Ім'я файлу: посібник електроніка автомобілів.pdf
Розширення: pdf
Розмір: 5202кб.
Дата: 18.02.2022
скачати
Пов'язані файли:
Текстові теги HTML5.docx

168
• простота конструктивної реалізації і компактність газорозподільного механізму
(далі ГРМ), виконаного із застосуванням механічних клапанів;
• функціональна надійність ГРМ з механічними клапанами;
• мінімальний рівень ударних вібрацій в ГРМ з механічними клапанами і як наслідок, безшумність його роботи.
Основний недолік механічного клапана — його управління від кулачка розподільного валу, коли розподільний вал кінематично постійно (жорстко) пов'язаний з колінчатим валом двигуна. Така зв'язок не дозволяє створювати поршневі двигуни із програмним управлінням процесами газорозподілу від електронної автоматики, що перешкоджає подальшому їхньому (двигунів) вдосконаленню.
9.3 Електромагнітні клапани
Найперспективнішим до роботи в ГРМ з управлінням від електронної автоматики є клапан з безпосереднім електромагнітним приводом (Рисунок 9.1), який (клапан) відкривається електромагнітом 8, 9, 10 під час подачі нею управляючого електричного сигналу, а закривається поворотною пружиною 1.
Основна перевага електроклапанів — робота у ГРМ без розподільного валу з управлінням від електронної автоматики |36].
При подачі постійної управляючої напруги на обмотку 9 електромагніта його магнітопровід, що з нерухомого ярма 8 і магнітопровідної шайби (рухомого якоря) 10, стуляється і магнітопровідна шайба 10 своїм ходом «вниз» штовхає клапанний стержень
3, цим відкриваючи запірний вузол 2, 4 клапана. Після припинення дії постійної управляючої напруги струм в обмотці 9 електромагніта переривається, магнітне полі в магнітопроводі 8, 10 зникає, магнітопровідна шайба 10 під впливом поворотній пружини
1 піднімається «вгору» і запірний вузол 2, 4 електроклапан закривається.
Рисунок 9.1 - Електромагнітний клапан

169
Електромагнітний клапан має трьома суттєві вади:
• задля подолання зусилля поворотній запірної пружини 1 електромагніт 8, 9, 10 повинен мати значну тягову силу, що робить її габаритні розміри і індуктивність неприпустимо великими, а споживання від борт-мережі автомобіля — значним;
• при різкому падінні величини постійно управляючої напруги, наприклад під час пуску двигуна в холодний зимовий час, електромагніт 8, 9, 10 може не подолати поворотного зусилля запірної пружини 1 і тоді клапан залишиться закритим;
• під час відкриття і закриття електромагнітного клапана мають місце гучні клацальні удари: при відкриванні — магнітопровідної шайби (якоря) 10 об ярмо 8, при закриванні — клапанної головки 2 о посадкову фаску 4. Як наслідок, робота електроклапана супроводжується значним шумом.
Усунення зазначених недоліків електромагнітного клапана можливо шляхом зменшення його габаритних розмірів, підвищення надійності і пониження шуму спрацювання, а також шляхом автоматизації керування процесами із застосуванням електронної автоматики.
9.4. Електромагнітний клапан з пружинним ударним пристроєм
На Рисунку 9.2 показано пристрій електроклапана ГРМ, виконаного за авторським свідоцтвом СРСР № 1395844 (Бюл. № 18, 1988 р.).
Основна ідея цього винаходи у тому, що вище описаний електроклапан (Рисунок
9.1), якому на Рисунку 9.2 відповідають позиції 1, 2, 3, 6, 7, 8, доповнений пружинним ударним пристроєм (на Рисунку 9.2 поз. 4, 9, 10, 11, 12). Ударний пристрій приводиться в дію втяжним електромагнітом 5, 9, 10, 11, а спускається «на удар» спусковим електромагнітом (на Рисунок 9.2 поз. 14, 15, 16, 17, 18) і зворотньою пружиною 12, ослабленою порівняно з основний пружиною 8.
Керування електромагнітним приводом клапана здійснюється без розподільного валу — від електричних сигналів, сформованих в релейно-електронному пристрої керування, що дозволяє змінювати фази газорозподілу. Коли клапан закритий, всі три електромагніта знеструмлено і клапанна голівка 6 надійно й щільно притиснута до посадкової фаски 20 поворотній запірною пружиною 8. Фіксуючий шток 14, встановлений на якорі 15 пускового електромагніта, перебуває у затиснутому стані під голівкою 11 якоря пружинного ударного пристрою. Коли клапан відкривається, електромагніти у певній послідовності включаються на спрацювання шляхом подачі
імпульсів постійної напруги з їхньої обмотки від релейно-електронного блоку управління. Послідовність спрацювання електромагнітів при відкриванні клапана наступна. Спочатку, з дуже коротким випередженням, спрацьовують втяжний і спусковий електромагніти. Під впливом втяжного електромагніта голівка 11 разом із якорем 9, 10 піднімається вгору, а фіксуючий шток 14 під впливом спускового електромагніта втягується якорем 15 в котушку 18, цим масивний якір 9, 10, 11 готується для спрацювання «на удар». Далі включається основний відкриваючий електромагніт і водночас відпускається (знеструмлюється) втяжний електромагніт, а спусковий електромагніт залишається у стані утримання якоря 15 в котушці 18. У результаті комутації відкриваючий електромагніт напружує основну поворотну запірну пружину 8 і після ударного (зімкнутого) впливу з боку масивного якоря 9, 10, 11 (який після знеструмлення котушки 5 втяжного електромагніта приводиться в миттєвий рух поворотну пружину 12) переміщає основний якір 7 і клапанну голівку 6 «вниз» — газорозподільний клапан відкривається і утримується у відкритому стані, поки

170
відкриваючий електромагніт перебуває під струмом.
При закриванні клапана спочатку відпускається (знеструмлюється) спусковий електромагніт і під дією малої поворотній пружини 16 його якір 15 виштовхується з котушки 18, а фіксуючий шток 14 переміщається під голівку 11 масивного якоря 9, 10,
11. Далі одночасно знеструмлюються (відпускаються) основний відкриваючий і втягуючий електромагніт. Основна поворотна запираюча пружина 8 піднімає якір 7 і клапанну голівку 6 «вгору» — клапан закривається, а масивний якір 9, 10, 11 знеструмленого втяжного електромагніта під впливом поворотної пружини 12 дещо опускається «вниз» до упора головки 11 в фіксуючий шток 14. Останнім рухом реалізується фіксація пружинного ударного пристрою (масивного якоря 9, 10, 11 і поворотній пружини 12) у зведеному стані до наступного спрацювання клапана па відкривання.
Метою описаного винаходи було зниження споживаної електричної потужності електромагнітним клапаном, яка досягнута оригінальним способом — ударом по якорю слабо точного і невеликого, відкриваючи електромагніт масивним якорем пружинного ударного пристрою.
Але такий електромеханічний клапан не може бути використаний у ГРМ автомобільних двигунів, оскільки значні шуми, які під час його спрацьовування від зіткнень рухливих компонентів, не усунуті.
Функціональна надійність електромагнітного клапана з пружинним ударним пристроєм також недостатньо висока, оскільки для його сталої роботи потрібна синхронізація удару масивного якоря з початком руху якоря відкриваючого електромагніт. Реалізувати синхронність двох механічних взаємодій за відсутності з-поміж них постійного кінематичного зв'язку й за високої швидкості спрацювання практично неможливо.
9.5. Електромагнітний клапан з пружинної амортизацією
Усі електромагнітні клапани значно стукають під час роботи, з допомогою співудару рухомої і нерухомої частин клапана. Для усунення цієї вади можна застосувати пружинну амортизацію. Як приклад розглянемо газорозподільний клапан
(ГР-клапан) для поршневого двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ), розроблений і запатентований західнонімецькою фірмою Daimler — Benz — AG в 1976 році (Патент
ФРН, № 2630512, клас: F 02D 13/02 від 7.07.1976 р.), пристрій якого показано на
Рисунку 9.3.
Такий газорозподільний клапан працює наступним чином. Коли на обмотку 14 відкриваючого електромагніта (13, 14) подається керуюча напруга, якір 5 під впливом тяжіння до магнітопроводу 13 опускається «вниз» і, стискаючи нижню пружину 4, відкриває клапан 1. При цьому верхня амортизуюча пружина 8 сприяє відкриттю клапана, оскільки до цього вона в частково стиснутому стані. При закритті клапана котра керуюча

171
Рисунок 9.3 - Електромагнітний клапан з пружинної амортизацією
1 — газорозподільний клапан;
2 — клапанна фаска;
3 — голівка блоку циліндра;
4 — нижня амортизуюча пружина;
5 — якір (рухлива частина) електромагнітного приводу;
6 — обмотка закриваючого електромагніта;
7 —магнітопровід закриваючого електромагніта;
8 — верхня амортизуюча пружина;
9 — шумопоглинач;
10 — корпус електромагнітів;
11 — регулювальна шайба-прокладка;
12 — незмикаючий (дистанційний) повітряний зазор;
13 — магнитопровід відкриваючого електромагніта;
14 — обмотка відкриваючого електромагніта;
15 — термоізоляційна і шумопоглинаюча прокладка;
16 — кріпильний болт;
17 — клапанна направляюча втулка;
18 — фіксатор для кріплення якоря 5 на стержні 20 клапана 1 19 — клапанна голівка;
20 — клапанний стержень напруга подається на обмотку 6 закриваючого електромагніта (6, 7), і з обмотки 14 котра управляє напругою знімається. Якір 5 відштовхується нижньою стисненою амортизуючою пружиною 4 «вгору» і притягається до магнітопроводу 7 закриваючого електромагніта. При цьому клапан 1 закривається, щільно притискаючись клапанною

172
голівкою 19 до клапанної фаски 2. Не змикаючий повітряний зазор 12 встановлюється при складанні клапана з допомогою фіксаторів 18 в такий спосіб, щоб повне змикання якоря 5 з магнітопроводом 7 не було зовсім, але щоб зазор 12 мав гранично малий розмір. Цим забезпечується щільне притиснення клапанної головки до клапанної фаски з допомогою закриваючого електромагніта. Пружина 8 при закритті клапана й пружина 4 за його відкриття працюють на амортизацію жорстких механічних зіткнень. Амортизація проходить завдяки тому, що по мірі стиску пружин їх пружність плавно зростає, чим забезпечується уповільнення швидкості наближення клапана до крайових опор в положенні «відкрито» і «закрито». Пружність амортизируючих пружин 4 і 8 значно ослаблена проти пружності запірної поворотної пружини звичайного механічного клапана. Це дозволяє понизити споживання з борт мережі автомобіля, затрачуваного на роботу електромагнітного клапана, також дещо зменшити його габарити. Основними вадами описаного клапана є :
1. На амортизацію зіткнень витрачається певна частина тягових зусиль відкриваючого (13, 14) і закриваючого (6, 7) електромагнітів, що зумовлює зниження коефіцієнта корисної дії (ККД) і недостатнього зменшення габаритів електромагнітного приводу газорозподільного клапана. Але при цьому зіткнення клапанної головки з клапанною фаскою на своєму шляху клапана вгору (при закритті) не усувається.
2. У знеструмленому стані обох електромагнітів амортизуючі пружини 4 і 8, протидіючи одна одній, встановлюють якір 5 в проміжному становищі між станами
«відкрито» і «закрито». На реальному поршневому ДВЗ, у разі порушення цілісності (чи вимикання) електричного ланцюга управління електромагнітним клапаном, особливо небезпечне, так як у цьому випадку може з'явитися зіткнення поршня і клапана.
Зрозуміло, що експлуатаційна надійність такого газрозподільчого клапана недостатньо висока.
3. При застосуванні вищеописаного клапана як якості впускного для поршневого
ДВЗ реалізувати управління швидкістю переміщення і величиною ходу клапана неможливо.
Підвищення ККД можна досягнути через усунення із конструкції клапана амортизуючих пружин 4 і 8 та їх заміною пружними відбійниками, виготовленими з жорсткої ударостійкої гуми (чи іншого пружного і ударостійкого матеріалу) і встановленими на якорі (рухомі частини) електромагніта в такий спосіб, щоб їх зіткнення з торцями електромагнітів відбувалося безпосередньо перед змиканням якоря.
У такому разі амортизація досягається не за рахунок стиску амортизуючих пружин, а за рахунок гасіння сил співудару в сплющуючихся відбійниках наприкінці руху якоря.
Така амортизація не викликає втрати електроенергії та, як наслідок, ККД електромагнітного приводу ГР- клапапан збільшується.
Підвищення експлуатаційної надійності газорозподільного клапана з електромагнітним приводом можна досягнути шляхом установки на верхній торець клапанного стержня поворотної пружини, пружність якої значно ослаблена.
9.6 Електромагнітний клапан з демпфіруючим пристроєм
Значне зниження шуму, виникаюче під час роботи електромагнітного клапана, можливе, при застосуванні гідравлічної, пневматичною чи електромагнітної амортизації; а у разі використання тягових електромагнітів — при застосуванні у них соленоїдних тягових котушок, в магнітопроводі яких відсутні граничні (крайові) опори для рухомого якоря.

173
На Рисунку 9.4 показано пристрій електромагнітного клапана з соленоїдним електромагнітом, з традиційною крученою поворотною пружиною і з електромагнітним демпфером, який гасить шуми і амортизує ударні коливання якоря (патент РФ № 2045662, 1992 р.).
Рисунок 9.4 - Електромагнітний клапан з демпфіруючим пристроєм
Як очевидно з креслення, електромагнітний клапан включає до свого складу звичайний газорозподільний клапан 1 механічного принципу дії з жорсткою поворотною пружиною 2, над якими з допомогою кріпильної стійки 3 встановлено електромагнітний привід 4. Електромагнітний привід клапана складається із трьох-секційного соленоїда 5,
6, 7, всередину якого вставлена труба 8, яка виконує роль магнітопровода із трьома кільцеподібними полюсами 9, 10, 11. Через трубу 8 відносно із нею пропущено немагнітний стержень 12, на який встановлено два тягових якоря 13 і 14, а з-поміж них
— один якір 15, «плаваючий» по стрижню 12. Усі три якоря за висотою відповідають
«своїм» кільцеподібним полюсам, мають циліндричну форму і будуть виконані з магнітомягкого матеріалу. Тягові якоря 13, 14, 15 разом з соленоїдами 5, 6, 7, магнітопроводом 8 і кільцеподібними полюсами 9, 10, 11 утворюють відкриваючий електромагніт. При подачі імпульсів постійної напруги (управляючих сигналів від ЕБУ) на секції 5, 6, 7 соленоїда відкриваючий електромагніт спрацьовує, і відкриває газорозподільний клапан 1. При цьому елементи відкриваючого електромагніта займають становище, показане на Рисунку 9.4, б, і жорстка поворотна пружина 2

174
стискається.
Тепер, щоб клапан закрився, досить знеструмити секції 5 і 7 соленоїда, і жорстка поворотна пружина виштовхне всю рухливу частина електроклапана «вгору», а клапанна голівка 1 щільно притулиться до посадкової фаски 16. Елементи відкриваючого електромагніта займають становище, показане на Рисунок 9.4, а. Щоб посадка головки 1 в фаску 16 проходила плавно, без зіткнень, електромагнітна секція
«полюс 10 — плаваючий якір 15» на час закривання клапана залишається під утримуючим струмом. Це забезпечує амортизацію удару головки клапана об посадкову фаску, оскільки малий соленоїдний електромагніт що з пружинами 17 і 18 забезпечують зменшення руху клапана 1 наприкінці його ходу. При відкриванні клапана зіткнень у його рухливих частинах немає, так як у соленоїдному електромагніті немає жорстких упорів в крайових положеннях.
Але і такий електромагнітний клапан має суттєві недоліків.
По-перше, соленоїдний електромагніт має велику протяжність магнітопровода і зменшену тягову силу порівняно з змикаючими електромагнітами.
По-друге, рух феромагнітного якоря у магнітному полі соленоїда завжди супроводжується бринінням (вібраційними коливаннями) якоря в точках його зупинки та зміни напряму руху.
По-третє, і це основний недолік, із застосуванням соленоїда в електромагнітному привід практично неможливо було створити електрокеруючий клапан ГРМ із регульованим ходом (ступенем і швидкістю відкривання).
9.7 Електромагнітний клапан без поворотно-запірної пружини
Рисунок 9.5 - Електромагнітний клапан без поворотній запірної пружини
Як видно з креслення, електромагнітний клапан містить якір 7, загальний для обох електромагнітів. Якір 7 жорстко закріплено на клапанному стержні 3 з допомогою натяжної гайки 9 з контр шайбою і затискних трубок 10, виконаних з немагнітного

175
матеріалу. Електромагніти 6 і 8 зафіксовані у немагнітній гільзі 12, яка з допомогою гвинтів через термоізоляційну прокладку 13 провертається до головки 14 блоку циліндрів. Гільза 12 у нижній частині котра має напрямну втулку 5 для клапанного стержня 3, а у верхній частині — немагнітну кришку 11 з напрямною втулкою. Кришка
11 привернута до гільзі 12 гвинтами.
Електромагнітний клапан без жорсткої поворотної пружини і з управлінням від електронної автоматики працює так.
Коли обидва електромагніта знеструмлено, то пружина 1, яка розрахована лише на подолання маси рухомої частини клапана, піднімає її «вгору» і нещільно закриває клапан. Пружина 1 забезпечує клапану верхнє (прикрите) становище при вимкненому запалюванні двигуна. При включенні запалювання, ще до пуску двигуна, кожен електромагнітний клапан в газорозподільному механізмі займає робоче становище
(запропоноване програмою управління клапанами, закладених у блоці пам'яті), яке задається клапану його електромагнітами. При подачі імпульсу постійної напруги від електронного комутатора клапанів (ЕКК) на обмотку першого відкриваючого електромагніта 6 феромагнітний якір 7 опускається «вниз» і це відкриває клапан. Клапан залишається в стійкому відкритому стані до того часу, поки електромагніт 6 включений
(перебуває під струмом), а електромагніт 8 знеструмлено. Для закриття клапана електромагніт 6 (відкриваючий) знеструмлюється, але в електромагніт 8 (закриваючий) подається імпульс постійної напруги (управляючий сигнал від ЕКК). У цьому випадку якір 7 піднімається електромагнітом 8 «вгору» і клапанна голівка 2 з потрібним зусиллям притискається до посадкової фаски 4 — клапан закривається і залишається у стані до чергового спрацювання відкриваючого електромагніта 6.
Щоб запобігти жорстких зіткнень якоря 7 об виступаюче ярмо електромагніта 6 при відкритті клапана (або об ярмо електромагніта 8 при закритті) на якорі 7 встановлено не менше трьох пробійників 15 з жорсткої ударостійкої гуми. При наближенні якоря 7 до будь-кого з двох крайових положень відбійники притискаються до обмежувальної шайбі
16 і дещо сплющуються, завдяки чому відбувається гальмування якоря 7 перед його остаточним змиканням з якорем електромагніта 6 чи 8.
Рисунок 9.6 – Газорозподільчий клапан
При знеструмленні електромагніта гумові відбійники працюють на відштовхування якоря від ярма, чим сприяють швидкому їх розмиканню.
Моменти відкриття і закриття електромагнітного клапана формуються в

176
обчислювальному пристрої електронної системи автоматичного управління поршневим двигуном (ЕСАУ-Д). При цьому вхідними сигналами, по яких адаптується програма управління клапанами, є сигнали вхідних датчиків для ЕСАУ-Д.
Аналогічну конструкцію і такий принцип дії має газорозподільний клапан, показаний на Рисунку 9.6.
Його принципова відмінність від вищеописаного ЕМ - клапана з цими двома електромагнітами (див. Рисунок 9.5) у тому, що магнітопроводи (ВМП) його відкриваючого (ЕМВ) і закриваючого (ЕМЗ) електромагнітів виконані крученими з тонкої магнітомягкої ферострічки. Це значно знижує втрати у магнітопроводі на перемагнічування за високої частоті спрацювання газорозподільного клапана.
Оригінально вирішене питання амортизації зіткнень. Нижній амортизучий пристрій
(АПН) запобігає різким ударам якоря об нижній кручений магнітопровід під час відкриття клапана. При закритті зіткнення головки клапана (ДК) про посадкову фаску
(ФК) запобігається верхнім амортизуючим пристроєм (АПВ).
Основних недоліків є три:
1. Відсутність жорсткої прив'язки стержня клапана (СК) до стержня якоря (СЯ).
2. Значна пружність в нижньому амортизуючому пристрої (АПН), що потрібно для підняття ГР - клапана вгору при закритті.
3. Складність наладки ЕМ - клапана на відсутність зіткнень.
Електромагнітний клапан без поворотної пружини, з двома електромагнітами, з пристроями для амортизації зіткнень і з управлінням фаз газорозподілу від ЕСАУ-Д хоч
і відповідає вимогам щодо маси, габаритних, енергетичних і частково акустичних показникам, але не забезпечує регулювання швидкості і глибини відкривання клапанної головки.
9.8 Магнітоелектричний клапан з гідравлічною амортизатором
З наведеного аналітичного огляду пристроїв і принципів дії електрокерованих клапанів для ГРМ очевидно, що завдання розробки та побудови таких пристроїв є їх вкрай складне і комплексне проблемне конструювання. Але наукові і інженерні пошуки тривають.
Останнім часом йде тенденція запровадження в пристрій газорозподільного механізму поршневих двигунів електрогідравлічних систем управління.
Гідравліка дозволяє з будь-яким ступенем плавності і точності, як по «жорсткій», так і по адаптивній програмі управління, досить оперативно (швидко) змінювати швидкість руху робочого органу шляхом скидання чи нагнітання тиску робочої рідини у замкненому обсязі під гідравлічним робочим поршнем.
Неважко собі уявити, що якщо рухливий стержень газорозподільного клапана оснастити гідроциліндром з керованим тиском, то швидкість і рівень відкривання
(глибина ходу) клапана стануть також керованими.
На цьому принципі створено цілу низку різновидів газорозподільних клапанів з безпосереднім гідроприводом [38]. Але такі клапани вимагають для своєї роботи громіздку гідравлічну апаратуру керування і покищо не знаходить застосування в ГРМ сучасних автомобільних двигунів.
Більше перспективне є запровадження у конструкцію електроклапана мініатюрних гідравлічних пристроїв, демпфіруючих або амортизируючих у ньому жорстких співударів і що дозволяють управляти швидкістю спрацювання і глибиною відкривання електроклапана.

177
Найбільш раціональніша установка гідроамортизатора в електромагнітному клапані без поворотній пружини, але з двома змикаючими тяговими електромагнітами.
Конструкція такого магнітного електроклапана приведено на Рисунку 9.7. Тут додатково до двох тягових електромагнітів встановлено два постійних магніти, тому такий електроклапан називають магнітоелектричним.
У магнітоелектричному клапані зменшення габаритних розмірів та підвищення надійності спрацювання досягаються значним ослабленням пружності поворотно- запірної пружини (або її усуненням), установкою другого закриваючого електромагніта
(додатково до першого — відкриваючого) та збільшенням тягових сил обох електромагнітів двома постійними магнітами, установленими у магнітопроводах обох електромагнітів.
Рисунок 9.7 - Магнітоелектричний клапан з гідравлічним амортизаторо
Більше ефективне зниження шуму спрацювання клапана (порівняно з гумовими і пружинними амортизаторами) і можливість автоматизації управління робочими процесами досягаються установкою всередину конструкції клапана двостороннього гідравлічного амортизатора, наповненого технічної рідиною під тиском, наприклад, моторною оливою від системи мащення бензинового двигуна чи моторним паливом від паливного насоса високого тиску дизельного двигуна.
Гідроамортизатор гасить жорсткі співудари в клапані і дозволяє автоматизувати управління процесами відкриття і закриття шляхом уповільнення чи прискорення швидкості перепускання технічної рідини між внутрішніми порожнинами гідроамортизатора.

178
Пристрій і магнітоелектричного клапана може бути пояснено з допомогою креслення, показаного на Рисунку 9.7. Постійні магніти 14 і 15 роблять електромагніти
12 і 13 позиційними. Гідравлічний амортизатор 11 — двосторонньої дії. Котушки 16 і 17 електромагнітів встановлено нерухомо в пазах магнітопроводів електромагнітів 12 і 13, а постійні магніти 14 і 15 закріплені в пазах поршня 18 гідроамортизатора 11. Можлива установка постійних магнітів в пазах під обмотками електромагнітів. Сам поршень 18 жорстко закріплено на клапанному стержні 3 з допомогою фіксуючої трубки 19, прижимної шайби 20 і затяжної гайки з контршайбою. Значно ослаблена поворотна пружина 21 затиснута між прижимною шайбою 20 і верхньої кришкою гідравлічного амортизатора 11.
Циліндричні порожнини (верхня 22 і нижня 23) всередині гідроамортизатора наповнені технічної рідиною під тиском, наприклад моторною оливою, що надходять від системи мащення двигуна через подаючий канал 24 з редукційним клапаном. З допомогою перепускних каліброваних жиклерів 25 верхня 22 і нижня 23 порожнини з’єднуються між собою.
Тертьові ділянки клапанного стержня 3 і поршня 18 змазуються моторним мастилом в циліндричних пустотах 22 і 23. Коли електроклапан відкривається, частина моторного мастила з нижньої порожнини 23 видушується у вигляді тонкої плівки по стержню 3 в порожнину 29, котра під днищем корпусу гідроамортизатора 11. Тут відбувається змащування нижньої частини клапанного стержня 3 і спрямовуючої втулки
30.
Для захисту камери згоряння від зайвого проникнення в неї моторного мастила через напрямну втулку 30, на неї згори надітий клапанний сальник 31. При закриванні клапана певна частина моторного мастила аналогічно потрапляє з верхньої порожнини
22 в пружинну порожнину 26, де змазує витки ослабленою поворотної пружини 21.
Згори поворотна пружина 21 накрита герметичною кришкою 27, яка за допомогою натяжних пружин 28 надійно фіксує гідравлічний амортизатор 11 у поглибленні головки
33 блоку циліндрів (ГБЦ) і тим самим перешкоджає виникненню вібрацій у корпусі гідроамортизатора 11 під час роботи електромагнітного клапана. Нагромаджені надлишки моторного мастила у пустотах 26 і 29 повертаються до картера двигуна по зливному каналу 32. Прямий 24 і зворотний 32 канали прокладено всередині тіла головки 33 блоку циліндрів, завдяки чому зовнішня поверхня головки захищена від попадання на неї моторного мастила й завше залишається суха.
У такій конструкції магнітоелектричного клапана пружинна фіксація гідроамортизатора на зовнішній поверхні ГБЦ сприяє підтриманню проміжків в тертьових зчленуваннях електрокланана в оптимальному для їхньої роботи (в не перекошеному) стані. Це забезпечує більш щільну посадку клапанної головки 2 в посадкову фаску 4.
Магнітоелектричний клапан працює таким чином.
Коли обидва електромагніта (12 і 13) знеструмлено, клапан утримується або закритим станом поворотної пружини 21 або постійним магнітом 15, або у відкритому стані — постійним магнітом 14. При відкритті клапана на його електромагніти 12 і 13 одночасно або по заданій програмі управління від електронної автоматики подаються два управляючих сигнали у вигляді імпульсів постійної напруги.
Управляючі сигнали мають таку полярність, при якій постійний магніт 14 притягається електромагнітом
12, а постійний магніт
15 відштовхується

179
електромагнітом 13. Під впливом виникаючих в такий спосіб магнітних взаємодій клапанний стержень 3 переміщається «вниз» і це відкриває запірний вузол 2, 4 магнітоелектричного клапана.
Миттєвому спрацюванню магнітоелектричного клапана, що властиве всім пристроям з приводом від електромагнітів, перешкоджає гідроамортизатор 11, оскільки технічна рідина усередині нього чітко й плавно перепускається через калібровані жиклери 25 з нижньої порожнини 23 в верхню порожнину 22. Коли поршень 18 без жорсткого співудару упреться в магнітопровід електромагніта 12, клапанна головка 2 повністю опуститься «вниз» і клапан відкриється.
З метою попередження зіткнень поршня 18 і магнітопровода електромагніта 12 між ними встановлено еластичну шайбу, наприклад, з ударостійкої гуми (на кресленні не показано).
Для надійного і швидкого закриття магнітоелектричного клапана зусилля ослабленої поворотної пружини 21 недостатньо. Тому, при закритті клапана з його електромагнітів 12 і 13 подаються управляючі сигнали з полярністю, протилежною для випадку відкривання. Зрозуміло, що при цьому магнітні взаємодії між електромагнітами
і постійними магнітами також будуть протилежними, завдяки чому клапанний стержень
3 переміститься «вгору» і притисне клапанну голівку 2 до посадочної фаски 4 — клапан закриється.
Щоб виключити «клацання» від співудару поршня 18 з магнітопроводом електромагніта 13, між верхнім краєм поршня 18 і фіксуючою трубкою 19 встановлена сталева регулювальна шайба-прокладка (на кресленні не показано), що забезпечує наявність необхідного зазору.
При закритті електромагнітного клапана гідравлічний амортизатор 11 працює як і при відкритті, але діє у протилежному напрямі,тобто технічна рідина з верхньої порожнини 22 перепускається в нижню порожнину 23.
Якщо перепускання технічної рідини між порожнинами 22 і 23 зробити керованим, наприклад, з допомогою ромбовидних перепускних щілин з плавно змінюваним прохідним перерізом при русі поршня 18 (див. рисунок 9.7) або з допомогою електроннокерованого вентиля, встановленого па циліндрі гідроамортизатора 11 зовні, але проти кожної з внутрішніх порожнин 22 і 23 в точках мінімального їх обсягу ( позн.
34 і 35 на рисунку 9.7 і позн. 15 на рисунку 9.8 ), то цим самим можна забезпечити у пршому випадку — уповільнення швидкості руху клапанної головки у її підході до крайнього становища «відкрито» і «закрито», а у другому випадку — автоматизацію управління швидкістю спрацювання і величиною ходу (глибиною відкривання) механічного клапана.
На рисунку 9.8 показано пристрій магнітоелектричного клапана з електронно- керованим вентилем зовні гідроамортизатора.
Ще один різновид пристроїв магнітоелектричного клапана з внутрішнім гідравлічним амортизатором наведено на рисунку 9.9.
Отже, автоматизацією управління роботою клапанів в газорозподільному механізмі
із застосуванням гідравлічної амортизації і електрокеруючих вентилів досягається найбільш оптимальне (по заданій програмі управління від електронної автоматики) регулювання фаз газорозподілу зі своїми підстроюванням під безупинно змінну частоту обертання колінчатого валу і навантаження поршневого двигуна. Більше того, оскільки сучасна електронна автоматика управління двигуном (ЕСАУ-Д) дозволяє реєструвати

180
параметри довкілля та робочий стан двигуна (температуру двигуна і кількість всмоктуваного повітря, вогкість повітря та його тиск у атмосфері, режими роботи двигуна та її управляючих систем — впорскування палива, електроіскрового запалювання, регулювання холостого ходу та інші), то електронне керування клапанами дозволяє враховувати й ці чинники під час складання програми для автоматичного управління газорозподільним механізмом поршневого двигуна. Управління клапанами стає програмним і адаптивним від ЕСАУ-Д під всі можливі зміни режимів і умов роботи двигуна.
Магнітоелектричний клапан газорозподільного механізму поршневого двигуна внутрішнього згоряння, працюючий без розподільного валу і без пружної поворотної пружини, що має у свому складі відкриваючий і закриваючий електромагніти, тягові сили яких підсилені двома постійними магнітами, а також гідроамортизатор двосторонньої дії, демпфіруючий
Рисунок 9.8 - Магнітоелектричний клапан з керованим вентилем.
1 — поворотна пружина;
2 — клапанна головка;
3 — клапанний стержень;
4 — клапанна фаска;
5 —напрямна втулка;
6 — головка блоку циліндрів (лита);
7 — корпус електромагнітів і гідроамортизатора;
8 — зливний канал;
9 — ущільнене кільце гідро амортизатора;
10 — пробка зливного каналу 8;
11 — кільцевий постійний магніт N-S;
12 — затяжна гайка;
13 — кришка корпусу 7;

181 14 — обмотка закриваючого електромагніта;
15 —повітряний зазор який не змикається (дистанційний);
16 — якір (рухома частина) електромагнітного приводу, котрий є поршнем гідро амортизатора;
17 — трубка немагнітна, яка фіксує якір 16 на клапанному стержні 3;
18 — термоізоляційна і шумопоглинаюча прокладка;
19 — обмотка відкриваючого електромагніта;
20 — електрогідравлічний пристрій управління;
21 — запірна голка;
22 — перепускний жиклер з каліброваним прохідним перерізом;
23 — штуцер з пружинним клапаном співудари і дозволяючий з допомогою зовнішнього електрогідравлічного вентиля управляти від електронної автоматики швидкістю і глибиною ходу клапана, має такі переваги:
• габаритні розміри магнітоелектричного клапана зменшено, а надійність спрацювання під час падіння величини управляючого струму підвищена, жорсткість пружної поворотної пружини значно ослаблена, а електромагніт, відкриваючий механічний клапан, доповнений другим що закриваючим електромагнітом.
Електромагніти відкривають механічний клапан за одним (прямим), а закривають за
іншим (зворотним) напрямом постійного (управляючого) струму, для цього в магнітопроводі ланцюга тягових електромагнітів встановлено два постійних магніти, які роблять електромагніти позиційними і забезпечуючи механічному клапану надійну фіксацію у положеннях «відкрито» і «закрито» як із протікання по електромагнітам управляючого постійного струму, та у знеструмленому стані, причому у останньому випадку утримання механічного клапана реалізується одніим з постійних магнітів у тому становищі («відкрито» чи «закрито»), у якому сталося знеструмлення електромагнітів;
Рисунок 9.9 Магнітоелектричний клапан з внутрішнім гідроамортизатором

182
а — конструктивне креслення клапана; б — жиклерні перепускні отвори на поршні гідроамортизатора; в — жиклерні пружини на поршні гідроамортизатора;
1 — поворотна пружина;
2 — клапанна головка;
3 — клапанний стержень;
4 — клапанна фаска;
5 — напрямна втулка;
6 — головка блоку циліндрів (лита);
7 — корпус електромагнітів і гідроамортизатора;
8 — жиклерні пружини;
9 — ущільнююче кільце;
10 — пробка зливного отвора;
11 — кільцевий постійний магніт N—S;
12 — затяжна гайка;
13 — кришка корпусу 7;
14 — обмотка закриваючого електромагніта;
15 — штуцер з пружинним клапаном;
16 — якір (рухлива частина) електромагнітного приводу, який є поршнем гідроамортизатора;
17 — трубка немагнітна, яка фіксує якір 16 на клапанному стрижні 3;
18 — термоізоляційна і шумопоглинаюча прокладка;
19 — жиклерні перепускні отвори на якорі 16;
20 — обмотка відкриваючого електромагніта
• жорсткі співудари і шум, які виникають під час спрацьовування клапана, значно ослаблені завдяки установці на стержень механічного клапана двостороннього гідравлічного амортизатора. Амортизатор складається з поршня з перепускними каліброваними отворами (жиклерами), який (поршень) жорстко закріплено на стержні механічного клапана й циліндра з двома порожнинами (верхньої — над поршнем, нижньої — під поршнем), наповненими технічної рідиною (наприклад, моторним мастилом від системи мащення двигуна чи моторним паливом від системи подачі палива) під тиском, завдяки чому при перепусканні технічної рідини через жиклери з однієї порожнини гідравлічного амортизатора до іншої рух стержня механічного клапана, а отже, і його (клапана) відкриття і закриття відбуваються поступово, без зіткнень в крайових точках руху;
• калібровані отвори (жиклери) в поршні гідроамортизатора можуть мати різні прохідні перерізи або можуть бути ромбовидними проточними канальцями, нанесеними на внутрішній бік стінки циліндра гідравлічного амортизатора, чим забезпечується поступове перекриття прохідних перетинів проточних канальців як наслідок, уповільнення ходу поршня при його наближенні до крайових положень;
• автоматизація управління величиною ходу (глибиною відкривання) і швидкістю переміщення механічного клапана можна реалізувати шляхом застосування електронно- керованого перепускного вентиля, що поєднує внутрішні порожнини гідравлічного амортизатора і системи нагнітання технічної рідини, для чого перепускний вентиль може бути встановлений зовнішньому боці циліндра у місцях змикання внутрішніх

183
порожнин (мінімального обсягу);
• реалізується примусове змащення тертьових зчленувань в електромагнітному клапані і підтримується робочий тиск у внутрішніх пустотах гідравлічного амортизатора шляхом подачі до однієї із порожнин технічної рідини під тиском. Рідина подається зі спеціального каналу з редукційним клапаном, який відкривається при розрідженні під
(або над) поршнем гідравлічного амортизатора, чим заповнюються неминучі втрати робочої рідини з допомогою її витискування по стержню клапана через його тертьові зчленування;
• значно економиться електроенергія, затрачувана на спрацювання електромагнітної системи клапана, причому відкриття і закриття клапана, при добре прогрітому двигуні, можуть здійснюватися одним з двох електромагнітів;
• т для підвищення надійності спрацювання магнітоелектричного клапана за умов надзвичайно низьких температур (менш -30 °С) може бути підігрів корпусу гідроамортизатора від електронагрівача. Перед пуском двигуна стартером, це забезпечує потрібну консистенцію технічної рідини в пустотах гідравлічного амортизатора;
• забезпечена автоматизація управління процесами спрацювання магнітоелектричного клапана шляхом зміни розміру і форми управляючих сигналів, сформованих в електронному блоці управління клапанами.
Маючи безсумнівними перевагами перед видами електромеханічних
і електромагнітних клапанів, магнітоелектричний клапан з внутрішнім гідроамортизатором не є без недоліків. Основний із них — це порушення запрограмованого (штатного) режиму роботи клапана під час пуску сильно охолодженого двигуна (менш -30 °С), коли технічна рідина починає згущуватись в перепускних пристроях гідроамортизатора. Для усунення цієї вади в бензинових двигунах треба використовувати найбільш рідкі сорти моторного мастила, а перед запуском сильно охолодженого двигуна — підігрівати магнітоелектричні клапани від електропідігрівачів.
9.9 Електромагнітний клапан з пневматичним амортизатором
Сьогодні йдуть інтенсивні розробки електромагнітних клапанів ГРМ з м'якою внутрішньою пневматичною амортизацією.
На рисунку 9.10 показано конструкція такого клапана, розробленого і запатентованого фірмою FEV МТ (ФРН) 31.07.1997 року (DE 197.33.186Аl, клас: F01L
9/04, публікація 4.02.1999 р.).
Електромагнітний клапан з пневмоамортизатором керується з допомогою двох електромагнітів — відкриваючого 7, 8 і закриваючого 10, 11. Електромагніти працюють як і, як й у вищеописаному електромагнітному клапані без поворотно-запірної пружини.
Специфікою у даному разі є і те, що у конструкції електромагнітного клапана відсутні кручені пружні поворотні пружини. Їх функції виконує симетричний двокамерний пневмоамортизатор. У пневмокамерах — нижній 4 і верхній 12 розміщено по одному пневмопоршню 5, які жорстко закріплені на клапанному стержні 14. Між пневмокамерами (зовні клапана) встановлено пневморесивер 20, який з’єднується з камерами через пневмоклапани 18, які приводяться в на дію з допомогою електроприводів 19. Електроприводи, як і основні електромагніти 7, 8 і 10, 11, управляються від електронної системи автоматичного управління двигуном (ЕСАУ-Д) по програмі, закладеній в «пам'яті» ЕСАУ-Д.

184
Програмне управління процесами газорозподілу дозволяє змінювати фазові параметри клапанів з адаптацією під всіх можливі зміни умов та режимів роботи двигуна.
Амортизація механічних зіткнень в електромагнітному клапані регулюється шляхом керованого перепускання стиснутого повітря з ресивера 20 до однієї із пневмокамер 4 чи 12. Стиснене повітря через сапунні канали 6 і 17 поповнюється шляхом підкачування ресивера від пневмонасоса (на кресленні не показаний) через клапанний штуцер 21. Для контролю за величиною управляючого тиску Р у нижній пневмокамері 4 встановлено датчик 24.
Робота двостороннього ппевмоамортизатора полягає у наступному. Коли клапан 1 відкривається електромагнітом 7, 8, нижній пневмоклапан 18 переходить під управління
ЕСАУ-Д (опосередковано через електропривод 19) і, працюючи в переривчастому режимі, регулює управляючий тиск Р (за сигналом датчика 24) у нижній пневмокамері в такий спосіб, що поршень 5, а разом із клапаном 1 опускаються униз зі швидкістю, заданої по программі управління.
Рисунок 9.10 - Електромагнітний клапан з пневматичним амортизатором
1 — газорозподільний клапан;
2 — клапанна фаска;
3 — напрямна втулка;
4 — нижня пневмокамера;
5 — пневмопоршень з ущільнювальним кільцем;
6 — сапунний канал;
7 — обмотка відкриваючого електромагніта;
8 — магнітопровід відкриваючого електромагніта;
9 — якір (рухлива частина) електромагнітного приводу;
10 — магнітопровід закриваючого електромагніта;

185 11 — обмотка закриваючого електромагніта;
12 — верхня пневмокамера;
13 — корпус верхньої пневмокамери;
14 — клапанний стержень;
15 — пневмонапорний канал;
16 — корпус електромагнітів;
17 — сапун;
18 — пневмоклапан;
19 — електропривод пневмоклапана 18;
20 — пневморесивер;
21 — клапанний штуцер для подачі пневмотиску Р
д в ресивер 20;
22 — контакти електричного роз’єму;
23 — головка блоку циліндра (лита);
24 — датчик управляючого пневмотиску Р в нижній пневмокамері
При цьому, коли притягання якоря 9 посилюється, управляючий тиск Р у нижній пневмокамері 4 стає максимальним і рівним тиску Р
д в ресивері 20. Саме тоді нижній пневмоклапан 18 відкривається, тиск Р
д стискується через нижній сапун 17 й відбувається плавне, без зіткнень змикання якоря 9 з магнітопроводом 8, клапан 1 повністю відкривається. Під час відкриття клапана повітря з верхньої пневмокамери 12 стискується через сапунний канал 6, а через верхній пневмоклапан 18 і верхній сапун 17 в пневкамеру 12 надходить повітря з атмосфери. При закритті клапана 1 електромагнітом 10, 11 пневмо-амортизатор працює точно так само, як і при відкритті, лише у протилежному напрямку.
Відносним недоліком електромагнітного клапана з пневмоамортизатором є наявность у його конструкції спеціального пневмонаcoca і шиплячих сапунних каналів.
Проте, і випадку застосування таких газорозподільних клапанів на вантажних автомобілях, обладнаних системою пневматичних гальм, ці недоліки немає істотного значення. Фірма FEV MT має намір використовувати свою розробку на дизельних двигунах вантажних автомобілів після 2006 року.
9.10. Висновки
1. Основний недолік механічних клапанів з приводом від розподільного валу — їх жорсткий кінематичний зв'язкок з колінчатим валом. Це не дозволяє створювати поршневі двигуни з гнучким (адаптивним) програмним управлінням процесами газорозподілу від електронної автоматики, що перешкоджає подальшому їхньому
(двигунів) вдосконаленню.
2. Основна перевага газорозподільних клапанів з прямим приводом від тягових електромагнітів — це робота без розподільного валу з управлінням від електронної автоматики.
3. За період від кінця 50-х років ХХ століття по наш час зареєстровано понад сто патентів на винахід газорозподільних клапанів з прямим приводом від силових тягових електромагнітів. Найактивніше у цьому напрямі працюють німецькі автомобілебудівні фірми [38—66].
4. Аналітичний огляд відомих конструкцій електромагнітних клапанів, їх описів в патентній, рекламній і іншій науково-технічної літературі, зазначає, що ми не маємо практично реалізованих розробок. Теоретичні дослідження та методики інженерних розрахунків з зібрань «KNOW-HOW» не публікуються.

186

1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

скачати