ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА Российский патент 1999 года по МПК F02M51/06 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания автомобилей с многоточечным электронным впрыском, в том числе работающих на газе.

Известна электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая корпус, на котором установлен полый распылитель, запорный элемент связан с якорем и размещен в полости распылителя. На торцевой поверхности магнитного сердечника, обращенной к якорю установлен проставочный элемент из немагнитного материала с заданной толщиной (см. патент РФ N 2052151, МКИ F 02 M 51 / 06, публ. 10.01.96 г.).

Недостатком форсунки является выполнение якоря в виде втулки с консольно расположенным в ней штоке с запорным элементом, перемещающимся в направляющем элементе, что, во-первых, снижает ресурс форсунки за счет износа трущихся поверхностей, особенно в условиях сухого трения для газовых форсунок, во-вторых, большой вес подвижных частей увеличивает потребную мощность, вес и габариты форсунки и снижает ее динамику.

Кроме того, крепление немагнитной проставки непосредственно на торце сердечника создает определенные технологические трудности.

Известны также форсунки с электромагнитным управлением, якорь которых перемещается в направляющей втулке, а запорный орган установлен на длинном штоке, закрепленном в якоре (см. пат. РФ N 2057966, МКИ F 02 M 51/06, публ. 10.04.96 г., N 2059867, МКИ F 02 M 51/06, публ. 10.05.96 г., N 2062347, МКИ F 02 M 51/06, публ. 20.06.96 г.).

Недостатком таких форсунок являются потери мощности на трение и завышенная потребляемая мощность для перемещения подвижных частей запорного органа с большим весом, что увеличивает потребное количество ампер-витков управляющей катушки, габариты и вес форсунок и ухудшает динамику работы форсунок. А наличие трения уменьшает ресурс форсунки за счет повышенного износа трущихся поверхностей якоря и направляющей втулки.

Ближайшим аналогом заявляемой форсунки является топливная форсунка для двигателя внутреннего сгорания, включающая кожух, выполненный из магнитомягкого материала, размещенную в нем катушку, окружающую сердечник магнитопровода, клапан, имеющий плоский корпус с пластинчатой пружиной, имеющий первый сегмент, который не перемещается относительно корпуса, и второй сегмент, который может перемещаться от первого сегмента, дисковый якорь, присоединенный ко второму сегменту, кольцевая магнитная вставка, выступающая радиально внутрь кожуха и окружающая якорь, возвратная пружина для приведения второго сегмента в закрытое положение клапана в обесточенном состоянии (пат. США N 5 086 980, МКИ F 02 M 51/00, НКИ 239/585, публ. 11.02.92 г.).

Недостатком топливной форсунки является, во-первых, возможность залипания якоря при срабатывании, что влечет за собой увеличение времени закрытия клапана, которое требуется для выполнения рабочих функций форсунки.

Кроме того, конструкция не обеспечивает герметичность полости, в которой расположена катушка.

Жесткое закрепление якоря на консольном пружинящем элементе затрудняет обеспечение высокой степени герметичности пары клапан - седло, ибо затруднено соблюдение строгой параллельности пары клапан - седло. Кроме того, перемещение якоря к сердечнику по дуге (вследствие консольного закрепления) вызывает первоначальное соударение якоря только с одной стороной торца сердечника, что ведет к повышенному износу и уменьшению ресурса.

Выполнение якоря с диаметром меньше диаметра торца сердечника приводит к рассеянию магнитного силового потока и вызывает необходимость увеличения ампер-витков катушки.

Достигаемым техническим результатом при осуществлении изобретения является улучшение динамики форсунки за счет исключения залипания якоря, а также повышение герметичности форсунки и повышение ресурса.

Это достигается тем, что в электромагнитной топливной форсунке, содержащей кожух из магнитомягкого материала, размещенные в кожухе управляющую катушку, сердечник из магнитомягкого материала, дисковый якорь, соединенный с клапаном в виде мембраны, магнитную кольцевую вставку, простирающуюся радиально внутрь кожуха и окружающую якорь, и возвратную пружину, поджимающую клапан к седлу при обесточенном состоянии катушки, согласно изобретению между сердечником и кожухом в зоне конца сердечника, обращенного к якорю, размещена немагнитная кольцевая проставка, торец которой выступает за торец сердечника на величину недохода якоря, обеспечивающую необходимую динамику закрытия клапана.

На внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитной кольцевой проставки выполнены кольцевые канавки, в которых размещены уплотнительные кольца для герметизации полости катушки.

Якорь размещен на мембране, которая своей средней частью закреплена между якорем и клапаном, который выполнен сферическим.

Диаметр якоря выполнен больше диаметра торца сердечника, обращенного к нему для уменьшения потерь на рассеяние магнитного потока.

На чертеже изображена электромагнитная топливная форсунка.

Форсунка содержит внешний кожух 1, в котором размещены управляющая катушка 2, сердечник 3, размещенный внутри катушки, дисковый якорь 4, соединенный с мембраной 5, центральная часть которой зажата между якорем и сферическим клапаном 6, взаимодействующим с седлом 7, расположенным в присоединительном штуцере 8 форсунки, жестко соединенным с внешним кожухом 1. Клапан 6 поджат к седлу 7 возвратной пружиной 9. Между кожухом 1 и сердечником 3, в зоне воздушного рабочего зазора δ установлена немагнитная кольцевая проставка 10, выступающая за торец 11 сердечника, обращенного к якорю, на заданную величину недохода якоря γ. Недоход якоря исключает его залипание, обеспечивает необходимую динамику закрытия клапана. Полость катушки загерметизирована уплотнительными прокладками 12. В кожухе размещена магнитная кольцевая вставка 13, простирающаяся радиально внутрь кожуха и окружающая якорь. Одним торцом магнитная вставка поджимает в аксиальном направлении немагнитную проставку 10, фиксируя величину γ недохода якоря, а другим торцом фиксирует периферийную часть мембраны, поджимая ее к присоединительному штуцеру 8. Мембрана имеет проход для топлива.

Диаметр дискового якоря выполняют больше диаметра торца сердечника, обращенного к якорю в 1,2. . . 1,6 раза, что уменьшает потери на рассеяние магнитного силового потока.

Электромагнитная топливная форсунка работает следующим образом.

В обесточенном состоянии клапан 6 поджат возвратной пружиной 9 к седлу 7 и доступ топлива в цилиндр двигателя закрыт.

При подаче напряжения питания на управляющую катушку 2 возникает магнитный поток, проходящий по цепи магнитопровода: внешний кожух 1, сердечник 3, воздушный зазор δ+γ, якорь 4, магнитная кольцевая вставка 13 и, замыкаясь вновь на кожух 1, воздействует на якорь 4, который, преодолевая сопротивление возвратной пружины 9 и давление рабочего тела, притягивается к торцу немагнитной проставки. При этом клапан 6 отходит от седла 7 и проход топливу открыт.

Таким образом, предлагаемая конструкция обладает высокой экономичностью, малыми габаритами и весом, и хорошей динамикой. Кроме того, форсунка обладает высокой степенью герметичности за счет применения сферического клапана и размещения его в центральной части мембраны.

Указанная конструкция особенно эффективна для газовых форсунок, значительно повышает их ресурс, т.к. отсутствует трение подвижных частей.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Электромагнитная топливная форсунка содержит кожух 1, катушку 2, сердечник 3, якорь 4, связанный с клапаном 6 и закрепленной между ними мембраной 5. Между сердечником и кожухом установлена немагнитная кольцевая проставка 10, торец которой выступает за торец 11 сердечника и обеспечивает заданный недоход якоря. Клапан выполнен сферическим и жестко закреплен на якоре, фиксируя его на мембране. Магнитная кольцевая вставка окружает якорь, диаметр которого выполняют больше диаметра торца сердечника. Изобретение позволяет улучшить динамику форсунки за счет исключения запинания якоря, а также повысить ресурс и герметичность форсунки. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электромагнитная топливная форсунка, содержащая кожух, выполненный из магнитомягкого материала, размещенную в кожухе управляющую катушку, сердечник из магнитомягкого материала, дисковый якорь, соединенный с мембраной, закрепленной в кожухе, магнитную кольцевую вставку, простирающуюся радиально внутрь кожуха и окружающую якорь, и возвратную пружину, поджимающую клапан к седлу при обесточенном состоянии катушки форсунки, отличающаяся тем, что между сердечником и кожухом в зоне конца сердечника, обращенного к якорю, установлена немагнитная кольцевая проставка, причем торец проставки выступает за торец сердечника, обеспечивая заданный недоход якоря. 2. Электромагнитная топливная форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитной кольцевой проставки выполнены кольцевые канавки, в которых размещены уплотнительные кольца. 3. Электромагнитная топливная форсунка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что клапан выполнен сферическим и жестко соединен с якорем, фиксируя одновременно якорь на мембране. 4. Электромагнитная топливная форсунка по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что диаметр якоря выполнен больше диаметра обращенного к нему торца сердечника.