ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД УПРАВЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК F02M51/06 H01F7/06 F16K31/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам двигателей внутреннего сгорания для управления процессом впрыскивания топлива.

Известен электромагнитный привод для управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания топливным насосом высокого давления, в частности для управления дозирующим клапаном насос-форсунки [1]
Электромагнитный привод для управления топливным насосом высокого давления содержит электромагнит, включающий магнитопровод, выполненный в виде тела вращения с глухой кольцевой выточкой из элементов, размещенных в направлении магнитного потока, и обмотку, размещенную в кольцевой выточке, и якорь, связанный с управляющим клапаном и выполненный в виде ступенчатой тарелки, причем поверхности, взаимодействующие с магнитопроводом, размещены в разных плоскостях ступеней якоря.

При возбуждении обмотки электромагнита управляющим электрическим сигналом электромагнитный привод развивает недостаточное удерживающее (максимальное) усилие и не обеспечивает надежного закрытия управляющего клапана при давлениях впрыскивания топлива свыше 100 МПа, который выполняют с незначительной дифференциальностью для малого его гидравлического нагружения, например [2]
Известен электромагнитный привод для управления запирающим клапаном форсунки двигателя внутреннего сгорания, показанной на фиг. 3.3 с. 30 в источнике [3]
Электромагнитный привод содержит корпус, электромагнит-соленоид, включающий ступенчатый магнитопровод-сердечник с проточками уменьшающегося диаметра и соленоид, выполненный из невзаимозаменяемых секций, размещенных в соответствующих проточках магнитопровода-сердечника, и колоколообразный якорь с глухой расточкой уменьшающегося диаметра, внутренние буртики которой взаимодействуют с уступами ступенчатого магнитопровода-сердечника при возбуждении соленоида управляющим сигналом. Колоколообразный якорь охватывает магнитопровод-сердечник, размещен в направляющих элементах расточки корпуса и жестко связан с управляющим клапаном. Секции соленоида выполнены с дискретно убывающим (увеличивающимся) внутренним диаметром и размещена в проточках магнитопровода с аналогично изменяющимся диаметром сердечника. При этом секции соленоида имеют различные электрические параметры (активное сопротивление, индуктивность), могут различаться сечением обмоточного провода, а взаимодействующие кольцевые поверхности уступов колоколообразного якоря и перемычек между проточек магнитопровода-сердечника по секциям имеют отличающиеся ограничивающий их периметр и площадь, что обуславливает возбуждение на секциях различающегося по величине тягового усилия. С увеличением числа секций соленоида электромагнитного привода отношение объема, занимаемого электромагнитным приводом, к суммарному развиваемому усилию изменяется, т.е. габаритный объем используется неэффективно. Кроме того, такая конструкция электромагнитного привода нетехнологична в изготовлении. Необходимость точно выдерживать рабочий зазор по взаимодействующим элементам секций требует точного выполнения расстояний между плоскостями внутренних буртиков колоколообразного якоря и между соответствующими им плоскостями магнитопровода-сердечника, а сложная форма монолитных деталей технологически осложняет выполнение этой задачи. С увеличением диаметра соленоида (при прочих равных параметрах) увеличивается его индуктивность и, следовательно, задержка срабатывания и отпускания электромагнита. Поскольку диаметры секций соленоида различны, суммарное усилие будет нарастать и убывать с замедлениями, неравномерно, что отрицательно влияет на быстродействие электромагнитного привода.

Таким образом, недостатками известного электромагнитного привода, соленоид которого выполнен из невзаимозаменяемых секций ступенчато изменяющегося диаметра, являются относительно низкое быстродействие, большие габариты и объем, занимаемый приводом, большая масса якоря и нетехнологичность конструкции.

Целью изобретения является повышение эффективности электромагнитного привода управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания, путем увеличения тягового усилия и быстродействия электромагнита, а также повышения технологичности его изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что электромагнитный привод управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус с глухой расточкой, электромагнит, включающий полый магнитопровод со стопом, размещенный в глухой расточке корпуса, соленоид в виде секционированной обмотки, подключенный к источнику управляющего электрического сигнала и закрепленный в полом магнитопроводе, и якорь в виде тела вращения, размещенный в соленоиде и взаимодействующий со стопом и управляющим элементом при возбуждении соленоида управляющим электрическим сигналом, в соответствии с изобретением, выполнен с двумя или более взаимозаменяемыми секциями соленоида, закрепленными в полом магнитопроводе, так что смежные секции соленоида разделены одна от другой элементом магнитопровода, выполненным в виде суммирующего их магнитные потоки элемента стопа с расточкой для размещения в ней якоря, якорь выполнен в виде сердечника соленоида с жестко связанным грибовидным элементом для взаимодействия со стопом, диаметр грибовидного элемента выбран больше диаметра расточки стопа, якорь размещен в полом магнитопроводе и соленоиде с возможностью смещения на рабочий ход, а количество элементов стопа и грибовидных элементов якоря выбрано по меньшей мере меньше количества секций соленоида на единицу, причем магнитопровод выполнен из частей, последовательно размещенных и плотно прижатых друг к другу торцами при сборке в корпусе, а площадь поперечного сечения элемента магнитопровода, разделяющего смежные секции соленоида, и площадь поперечного сечения грибовидного элемента якоря выбраны из условия:
f_с (1,25.3,2)f₁,
f₂ (1,25.3,2)f₁,
h_с (0,4.1,04)f₁/d_max,
h_я (0,4.0,85)f₁/d_с,
где f_с площадь поперечного сечения по минимальному диаметру расточки элемента стопа, разделяющего смежные секции соленоида, ограниченная периметром диаметра, равного наибольшему диаметру грибовидного элемента якоря;
f₁ площадь поперечного сечения сердечника соленоида;
f₂ площадь поперечного сечения по наибольшему диаметру грибовидного элемента якоря, ограниченная периметром диаметра, равного диаметру расточки элемента стопа;
h_с высота элемента стопа, разделяющегося смежные секции соленоида, по периметру диаметра, равного наибольшему диаметру грибовидного элемента якоря;
d_max наибольший диаметр грибовидного элемента якоря;
h_я высота грибовидного элемента якоря по периметру диаметра, равного диаметру расточки элемента стопа;
d_с минимальный диаметр расточки элемента стопа.

Целесообразно для достижения поставленной цели якорь выполнять в виде гирлянды последовательно устанавливаемых и плотно прилегающих друг к другу частей, а количество грибовидных элементов якоря и элементов стопа выбирать равным количеству секций соленоида.

Целесообразно для достижения поставленной цели количество грибовидных элементов якоря и количество элементов стопа выполнять на единицу больше количества соленоида.

Целесообразно для достижения поставленной цели поверхности взаимодействия стопа и якоря выполнять плоскими и поверхность взаимодействия элемента стопа располагать в плоскости стыка смежных частей магнитопровода.

Возможно для достижения поставленной цели поверхности взаимодействия стопа и якоря выполнять коническими с вершиной конуса, обращенной в направлении рабочего хода якоря.

Целесообразно для достижения поставленной цели корпус привода снабжать цапфой, размещенной соосно в глухой расточке корпуса и жестко с ним связанной, цапфу выполнять с цилиндрической направляющей поверхностью, а якорь с центральной расточкой, которой он размещен на цапфе с возможностью центровки и смещения на рабочий ход.

Возможно цапфу выполнять в виде сердечника соленоида, размещенного в полом магнитопроводе и жестко с ним связанного, а элемент якоря, размещенный в секции соленоида, выполнять в виде тонкостенной втулки.

Для улучшения отвода теплового потока от внутренней зоны секции соленоида целесообразно каркас секции соленоида выполнять в виде радиатора с по меньшей мере одним радиальным ребром.

Использование настоящего изобретения позволяет за счет выполнения соленоида электромагнита из технологичных, взаимозаменяемых секций, выполнения якоря и магнитопровода из однотипных технологичных частей достигнуть в относительно малых габаритах значительных тяговых усилий и высокого быстродействия, и тем самым достигнуть высокой эффективности управления, а именно: достаточно быстрого открытия, закрытия и удержания в закрытом состоянии дозирующего клапана, нагруженного большим гидравлическим усилием при давлении впрыскивания топлива в диапазоне 100-200 МПа.

На фиг. 1 изображен общий вид первого варианта выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 2 электромагнит в сборе первого варианта выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 3 якорь в сборе первого варианта выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 4 второй вариант выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 5 секция электромагнита второго варианта выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 6 якорь электромагнита второго варианта выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 7 вариант выполнения якоря (фрагмент продольного разреза), согласно изобретению; на фиг. 8 третий вариант выполнения электромагнитного привода (продольный разрез), согласно изобретению; на фиг. 9 якорь в сборе третьего варианта выполнения электромагнитного привода (разрез продольный), согласно изобретению.

Лучший вариант осуществления изобретения.

Электромагнитный привод управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания, содержит корпус 1 с глухой расточкой 2, электромагнит (фиг. 2), размещенный в расточке 2 корпуса 1, цапфу 4, жестко связанную с корпусом 1, якорь 5 (фиг. 3) с наконечником 6 для взаимодействия с управляющим элементом (на чертеже не показан), размещенный на цапфе 4 с возможностью центровки и смещения вдоль оси цапфы. Электромагнит включает полный магнитопровод 7, выполненный из частей 8, 9, 10 (фиг. 2) с элементом 11, выступающим в расточку 12, 13, 14 и 15, и выполненным в виде элемента стопа якоря 5, и две взаимозаменяемые секции 16, 17 соленоида 18, каркасом 19 закрепленные в расточке 15 частей 8 и 9 соответственно.

Части 8 и 9 магнитопровода 7 выполнены в виде стакана (фиг. 2) с расточкой 12 и 13 в его донной части.

Противоположным торцем 21 часть 8 магнитопровода 7 плотно прилегает к торцу 20 с выступающим элементом 11 части 9. Часть 10 магнитопровода 7 выполнена в виде шайбы (фиг. 2) с выступающим элементом 11, расточкой 12, 13 по форме донной части элементов 8, 9 и торцем 20, которым плотно прилегает к торцу 21 элемента 9.

Якорь (фиг. 3) собран в виде гирлянды частей 22, 23, 24, выполнен с центральной расточкой 25, 26, 27, грибовидными элементами 28, 29 переменного поперечного сечения для взаимодействия с элементом 11 магнитопровода, и сердечниковой зоной 30, 31 постоянного меньшего диаметра.

Части 22 и 23, 23 и 24 (фиг. 3) якоря 5 плотно прилегают друг к другу торцами 32, 33 и 34, 35 и поверхностью 25, 26, 27 центрируются на цапфе 4, которая снабжена тонкостенными направляющими втулками 36, 37, 38 и резьбовым элементом 39 закреплена в корпусе 1 соосно расточке 2. Якорь 5 грибовидным элементом 28, 29 размещен над элементом 11 магнитопровода 7 и элементом 29 в соленоиде 18 между секциями 16, 17, а зоной постоянного диаметра 30, 31 частей 22, 23 (фиг. 3) в расточке 13 элемента 11 магнитопровода 7 и в секциях 16, 17 соленоида 18 соответственно с возможностью смещения его в соленоиде 18 на рабочий ход X (фиг. 1).

Площадь поперечного сечения f₂ и высота h_я грибовидной зоны 28, 29 якоря 5 и площадь поперечного сечения f_с элемента 11 магнитопровода 7 и его высота h_с относительно площади поперечных сечений f₁ зон 30, 31 якоря 5, выполненных с постоянным диаметром, выбраны с соотношением:
f_с (1,25.3,2)f₁,
h_я (0,4.0,85)f₁/d_с,
f₂ (1,25.3,2)f₁,
h_с (0,4.1,04)f₁/d_max,
Выбор такого соотношения элементов магнитопровода и якоря обеспечивает по всем сечениям магнитной цепи близкое к равному магнитное сопротивление всех ее элементов, в том числе для магнитных потоков смежных секций соленоида, суммирующихся на элементе стопа и грибовидном элементе якоря, размещенными между этими секциями.

Расточка 12 элемента 11 магнитопровода 7 и поверхность 40 грибовидного элемента 28, 29 якоря 5 выполнены коническими с вершиной конуса, обращенной в направлении смещения якоря при возбуждении соленоида (на фиг. 1 вниз, в направлении уменьшения зазора Х). Поверхность расточки 12 и поверхность 40 являются взаимодействующими поверхностями элемента стопа и грибовидного элемента якоря. Взаимодействующая поверхность 12 ограничивается периметром диаметра, равного максимальному диаметру грибовидной зоны якоря d_max, а взаимодействующая поверхность 40 периметром диаметра, равного диаметру расточки стопа d_с.

Площади проекций поверхностей параметры f_с, f₂ (показаны пунктиром на фиг. 2, 3).

Количество элементов 11 в виде элементов стопа и количество грибовидных элементов якоря по фиг. 1 выполнено на единицу больше количества секций соленоида, и равно трем, а количество элементов, суммирующих магнитные потоки двух смежных секций соленоида, равно единице, т.е. на единицу меньше количества секций соленоида.

Цапфу 4 электромагнитного привода первого варианта выполняют из немагнитного материала (показано на фиг. 1, 3, параметр f₁ - пунктиром), а в варианте с целью уменьшения массы якоря из магнитопроводящего материала в виде части сердечника соленоида. В последнем случае целесообразно выполнение элементов 30, 31 якоря 5 (фиг. 3), размещенных в секциях 16 и 17 соленоида соответственно, в виде тонкостенной втулки, жестко связанной с грибовидным элементом 28, 29. При этом параметр f₁ составляет сумму площадей поперечных сечений якоря в зоне его выполнения в виде тонкостенной втулки и цапфы, составляющей неподвижную часть сердечника соленоида (показано на примере фиг. 4, 6).

В варианте направляющие втулки 36, 37, 38 цапфы 4 могут быть выполнены из немагнитного материала, например в виде гальванического покрытия. Таким выполнением обеспечивают надежное смещение якоря, без задиров и прихватываний.

Электромагнит работает следующим образом.

При отсутствии управляющего электрического сигнала на соленоиде 18 отсутствует его возбуждение и, следовательно, тяговое усилие на якоре 5. Якорь 5 занимает крайнее верхнее положение (показано на фиг. 1), будучи смещенным воздействием на наконечник 6 внешнего усилия, например возвратной пружиной управляющего клапана
Якорь 5 смещен на цапфе 4 с образованием между рабочими поверхностями 12 и 40 стопа и якоря зазора X по всем трем элементам 11 частей 8, 9, 10 магнитопровода 7 и, соответственно, частей 22, 23, 24 якоря 5, собранным в гирлянду с плотным их прилеганием по поверхностям разъема.

При возбуждении соленоида 18 управляющим электрическим сигналом в магнитопроводе 7 и якоре 5 наводятся вокруг секций 16, 17 соленоида два равных по величине магнитных потока, преодолевающие воздушные зазоры X₁, X₂, X₃. Один поток проходит через части 8, 9 магнитопровода 7, части 22, 23 якоря 5 и зазоры X₁, X₂, другой через части 9, 10 магнитопровода, части 23, 24 якоря и зазоры X₂, X₃. В зазоре X₂ суммируются оба магнитных потока. Магнитные потоки возбуждают силовое сцепление с электромагнитом по зазорам X₁, X₂, X₃ и его тяговое (по устройству фиг. 1 толкающее) усилие.

Развиваемое электромагнитом привода усилие направлено на преодоление и уменьшение рабочего зазора X₁ X₂ X₃ X по взаимодействующим элементам стопа и якоря. Производимая работа электромагнита направлена на перемещение якоря и связанного с ним управляющего элемента, нагруженного значительным противодействующим усилием, например, от высокого давления впрыскиваемого в двигатель топлива.

При снятии с соленоида управляющего электрического сигнала ток в нем, а следовательно в магнитный поток в магнитопроводе до нулевого значения в течение времени, определяемого индуктивностью магнитной системы. В момент, когда тяговое усилие становится меньше внешней противодействующей силы, якорь начинает перемещаться в крайнее, верхнее по фиг. 3, положение под действием разности этих сил. При возбуждении обмотки цикл работы привода повторяется.

Электромагнитный привод, выполненный по фиг. 1, с размерами магнитопровода, наружный диаметр 24 мм, высота 27 мм; якоря максимальный диаметр 19 мм, развивает при зазорах 0,1.0,9 мм усилие 550.260 Н. Материал деталей магнитной системы конструкционная сталь 20.

Возможен второй вариант выполнения электромагнитного привода (фиг. 4), снабженного двухсекционным соленоидом 18 электромагнита 3, в котором якорь 5 (фиг. 6) выполнен меньшей массы в сравнении с якорем, фиг. 3, первого варианта электромагнитного привода. Конструктивно электромагнитный привод по фиг. 4 отличается от описанного выше количеством взаимодействующих с магнитопроводом 7 грибовидных элементов 29 якоря 5 и рабочих зазоров X.

Электромагнит второго варианта выполнен со стопом, состоящим из одного элемента, т.е. количество элементов стопа выполнено на единицу меньше количества секций соленоида.

Зазоры якоря X₁ и X₃ выполнены в зоне постоянного диаметра якоря и при смещении его на рабочий ход не изменяются, а служат лишь для замыкания магнитного потока между якорем и магнитопроводом. Для уменьшения магнитного сопротивления зазоры X₁ и X₃ выполняют возможно меньшими. При этом элемент 11 магнитопровода 7, образующий с якорем зазоры X₁ и X₃, не выполнен в виде элемента стопа и якорь не имеет соответственно грибовидных элементов.

Целесообразно для изменения зависимости развиваемого усилия от зазора (увеличения крутизны характеристики) взаимодействующие поверхности магнитопровода и якоря 41 и 42 соответственно выполнять плоскими и для упрощения технологии изготовления частей магнитопровода 7 (часть 9 фиг. 4, 5) поверхность 41 размещать на торце 20 в плоскости стыка смежных частей магнитопровода 8 и 9.

Якорь, фиг. 6, выполнен неразделяемыми на части в отличие от якоря первого варианта электромагнитного привода. Центральной расточкой 43 якорь охватывает цапфу 4 и центрируется на поясках 44 и 45 цапфы с возможностью относительного перемещения вдоль оси цилиндрической поверхности цапфы.

Цапфу 4, как и в первом варианте электромагнитного привода на фиг. 1, выполняют из немагнитного материала, а в варианте из магнитного материала. Целесообразно для уменьшения массы якоря во втором варианте его элементы постоянного диаметра, размещенные в секциях 16, 17 соленоида 18, выполнять в виде тонкостенных втулок (показано на фиг. 4, 6). Параметр f₁ включает площадь сечения цапфы и показан пунктиром.

Во втором варианте, фиг. 7, возможно цапфу 4 жестко связать с магнитопроводом (с частью 8 магнитопровода 7), а якорь целесообразно выполнить, как указано выше: элементы якоря постоянного диаметра, размещенные в секциях 16, 17 соленоида 18, выполнять в виде тонкостенных втулок (параметр f₁ показан пунктиром).

С целью интенсификации отвода теплового потока от секции соленоида 18 каркас 19 секций 16, 17 соленоида магнита 3 (фиг. 4, 5) целесообразно в варианте выполнять в виде радиатора 46 с теплоотводящими ребрами 47, 48, 49 из материала с высокой удельной теплопроводностью, например, алюминия, меди, их сплавов.

Каркас 19 выполняют с по меньшей мере одним радиальным теплоотводящим ребром и закрепляют в магнитопроводе 7 с возможностью отвода теплового потока от соленоида.

Разделяющий секции соленоида элемент 11 части 9 магнитопровода 7 и грибовидный элемент 29 якоря 5 выполнены с теми же соотношениями параметров, что и в первом варианте электромагнитного привода на фиг. 1 (параметры f₁, f₂, f_с показаны пунктиром).

Работает электромагнитный привод аналогично описанному выше первому варианту привода. Отличие в электромагнитном приводе составляет зона формирования тягового усилия. Усилие формирует лишь один элемент стопа в зазоре X₂, суммирующий потоки обеих секций соленоида.

Якорь электромагнитного привода (фиг. 4) выполнен облегченным, что позволяет уменьшить время его перемещения и реализовать работу при высоких частотах срабатывания, например, для управления дозирующим клапаном двигателя внутреннего сгорания с частотой вращения вала свыше 4500 мин^-1.

С целью увеличения тягового усилия целесообразно выполнение третьего варианта электромагнитного привода (фиг. 8) с повышенным, в сравнении с приводом на фиг. 1, 4, тяговым усилием при равных наружных диаметрах электромагнита. Этого достигают трехсекционным выполнением соленоида 18 (секции 50, 51, 52) электромагнита 3. Якорь на фиг. 9, как и якорь на фиг. 3 первого варианта электромагнитного привода на фиг. 1, выполнен из трех составных частей 53, 54, 55 и содержит три грибовидные элементы 28, 29), а магнитопровод 7 содержит три элементы 60, 61, выполненные в виде элементов стопа, и состоит из частей 56, 57, 58, 59. При этом число элементов 61 стопа, суммирующих магнитные потоки секций соленоида, равно двум, т.е. на единицу меньше числа секций соленоида и общего количества элементов стопа.

Части 53, 54, 55 якоря 5 жестко связаны в гирлянду резьбовым элементом 62 и стержнем приводной части 63 якоря, размещенным соосно в расточках 64, 65, 66 составных частей якоря.

При этом электромагнит 3 и якорь 5 собран из унифицированных по геометрическим и электрическим параметрам частей 56, 57, 58 магнитопровода 7, частей 54, 55 якоря 5, каркасов 19 секций 50, 51, 52 соленоида 18. Части 56, 57, 58 магнитопровода и части 54, 55 якоря выполнены по высоте одного размера с прецизионным (малым) отклонением параметров собираемого комплекта.

Поверхности взаимодействия 41 элементов 56, 57, 58 магнитопровода 7 и поверхности 42 якоря выполнены аналогично подобным поверхностям второго варианта электромагнитного привода (фиг. 4) плоскими. Поверхности взаимодействия 41 элементов стопа размещены на поверхности торцев элементов 61 магнитопровода 7, прилегающего к противоположному торцу смежной части магнитопровода, и поверхности торца элемента 60 части 56, прилегающего к торцу расточки 2 корпуса 1.

Суммирующие магнитные потоки элементы 61 стопа, размещенные между смежными секциями соленоида и разделяющие их, и грибовидные элементы 29 якоря 5 относительно зоны якоря постоянного диаметра выполнены с соотношением параметров этих элементов аналогично первому и второму вариантам привода.

Якорь 5 частью 63 размещен в расточке 13 части 59 магнитопровода 7 с возможно меньшим, не изменяющимся при смещении якоря зазором X₄, аналогично якорю второго варианта электромагнитного привода (фиг. 4). Зазор с минимальным магнитным сопротивлением замыкает магнитный поток секции 52 соленоида.

Тяговое усилие якоря наводится в зазорах X₁ X₂X₃ X при возбуждении соленоида и магнитном сцеплении грибовидных элементов 28, 29 якоря с элементами 60, 61 стопа магнитопровода.

В частности 56 магнитопровода 7 размещена направляющая втулка 67, охватывающая частично элемент постоянного диаметра части 54 якоря 5 с возможностью центровки и смещения якоря во втулке 67 вдоль ее оси.

Работает электромагнитный привод аналогично описанному на фиг. 1 первому варианту выполнения электромагнитного привода. Выполнением соленоида в составе трех его секций в магнитопроводе 7 и якоре 5 (фиг. 9) наводится три магнитных потока при возбуждении соленоида управляющим электрическим сигналом, вместо двух магнитных потоков в приводах на фиг. 1, 4. Магнитные потоки охватывают три секции соленоида и замыкаются на зазорах X₁ X₂, X₂ X₃, X₃ X₄. Магнитный поток в зазорах X₁, X₂, X₃ создает тяговое усилие электромагнита, суммирующее на якоре 5. При этом в зазорах X₂, X₃ суммируются магнитные потоки смежных секций 50, 51 и 51, 52 соленоида.

Четырехсекционное выполнение соленоида в размерах элементов, указанных выше, обеспечивает получение тягового усилия электромагнитного привода до 1000 H, что позволит применить его в качестве управляющего привода дозирующего клапана в двигателе внутреннего сгорания при давлениях впрыскивания свыше 100 МПа, в частности, для управления дозированием насос-форсунки, развивающей давление до 200 МПа. При этом становится возможным применение управляющего клапана упрощенной конструкции, технологичной в изготовлении и надежного в работе.

Описанные на фиг. 1, 4, 8 варианты выполнения электромагнитных приводов реализуют использование толкающего якоря.

Исполнение электромагнитного привода по описанным конструкциям фиг. 1, 4, 8, но с тянущим якорем вместо толкающего, не встречает каких-либо затруднений.

В случае применения одного и того же материала для якоря и магнитопровода номинальное отношение площадей поперечных сечений элемента магнитопровода 11, разделяющего секции соленоида, f_с и грибовидного элемента якоря f₂ к площади поперечного сечения элемента якоря, размещенного в секции соленоида, f₁ равно двум, а их высоты h_с 0,636 f₁/d_max и h_я 0,636 f₁/d_с.

Возможно облегченное выполнение якоря из того же материала, что и материал магнитопровода, с целью уменьшения времени срабатывания (увеличения быстродействия). При этом параметры f₂, f_с, h_я, h_с могут быть выбраны до 30% меньше номинальных, т.е.

2f₁ > f₂ ≥ 1,25f₁,
2f₁ > f_с ≥ 1,25f₁,
0,636f₁/d_max > h_с ≥ 0,4f₁/d_max,
0,636f₁/d_с > h_я ≥ 0,4f₁/d_с.

Возможно также выполнение утяжеленного якоря из материала, примененного для магнитопровода, если электромагнитный привод используют для предварительного разгона якоря. При этом целесообразно параметры f₂, f_с, h_я, h_c выбрать до 30% больше номинальных:
2,6f₁ ≥ f₂ > f₁,
2,6f₁ ≥ f_с > 2f₁,
0,83f₁/d_max ≥ h_с > 0,636f₁/d_max,
0,83f₁/d_с ≥ h_я > 0,636f₁/d_с.

Выполнением магнитопровода и якоря из материала, существенно отличающегося магнитной проницаемостью μ например, из кобальтового сплава 49КФ якорь, низкоуглеродистая сталь магнитопровод, достигают уменьшения массы якоря и, следовательно, увеличения быстродействия привода. Применение сплава 49КФ для магнитопровода и стали для якоря возможно в случае применения с предварительным разгоном якоря (ударного действия).

В зоне индукций, соответствующих относительной магнитной проницаемости m 300.500, эти материалы допускают относительную разницу сечений (индукций) в 1,34 1,35 раза (сплав 49КФ сталь 10) и 1,44 1,63 раза (сплав 49КФ сталь 20) (см. таблицу).

Для выравнивания магнитного сопротивления участков магнитной цепи геометрические параметры частей магнитопровода и элементов якоря, выполненных из этих материалов, следует выбирать меньшими или большими номинальных на 30-60% т.е. в диапазоне
f_с (1,25.3,2)f₁,
f₂ 2f₁,
h_с (0,4.1,04)f₁/d_max,
h_я 0,636f₁/d_с.

Данный диапазон выбора параметров целесообразен также для сочетания сплава 49КФ и электротехнических сталей Э, ЭИ, Э330.

Таким образом, приведенные пояснения обосновывают выбор заявляемого диапазона параметров
f_с (1,25.3,2)f₁,
f₂ (1,25.3,2)f₁,
h_с (0,4.1,04)f₁/d_max,
h_я (0,4.0.85)f₁/d_с.

Предлагаемые варианты конструктивного выполнения электромагнитных приводов, преимущественно для управления работой дозирующего клапана топливного насоса дизельного двигателя, охвачены единством конструктивного и технологического замысла.

В предложенном решении секции соленоида электромагнита выполнены взаимозаменяемыми с близкими электрическими параметрами. Магнитопровод и якорь собраны из высокотехнологичных, однотипных, разделяемых при демонтаже частей, допускающих изготовление их с прецизионной точностью. Секция соленоида допускает изготовление по типовой технологии простая в изготовлении и ремонте. Выполнение каркаса секции соленоида в виде радиатора из высокотеплопроводного материала допускает большую тепловую нагруженность привода.

Кроме того, сборка электромагнитного привода из унифицированных секций соленоида и частей якоря и магнитопровода позволяет создать ряд электромагнитных приводов на различное тяговое усилие простым наращиванием числа секций соленоида и частей якоря и магнитопровода, что особенно важно в условиях массового производства.

Возможность получать широкий диапазон усилий (при необходимости свыше 1000 Н) без расширения номенклатуры деталей и при неизменном быстродействии значительно расширяет применяемость электромагнитного привода.

Использование настоящего изобретения обеспечивает качественное управление работой преимущественно дозирующего клапана топливного насоса двигателя внутреннего сгорания, а именно: закрытие и открытие его за период 0,3.0,35 мс, надежное запирание и удержание в закрытом состоянии дозирующего клапана при давлениях впрыскивания до 200 МПа, качественное дозирование малых объемов топлива на холостом ходе за период 0,3.0,45 мс, в особенности для дизелей с частотой вращения вала 3500.4500 мин^-1 и более.

Изобретение найдет применение в системах впрыскивания топлива с микропроцессорным управлением режимов работы двигателей внутреннего сгорания малой, средней и высокой быстроходности, преимущественно для управления дозированием при высоких давлениях впрыскивания для обеспечения нормируемых показателей выбросов продуктов сгорания, загрязняющих атмосферу; в силовых переключающих приводах гидравлических и пневматических устройств известной конструкции, например, в станкостроении, роботостроении; в качестве силовых приводов генераторов высокого давления рабочей жидкости гидромеханических преобразователей; в качестве силового механического привода инструмента различного назначения, например, граверного.

Изобретение относится к устройству для управления процессом впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: электромагнитный привод управляющего элемента (Э), преимущественно дозирующего клапана топливного насоса ДВС, содержит корпус 1, в расточке которого размещен электромагнит, имеющий полый магнитопровод со стопом (С) 3, выполненный из частей 4, 5, 6, 7, соленоид 8, включающий две и более взаимозаменяемые секции 9, размещенные в частях 4, 5, 6 полого матнитопровода 2, и якорь 10, приспособленный для взаимодействия со С 3 и выполненный из частей. Секции соленоида разделены Э 11 магнитопровода 2, выполненным в виде Э, С, с расточкой 12, 13 для размещения в ней Э 14, 15 якоря 10. Якорь выполнен в виде сердечника соленоида или его части с жестко связанным грибовидным Э 16, 17, выполненным по числу Э. Количество Э, С и соответственно грибовидных Э якоря выполнено по меньшей мере меньше количества секций соленоида на единицу, а параметры выбраны относительно площади поперечного сечения сердечника соленоида с оговоренном диапазоне соотношений. Якорь может быть размещен на направляющей цапфе, жестко связанной с корпусом или магнитопроводом, а цапфа может составлять часть сердечника соленоида. 7 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Электромагнитный привод управляющего элемента, преимущественно дозирующего клапана топливного насоса высокого давления двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с глухой расточкой, электромагнит, включающий полый магнитопровод со стопом, размещенный в глухой расточке корпуса, соленоид в виде секционированной обмотки, подключенный к источнику управляющего электрического сигнала и закрепленный в полом магнитопроводе, и якорь в виде тела вращения, размещенный в соленоиде и взаимодействующий со стопом и управляющим элементом при возбуждении соленоида управляющим электрическим сигналом, отличающийся тем, что соленоид выполнен из двух и более взаимозаменяемых секций и закреплен в полом магнитопроводе так, что смежные секции соленоида разделены одна от другой элементом магнитопровода, выполненным в виде суммирующего их магнитные потоки элемента, стопа с расточкой для размещения в ней якоря, якорь выполнен в виде сердечника соленоида с жестко связанным грибовидным элементом для взаимодействия со стопом, диаметр грибовидного элемента выбран больше диаметра расточки стопа, якорь размещен в полом магнитопроводе и соленоиде с возможностью смещения на рабочий ход, а количество элементов стопа и грибовидных элементов якоря выбрано по меньшей мере меньше количества секций соленоида на единицу, причем магнитопровод выполнен из частей, последовательно размещенных и плотно прижатых друг к другу торцами при сборке в корпусе, а площадь поперечного сечения элемента магнитопровода, разделяющего смежные секции соленоида, и площадь поперечного сечения грибовидного элемента якоря выбраны из условия
f_c (1,25 3,2)•f₁;
f₂ (1,25 3,2)•f₁;
h_c (0,4 1,04)•f₁/d_max;
h_я (0,4 0,85)•f₁/d_c,
где f_с площадь поперечного сечения по минимальному диаметру расточки элемента стопа, разделяющего смежные секции соленоида, ограниченная периметром диаметра, равного наибольшему диаметру грибовидного элемента якоря d_m a x;
f₁ площадь поперечного сечения сердечника соленоида;
f₂ площадь поперечного сечения грибовидного элемента якоря по наибольшему диаметру, ограниченная параметром диаметра, равного диаметру расточки элемента стопа;
h_с высота элемента стопа, разделяющего смежные секции соленоида, по периметру диаметра, равного наибольшему диаметру грибовидного элемента якоря;
d_m a x наибольший диаметр грибовидного элемента якоря;
h_я высота грибовидного элемента якоря по периметру диаметра, равного диаметру расточки элемента стопа;
d_с диаметр расточки элемента стопа. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что якорь выполнен в виде гирлянды последовательно устанавливаемых и плотно прилегающих друг к другу частей, а количество грибовидных элементов якоря и элементов стопа выбрано равным количеству секций соленоида. 3. Привод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество грибовидных элементов якоря и количество элементов стопа выбрано на единицу больше количества секций соленоида. 4. Привод по пп.1 3, отличающийся тем, что поверхности взаимодействия стопа и якоря выполнены плоскими и поверхность взаимодействия элемента стопа размещена в плоскости стыка смежных частей магнитопровода. 5. Привод по пп.1 3, отличающийся тем, что поверхности взаимодействия стопа и якоря выполнены коническими с вершиной конуса, обращенной в направлении рабочего хода якоря. 6. Привод по пп.1 5, отличающийся тем, что корпус привода снабжен цапфой, размещенной соосно в глухой расточке и жестко связанной с корпусом, цапфа выполнена с цилиндрической направляющей поверхностью, а якорь выполнен с центральной расточкой, которой размещен на цапфе с возможностью центровки и относительного перемещения. 7. Привод по пп.1, 2, 4 6, отличающийся тем, что цапфа выполнена в виде сердечника соленоида, размещена в полом магнитопроводе и жестко с ним связана, а элемент якоря, размещенный в секции соленоида, выполнен в виде тонкостенной втулки. 8. Привод по пп.1 7, отличающийся тем, что каркас секции соленоида выполнен в виде радиатора с по меньшей мере одним радиальным ребром.