КЛАПАН ВОЗДУХОЗАБОРНИКА
AIR INTAKE VALVE

Изобретение относится к области электромеханики, в частности к электромагнитным приводам клапанов, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано для аварийного открытия воздуховода авиационного двигателя внутреннего сгорания при обледенении воздушного фильтра.
Известно устройство для электромагнитного управления клапанами, совершающими возвратно-поступательное движение (заявка DE №3500530, МПК F01L9/04, опубл. 10.07.1986), состоящее из двух электромагнитных систем с общим якорем, установленным на стержне клапана и защемленным между двумя пружинами, действующими навстречу друг другу, и двух постоянных магнитов, расположенных внутри периферийной части магнитопровода обмотки. Расположение магнитов на максимальном удалении от рабочего зазора между якорем и торцевой поверхностью магнитопроводов, охватывающих обмотки приводит к существенному шунтированию поля от постоянного магнита, попадающего в рабочий зазор, полями рассеяния между магнитопроводами обмоток и, как следствие, существенному ослаблению силы магнита, действующей на якорь. Кроме того, подобное расположение магнита существенно ухудшает силовую характеристику, которая принимает гиперболический вид, когда сила на максимальном зазоре минимальна и резко возрастает на минимальном зазоре. При сложении сил от пары магнитов и двух пружин суммарная характеристика имеет явно выраженный нелинейный характер, что приводит в динамике к возникновению самопроизвольных автоколебательных движений якоря.
Однако наличие двух электромагнитных систем (контуров) существенно ухудшает динамику работы из-за возникновения ЭДС в одной из них при изменении тока в другой и увеличения взаимной индуктивности, приводящей к возрастанию постоянной времени обмоток. Данное устройство не обеспечивает нулевое потребление энергии в пассивном состоянии.
Известен электродинамический привод клапанов (патент RU 2140034, МПК F16K31/08, F01L 31/08, опубликовано: 20.10.1999 г.) Клапан состоит из магнитопровода, якоря, притягивающегося при подаче напряжения на электроклапаны к стопу, пружины, прижимающей сферический затвор к седлу с уплотнением. Сферический затвор имеет возможность поворота на оси. Клапан имеет выходной канал, упор для фиксации положения сферического затвора. Входной канал, канал в якоре, канал в сферическом затворе и выходной канал в открытом положении клапана образуют прямолинейный гидравлический тракт постоянного сечения. Клапан управляется подачей электрического сигнала на обмотку электромагнита.
Наиболее близким к заявляемому является электромагнитный клапан (патент RU 2154218, МПК F16K31/02, опубликовано: 10.08.2000 г.), состоящий из корпуса с входным и выходным каналами, седла, электромагнита с подпружиненным прямоходовым якорем. Якорь снабжен отверстием для протока рабочего тела и сферическим затвором, взаимодействующим с седлом, при этом сферический затвор выполнен из намагниченного материала, включен в магнитную цепь электромагнита и закреплен на якоре с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси якоря, а в теле затвора выполнен канал, совпадающий в одном из крайних положений затвора с выходным каналом.
Недостатком указанных выше устройств является наличие пружин, обеспечивающих прижатие якоря к одному из полюсов электромагнита, в кинематике якоря, что снижает быстродействие электромагнита и требует подачу тока в обмотку управления для удержания якоря электромагнита в положении, в котором пружина сжата и действует против силы созданной электромагнитом. Также данные устройства не обеспечивают нулевое потребление энергии в пассивном состоянии.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании клапана воздухозаборника, обеспечивающего аварийное открытие воздуховода авиационного двигателя внутреннего сгорания при обледенении воздушного фильтра и нулевое потребление энергии в пассивном состоянии.
Технический результат заключается в повышении энергоэффективности работы постоянного магнита.
согласно решению,
Технический результат достигается тем, что в клапане воздухозаборника, включающем цилиндрический корпус с входным и выходным каналами, электромагнитную систему, содержащую магнитопровод и электромагнит, имеющий катушки и якорь,  он дополнительно содержит вторую электромагнитную систему, содержащую магнитопровод и электромагнит, имеющий катушки и якорь, при этом электромагнитные системы расположены симметрично на противоположных сторонах корпуса, входной канал выполнен со стороны торцевой стенки, а выходной канал под углом 90° к продольной оси входного канала, а на противоположной торцевой стенке расположены электрический соединитель и датчик для взаимодействия с электронным блоком управления, якоря электромагнитных систем соединены между собой запорным полусферическим элементом, в котором выполнены проходные отверстия, противоположная выходному каналу часть корпуса выполнена перфорированной с отверстиями, ответными проходным отверстиям запорного элемента, выполненного с возможностью перемещения вдоль продольной оси входного канала, магнитопровод имеет подвижные и неподвижные части, в каждом из якорей электромагнитов установлены постоянные магниты, которые удерживают якорь в закрытом или открытом положении, катушки электромагнита намотаны в разные стороны и соединены последовательно, при этом к выходному каналу прикреплен патрубок для крепления к турбокомпрессору, к одной из торцевых стенок корпуса прикреплен патрубок для монтажа воздушного фильтра.
Изобретение поясняется чертежами, где представлено: на фиг. 1 - общий вид клапана воздухозаборника, на фиг. 2 - электромагнит, на фиг. 3 - якорь электромагнита.
Позициями на чертежах обозначены:
1. Корпус клапана;
2. Входной канал корпуса;
3. Выходной канал корпуса;
4. Катушка электромагнита;
5. Якорь;
6. Соединитель;
7. Датчик;
8. Запорный элемент;
9. Проходные отверстия запорного элемента;
10. Проходные отверстия корпуса клапана;
11. Подвижная часть магнитопровода;
12. Неподвижная часть магнитопровода;
13. Постоянный магнит;
14. Обойма якоря.
Клапан воздухозаборника имеет цилиндрический корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами (фиг. 1). Корпус 1 содержит две электромагнитные системы, содержащие магнитопровод и электромагнит, имеющий катушки 4 и якоря 5. Электромагнитные системы расположены симметрично на противоположных сторонах корпуса 1. Входной канал корпуса 2 выполнен со стороны торцевой стенки. Выходной канал 3 выполнен под углом 90° к продольной оси входного канала 2. К одной из торцевых стенок корпуса 1 (со стороны входного канала) прикреплен патрубок для монтажа воздушного фильтра. На противоположной торцевой стенке корпуса 1 расположены электрический соединитель 6 и датчик 7, предназначенные для взаимодействия с электронным блоком управления (на фигурах не показан). К выходному каналу 3 прикреплен патрубок для крепления к турбокомпрессору. Якоря 5 электромагнитных систем соединены между собой запорным полусферическим элементом 8, в котором выполнены проходные отверстия 9 (фиг. 2). Противоположная выходному каналу 3 часть корпуса 1 выполнена перфорированной с проходными отверстиями 10, ответными проходным отверстиям запорного элемента 9, выполненного с возможностью перемещения вдоль продольной оси входного канала 2. Магнитопровод имеет подвижные 11 и неподвижные 12 части. Катушки электромагнита 4 намотаны в разные стороны и соединены последовательно. В каждом из якорей 5 электромагнитов (фиг. 3) установлены постоянные магниты 13. Постоянный магнит 13 и подвижная часть магнитопровода 11 запрессованы по наружному диаметру в обойму якоря 14.
Клапан воздухозаборника работает следующий образом.
В штатном режиме, когда воздух идет через воздушный фильтр, сквозные проходные отверстия корпуса клапана 10 закрыты запорным элементом 8, который удерживается в фиксированном положении за счет постоянных магнитов 13, входящих в конструкцию электромагнитов.
В случае возникновения нештатной ситуации (при обмерзании воздушного фильтра), средствами электронного блока управления двигателем, через соединитель 6 подается постоянное напряжение 27 В, вследствие чего якорь 5 перемещает запорный элемент 8, тем самым обеспечивая прохождение воздушного потока помимо обмерзшего фильтра. В открытом положении запорный элемент 8 также удерживается за счет постоянных магнитов 13, входящих в конструкцию электромагнитов.
Наличие постоянных магнитов 13 в конструкции электромагнита позволяет фиксировать запорный элемент 8 клапана воздухозаборника в любом из положений - открытом или закрытом без необходимости подачи напряжения питания на катушки электромагнита 4, тем самым обеспечивая нулевое потребление энергии в пассивном состоянии.
Перемещение из одного фиксированного состояния в другое обеспечивается сменой полярности питающего напряжения. При подаче напряжения питания на обмотку электромагнита одна катушка притягивает якорь, а в это время вторая катушка размагничивает постоянный магнит 11, удерживающий якорь в фиксированном положении.
Так же при перемещении запорного элемента 8 в открытое состояние контакты датчика 7 замыкаются, а при перемещении запорного элемента 8 в закрытое состояние контакты датчика 7 размыкаются, обеспечивая информацией о текущем состоянии запорного элемента 8 электронный блок управления двигателем.
Корпусные детали: корпус 1, входной канал 2, выходной канал 3 изготовлены из алюминиевого сплава В95. Детали магнитопровода: подвижная часть магнитопровода 11 и неподвижная часть магнитопровода 12 изготовлены из сплава с высокой магнитной индукцией насыщения 27КХ. Постоянный магнит 13 изготовлен из самарий-кобальтового сплава КС25ДЦ. Запорный элемент 8 изготовлен из композитного материала на основе полиэфирэфиркетона - Констафтора 1000. Обойма якоря 14 изготовлена из стали 12Х18Н10Т. В качестве датчика 7 используют микропереключатель ПМ21-В. В качестве соединителя 6 - использован соединитель СНЦ170.
Заявляемое устройство повышает энергоэффективность работы электромагнита. Также увеличивает быстродействие привода.