На реализацию идеи создания электромагнитного клапана, надежно работающего без жесткой возвратной запорной пружины с управлением от электронной автоматики, направлены поиски специалистов многих западных автомобилестроительных фирм и отечественных изобретателей.
На рис. 9.5 показан газораспределительный клапан, который работает без возвратной пружины, но с двумя электромагнитами, первый из которых (см. поз. 6) открывающий, а второй (см. поз. 8) закрывающий.
Рис. 9.5. Электромагнитный клапан без возвратной запорной пружины
Как видно из чертежа, электромагнитный клапан содержит якорь 7, общий для обоих электромагнитов. Якорь 7 жестко закреплен на клапанном стержне 3 с помощью натяжной гайки 9 с контршайбой и зажимных трубок 10, выполненных из немагнитного материала. Электромагниты 6 и 8 зафиксированы в немагнитной гильзе 12, которая с помощью винтов через термоизоляционную прокладку 13 приворачивается к головке 14 блока цилиндров. Гильза 12 в нижней части имеет направляющую втулку 5 для клапанного стержня 3, а в верхней части — немагнитную крышку 11 с направляющей втулкой. Крышка 11 привернута к гильзе 12 винтами.
Электромагнитный клапан без жесткой возвратной пружины и с управлением от электронной автоматики работает следующим образом.
Когда оба электромагнита обесточены, то пружина 1, которая рассчитана только на преодоление массы подвижной части клапана, поднимает ее «вверх» и неплотно закрывает клапан. Пружина 1 обеспечивает клапану верхнее (прикрытое) положение при выключенном зажигании двигателя. При включении зажигания, еще до пуска двигателя, каждый электромагнитный клапан в газораспределительном механизме занимает рабочее положение (предписанное программой управления клапанами, заложенной в блоке памяти), которое задается клапану его электромагнитами. При подаче импульса постоянного напряжения от электронного коммутатора клапанов (ЭКК) на обмотку первого открывающего электромагнита 6 ферромагнитный якорь 7 опускается «вниз» и открывает клапан. Клапан остается в устойчиво открытом состоянии до тех пор, пока электромагнит 6 включен (находится под током), а электромагнит 8 обесточен. Для закрытия клапана электромагнит 6 (открывающий) обесточивается, а на электромагнит 8 (закрывающий) подается импульс постоянного напряжения (управляющий сигнал от ЭКК). При этом якорь 7 поднимается электромагнитом 8 «вверх» и клапанная головка 2 с требуемым усилием прижимается к посадочной фаске 4 — клапан закрывается и остается в таком состоянии до очередного срабатывания открывающего электромагнита 6.
Для предотвращения жестких соударений якоря 7 о выступающее ярмо электромагнита 6 при открывании клапана (или о ярмо электромагнита 8 при закрытии) на якоре 7 установлено не менее трех отбойников 15 из жесткой ударостойкой резины. При приближении якоря 7 к любому из двух краевых положений отбойники прижимаются к ограничительной шайбе 16 и несколько сплющиваются, благодаря чему происходит торможение якоря 7 перед его окончательным смыканием с ярмом электромагнита 6 или 8. При обесточивании электромагнита резиновые отбойники работают на отталкивание якоря от ярма, чем способствуют быстрому их размыканию.
Моменты открытия и закрытия электромагнитного клапана формируются в вычислительном устройстве электронной системы автоматического управления поршневым двигателем (ЭСАУ-Д). При этом входными сигналами, по которым адаптируется программа управления клапанами, являются сигналы входных датчиков для ЭСАУ-Д.
Аналогичную конструкцию и подобный принцип действия имеет газораспределительный клапан, показанный на рис. 9.6.
Рис. 9.6. Электромагнитный клапан с двумя электромагнитами
Его принципиальное отличие от вышеописанного ЭМ-клапана с двумя электромагнитами (см. рис. 9.5) состоит в том, что магнитопроводы (ВМП) его открывающего (ЭМО) и закрывающего (ЭМЗ) электромагнитов выполнены витыми из тонкой магнитомягкой ферроленты. Это значительно понижает потери в магнитопроводе на перемагничивание при высокой частоте срабатывания газораспределительного клапана.
Оригинально решен вопрос амортизации соударений. Нижнее амортизирующее устройство (АУН) предотвращает резкий удар якоря Я о нижний витой магнитопровод при открытии клапана. При закрытии соударение головки клапана (ГК) о посадочную фаску (ФК) предотвращается верхним амортизирующим устройством (АУВ).
Основных недостатков три:
- 1. Отсутствие жесткой привязки стержня клапана (СК) к стержню якоря (СЯ).
- 2. Значительная упругость в нижнем амортизирующем устройстве (АУН), что требуется для поднятия ГР-клапана вверх при закрытии.
- 3. Сложность наладки ЭМ-клапана на отсутствие соударений.
Электромагнитный клапан без возвратной пружины, с двумя электромагнитами, с устройствами для амортизации соударений и с управлением фаз газораспределения от ЭСАУ-Д хотя и удовлетворяет требованиям по массе, габаритным, энергетическим и частично акустическим показателям, но не обеспечивает регулировку скорости и глубины открывания клапанной головки.