ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1998 года по МПК F02M51/06 

Изобретение относится к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано для впрыскивания легкого топлива во впускной тракт ДВС.

Известны электромагнитные форсунки (ЭМФ), содержащие корпус, в котором размещены электромагнит, подпружиненный якорь с запорным элементом клапана, взаимодействующий с электромагнитом, седло клапана. К таким форсункам следует отнести, например, серийно выпускаемые ЭМФ фирмы "BOSCH" (Германия), ЭМФ "Rochester" концерна "GMC" (США), "Pierburg" (США) и т.д.

В этих форсунках применены следующие технические решения.

1. В форсунках "Rochester" пружина с диаметром, большим, чем диаметр якоря (D_я < D_пр), расположена на оси электромагнита и одним концом упирается в сферический запорный элемент, а другим - в детали магнитопровода. Предварительный натяг пружины не регулируется. При срабатывании ЭМФ якорь ударяется упором, диаметр которого меньше диаметра якоря (D_у < D_я), об аналогичный упор, расположенный в контрполюсе, обеспечивая остаточный зазор в электромагните. Соотношение диаметров якоря, пружины и упора имеет следующий вид: D_у < D_я < D_пр.. Такая конструкция требует точного изготовления деталей с допусками высоких квалитетов на размеры пружины, запорного элемента, некоторых деталей магнитопровода. В противном случае при изготовлении партии форсунок не представляется возможным получить идентичность номиналу расходной характеристики каждой отдельно взятой ЭМФ.

2. В ЭМФ фирмы "Pierburg" пружина с диаметром, большим, чем диаметр якоря, упирается в опорную шайбу на якоре, а другим - в механизм регулировки. При срабатывании ЭМФ обеспечение остаточного зазора происходит аналогично ЭМФ "Rochester". Диаметр упора меньше диаметра якоря (D_у < D_я). Так как пружина упирается в верхнюю часть якоря и имеет больший диаметр, то при неточностях ее изготовления возникает большой перекашивающий момент на якоре, что в свою очередь приводит к большим боковым усилиям и излишним механическим потерям в ЭМФ. Стабильность работы форсунки может быть нарушена.

3. В форсунках "BOSCH" модификации ЕИ10, взятой за прототип, пружина с диаметром, меньшим, чем диаметр якоря (D_пр < D_я), расположена на оси электромагнита и одним концом упирается в якорь, а другим - в регулировочный шток. При срабатывании форсунки запорный элемент ударяется об упор, выполненный в виде кольца из каленой стали, имеющей высокую твердость. Таким образом, обеспечивается остаточный зазор электромагнита. Диаметр упора больше диаметра якоря (D_я < D_у). Таким образом соотношение диаметров якоря и пружины имеет вид: D_пр. < D_я < D_у. Такая конструкция требует точного изготовления деталей с допусками высоких квалитетов на размеры запорного элемента, упора, направляющих запорного элемента. В противном случае при срабатывании и отпускании якоря могут возникнуть перекосы якоря и запорного элемента, что приводит к увеличению механических потерь и неустойчивости работы ЭМФ.

В изобретении устранены указанные недостатки, присутствующие в прототипе и других аналогах, путем изменения соотношения диаметров якоря, пружины и упора и применением механизма регулировки пружины оригинальной конструкции.

Сущность изобретения состоит в том, что соотношение диаметров якоря D_я, упора D_уп и пружины D_пр. имеет следующий вид: D_у < D_пр. < D_я, кроме того, в контрполюсе ЭМФ распложен механизм регулировки пружины, представляющий собой регулировочный винт, который через шайбу, штоки и упор пружины воздействует на пружину, меняя ее предварительный натяг.

В якорь цилиндрической формы диаметром D_я по оси запрессован упор диаметра D_у (D_у < D_я). Между телом якоря и упором выполнен цилиндрический зазор на глубину больше половины высоты якоря. В этот зазор введена пружина диаметром D_пр, упирающаяся одним концом в нижнюю часть якоря, а другим - в механизм регулировки. В результате появляется возможность уменьшить до минимума диаметры упора и пружины, а конец пружины, опирающийся на якорь, сместить вниз по длине якоря. Тем самым сводятся к минимуму перекашивающие усилия, действующие на якорь в результате неточности изготовления деталей, и достигается:
1. Уменьшение механических потерь в подвижных деталях ЭМФ и, следовательно, уменьшение износа деталей, увеличение ресурса ЭМФ, улучшение временных характеристик, увеличение линейного участка расходной характеристики.

2. Уменьшение отскоков якоря с запорным элементом от седла клапана при закрытии ЭМФ и, следовательно, стабильность цикловых подач топлива, особенно на малых длительностях управляющего импульса.

3. Уменьшение площади и диаметра контакта якоря с контроплюсом при срабатывании ЭМФ и, следовательно, стабильный во времени и равномерный по окружности якоря остаточный зазор в электромагните, что приводит к стабилизации работы ЭМФ.

4. Стабилизация во времени величины хода якоря и, следовательно, стабилизация расходной характеристики ЭМФ.

5. Возможность уменьшения длины якоря и, следовательно, его массы, что приводит к уменьшению инерционных нагрузок и улучшению временных параметров ЭМФ и ее кратности.

При такой конструкции якоря оказалось невозможным использовать известные механизмы регулировки пружины.

Предлагаемая форсунка изображена на чертеже.

В корпусе 1 расположена электромагнитная катушка 2, якорь 3 с запрессованным в него упором 4. Пружина 5 упирается одним концом в якорь 3, а другим концом - в регулировочный механизм, расположенный в контрполюсе 6. В контрполюсе запрессованы направляющая 7 и упор 8, аналогичный упору 4 якоря. Якорь жестко связан со сферическим запорным элементом 9. В корпус 1 вставлен наконечник 10 с седлом клапана 11 и жиклером 12. Наконечник 10 притягивается к корпусу 1 гайкой 13. В контрполюсе 6 размещен механизм регулировки предварительного натяга пружины. В его состав входят: регулировочный винт 14, шайба 15, штоки 16 и упор пружины 17.

ЭМФ работает следующим образом. Топливо под постоянным избыточным давлением подводится через отверстия в корпусе 1 во внутреннюю полость ЭМФ. В исходном состоянии запорный элемент 9 прижат к седлу 11 через якорь 3 пружиной 5, форсунка закрыта. При подаче на обмотку катушки 2 управляющего импульса электрического тока якорь 3 притягивается к контрполюсу 6 и, перемещаясь в наконечнике 10, ударяется упором 4 в упор 8 контрполюса, чем обеспечивается остаточный зазор электромагнита. Упоры якоря и электромагнита расположены по оси электромагнита, что обеспечивает соприкосновение их по минимальной площади без перекашивающих моментов. При срабатывании ЭМФ запорный элемент 9 открывается и топливо вспрыскивается во впускной тракт ДВС через отверстие в жиклере 12. После окончания управляющего импульса якорь 3 с запорным элементом 9 под воздействием пружины 5 возвращается в исходное состояние и подача топлива прекращается.

Количество подаваемого за цикл топлива определяется временем открытого состояния клапана и задается длительностью управляющего импульса, подаваемого на обмотку катушки. Компенсация различных погрешностей достигается путем изменения предварительного натяга пружины. Для этого регулировочный винт 14 поворачивается вокруг своей оси и, перемещаясь по резьбе, перемещает через шайбу 15 и штоки 16, установленные в направляющей 7, упор пружины 17, устанавливая тем самым предварительный натяг пружины 5. Такую регулировку ЭМФ возможно производить как в сухом виде, так и в рабочем состоянии, заполненной топливом под давлением. После завершения окончательной настройки ЭМФ регулировочный винт 14 заливается соответствующим составом (например, клеем на основе эпоксидных смол).

В настоящее время осваивается промышленное производство ЭМФ по изобретению на АО "Карбюраторный завод" в Санкт-Петербурге применительно к двигателям Уфимского моторного завода и двигателям автомобиля ВАЗ-1111 "Ока".

Конструкция форсунки снабжена якорем цилиндрической формы с упором и пружиной, расположенными на одной оси (на оси электромагнита) и имеющими следующее соотношение диаметров: D_у < D_я < D_пр. Для регулировки предварительного натяга пружины в контрполюсе расположен механизм регулировки, состоящий из регулировочного винта, шайбы, штоков и упора пружины. 1 ил.

Электромагнитная форсунка (ЭМФ) для циклической подачи легкого топлива в ДВС, содержащая корпус, в котором расположена электромагнитная катушка соосно с корпусом, якорь с жестко закрепленным сферическим запорным элементом и упором, контрполюс с упором, седло клапана, пружина, упирающаяся одним концом в якорь, а другим концом в механизм регулировки пружины, отличающаяся тем, что соотношение диаметров якоря D_я, упора D_у и пружины D_п р имеет следующий вид: D_у < D_п р < D_я, кроме того, в контрполюсе ЭМФ расположен механизм регулировки пружины, представляющий собой регулировочный винт, который через шайбу, штоки и упор пружины воздействует на пружину, меняя ее предварительный натяг.