открывании лепестков в камеру поступает смесь до момента достижения поршня верхнего положения. Как только он двинулся вниз, клапан закрывает подачу смеси и не позволяет ей выйти из камеры сгорания. Это оптимизирует работу двигателя и предохраняет от выброса в атмосферу топлива и большого количества угарного газа.

Лепестковые клапаны повышают мощность агрегата на среднем и малом уровне оборотов. Это происходит из-за того, что в камеру сгорания попадает больше смеси, она не выбрасывается наружу, а полностью сгорает, приводя в движение поршень.

Карбюратор, снаряженный клапанами

Не экономьте на запасных частях, покупая качественную деталь у проверенного поставщика, вы не только увеличите срок службы отдельного узла, но и повысите уровень работоспособности всего двигателя.

Не следует экономить и покупать некачественный бензин у неизвестного продавца. Помните – сэкономив копейку на дешевом бензине – вы потратите тысячу на ремонт вашего карбюратора и всей топливной системы автомобиля.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

swapmotor.ru

Электромагнитный клапан отсечки топлива - как он устроен?

Электромагнитный клапан для отсечки топлива, как понятно из названия, регулирует подачу топлива из бензинового бака к системе двигателя. Бензин будет поступать в двигатель, только, если клапан откроется. Если же клапан закрыт, значит бензин не сможет попасть в двигатель. Клапан отсечки топлива присутствует на карбюраторных авто. Также такой механизм устанавливают и на инжекторных двигателях. Кроме того, клапан для отсечки подачи топлива создатели авто задействуют в конструкции иммобилайзера с целью увеличения его надёжности.

1. Бензоклапан как часть карбюратора.

Бензоклапан – это составляющий компонент экономайзера принудительного холостого хода. Этот экономайзер располагается в карбюраторном корпусе. Система экономайзера принудительного холостого хода состоит из таких элементов:

1. Клапан для отсечки топлива.

2. Клапан для принудительного холостого хода.

3. Блок электронного управления.

4. Микропереключатель.

Двигатель останавливает свою работу, когда бензоклапан прекращает подавать топливо. Если водитель включает принудительный холостой ход (торможение при помощи двигателя), бензоклапан отсекает подачу топлива в карбюратор, а система экономайзера закрывает впускной трубопровод. Рассмотрим работу экономайзера. Когда обороты двигателя превышают значение 1700 оборотов в минуту, экономайзер перестаёт питать обмотку электромагнитного клапана. В это время двигатель начинает дополнительный подсос воздуха, благодаря которому топливная смесь становиться более разреженной и беднеет. Такое обеднение влияет на мощность всего двигателя. В это время с помощью пружины клапан закрывает холостой канал.

Когда под воздействием всего этого обороты двигателя упадут ниже значения 1300 оборотов в минуту, на бензоклапан начнёт подаваться электричество. Воздушная диафрагма закрывается и в канале создаётся разрежение. В это же время клапан экономайзера открывается и даёт доступ для топлива, после чего электричество перестаёт подаваться на обмотки отсекателя. Такой принцип действия помогает избежать самовозгорания двигателя даже при включённом зажигании.

Микровыключатель, который предусмотрен в конструкции экономайзера, имеет возможность подачи тока прямо на клапан без необходимости передавать сигнал через блок управления. Таким образом, бензоклапан для отсечки топлива вмести со всей системой экономайзера выполняет две основные функции:

1. На холостом ходу перекрывает подачу топлива в двигатель, благодаря чему осуществляется значительная экономия топлива и снижаются токсичные выбросы в атмосферу.

2. Когда выключается зажигание автомобиля, система перестаёт подавать топливо в двигатель. А это предотвращает самовоспламенения топлива в цилиндрах.

Вторая функция крайне важна в том случае, когда двигатель старый и очень изношен, а также имеет обильные отложения сажи и гари на своих составляющих элементах. Даже бензиновые двигателя с зажиганием от свечи иногда терпят возгорание топливной смеси вовсе не от искры, а под воздействие перегретых деталей двигателя. Такими деталями могут служить изоляторы свечей зажигания, если их подобрали с неправильным калильным числом (калильное число – это возможности элемента накапливать в себе тепло). Из-за этого, если топливо продолжает подаваться, двигатель продолжает работать даже в случае выключения зажигания. Бензоклапан же перекрывает подачу топлива, исключая возможность самовозгорания. Клапан для отсечки топлива – это одно из главных устройств в системе двигателя. И если он неисправен, то двигатель даже не запуститься. Неисправность электромагнитного бензоклапана можно диагностировать по таким признакам:

1. Автомобиль не получается завести даже если все системы работают нормально и бак для топлива наполнен.

2. Двигатель продолжает свою работу даже после того, как было выключено зажигание.

Причиной таких неисправностей практически всегда является нарушение функциональности клапана для отсечки топлива, поэтому его следует срочно проверить на предмет исправной работы. Точно определить, что причина неисправности находиться в клапане можно самостоятельно следующим образом:

1. Нужно убедиться, что провод для питания клапана отсечки находиться в исправном состоянии.

2. Повернуть ключ (можно кого-нибудь попросить это сделать), а в это время нагнуться к карбюратору и прислушаться, сработал ли клапан. При своей работе он издаёт довольно громкие и отчётливо слышимые щёлкающие звуки. Если вы не заметили подобного звука, значит на клапан перестало подаваться питание или он вышел из строя.

2. Клапан в инжекторной системе.

Клапан в инжекторной системе ещё называют регулятором холостого хода клапанного типа. По своей конструкции, это шаговый двигатель с подпружиненной конусной иголкой. Принцип работы состоит в следующем. Когда двигатель работает на холостом ходу, проходное сечение его канала для подачи воздуха увеличивается даже несмотря на прикрытую дроссельную заслонку. В это время к двигателю поступает необходимое для его работы количество воздуха.

Датчик, отвечающий за потребление воздуха, контролирует ещё и подачу горючего в двигатель через инжекторы, соответственно количеству потребляемого двигателем воздуха. Блок электронного управления отслеживает все процессы в работающем двигателе и управляет регулятором холостого хода посредством регулировки подачи воздуха. Таким образом, если двигатель был прогрет до нужной температуры, контроллер будет поддерживать холостые обороты. Если же двигатель не был прогрет до рабочей температуры, то клапан отроется больше. И это повысит обороты двигателя, что обеспечит прогревание авто на повышенных значениях оборотов. Это помогает автомобилисту начинать движение без необходимости предварительного прогрева двигателя.

Клапан располагается в основании дроссельной заслонки и крепиться к ней с помощью специальных винтов. Стоит помнить, что это исключительно исполнительный элемент двигательной системы. Поэтому в нём отсутствует возможность самостоятельной диагностики (если он сломается, то на приборной панели элемент «Check engine» мигать не будет). Как же узнать, что клапан вышел из строя? Есть несколько признаков неисправности электромагнитных клапанов:

1. Когда происходит движение на холостом ходу, водитель слышит неустойчивые обороты.

2. Наблюдаются нестабильные и самопроизвольные вибрации внутри салона.

3. Когда водитель пытается перейти на нейтральную передачу, двигатель перестаёт работать.

4. Наблюдаются низкие обороты во время запуска холодного двигателя.

5. Обороты двигателя снижаются при значительных дополнительных нагрузках (во время включения кондиционера, освещения, фар и т. д.).

При обнаружении подобных признаков, клапан можно демонтировать из инжекторной системы для его замены или для прочистки и смазки фланцевого уплотнительного кольца маслом. В автомобилях с карбюраторными двигателями электромагнитные клапаны выполняют функцию и подачи топлива, и открытия дроссельной воздушной заслонки. В авто с инжекторными двигателями это две функции выполняются отдельно. За перекрывание топливного канала отвечает клапан бензонасоса. Когда давление в середине магистрали падает, он приоткрывается и позволят топливу поступать к двигателю. Это топливо может быть использовано не полностью. В таком случае, оно вернётся обратно в бензиновый бак тем же путём под действием собственного давления.

3. Задействование клапана отсечки топлива иммобилайзером.

Чтобы защита автомобиля от угона была максимально эффективной, на нём нужно устанавливать несколько систем охраны, которые объединены в один противоугонный охранный комплекс. Противоугонный охранный комплекс состоит из таких элементов:

1. Штатный иммобилайзер стандартной конструкции.

2. Сигнализация.

3. Система связи с водителем.

4. Система отслеживания местонахождения автомобиля.

5. Другие способы защиты авто от угона.

Каждая из этих составляющих по-разному реагирует на опасность. Если сигнализация издаёт звуки, то иммобилайзер производит блокировку всех самых важных узлов автомобиля: зажигания, стартера, системы подачи топлива, без которых завести автомобиль не получиться. Эта блокировка происходит при помощи электромагнитных реле, которые устанавливаются в местах электрическую цепь и находятся под управлением микропроцессора.

Клапан для отсечки топлива обеспечивает при необходимости перекрывание топливной магистрали. В обычном состоянии он перекрыт. Когда иммобилайзер работает, то микропроцессор контролирует, чтобы клапан не открылся во время включении зажигания. Если владелец автомобиля возвращается и отключает иммобилайзер, микропроцессор подаёт соответствующую команду на клапан, и он может включиться в работу.

Задействование клапана отсечки топлива в иммобилайзере – это одна из главных мер по обеспечению эффективной защиты автомобиля от угона. Это связано с тем, что электромагнитный клапан позволяет иммобилайзеру защитить не только электрическую цепь, но и механическую систему питания автомобильного двигателя. И это всё доставит дополнительные хлопоты для злоумышленников, на решение которых придётся потратить немало времени. Так что владелец с большей вероятностью сможет предотвратить угон своего авто.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?Да Нет

auto.today

5.2.7. Электромагнитный клапан остановки двигателя

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Предупреждение

При снятии клапана соблюдайте осторожность, чтобы в топливный насос не попала грязь.

Описываемая операция относится только к топливному насосу Bosch.

Электромагнитный клапан остановки двигателя расположен на торце топливного насоса высокого давления.

Его задача состоит в том, чтобы прекратить подачу топлива при выключении зажигания. В случае, если происходит разрыв электрической цепи в клапане или питающих проводах, невозможно будет запустить двигатель, поскольку топливо не будет поступать к форсункам. То же самое произойдет, если плунжер электромагнитного клапана заклинит в режиме остановки двигателя (клапан закрыт). Если плунжер электромагнитного клапана заклинит в открытом положении, двигатель невозможно будет остановить при выключении зажигания.

Если вышла из строя обмотка электромагнитного клапана и двигатель невозможно запустить, можно произвести следующий временный ремонт, сняв клапан и установив его обратно без плунжера и пружины. Двигатель теперь можно запускать в обычном режиме, а выключать, используя рычаг ручной остановки двигателя на топливном насосе высокого давления.

Снятие

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Отсоедините отрицательную клемму аккумулятора.
	2. Снимите резиновый чехол, затем отвинтите гайку и снимите провод с электромагнитного клапана (указан стрелкой).
3. Тщательно очистите место вокруг электромагнитного клапана, затем отвинтите и извлеките электромагнитный клапан с кольцевым уплотнением.

Установка

Установка производится в последовательности, обратной снятию.

carmanz.com