Электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

Электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: двигателестроение. Цель изобретения - повышение точности дозирования и быстродействия путем уменьшения трения. Сущность изобретения: форсунка содержит полый корпус 1, электромагнитную катушку 32 с обмотками 33 и 34, распылитель Зс полостью4 и запорным элементом 8, жестко связанным с якорем 10, установленным с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 и периодического сообщения полости 4 с распыливающим соплом 5, дросселирующий элемент 30 с дросселем 31, размещенный на входе в канал 26. Топливо в полость 4 подается через дроссель 31. каналы 26 и 19. полость 18, перфорацию упругого кольцевого элемента 21 и канал 11. Регулировка хода запорного элемента 8 осуществляется путем осевого перемещения ограничителя 20 хода, регулировка усилия затяжки пружины 9 запорного элемента 8 осуществляется путем осевого перемещения втулки элемента 25 регулировки. Направляющие21 и 14фиксируют запорный элемент 8 и якорь 10 в радиальном направлении. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5. F 02 М 51/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1 Р9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4885115/06 (22) 27.11.90 (46) 30.05.92. Бюл. М 20 . (76) В.М.Коросташевский, А.Н.Савушкин и

Б.А. Шахт (53) 621.436.038(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М,1011890, кл. F 02 М 51/00, 1980.

Патент США bh 4666088, кл; F 02 М 61/04, опублик. 1987, Патент США N. 1036252, кл; F 02 М 51/00, 1979. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ. ФОРСУНКА

ДЛЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование; двигателестроение.

Цель изобретения — повышение точности дозирования и быстродействия путем . уменьшения трения. Сущность изобретения: форсунка содержит полый корпус 1, Изобретение относится к двигателестроению, а именно к системам топливоподачи двигателей внутреннего сгорания.

Известна электромагнитная форсунка для впрыскатоплива, содержащая гюлый корпус с каналом подачи топлива, сообщенным с полостью корпуса, и постоянным магнйтом, распыливающий жиклер, установленный с возможностью сообщения с полостью корпуса, и подпружиненный кольцевыми упругим элементом запорный элемент с электромагнитным приводом, установленный с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического перекрытия распыливающего канала жиклера со стороиы полости корпуса.

„,5U,, 1738097 А3 электромагнитную катушку 32 с обмотками

33 и 34, распылитель 3 с полостью 4 и запорным элементом 8, жестко связанным с якорем 10, установленным с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 и периодического сообщения полости 4 с распыливающим соплом 5, дросселирующий элемент 30 с дросселем 31, размещенный на входе в канал 26. Топливо. в полость 4 подается через дроссель 31, каналы 26 и 19, полость 18, перфорацию упругого кольцевого элемента 21 и канал 11. Регулировка хода запорного элемента 8 осуществляется путем осевого перемещения ограничителя 20 хОда, регулировка усилия:затяжки пружины

9 запорного элемента 8 осуществляется путем осевого перемещения втулки, элемента

25 регулировки. Направляющие 21 и 14 фиксируют запорный элемент 8 и якорь 10 в радиальном направлении. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Данное техническое решение обеспечибд вает приемлемую величину быстродействия, однако точность дозирования топлива в форсунке очень низка; Это связано прежде всего с отсутствием центровки запорного элемента по оси корпуса, отсутствием средства для регулировки усилия предварительной затяжки упругого - элемента. и р возможностью перекоса последнего в процессе работы форсунки из-за специфики его расположения. Кроме того, данному техническому решению присуща низкая надеж-, ность вследствие истирания частей корпуса в зоне расположения привода из-за возможной несоосности запорного элемента в процессе работы, а также из-за выполнения

1738097 запорной поверхности распыливающего жиклера плоской.

Известна электромагнитная форсунка, содержащая полый корпус с каналом подвода топлива, электромагнитной катушкой привода и распыливающим соплом, подпружиненный запорный элемент в виде иглы, установленной в полости корпуса с возможностью перемещения вдоль оси корпуса и перекрытия распыливающего сопла, якорь электромагнитной катушки, установленный в полости корпуса и кинематически связанный с иглой запорного элемента, и кольцевой упругий элемент.

Данномутехническому решению присуща низкая надежность и герметичность вследствие того, что в процессе работы якорь и игла запорного элемента притягиваются к стенкам корпуса, что приводит к его дополнительному износу. Кроме того, неравномерность дополнительного износа приводит к снижению точности дозирования топлива, а дополнительное трение — к снижению быстродействия форсунки, либо к существенному изменению мощности привода. Последнее также снижает надежность форсунки вследствие невозможности обеспечить приемлемый уровень охлаждения привода.

Наиболее близкой к предлагаемой является электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая полый цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, закрепленный на корпусе полый распылитель с по меньшей мере одним распыливающим соплом, подпружиненный запорный элемент с направляющей, размещенный в полости распылителя с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического сообщения полости распылителя с распыливающим соплом, электромагнитную катушку привода, размещенную в полости корпуса, цилиндрический якорь катушки привода иэ магнитомягкого материала с направляющей, жестко связанный с запорным элементом распылителя и установленный в полости корпуса, регулируемый ограничитель хода запорного элемента, выполненный в виде цилиндрической втулки из магнитомягкого материала с осевым каналом протока топлива, размещенный по оси корпуса с образованием магнитопровода и возможностью взаимодействия торцом втулки с торцом якоря, элемент регулировки затяжки пружины запорного элемента с осевым каналом для протока топлива, выполненный в виде цилиндрической втулки, размещенной в канале протока топлива аграничителя хода запорного элемента.

20

30 вне зоны активного протока топлива в конечном итоге будет приводить к повышенному износу элементов конструкции, что

45

5

Данная форсунка герметична и надежна в эксплуатации, однако обладает пониженными свойствами в части быстродействия и точности дозирования. Это связано с тем, что выполнение направляющей запорного элемента в виде единой детали приводит в эксплуатации к тому, что при малейшем износе будет изменяться величина эффективного проходного сечения распыливающего сопла, что вызывает нестабильную по величине подачу топлива, во-первых, выполнение направляющей якоря в виде сплошной цилиндрической поверхности приводит к увеличению трения и массы подвижного якоря, что также снижает быстродействие и точность дозирования, во-вторых, выполнение ограничителя хода запорного элемента с возможностью взаимодействия с торцом якоря при одновременном размещении пружины непосредственно в контакте с запорным элементом приводит к снижению динамических свойств системы, что снижает как быстродействие форсунки, так и точность дозирования вследствие расположения пружины в движущихся деталях форсунки.

Кроме того, данная форсунка не защищена в части стабильности подачи топлива от случайных колебаний давления в системе, а расположение трущихся элементов также снижает точность дозирования

Целью изобретения является повышение точности доэирования топлива и быстродействия путем уменьшения трения.

Поставленная цель достигается тем, что. электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая полый цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, закрепленный на корпусе полый распылитель с по меньшей мере одним распыливающим соплом, подпружиненный эапорный элемент с направляющей, размещенный в полости распылителя с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического сообщения полости распылителя с распыливающим соплом, электромагнитную катушку привода, размещенную в полости корпуса, цилиндрический якорь катушки привода из магнитомягкого материала с направляющей;жестко связанный с запорным элементом распылителя и установленный в полости корпуса, регулируемый ограничитель хода запорного элемента, выполненный в виде цилиндрической, втулки из магнитомягкого материала,с осевым каналом протока топлива, размещенный по оси корпуса с образованием магнитолровода и

1738097 возможностью взаимодействия торцом втулки с торцом якоря. элемент регулировки затяжки пружины запорного элемента с осевым каналом для протока топлива, выполненный в виде цилиндрической втулки, размещенной в канале протока топлива ограничителя хода запорного элемента, снабжена дросселирующим элементом, размещенным на входе в осевой канал протока топлива элемента регулировки затяжки пружины запорного элемента, пружина установлена между торцами элемента регулировки и якоря, последний размещен с образованием ограниченной частью своей боковой поверхности полости для протока топлива, сообщенной с осевым каналом протока топлива ограничителя хода запорного элемента, и с образованием канала для протока топлива в виде радиального зазора между поверхностью полости корпуса и частью боковой поверхности якоря, сообщающего полость для протока топлива с полостью распылителя, направляющая якоря выполнена в виде установленного в полости для протока топлива перфорированного упругого элемента, внутренний торец которого жестко закреплен на боковой поверхности якоря, а внешний жестко связан с корпусом, причем направляющая запорного элемента выполнена в виде втулки, жестко установленной на запорном элементе с образованием канала для протока топлива между поверхностью полости распылителя и боковой поверхностью втулки, сообщающего полость распылителя с распыпивающим соплом, По варианту выполнения форсунки электромагнитная катушка привода имеет две последовательно включенные обмотки, выполненные из различного материала.

Это позволяет при изготовлении одной из обмоток из меди, а не из материала с постоянным сопротивлением, например, манганина и включить зависимость сопротивления электромагнитной катушки оттемпературы.

На чертеже представлена конструктивная схема форсунки.

Устройство содержит корпус 1 из магнитомягкого материала с полостью 2, на котором закреплены распылитель 3 с внутренней полостью 4 и распыливающим соплом 5, входной штуцер 6 и штепсельный разьем 7. В полости 4 распылителя 3 уста-. новлен запорный элемент 8, подпружиненный пружиной 9 и жестко закрепленный (например, опрессованный) в якоре 10 из магнитомягкого материала, установленном в полости 2 корпуса 1 с образованием канала

11 для протока топлива в виде радиального кольцевого зазора между поверхностью 12

25 24 жестко связан с корпусом 1. Ограничи30

40

55 полости 2 корпуса 1 и частью боковой поверхности 13 якоря 10. На запорном элементе

8, выполненном из магнитомягкого материала, жестко установлена направляющая 14 из немагнитного материала в виде втулки, между боковой поверхностью 15 которой и поверхностью 16 полости 4 распылителя 3 образован канал 17 для протока топлива, сообщающий полость 4 с распыливающим соплом 5. Якорь 10 размещен в полости 2 корпуса с образованием полости 18 для протока топлива, ограниченной с одной стороны частью боковой поверхности 13 якоря 10.

Полость 18 с одной стороны сообщена с осевым каналом 19 протока топлива регу- лируемого ограничителя 20 хода запорного элемента 8, а с другой — с кольцевым радиальным зазором канала 11 для протока топлива. В полости 18 установлена направляющая 2-1 якоря 10, выполненная в виде кольцевого упругого элемента с перфорацией 22. Внутренний торец 23 направляющей 21 жестко закреплен на боковой поверхности 13 якоря.10, а внешний торец тель 20 хода запорного элемента 8 выполнен B виде цилиндрической втулки из магнитомягкого материала, в осевом канале

19 которой установлен элемент 25 регулировки затяжки пружины 9, выполненный в виде цилиндрической втулки с осевым каналом 26 для протока топлива. Пружина 9 установлена между торцом 27 элемента 26 регулировки и торцом 28 якоря 10, Торец 29 втулки ограничителя 20 явпятся упором, orраничивающим подъем запорного элемента

8. На входе в осевой канал 26 элемента 25 установлен дросселирующий элемент 30 с дросселем 31. В полости 2 корпуса размещена электромагнитная катушка 32, .обмотки 33 и 34 которой подключены к разъему 7 и в совокупности к корпусу 1, якорем 10 и втулкой ограничителя 20 хода образуют магнитопров. B штуцере 6 установлен фильтр

35 топлива.

Величина рабочего хода запорного элемента 8 регулируется перемещением втулки ограничителя 20 хода в осевом направлении, а усилие. затяжки пружины 9 — перемещением в осевом направлении втулки элемента 25 регулировки. После регулировки форсунки втулка элемента 25 поджимается дросселирующим элементом 30,.а вся конструкция жестко фиксируется путем обжатия штуцера 6.

Электромагнитная форсунка работает следующим образом.

Топливо под постоянным давлением от системы топливоподачи поступает во входной штуцер 6 с фильтром 35. Далее топливо

1738097 через дроссель 31 по каналам 26 и 19 поступает в полость 18 и далее через перфорацию

22 элемента 21 и канал 11 поступает в полость 4 распылителя 3. Выходу топлива из полости 4 через распыливающее сопло 5 препятствует запорный элемент 8, поджатый пружиной 9.

При подаче напряжения на клеммы штепсельного разъема 7 по обмоткам 33 и

34 катушки 32 начинает протекать экспотенциально нарастающий электрический ток.

Постоянная времени процесса нарастания тока в катушке 32 пропорциональна индуктивности обмотки. Электрический ток в катушке 32 возбуждает в магнитопроводе форсунки нарастающий магнитный поток, замкнутые силовые линии которого, распространяясь вдоль магнитопровода; проходят через осевой зазор между торцом 29 втулки ограничителя 20 и торцом 28 якоря 10 и радиальный зазор канала 11. Проходя через осевой зазор, силовые линии нарастающего магнитного потока обуславливают нарастающую силу электромагнитного притяжения между якорем 10 и втулкой ограничителя 20. При превышении этой силы усилия затяжки пружины 9 якорь 10 начинает перемещаться в направлении втулки ограничителя 20 вместе с запорным элементом 8, и при подъеме последнего полость 4 распылителя 3 сообщается с распыливающим соплом 5. Топливо распыливается в зону впускных клапанов двигателя внутреннего сгорания непосредственна в цилиндры или впускной коллектор двигателя.

Время от момента подачи напряжения на клеммы форсунки до момента открытия распыливающего сопла 5 в значительной мере определяется временем нарастания тока в катушке 32, т.е. ее индуктивностью.

Поскольку в конце хода якорь 10 плотно прижимается к втулке ограничителя 20, весь осевой зазор используется в качестве рабочего хода якоря 10, при этом обмотки 33 и

34 выполнены с минимально необходимым числом витков, а следовательно, и с наименьшей индуктивностью.

После снятия напряжения с клемм штепсельного разъема 7 магнитный поток в магнитопроводе форсунки уменьшается, что приводит к уменьшению.сил электромагнитного притяжения между якорем 10 и втулкой ограничителя 20. При уменьшении этой силы до величины усилия затяжки пружины 9 якорь 10 вместе с запорным элементом 8 начинает двигаться по направленйю к распыливающему соплу 5, и запорный элемент & перекрывает в конце своего хода. сообщение сопла 5 с полостью 4 распылителя 3.

Время от момента снятия напряжения с клемм электромагнитной форсунки до момента перекрытия сообщения полости 4 с соплом 5 в основном определяется време5 нем уменьшения магнитного потока в магнитопроводе. Для уменьшения времени закрытия в магнитопроводе выполнЕн разрыв в виде радиального зазора канала 11 между поверхностями 12 и.13, в котором

55 происходит интенсивное рассеивание магнитного потока после снятия напряжения с, катушки 32.

Выполнение направляющей 21 в виде кольцевого упругого элемента обеспечивает неизменность радиального зазора в течение ресурсной наработки форсунки.

Выполнение катушки 32 из резистивного материала позволяет обеспечить стабильность сопротивления форсунки, что позволяет выполнить обмотки 33 и 34 с минимально возможным числом витков, а следовательно, с наименьшей индуктивностью во всем рабочем диапазоне температур.

Выполнение и размещение направляющей 14 запорного элемента 8 согласно указанным признакам позволяет обеспечить стабильность величины эффективного проходного сечения распыливающего сопла 5, указанное выполнение и размещение направляющей 21 якоря 10 и пружины 9 запорного элемента 8 позволяет исключить трение в данных элементах конструкции, снизить их массу и повысить динамические свойства системы, наличие дросселирующе-. го элемента 30 позволяет стабилизировать характеристики топлива в полости 2 корпуса

1 форсунки, выполнение направляющей 21 якоря 10 в виде кольцевого упругого элемента позволяет за счет его упругости точнее отрегулировать требуемую величину усилия затяжки пружин, а размещение всех динамически взаимодействующих элементов конструкции в зоне активного протока топлива еще более снижает величину трения.

Формула изобретения

1. Электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая полый цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, закрепленный на корпусе полый распылитель с по меньшей мере одним распыливающим соплом, подпружиненный запорный элемент с направляющей, размещенный в полости распылителя с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического сообщения полости распылителя с распыливающим соплом, электромагнитную катушку привода, размещенную в полости корпуса, цилиндрический якорь катушки привода из магнитомягкого материала с на1738097

9

Ю в

2Ч

Составитель В,Коросташевский

Техред М,Моргентал Корректор H.Ðåâñêàÿ

Редактор М.Товтин

Заказ 1910 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 правляющей, жестко связанный с запорным элементом распылителя и установленный в полости корпуса, регулируемый ограничитель хода запорного элемента, выполненный в виде цилиндрической втулки из магнитомягкого материала с осевым каналом протока топлива, размещенный по оси корпуса с образованием магнитопровода и воэможностью взаимодействия торцом втулки с торцом якоря, элемент регулировки затяжки пружины запорного элемента с осевым каналом для протока топлива, выполненный в виде цилиндрической втулки, размещенной в канале протока топлива ограничителя хода запорного элемента, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности дозирования и быстродействия путем уменьшения трения, форсунка снабжена дросселирующим элементом, размещенным на входе в осевой канал для протока топлива элемента регулировки затяжки пружины запорного элемента, пружи,на установлена между торцами элемента регулировки и якоря, последний размещен с образованием ограниченной частью своей боковой поверхности полости для протока топлива, сообщенной с осевым каналом протока топлива ограничителя хода запорного элемента, и с образованием канала для протока топлива в виде радиального кольце5 вого заьора между поверхностью полости корпуса и частью боковой поверхности якоря, сообщающего полость для протока топлива с полостью распылителя, направляющая якоря выполнена в виде установленного в

10 полости для протока топлива перфорированного упругого элемента, внутренний торец которого жестко закреплен на боковой поверхности якоря, а внешний жестко связан с корпусом, причем направляющая запор15 ного элемента выполнена в виде втулки, жестко установленной на запорном элементе с образованием канала для протока топлива между поверхностью полости распылителя и боковой поверхностью втулки, сообщаю20 щего полость распылителя с распыливающим соплом, 2. Форсунка поп.1.отличающаяся тем. что электромагнитная катушка привода имеет две последовательно включенные об25 мотки, выполненные из различного материала.