ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНАМИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
ELECTROMAGNETIC CONTROL SYSTEM OF VALVES OF GAS DISTRIBUTING MECHANISM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE (VERSIONS)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве устройства управления клапанами газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания.
Известно приводное устройство для электромагнитного клапана, содержащее корпус, в котором расположены верхний и нижний электромагниты. Между электромагнитами расположен якорь, который жестко соединен с ножкой клапана. Внутри катушек электромагнитов, на ножке клапана, размещена пружина. Ножка клапана имеет возможность перемещаться вместе с якорем (WO 2011/137663).
Известны также аналогичные конструкции электромагнитных клапанов механизма газораспределения, в частности FR 2969694, WO 2012/085484; KR 20120019265; US 2012048222; KR 20120017982; WO 2011ЕР62395; ES 2373396, ES 2365916; JP 2011157953; ES 2359250; WO 2007/096826; JP 2005337078; JP 2005273515; US 2003217714; US 2002057154; US 6477993.
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является электромагнитный клапан механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, закрывающий верхний и открывающий нижний электромагниты, коаксиально которым расположены пружины, при этом одна пружина установлена с внешней стороны закрывающего электромагнита, а другая - с внутренней стороны открывающего электромагнита, дисковый якорь, жестко связанный с ножкой клапана, клапан дополнительно снабжен расположенными коаксиально электромагнитам двумя пружинами одна, из которых установлена с внутренней стороны закрывающего электромагнита, а другая - с внешней стороны открывающего электромагнита, и установленной в полости корпуса направляющей втулкой, имеющей в средней части кольцевой выступ, в котором равномерно по окружности выполнены пазы, при этом дисковый якорь выполнен с равномерно расположенными по окружности выступами, установленными в упомянутых пазах с возможностью возвратно-поступательного перемещения, кроме того, между выступом направляющей втулки и внешними пружинами установлены упругие кольца (патент на полезную модель RU №56479, 2006).
Недостатком данной конструкции является большой ток потребления и невысокая скорость срабатывания электромагнитного клапана.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности управления фазами газораспределительного механизма.
Техническая задача достигается тем, что электромагнитная система управления клапанами механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания по варианту один, содержит корпус, в котором расположены верхний и нижний электромагниты, коаксиально которым расположены пружины, установленные с внутренней стороны электромагнитов, клапан, представляющий собой тарелку с ножкой, дисковый якорь, связанный с ножкой клапана и выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом, при этом, в отличие от прототипа, дополнительно установлен второй дисковый якорь, через который проходит ножка клапана, первый дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с верхним электромагнитом, а второй дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с нижним электромагнитом, в верхней части электромагнитной системы по вертикальной оси дополнительно установлена взводная вилка, которая выполнена с возможностью взаимодействия с дисковым якорем одного из электромагнитов, верхняя часть ножки клапана снабжена упором с дополнительной пружиной, которая выполнена с возможностью взаимодействия с дисковым якорем одного из электромагнитов, причем пружины нижнего и верхнего электромагнита выполнены с разной жесткостью.
Взводная вилка может быть выполнена с возможностью взаимодействия с дисковым якорем нижнего электромагнита, дополнительная пружина имеет возможность взаимодействия с первым дисковым якорем верхнего электромагнита, при этом жесткость пружины нижнего электромагнита больше жесткости пружины верхнего электромагнита.
Взводная вилка может быть жестко связана с дисковым якорем верхнего электромагнита, дополнительная пружина имеет возможность взаимодействия со вторым дисковым якорем нижнего электромагнита, при этом жесткость пружины верхнего электромагнита больше чем жесткость пружины нижнего электромагнита.
Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- дополнительно установлен второй дисковый якорь;
- второй дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с нижним электромагнитом;
- первый дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с верхним электромагнитом;
- ножка клапана проходит через второй дисковый якорь;
- в верхней части ножки клапана выполнен упор, который взаимодействует с установленной на нем дополнительной пружиной;
- дополнительная пружина с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем одного из электромагнитов;
- по вертикальной оси в верхней части клапана установлена взводная вилка, имеющая возможность взаимодействия с дисковым якорем одного из электромагнитов;
- жесткость пружины нижнего электромагнита отличается от жесткости пружины верхнего электромагнита.
Поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение по варианту один соответствует критерию «новизна».
По варианту два техническая задача достигается также тем, что электромагнитная система управления клапанами механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, в котором расположены верхний и нижний электромагниты, коаксиально которым расположены пружины, установленные с внутренней стороны электромагнитов, клапан, представляющий собой тарелку с ножкой, дисковый якорь, связанный с ножкой клапана и выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом, при этом, в отличие от прототипа, дополнительно установлен второй дисковый якорь, через который проходит ножка клапана, первый дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с верхним электромагнитом, а второй дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с нижним электромагнитом, в верхней части ножки клапана выполнен упор с установленной на нем дополнительной пружиной, которая с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем нижнего электромагнита, последний снабжен взводной вилкой, выполненной с возможностью взаимодействия с дисковым якорем верхнего электромагнита посредством торцевых упоров, причем жесткость пружины нижнего электромагнита меньше жесткости пружины верхнего электромагнита.
Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- дополнительно установлен второй дисковый якорь, через который проходит ножка клапана;
- первый дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с верхним электромагнитом;
- второй дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с нижним электромагнитом;
- в верхней части ножки клапана выполнен упор с установленной на нем дополнительной пружиной;
- дополнительная пружина с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем нижнего электромагнита;
- дисковый якорь нижнего электромагнита снабжен взводной вилкой, выполненной с возможностью взаимодействия с дисковым якорем верхнего электромагнита посредством торцевых упоров;
- причем жесткость пружины нижнего электромагнита меньше жесткости пружины верхнего электромагнита.
Поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение по варианту два соответствует критерию «новизна».
По варианту три техническая задача достигается также тем, что электромагнитная система управления клапанами механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус, в котором расположены верхний и нижний электромагниты, коаксиально которым расположены пружины, установленные с внутренней стороны электромагнитов, клапан, представляющий собой тарелку с ножкой, дисковый якорь, связанный с ножкой клапана и выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом, при этом, в отличие от прототипа, дополнительно установлен второй дисковый якорь, через который проходит ножка клапана, первый дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с верхним электромагнитом, а второй дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с нижним электромагнитом, в верхней части ножки клапана выполнен упор с установленной на нем дополнительной пружиной, которая с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем верхнего электромагнита, второй дисковый якорь нижнего электромагнита снабжен взводной вилкой, дисковый якорь верхнего электромагнита снабжен упорным стаканом, причем упорный стакан и взводная вилка имеют возможность перемещения относительно друг друга, а жесткость пружины нижнего электромагнита больше жесткости пружины верхнего электромагнита.
Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- дополнительно установлен второй дисковый якорь, через который проходит ножка клапана;
- первый дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с верхним электромагнитом;
- второй дисковый якорь выполнен с возможностью взаимодействия с нижним электромагнитом;
- в верхней части ножки клапана выполнен упор с установленной на нем дополнительной пружиной, которая с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем верхнего электромагнита;
- нижний дисковый якорь снабжен взводной вилкой;
- дисковый якорь нижнего электромагнита снабжен упорным стаканом;
- упорный стакан и взводная вилка имеют возможность перемещения относительно друг друга;
- жесткость пружины нижнего электромагнита больше жесткости пружины верхнего электромагнита.
Поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение по варианту три соответствует критерию «новизна».
Изобретение по заявляемым вариантам реализуется с
использованием известных технологических процессов и оборудования, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Принцип работы всех выявленных в результате патентных исследований механизмов основывается на эффекте притягивания якоря электромагнитом, что представляет достаточно длительный по времени процесс и требует большого расхода электроэнергии. Как известно, для удержания заранее примагниченного якоря, требуется электрический ток в 10-ки раз меньший, чем электрический ток на притягивание, за счет того, что притянутый якорь электромагнита замыкает через себя магнитный поток и магнитная цепь является замкнутой т.е. отсутствуют потери в магнитном зазоре. Заявляемые технические решения работают на принципе
предварительно притянутых якорей с небольшим электрическим током удержания, а скорость быстродействия зависит только от жесткости пружин. Экспериментальная проверка заявляемых вариантов электромагнитной системы управления клапанами показала повышение эффективности управления фазами газораспределительного механизма, что явным образом не следует из известного уровня техники. Кроме того, в результате патентных исследований заявляемая совокупность признаков не выявлена, поэтому можно сделать предварительный вывод и соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Объединение трех технических решений в одной заявке определяется единым изобретательским замыслом, который обуславливается наличием дополнительного дискового якоря, взаимодействием дисковых якорей с разными сторонами электромагнитов, и наличие дополнительной пружины, выполненной с возможностью взаимодействия с дисковыми якорями, что, в свою очередь, определяет особенности конструкции заявленных вариантов. Также единый изобретательский замысел подтверждают проведенные испытания заявляемой системы управления, которые подтвердили достижение единого технического результата и эффективность работы всех заявляемых вариантов.
На Фиг.1, 2, 3 - схематично показано устройство по варианту один.
На Фиг.4, 5, 6 показан пример заявляемого устройства по варианту один, в котором взводная вилка может быть жестко связана дисковым якорем верхнего электромагнита.
На Фиг.7, 8, 9 показан пример заявляемого устройства по варианту два, где взводная вилка выполнена с торцевыми упорами.
На Фиг.10, 11, 12 показан пример заявляемого устройства по варианту три с упорным стаканом.
Устройство по варианту один состоит (Фиг.1) из корпуса 1, в котором установлен верхний электромагнит 2 и нижний электромагнит 3. Коаксиально электромагнитам 2 и 3 расположены пружины 4 и 5, которые установлены с их внутренней стороны. По вертикальной оси устройства внутри пружин 4 и 5 расположена ножка 6 тарелки 7 клапана, имеющая возможность взаимодействия с дисковым якорем 8. Устройство содержит дополнительный дисковый якорь 9, через который также проходит ножка 6 клапана. Дополнительный дисковый якорь 9 взаимодействует с нижним электромагнитом 3. В верхней части ножки 6 клапана выполнен упор 10, который имеет возможность взаимодействия с дополнительной пружиной 11, также расположенной на ножке 6 клапана. Пружина 11 с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем 8 верхнего электромагнита 2. В верхней части устройства установлена взводная вилка 12, имеющая возможность взаимодействия с дисковым якорем 9 нижнего электромагнита 3. В данной схеме жесткость пружины 5 больше чем жесткость пружины 4. На Фиг.1 показан кулачок 13 распредвала, газовый канал 14.
Устройство по варианту один работает следующим образом. В начальной позиции (Фиг.1) электромагниты 2 и 3 подключены к току, при этом газовый канал 14 закрыт посредством тарелки 7 клапана. Дисковые якоря 8 и 9 плотно удерживаются электромагнитами 2 и 3, сжимая предварительно взведенные пружины 4 и 5. Сначала отключается ток верхнего электромагнита 2, дисковый якорь 8 перестает быть притянутым магнитным полем электромагнита 2, пружина 4 мгновенно разжимается и передает усилие через дисковый якорь 8 на ножку 6 клапана. Тарелка 7 клапана открывает газовый канал 14 (Фиг.2). Верхний электромагнит 2 снова можно подключить к току, при этом он не сможет током удержания обратно притянуть дисковый якорь 8. Далее (Фиг.3) отключается ток нижнего электромагнита 3 и второй дисковый якорь 9 через дисковый якорь 8 и дополнительную пружину 11 воздействуя на упор ножки 6 клапана под действием пружины 5, жесткость которой больше чем у пружины 4, поднимается и выталкивает вверх взводную вилку 12, при этом тарелка клапана 7 закрывает газовый канал 14, а дисковый якорь 8 притягивается снова к верхнему электромагниту 2. Дополнительная пружина 11 обеспечивает мягкое примыкание тарелки 7 клапана к седлу газового канала 14. Взводная вилка 12 (Фиг.1) под действием кулачка распредвала 13 придавливает второй дисковый якорь 9, который притягивается к подключенному нижнему электромагниту 3. Кулачек 13 поворачивается, давая возможность повторить цикл снова под действием электронного контроллера.
Конструкция электромагнитной системы управления клапанами по варианту один может быть выполнена, как показано на Фиг.4. Особенностью этой конструкции является то, что взводная вилка 12 жестко связана с первым дисковым якорем 8 верхнего электромагнита 3, а дополнительная пружина 11 имеет возможность взаимодействия со вторым дисковым якорем 9 нижнего электромагнита 3.
Работа устройства (Фиг.4) осуществляется следующим образом. В начальной позиции электромагниты подключены к току, при этом газовый канал 14 открыт, а взводная вилка 12 находится в верхнем крайнем положении. Дисковые якоря 8 и 9 плотно удерживаются электромагнитами 2 и 3, тем самым удерживая предварительно сжатые пружины 4 и 5. Сначала отключается ток нижнего электромагнита 3, второй дисковый якорь 9 перестает быть притянутым магнитным полем электромагнита, пружина 5 мгновенно разжимается, воздействуя на дисковый якорь 9, через дополнительную пружину 11 и через упор 10, поднимая ножку 6 клапана, при этом тарелка 7 клапана закрывает газовый канал 14, мягкое прилегание тарелки 7 клапана к седлу газового канала 14 обеспечивает дополнительная пружина 11. Электромагнит 3 снова можно подключать под ток, притянуть обратно дисковый якорь 9 он не сможет. Далее (Фиг.5) отключается ток электромагнита 2 и дисковый якорь 8 с взводной вилкой 12, под действием пружины 4, жесткость которой больше чем жесткость пружины 5, через дисковый якорь 9 толкает ножку 6 клапана вниз, при этом газовый канал 14 открывается, а дисковый якорь 9 притягивается к электромагниту 3. Под действием кулачка 13 распредвала, через коромысло 15 и взводную вилку 12 дисковый якорь 8 притягивается обратно к электромагниту 2. Кулачек 13 отходит и цикл под управлением электронного контроллера повторяется.
Устройство по варианту 2 состоит из корпуса 1 (Фиг.7), в котором установлен верхний электромагнит 2 и нижний электромагнит 3. Коаксиально электромагнитам 2 и 3 расположены пружины 4 и 5, которые установлены с их внутренней стороны. По вертикальной оси устройства внутри пружин 4 и 5 расположена ножка 6 тарелки 7 клапана, имеющая возможность взаимодействия с дисковым якорем 9 нижнего электромагнита. Устройство содержит дополнительный дисковый якорь 8. В верхней части ножки 6 клапана выполнен упор 10, который имеет возможность взаимодействия с дополнительной пружиной 11, также расположенной на ножке 6. Пружина 11 с другой стороны имеет возможность взаимодействия с дисковым якорем 9 нижнего электромагнита 3. Дисковый якорь 9 снабжен взводной вилкой 12, имеющей возможность взаимодействия с дисковым якорем 8 верхнего электромагнита, посредством торцевых упоров 17, причем жесткость пружины верхнего электромагнита больше жесткости пружины нижнего электромагнита.
Устройство по варианту два работает следующим образом. В начальной позиции электромагниты подключены к току, при этом газовый канал 14 закрыт, а взводная вилка 12 находится в верхнем крайнем положении (Фиг.7). Дисковые якоря 8 и 9 плотно удерживаются электромагнитами 2 и 3, тем самым удерживая предварительно сжатые пружины 4 и 5. Сначала отключается ток нижнего электромагнита 3, дисковый якорь 9 перестает быть притянутым магнитным полем электромагнита, пружина 5 мгновенно разжимается, опуская ножку 6 клапана вниз, при этом тарелка 7 клапана открывает газовый канал 14. Электромагнит 3 снова можно подключать под ток, притянуть обратно дисковый якорь 9 он не сможет (Фиг.8). Далее (Фиг.9) отключается ток электромагнита 2 и дисковый якорь 9 под действием пружины 4, жесткость которой больше чем жесткость пружины 5, захватывает упоры 17 взводной вилки 12, которая через дисковый якорь 9, дополнительную пружину 11 и упор 10 поднимает вверх ножку 6 с тарелкой 7 клапана, при этом тарелка 7 клапана закрывает газовый канал 14, а дополнительная пружина 11 обеспечивает мягкое прилегание тарелки 7 клапана к седлу газового канала 14. Дисковый якорь 9 плотно притянут к электромагниту 3. Под действием кулачка 13 распредвала (Фиг.7) дисковый якорь 8 возвращается в исходное положение. Далее кулачек 13 поворачивается, цикл повторяется под действием электронного контроллера.
Конструкция электромагнитной системы управления клапанами по варианту три может быть выполнена, как показано на Фиг.10. Особенностью этой конструкции является то, что дисковый якорь 8 верхнего электромагнита снабжен упорным стаканом 16, причем упорный стакан 16 и взводная вилка 12 имеют возможность перемещения относительно друг друга.
Устройство работает следующим образом (Фиг.10). В начальной позиции электромагниты подключены к току, при этом газовый канал 14 открыт.Дисковые якоря 8 и 9 плотно удерживаются электромагнитами 2 и 3, тем самым удерживая предварительно сжатые пружины 4 и 5. Сначала отключается ток верхнего электромагнита 3, дисковый якорь 8 перестает быть притянутым магнитным полем электромагнита, пружина 4 мгновенно разжимается, воздействуя на дисковый якорь 8, который через упорный стакан 16, дополнительную пружину 11, упор 10, поднимает ножку 6 клапана вверх, тарелка 7 клапана закрывает газовый канал 14 (Фиг.11). Мягкое прилегание тарелки 7 клапана к седлу газораспределительного канала 14 обеспечивает дополнительная пружина 11. Электромагнит 3 снова можно подключить под ток, притянуть обратно дисковый якорь 8 током удержания он не сможет. Затем отключается ток электромагнита 2 и дисковый якорь 9 воздействует на ножку 6 клапана под действием пружины 5, при этом тарелка 7 клапана открывает газовый канал 14, а пружина 4 сжимается, т.к. ее жесткость меньше чем у пружины 5. Дисковый якорь 8 (Фиг.12) притягивается к подключенному электромагниту 2. Под действием кулачка 13, через коромысло 15, взводную вилку 12, дисковый якорь 9 притягивается обратно к подключенному электромагниту 3. Затем кулачек 13 отходит, и цикл повторяется под действием электронного контроллера.
Таким образом, каждый из заявляемых вариантов электромагнитная система управления клапанами механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания позволяют повысить эффективность управления фазами газораспределительного механизма.