УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА Российский патент 2001 года по МПК F02M41/06 F02M51/04 

Изобретение относится к устройству для впрыскивания топлива, имеющему электромагнитный клапан для управления подачей топлива с клапанным элементом, управляемым якорем электромагнита электромагнитного клапана, взаимодействующим с состоящим из магнитного сердечника, наружной обоймы и шайбы магнитопроводом катушки электромагнита и запирающим по меньшей мере в одном из своих положений демпфирующую камеру в электромагните, которая через демпфирующий дроссель постоянно сообщается с разгрузочной полостью.

В одном из устройств такого типа, известном из EP-B1 0195261, предусмотрен электромагнитный клапан, имеющий дисковый якорь, который при возбуждении электромагнита переводит клапанный элемент против действия пружины открытия в положение закрытия. Этот процесс происходит без демпфирования. При невозбужденном магните пружина электромагнитного клапана перемещает якорь в направлении открытия магнитного клапана. При этом якорь лишь по достижении своего конечного положения запирает демпфирующую камеру, стенки которой одновременно представляют собой упор, ограничивающий перемещение клапанного элемента магнитного клапана в направлении открытия. Демпфирование происходит в этом случае главным образом за счет перемещения дискового якоря к демпфирующей камере, а само демпфирование при этом ограничено последним участком хода открытия клапана. Известный клапан расположен в корпусе, стационарно встроенном в топливный насос высокого давления (ТНВД).

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать такое устройство для впрыскивания топлива, в котором демпфирование обеспечивалось бы по всей длине хода клапанного элемента как при его переводе в положение закрытия, так и в положение открытия, и которое имело бы меньшие габариты в сравнении с известным устройством. Еще одна задача изобретения состоит в том, чтобы повысить быстродействие электромагнитного клапана, предусмотренного в устройстве для впрыскивания топлива.

В отношении устройства для впрыскивания топлива, имеющего электромагнитный клапан для управления подачей топлива с клапанным элементом, управляемым якорем электромагнита электромагнитного клапана, взаимодействующим с состоящим из магнитного сердечника, наружной обоймы и шайбы магнитопроводом катушки электромагнита и запирающим по меньшей мере в одном из своих положений демпфирующую камеру в электромагните, которая через демпфирующий дроссель постоянно сообщается с разгрузочной полостью, указанная задача решается благодаря тому, что якорь выполнен цилиндрическим и в виде втягивающегося якоря постоянно втягивается в демпфирующую камеру, образованную в отверстии в магнитном сердечнике электромагнита.

Преимущество предлагаемого согласно изобретению устройства для впрыскивания топлива в сравнении с известным устройством состоит в том, что демпфирование осуществляется непрерывно по всей длине хода клапанного элемента электромагнитного клапана и что применяется малогабаритный втягивающийся якорь с малой подвижной массой. В результате устройство имеет малые габариты, а также достигается быстрое срабатывание электромагнитного клапана.

Согласно одному из предпочтительных вариантов отверстие в магнитном сердечнике электромагнита выполнено в виде коаксиального сквозного канала в проходящем аксиально через катушку магнитном сердечнике электромагнита, а демпфирующий дроссель выполнен во вкладыше, который перекрывает это отверстие в направлении к разгрузочной полости. Преимущество этого варианта состоит в очень простом конструктивном решении, предусматривающем установку дросселя, управляющего режимом демпфирования. Особое преимущество заключается в возможности замены такого дросселя и регулирования различных дроссельных и демпфирующих действий с помощью вкладыша.

Согласно другому предпочтительному варианту предлагается выполнить вкладыш стаканообразной формы и впрессовать его в указанное отверстие в магнитном сердечнике электромагнита. Преимущество такого решения состоит в возможности регулировать положение дросселя и тем самым объем демпфирующей камеры путем запрессовывания вкладыша в отверстие на большую или меньшую глубину, а также в возможности управлять динамической характеристикой дросселирования.

В следующем предпочтительном варианте предлагается расположить якорь на головке клапанного элемента электромагнитного клапана, между которой и перемещаемой в направляющем отверстии с плотным прилеганием к нему частью клапанного элемента предусмотрена шейка уменьшенного диаметра, проходящая через сквозное отверстие в расположенной в магнитной цепи электромагнита шайбе, причем это сквозное отверстие вблизи того места, через которое в смонтированном состоянии проходит указанная шейка, имеет расширенную часть в виде замочной скважины, через которую вставляется имеющая больший диаметр головка клапанного элемента, а шайба служит ограничителем перемещения клапанного элемента под действием пружины. Преимущество этого варианта состоит в оптимальной конфигурации магнитной цепи электромагнита, а также в простой конструктивной реализации ограничителя хода открытия клапанного элемента.

Согласно еще одному предпочтительному варианту электромагнит электромагнитного клапана неподвижно зафиксирован в устройстве, шайба скреплена на торцовой стороне вращающегося распределителя устройства и с небольшим воздушным зазором радиально примыкает к наружной обойме магнитопровода электромагнита, а клапанный элемент втягивается в расположенное соосно оси распределителя направляющее отверстие в распределителе. Преимущество этого варианта выполнения состоит в возможности обеспечить функциональную взаимосвязь магнитного клапана и вращающейся детали.

Помимо этого, в другом предпочтительном варианте предлагается использовать протекающее через электромагнит топливо демпфирующей текучей средой. Преимущество этого варианта выполнения заключается в использовании уже имеющейся в устройстве для впрыскивания топлива текучей среды, представляющей собой топливо, в качестве демпфирующей жидкости.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором в разрезе показано предлагаемое в изобретении устройство для впрыскивания топлива.

На чертеже показан разрез части распределительного топливного насоса высокого давления (ТНВД) в качестве примера устройства для впрыскивания топлива, в котором реализованы отличительные признаки предлагаемого устройства. При этом в корпус 1 ТНВД вставлена втулка 2, внутри которой в свою очередь имеется направляющее отверстие 5, в которое вставлен распределитель 7. Последний приводится во вращательное движение с помощью подробно не показанного на чертеже механизма и вращается синхронно частоте вращения вала соответствующего двигателя внутреннего сгорания. Распределитель застопорен от осевого перемещения в корпусе 1 и имеет продольный канал 8, сообщающийся с одной стороны с не показанной на чертеже рабочей полостью насоса и оканчивающийся на другой стороне в напорной полости 9, которая представляет собой часть глухого канала 12, проходящего от торцовой стороны 10 распределителя коаксиально его оси. Напорная полость 9 при этом ограничена с одной стороны седлом 14 клапана, которое далее переходит в распределительное отверстие 15 канала 12, расположенное на разгрузочной стороне. С другой стороны к напорной полости 9 примыкает выполненное в распределителе коаксиально его оси направляющее отверстие 16, в которое втягивается клапанный элемент 23 электромагнитного клапана 24 и которое оканчивается на торцовой стороне 10 распределителя.

На этой торцовой стороне вращающегося распределителя закреплена, например привинчена, шайба 18, имеющая сквозное отверстие 20. Это сквозное отверстие имеет расширенную часть в виде замочной скважины. Сквозь это отверстие в его более узкую, расположенную соосно оси распределителя часть выступает шейка 22 клапанного элемента 23 электромагнитного клапана 24, при этом расширенная часть этого отверстия расположена вблизи того места, через которое в смонтированном состоянии проходит указанная шейка 22.

Электромагнитный клапан 24 своим корпусом 25 вставлен в отверстие корпуса 1 ТНВД и неподвижно зафиксирован в нем. При этом в корпусе 25 электромагнитного клапана размещен электромагнит 29 с катушкой 26, расположенной внутри магнитопровода, имеющего форму круглого стакана со средним гильзообразным магнитным сердечником 27 и наружной обоймой 28, между которыми расположена катушка. С торцовой стороны, обращенной к распределителю, магнитопровод дополнен шайбой 18, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру наружной обоймы 28 магнитопровода и которая, примыкая к этой обойме, образует с ней лишь узкий воздушный зазор. Благодаря этому магнитная шайба 18, являющаяся частью магнитной цепи, при неподвижном электромагните 29 может вращаться совместно с вращающимся распределителем 7.

В магнитном сердечнике 27, проходящем аксиально через катушку 26 электромагнита 29, имеется ступенчатое отверстие 30, которое выполнено в виде коаксиального сквозного канала и у которого имеющая больший диаметр часть 31 выполнена в виде кругового цилиндра и служит направляющей для втягивающегося якоря 33, который выполнен цилиндрической формы.

Последний закреплен на головке 34, между которой и перемещаемой в направляющем отверстии 16 с плотным прилеганием к нему частью клапанного элемента 23 предусмотрена шейка 22 уменьшенного диаметра. При возбуждении катушки электромагнита якорь 33 перемещает клапанный элемент в направлении закрытия на его седло 14. В направлении открытия на клапанный элемент действует пружина 35 сжатия, которая опирается на глухой конец распределительного отверстия 15. Якорь может быть также выполнен за одно целое с клапанным элементом 23, образуя имеющий форму головки 34 конец.

Ход клапанного элемента ограничивается упором уступа 36 клапанного элемента в шайбу 18. Этот уступ 36 образован в месте перехода скользящей в направляющем отверстии 16 части клапанного запорного элемента 23 в шейку 22.

В имеющую меньший диаметр часть 37 ступенчатого сквозного отверстия 30 впрессован вкладыш 38 по существу стаканообразной формы с обращенным в сторону втягивающегося якоря 33 дном, в середине которого предусмотрен дроссель 39. Между вкладышем и втягивающимся якорем 33 в более широкой части 31 ступенчатого сквозного отверстия 30 заключена демпфирующая камера 40, которая через указанный дроссель 39 сообщается с разгрузочной полостью 41, в которую постоянно втягивается якорь 33 и которая примыкает к вкладышу по другую его сторону и сообщается с топливоподающими полостями ТНВД. Таким образом, вкладыш 38 перекрывает отверстие 30 в направлении к разгрузочной полости 41.

Вкладыш может быть запрессован в менее широкую часть 37 ступенчатого сквозного отверстия 30 на различную глубину, что позволяет регулировать объем демпфирующей камеры 40. Вкладыш в зависимости от цели его применения может иметь соответствующее дросселирующее поперечное сечение и при необходимости легко заменен.

В процессе эксплуатации устройства для впрыскивания топлива на клапанный элемент 23 в направлении открытия действует пружина 35 сжатия, вследствие чего он приподнимается от своего седла 14, а давление из напорной полости 9 может быть сброшено в направлении разгрузочной стороны. В этом положении магнитного клапана в непоказанной рабочей полости насоса не может создаваться высокое давление, и соответственно этому топливо не может подаваться под высоким давлением к клапанной форсунке ни по одному из нескольких нагнетательных каналов 43, которые поочередно соединяются с напорной камерой 9, соответственно с напорным каналом 8 при вращении распределителя. При пропускании электрического тока через катушку возникает магнитный поток, который перемещает втягивающийся якорь 33 в направлении к шайбе 18 до упора клапанного элемента в седло 14. Ход в направлении открытия, как указано выше, ограничен упором уступа 36 в шайбу. Головку 34, диаметр которой больше диаметра шейки 22, можно вставить через шайбу 18 благодаря выполнению отверстия 20 в виде замочной скважины. При этом головку клапанного элемента известным образом пропускают через расположенный эксцентрично больший диаметр, а шейка 22 устанавливается соответственно коаксиально оси распределителя.

Вышеописанное устройство для впрыскивания топлива с используемым в нем электромагнитным клапаном позволяет точно регулировать количество топлива, в частности в том случае, когда с помощью электромагнитного клапана фаза подачи топлива под высоким давлением определяется началом и продолжительностью впрыскивания ТНВД. При этом через вращающийся распределитель последовательно по каждому из нагнетательных каналов 43 производится управление соответствующей клапанной форсункой, к которой подается впрыскиваемое под высоким давлением топливо в количестве, определяемом электромагнитным клапаном. Клапан благодаря его малой массе срабатывает очень быстро и без возникновения колебаний, обеспечивая при этом оптимальное демпфирование.

Изобретение предназначено для впрыскивания топлива. Устройство для впрыскивания топлива имеет электромагнитный клапан для управления подачей топлива с клапанным элементом, управляемым якорем электромагнита электромагнитного клапана, взаимодействующим с состоящим из магнитного сердечника, наружной обоймы и шайбы магнитопроводом катушки электромагнита и запирающим по меньшей мере в одном из своих положений демпфирующую камеру в электромагните, которая через демпфирующий дроссель постоянно сообщается с разгрузочной полостью, якорь выполнен цилиндрическим, и в виде втягивающего якоря постоянно втягивается в демпфирующую камеру, образованную в отверстии в магнитном сердечнике электромагнита. Изобретение позволяет обеспечить демпфирование по всей длине хода клапанного элемента как при его переводе в положение закрытия, так и в положение открытия. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для впрыскивания топлива, имеющее электромагнитный клапан (24) для управления подачей топлива с клапанным элементом (23), управляемым якорем (33) электромагнита (29) электромагнитного клапана, взаимодействующим с состоящим из магнитного сердечника (27), наружной обоймы (28) и шайбы (18) магнитопроводом катушки (26) электромагнита и запирающим по меньшей мере в одном из своих положений демпфирующую камеру (40) в электромагните (29), которая через демпфирующий дроссель (39) постоянно сообщается с разгрузочной полостью (41), отличающееся тем, что якорь (33) выполнен цилиндрическим и в виде втягивающегося якоря постоянно втягивается в демпфирующую камеру (40), образованную в отверстии (30) в магнитном сердечнике (27) электромагнита. 2. Устройство для впрыскивания топлива по п.1, отличающееся тем, что указанное отверстие (30) выполнено в виде коаксиального сквозного канала в проходящем аксиально через катушку (26) магнитном сердечнике (27) электромагнита (29), а демпфирующий дроссель (39) выполнен во вкладыше (38), который перекрывает это отверстие (30) в направлении к разгрузочной полости (41). 3. Устройство для впрыскивания топлива по п.2, отличающееся тем, что вкладыш (38) выполнен стаканообразной формы и впрессован в отверстие (30). 4. Устройство для впрыскивания топлива по п.2 или 3, отличающееся тем, что якорь (33) расположен на головке (34) клапанного элемента (23) электромагнитного клапана (24), между которой и перемещаемой в направляющем отверстии (16) с плотным прилеганием к нему частью клапанного элемента предусмотрена шейка (22) уменьшенного диаметра, проходящая через сквозное отверстие (20) в расположенной в магнитной цепи электромагнита (29) шайбе (18), причем это сквозное отверстие вблизи того места, через которое в смонтированном состоянии проходит указанная шейка (22), имеет расширенную часть в виде замочной скважины, через которую вставляется имеющая больший диаметр головка (34) клапанного элемента (23), а шайба (18) служит ограничителем перемещения клапанного элемента (23) под действием пружины. 5. Устройство для впрыскивания топлива по п.4, отличающееся тем, что электромагнит (29) электромагнитного клапана (24) неподвижно зафиксирован в устройстве, шайба (18) закреплена на торцевой стороне (10) вращающегося распределителя (7) устройства и с небольшим воздушным зазором радиально примыкает к наружной обойме (28) магнитопровода электромагнита, а клапанный элемент (23) втягивается в расположенное соосно с осью распределителя (7) направляющее отверстие (16) в распределителе (7). 6. Устройство для впрыскивания топлива по пп.1 - 5, отличающееся тем, что протекающее через электромагнит (29) топливо служит демпфирующей текучей средой.