Двигатель без клапанных пружин: новые технологии двигателестроения

Как известно, сегодня поршневой двигатель внутреннего сгорания практически достиг предела своего совершенства, то есть значительно улучшить или доработать различные версии силового агрегата данного типа не представляется возможным.

Конечно, в информационном пространстве встречается информация об уникальных двигателях с максимально увеличенной степенью сжатия (двигатель Ибадуллаева), двигателях без коленвала (например, двигатель Баландина) и т.д., однако такие моторы представляют собой единичные опытные экземпляры-прототипы.

При этом детальная конструкция держится в секрете и не доступна широким массам, нет никаких предпосылок для начала серийного производства подобных ДВС, ставится под сомнение реальная работоспособность таких силовых установок и т.д.

Если же говорить об инновациях, которые пошли в серию, сегодня особый интерес представляют разве что бензиновые и дизельные двигатели Mazda SkyActiv. Однако на этом эволюция ДВС все равно не прекратилась. Далее мы рассмотрим, что такое двигатель, который имеет магнитные клапаны, а также какие преимущества в перспективе имеет данное решение.

Содержание статьи

• Доработка ГБЦ: магниты вместо пружин клапана
• Перспективы двигателя с магнитными клапанами
• Что в итоге

Доработка ГБЦ: магниты вместо пружин клапана

Итак, давно известно, что потери полезной энергии на трение и приведение в действие различных механизмов и узлов в ДВС довольно значительные. Не трудно догадаться, если такие потери снизить, это будет означать, что силовая установка станет мощнее и экономичнее.

Идем далее. Если от коленвала, поршней и шатунов в блоке цилиндров избавиться не так просто, то тюнинг ГБЦ представляет собой вполне посильную задачу. В двух словах,  наиболее перспективным и одновременно простым решением является исключение клапанных пружин из конструкции ГРМ.

Такой подход в перспективе позволит увеличить КПД бензинового мотора на 10 или даже 12 процентов. Результат — бензиновый агрегат по топливной экономичности и ряду других  показателей вплотную приблизится к дизельному.

Чтобы было понятнее, для начала необходимо рассмотреть принцип работы обычного механизма ГРМ с распредвалом и пружинами клапанов. В двух словах, механизм газораспределения работает так, что в результате вращения распределительного вала на клапан воздействует толкатель.

Это позволяет клапану открыться в строго заданный момент и оставаться открытым определенный промежуток времени. Также дополнительно имеется пружина, которая  принудительно закрывает клапан сразу после того, как усилие от толкателя ослабевает.

Так вот, указанные пружины отнимают достаточно много энергии у распредвала. Фактически, двигателю нужно преодолевать усилие пружины, «продавливая» кулачком распредвала, чтобы открыть клапан. Силовой агрегат на продавливание только одной упругой пружины тратит около 30-100 кг. на сжатие, что очень много.

Если к этому добавить, что большинство современных ДВС имеют два распредвала и 16 клапанов, становится понятно, что большую часть энергии  мотор расходует именно для поддержания работы ГРМ.

Так вот, недавно появилась информация о том, что был создан двигатель, который вместо клапанных пружин получил магниты. Разработка принадлежит отечественным новаторам. Если коротко, вместо привычного распредвала с кулачками был установлен доработанный.

Такой вал получил особые магнитные эксцентрики. Эксцентрики притягивают клапан, обеспечивая постоянное зацепление. Получается, клапан «примагничен» к части вала, при этом в заданное время происходит открытие и закрытие клапана.

Получается, исключено давления клапанных пружин на распредвал, а также нет необходимости тратить энергию на преодоление усилия пружины для открытия клапана. В результате удается сэкономить много полезной энергии и увеличить КПД бензинового двигателя.

На практике, это позволяет достичь, в среднем, 30-40% экономии топлива на 100 км. пути, а также добиться прибавки мощности на 25-30%. Кстати, постройка такого двигателя была реализована на базе мотора ВАЗ Приора, а само изобретение создатели успешно запатентовали. Еще добавим, что в перспективе наличие магнитов на валу может позволить добиться еще более впечатляющих результатов.

Например, отдельные энтузиасты на профильных форумах обращают внимание на то, что если к мощным магнитам добавить еще и индукционные катушки,  тогда вполне можно избавиться и от автомобильного генератора. Это значит, что двигателю не нужно будет крутить отдельный агрегат, то есть еще больше должен увеличиться  показатель КПД двигателя. 

Перспективы двигателя с магнитными клапанами

Вполне логично, что схема такого устройства ГРМ является достаточно перспективной. Однако для многих скептиков работоспособность данного решения является предметом для споров, надежность также вызывает  определенные сомнения.

Начнем с того, что наибольшего внимания заслуживает сама реализация магнитного крепления, так как на высоких оборотах распредвала клапан может попросту потерять жесткую сцепку, что приведет к нарушениям работы ГРМ и даже может стать причиной непредвиденных поломок.

Единственный аргументом может служить само утверждение изобретателей, которые наглядно демонстрируют, что благодаря магнитам удается удерживать вес около 400 грамм. Этого вполне достаточно для нормальной работы механизма газораспределения с учетом любых оборотов и нагрузок.

Также скептики справедливо отмечают, что магниты являются мягкими, то есть они  не способны выдерживать температурные и ударные нагрузки. При этом решение в этом случае также имеется. Достаточно поместить магнит в металлическую оболочку, которую можно изготовить из сверхпрочных сплавов. В результате магнит будет защищен от повреждений.

Напоследок отметим, что магнит вполне может прийти в негодность через какое-то время (фактически, магнитное поле станет менее сильным и сцепка ослабнет). Такую возможность исключать не стоит, однако для того, чтобы произошло «размагничивание», необходимо много времени (несколько лет).

На практике привычный ГРМ также нуждается в обслуживании через определенный пробег (ослабевают пружины клапанов, изнашивается сам распредвал и т. д.). При этом в двигателе без клапанных пружин, который будет изначально экономичнее и мощнее, также можно сделать замену на новые магниты.

Что в итоге

Как видно, относительно простое и доступное решение внедрить магниты в устройство клапанного механизма позволяет заметно улучшить характеристики ДВС. При этом также стоит отметить  достаточно низкую себестоимость подобной инновации.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какой самый маленький дизельный двигатель. Из этой статьи вы узнаете о том, каково назначение такого двигателя, а также где используются подобные моторы.

С учетом того, что изобретение является запатентованным, вполне вероятно, что в ближайшем будущем такой разработкой заинтересуются представители отечественных и иностранных автоконцернов. В результате двигатель с магнитными клапанами без клапанных пружин имеет все шансы попасть в серийное производство.

Клапан электромагнитный: устройство и принцип работы

26.10.2016
#Клапан электромагнитный

Клапан электромагнитный: устройство и принцип работы

На всех типах автомобилей, автобусов, тракторов и спецтехники широко применяются устройства управления потоками жидкостей и газов — электромагнитные клапаны. О том, что такое электромагнитные клапаны, как они устроены и работают, и какое место занимают в автотракторной технике — читайте в этой статье.

Что такое электромагнитный клапан, и где он применяется?

Электромагнитный клапан — электромеханическое устройство для дистанционного управления потоками газов и жидкостей.

В автотракторной технике электромагнитные клапаны применяются в различных системах:

— В пневматической системе;

— В гидравлической системе;

— В топливной системе;

— Во вспомогательных системах — для дистанционного управления агрегатами трансмиссии, самосвальной платформой, навесными агрегатами и другими устройствами.

При этом электромагнитные клапаны решают две основных задачи:

— Управление потоками рабочей среды — подача сжатого воздуха или масла на различные агрегаты в зависимости от режима работы системы;

— Отключение подачи рабочей среды в аварийных ситуациях.

Данные задачи решаются различными по типам и конструкции электромагнитными клапанами, о чем необходимо рассказать подробнее.

Типы электромагнитных клапанов

В первую очередь электромагнитные клапаны делятся на две группы по типу рабочей среды:

— Воздух — пневматические клапаны;

— Жидкости — клапаны для топливной системы и различных по назначению гидравлических систем.

По количеству потоков рабочей среды и особенностям работы клапаны делятся на два типа:

— Двухходовые — имеют только два патрубка.

— Трехходовые — имеют три патрубка.

В двухходовых клапанах предусмотрено два патрубка — впускной и выпускной, между ними рабочая среда протекает только в одном направлении. Между патрубками находится клапан, который может открывать или перекрывать поток рабочей среды, обеспечивая ее подачу к агрегатам.

В трехходовых клапанах предусмотрено три патрубка, которые могут соединяться друг с другом в различных комбинациях. Например, в пневматических системах часто используются клапаны с одним впускным и двумя выпускными патрубками, и при различных положениях управляющего элемента сжатый воздух от впускного патрубка может подаваться на один из выпускных патрубков. С другой стороны, в клапанах ЭПХХ (экономайзера принудительного холостого хода) присутствует один выпускной и два впускных патрубка, которые обеспечивают подачу нормального атмосферного и пониженного давления на систему холостого хода карбюратора.

Двухходовые клапаны делятся на два типа по положению управляющего элемента при обесточивании электромагнита:

— Нормально открытые (НО) — клапан открыт;

— Нормально закрытые (НЗ) — клапан закрыт.

По типу привода и управления клапаны делятся на два типа:

— Клапаны прямого действия — управление потоком рабочей среды осуществляется только силой, развиваемой электромагнитом;

— Пилотные электромагнитные клапаны — управление потоком рабочей среды осуществляется частично за счет использования давления самой этой среды.

В автомобилях и тракторах чаще всего применяются более простые по конструкции клапаны прямого действия.

Также клапаны отличаются рабочими характеристиками (напряжением питания 12 или 24 В, условный проход и другие) и конструктивными особенностями. Отдельно стоит упомянуть о клапанах, которые могут собираться в блоки по 2-4 штуки — они благодаря определенному положению патрубков и крепежных элементов (проушин) могут объединяться в единую конструкцию с большим числом впускных и выпускных патрубков.

Общее устройство и принцип действия электромагнитных клапанов

Все электромагнитные клапаны, независимо от типа и назначения, имеют принципиально одинаковую конструкцию, и в них есть несколько основных компонентов:

— Электромагнит (соленоид) с якорем той или иной конструкции;

— Управляющий/запорный элемент (или элементы), соединенные с якорем электромагнита;

— Полости и каналы для потоков рабочей среды, соединенные со штуцерами или патрубками на корпусе;
— Корпус.

Также клапан может нести на себе различные вспомогательные элементы — устройства для регулировки натяжения пружин или хода управляющего устройства, сливные штуцеры, рукоятки для ручного управления потоками рабочей среды, выключатели для управления другими устройствами в зависимости от состояния клапана, фильтры и т.д.

Клапаны делятся на три группы по типу и конструкции управляющего элемента:

— Золотниковые — управляющий элемент выполнен в виде золотника, который может распределять потоки рабочей среды по каналам;

— Мембранные — управляющий элемент выполнен в виде эластичной мембраны;

— Поршневые — управляющий элемент выполнен в виде поршня, прилегающего к седлу.

При этом в клапане может быть один, два или более управляющих элементов, соединенных с одним якорем электромагнита.

Принцип работы электромагнитного клапана очень прост. Рассмотрим работу наиболее простого двухходового мембранного нормально закрытого клапана, используемого в системах подачи топлива. Когда клапан обесточен, якорь под действием пружины прижат к мембране, которая перекрывает канал и предотвращает поступление жидкости дальше по системе. При подаче тока на электромагнит в его обмотке возникает магнитное поле, за счет чего якорь втягивается внутрь — в этот момент мембрана, которая больше не прижимается якорем, под действием давления рабочей среды поднимается и открывает канал. При последующем снятии тока с электромагнита якорь под действием пружины вернется в первоначальное положение, прижмет мембрану и перекроет канал.

Двухходовые клапаны работают аналогичным образом, однако в них вместо мембраны используются либо золотники, либо управляющие элементы поршневого типа. Для примера рассмотрим конструкцию и работу клапана ЭПХХ карбюраторных автомобилей. При обесточенном электромагните якорь под действием пружины поднят вверх, и запорным элементом закрывает верхний штуцер, соединяя боковой и нижний (атмосферный) штуцеры — в этом случае на пневмоклапан ЭПХХ подается атмосферное давление, он закрыт и система холостого хода карбюратора не работает. При подаче тока на электромагнит якорь втягивается, преодолевая усилие пружины, закрывает нижний штуцер, одновременно открывая верхний, который связан с впускной трубой двигателя (где наблюдается пониженное давление) — в этом случае на пневмоклапан ЭПХХ подается разрежение, он открывается и включает в работу систему холостого хода.

Электромагнитные клапаны очень надежны и неприхотливы в работе, они обладают значительным ресурсом (до нескольких сотен тысяч срабатываний), и, как правило, не требуют специального обслуживания. Однако при возникновении неисправности любой клапан необходимо как можно скорее заменить — только в этом случае будут обеспечиваться необходимые эксплуатационные характеристики и безопасность транспортного средства.

Другие статьи

#Планка генератора

Планка генератора: фиксация и регулировка генератора автомобиля

14.09.2022 | Статьи о запасных частях

В автомобилях, тракторах, автобусах и иной технике электрические генераторы монтируются к двигателю посредством кронштейна и натяжной планки, обеспечивающей регулировку натяжения ремня. О планках генератора, их существующих типах и конструкции, а также выборе и замене этих деталей — читайте в статье.

#Переходник для компрессора

Переходник для компрессора: надежные соединения пневмосистем

31.08.2022 | Статьи о запасных частях

Даже простая пневматическая система содержит несколько соединительных деталей — фитингов, или переходников для компрессора. О том, что такое переходник для компрессора, каких типов он бывает, зачем необходим и как устроен, а также о верном подборе фитингов для той или иной системы — читайте в статье.

#Стойка стабилизатора Nissan

Стойка стабилизатора Nissan: основа поперечной устойчивости «японцев»

22.06.2022 | Статьи о запасных частях

Ходовая часть многих японских автомобилей Nissan оснащается стабилизатором поперечной устойчивости раздельного типа, соединенным с деталями подвески двумя отдельными стойками (тягами). Все о стойках стабилизатора Nissan, их типах и конструкции, а также о подборе и ремонте — читайте в данной статье.

#Ремень приводной клиновой

Ремень приводной клиновой: надежный привод агрегатов и оборудования

15.06.2022 | Статьи о запасных частях

Для привода агрегатов двигателя и в трансмиссиях различного оборудования широко применяются передачи на основе резиновых клиновых ремней. Все о приводных клиновых ремнях, их существующих типах, особенностях конструкции и характеристиках, а также о правильном выборе и замене ремней — читайте в статье.

Вернуться к списку статей

Что такое соленоид в автомобиле? Описание автомобильных соленоидов

29 октября 2021 г. 29 октября 2021 г. 1A Auto Team

1A Авто Блог Главная

Вы когда-нибудь задумывались, что такое соленоид в автомобиле? Соленоиды — это детали, управляемые электричеством, которые помогают вашему автомобилю или грузовику выполнять определенные функции. Узнайте, что такое электромагнитный клапан и для чего он нужен в легковых и грузовых автомобилях, в этой статье и видео.

Что такое электромагнитный клапан в моей машине?

Электромагнитный клапан в вашем автомобиле представляет собой механический клапан, управляемый электричеством. В среднем автомобиле есть много разных электромагнитных клапанов, которые выполняют разные функции и работают с разными системами, такими как топливная система и система EVAP.

Что делают электромагнитные клапаны?

В вашем автомобиле разные соленоиды имеют разное назначение. Они полезны для электронного управления потоком жидкостей и газов в различных системах.

Клапан продувки EVAP, например, регулирует величину вакуума, направляемого из впускного коллектора в топливный бак.

Электромагнитные клапаны изменения фаз газораспределения (VVT) изменяют фазы газораспределения для повышения мощности и расхода топлива.

Топливные форсунки — это соленоиды, которые позволяют топливу поступать в двигатель.

Как работает электромагнитный клапан?

Открытый соленоидный клапан с медным проводом

Соленоидный клапан работает как клапан, то есть он обеспечивает подачу и остановку газов и жидкостей. Как правило, он выполнен в виде кольца катушки, окружающего плунжер или поршень. Когда через катушку протекает электрический ток, создается электромагнитное поле, которое перемещает поршень. Затем плунжер открывает или закрывает клапан, останавливая или перемещая поток жидкости или газа.

Поршень или плунжер внутри электромагнитного клапана VVT

Как починить электромагнитный клапан в автомобиле или грузовике?

Общие шаги по ремонту электромагнитного клапана

1. Снимите шланг, защелку и т. д. с электромагнитного клапана

   Ослабьте и снимите все шланги, защелки или другие крепления с электромагнитного клапана Электрические разъемы

   Нажмите на язычок на электрическом разъеме и отсоедините любой от клапана

2. Снимите клапан с кронштейна

   Если электромагнитный клапан находится в кронштейне, снимите его с кронштейна

3. Установите электромагнитный клапан на место

   Вставьте электромагнитный клапан в его кронштейн, фиксатор и т. д.

4. Подсоедините электрический разъем

   Подсоедините электрические разъемы на место

5. Затяните крепеж, шланги и т. д.

   Затяните все крепления или шланги к электромагнитному клапану

Научитесь заменять больше деталей, чем электромагнитный клапан в вашем автомобиле

Узнайте, как диагностировать и заменить детали на сотнях марок и моделей, и узнайте общие советы и рекомендации от наших опытных механиков в наших обучающих видеороликах.

Читать дальше Советы экспертов

• Идентификационные номера автомобилей / «VIN-номера»
• Выпускные коллекторы Vs. Заголовки
• Что такое датчик O2?
• Пробка для слива масла сорвана? Как починить и снять застрявшую сливную пробку масляного поддона
• Утечка воды в машине во время дождя? Как найти и устранить утечку воды

Магазин запчастей и инструментов

• Тормоза и подшипник колеса
• Рулевое управление и подвеска
• Фары и освещение
• Инструменты и аксессуары

Как работает электромагнитный клапан

Что такое электромагнитный клапан?

Соленоидный клапан представляет собой электромеханический клапан, который обычно используется для управления потоком жидкости или газа. Существуют различные типы электромагнитных клапанов, но основными вариантами являются пилотные или прямого действия. Пилотные клапаны, наиболее широко используемые, используют линейное давление системы для открытия и закрытия основного отверстия в корпусе клапана.

В то время как электромагнитные клапаны прямого действия напрямую открывают или закрывают отверстие главного клапана, которое является единственным путем потока в клапане. Они используются в системах, требующих низкой пропускной способности, или в системах с низким перепадом давления на отверстии клапана.

Принцип работы электромагнитных клапанов

Принцип работы электромагнитного клапана заключается в управлении потоком жидкости или газа в положительном, полностью закрытом или полностью открытом режиме. Они часто используются для замены ручных клапанов или для дистанционного управления. Функция электромагнитного клапана заключается в открытии или закрытии отверстия в корпусе клапана, что либо пропускает, либо предотвращает поток через клапан. Плунжер открывает или закрывает отверстие, поднимая или опуская трубку втулки, возбуждая катушку.

Электромагнитные клапаны состоят из катушки, плунжера и втулки. В нормально закрытых клапанах возвратная пружина плунжера удерживает плунжер напротив отверстия и предотвращает поток. Как только на катушку соленоида подается напряжение, результирующее магнитное поле поднимает поршень, открывая поток. Когда электромагнитная катушка находится под напряжением в нормально открытом клапане, плунжер перекрывает отверстие, что, в свою очередь, предотвращает поток.

Для чего используется электромагнитный клапан?

В большинстве приложений управления потоком необходимо запускать или останавливать поток в контуре для управления жидкостями в системе. Для этой цели обычно используется электромагнитный клапан с электронным управлением. Приводимые в действие соленоидом, электромагнитные клапаны могут быть расположены в удаленных местах и ​​могут удобно управляться простыми электрическими переключателями.

Электромагнитные клапаны являются наиболее часто используемыми элементами управления в гидротехнике. Они обычно используются для отключения, выпуска, дозирования, распределения или смешивания жидкостей. По этой причине они используются во многих областях применения. Соленоиды обычно обеспечивают быстрое и безопасное переключение, длительный срок службы, высокую надежность, низкую мощность управления и компактный дизайн.

Где используется электромагнитный клапан?

Соленоидные клапаны применяются в широком диапазоне промышленных установок, включая общее двухпозиционное управление, контуры управления предприятиями, системы управления технологическими процессами и различные приложения производителей оригинального оборудования, и это лишь некоторые из них.

Электромагнитные клапаны используются во многих отраслях, в том числе:

• Водоснабжение
• Очистка питьевой воды
• Очистка сточных вод
• Очистка/обработка серой и черной воды
• Машиностроение и производство оборудования
• Охлаждение, смазка и дозирование
• Строительные службы
• Крупные системы отопления, климат-контроль
• Техника безопасности
• Защита водопроводных сетей и системы пожаротушения
• Компрессоры
• Снятие давления и дренаж
• . Поставка топлива
• Транспортные и резервуары
• Системы стрельбы
• Регуляция нефтяной смеси
• GAS Chromatography
• GAS -смеси. Регуляция
• GAS Chromatography
• GAS MICKER.

Как заменить электромагнитные клапаны

Для правильного и точного управления электромагнитные клапаны должны быть сконфигурированы и выбраны в соответствии с конкретным применением. Наиболее важными параметрами для выбора электромагнитного регулирующего клапана являются значение Kv (указывается в кубических метрах в час) и диапазон давления применения.

Чем меньше отверстие клапана или чем прочнее катушка, тем выше давление, которое клапан может перекрыть. На основе рассчитанного значения Kv и диапазона давления для планируемого применения можно определить соответствующий тип клапана и его требуемое проходное сечение.

Что такое электромагнитный клапан NAMUR?

NAMUR — это аббревиатура от Ассоциации пользователей технологий автоматизации в обрабатывающей промышленности, которая служит стандартом для технологии автоматизированных клапанов.