ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02M51/00 F02M63/02 F02D17/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Известен электромагнитный клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания (патент РФ 2075622, F 02 M 51/00, 51/06, опубл. 20.03.97 г. ), снабженный каналом подвода топлива. К корпусу клапана пристыкована направляющая с цилиндрической расточкой и коническим седлом, за которым выполнен карман. В направляющей размещена подпружиненная игла с головкой, снабженной внутренним пазом и уплотняющим по внешнему контуру усеченным конусом. Клапан имеет полости над и под иглой и сливную полость в корпусе, в которой размещен электромагнит с подпружиненным якорем, снабженным направляющим стержнем. Расположенный между якорем и иглой и коаксиально им прецизионный компенсатор имеет внизу упор и разделяет между собой сливную полость и полость над иглой. Полости над и под иглой соединены между собой каналом.

Однако это устройство обладает рядом недостатков. Во-первых, клапан выполнен нормально закрытым, что усложняет его использование в системах, в которых прекращение подачи обеспечивается перепуском топлива на слив. В этом случае с уменьшением величины цикловой подачи увеличивается длительность электрического импульса, подаваемого на обмотку магнита, что приводит к росту энергозатрат на привод иглы клапана, а также к усложнению процесса регулирования двигателя внутреннего сгорания. Во-вторых, сложность конструкции направляющей, у которой посадочный конус седла расположен ниже цилиндрической расточки. В-третьих, сложность и ненадежность обеспечения сочленения прецизионного компенсатора с якорем и иглой. В - четвертых, ограниченные возможности по управлению законом подачи топлива форсункой.

Задача изобретения - упрощение и повышение надежности работы конструкции, упрощение процесса регулирования двигателя внутреннего сгорания и расширение возможностей по управлению законом подачи топлива форсункой.

Электромагнитный клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания отличается от прототипа тем, что он выполнен нормально открытым, а канал подвода топлива выходит в полость под иглой. Усилие пружины, действующее на иглу, направлено вверх и отрывает ее от седла направляющей, а усилие пружины, действующее на якорь, направлено вниз и прижимает торец его направляющего стержня к торцу подпружиненного снизу прецизионного компенсатора. Упор прецизионного компенсатора вместе с пружиной вставляется во внутренний паз головки иглы, образуя соединение, подвижное в осевом направлении. Ниже головки якоря расположен стоп электромагнита, а выше - упор из немагнитного материала. На нижнем торце якоря имеется выступ, предназначенный для ограничения его перемещения вниз после посадки иглы на седло. Сливная полость соединена соответствующими каналами с карманом направляющей и полостью, где направляющий стержень якоря упирается в торец сферической формы прецизионного компенсатора.

В канале подвода топлива к клапану может быть дополнительно размещен дроссель.

В некоторых случаях целесообразен вариант устройства, при котором дроссель размещен в упоре, выполняющем одновременно роль сливного канала.

Во всех трех вариантах устройства возможна установка на упор сферической формы прецизионного компенсатора самоустанавливающегося компенсатора сферической формы того же радиуса.

Остаточный зазор между нижним торцом якоря и стопом крышки электромагнита при соприкосновении последнего с выступом якоря целесообразно с точки зрения динамики клапана выдерживать в пределах 0,1...0,15 мм, а превышение хода якоря над ходом иглы - в пределах 0,02...0,05 мм.

Все варианты устройства могут иметь смонтированный на торце направляющего стержня якоря проставок для регулирования величины превышения хода якоря над ходом иглы.

Клапан такой конструкции может найти применение в качестве дозатора топлива в системах с насосами высокого давления различных типов, снабженных управляющим устройством для перепуска топлива. Он может быть использован также в подобных системах с механическим или гидравлическим приводом насос-форсунок.

На фиг. 1 изображена конструкция электромагнитного клапана для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Клапан содержит корпус 1, к которому с помощью гайки 2 пристыкованы последовательно направляющая 3 с цилиндрической расточкой и коническим седлом 4 и штуцер 5 с каналом 6 подвода топлива к клапану. Размещенная в направляющей 3 игла 7 диаметром d₁ с головкой 8 имеет уплотняющий по внешнему контуру диаметром d₂ усеченный конус с внутренним диаметром d₃. В головке 8 иглы 7 выполнен внутренний паз 9, в который вставляется упорная часть 10 прецизионного компенсатора 11 вместе с пружиной 12. Прецизионный компенсатор 11 диаметром d₄ может перемещаться в осевом направлении в направляющей 13 корпуса 1 и в радиальном по пазу 9 головки 8 иглы 7. К корпусу 1 с помощью болтов 14 пристыкована крышка 15 электромагнита с катушкой 16, стопом 17 и упором 18 из немагнитного материала. Упор 18 снабжен прокладками 19, с помощью которых регулируется ход иглы 7. В торец направляющего стержня 20 якоря 21 упирается верхний торец 22 прецизионного компенсатора 11. Якорь 21 сверху, а игла 7 снизу поджимаются соответственно пружинами 23 и 24, образуя совместно с прецизионным компенсатором 11 единую кинематическую цепь. На нижнем торце якоря имеется выступ 25. Карман 26 направляющей 3 и полость 27 стыка направляющего стержня 20 с торцом 22 прецизионного компенсатора 11 соединены со сливной полостью 28 соответственно каналами 29, 30 и 31. Полость 32 над иглой соединена с полостью 33 под иглой каналом 34.

Во втором варианте (фиг. 2) устройства в канале 6 подвода топлива к клапану размещен дроссель 35.

В третьем варианте (фиг.3) устройства в сливном канале упора 18 размещен дополнительный дроссель 36.

Во всех трех предыдущих вариантах устройства возможна установка на упор 10 сферической формы прецизионного компенсатора 11 самоустанавливающегося компенсатора 37 сферической формы того же радиуса.

Во всех четырех вариантах устройства остаточный зазор между нижним торцом якоря 21 и стопом 17 крышки 15 электромагнита при соприкосновении последнего с выступом 25 якоря целесообразно выдерживать в пределах 0,1... 0,15 мм, а превышение хода якоря над ходом иглы - в пределах 0,02...0,05 мм.

Варианты устройства могут иметь (см. фиг.5) смонтированный на торце направляющего стержня 20 якоря 21 проставок 38 для регулирования величины превышения хода якоря 21 над ходом иглы 7.

Работу электромагнитного клапана наиболее целесообразно пояснить без учета сил инерции на примере его использования (см. фиг.6) в комплекте с насосом высокого давления 39 и гидромеханической форсункой 40. Пусть в случае подачи топлива насосом высокого давления 39 при полностью закрытом электромагнитном клапане 41 (см. фиг.1) осциллограмма давления топлива перед форсункой имеет вид, представленный на фиг.7 сплошными линиями. При необходимости смещения начала и величины цикловой подачи (см. фиг.7) электромагнитный клапан 41 должен быть открытым до начала подачи топлива насосом высокого давления 39 (например в точке А). Если клапан 41 начать закрывать в точке В, то смещение начала подачи составит величину, равную Δτ. При повторном открытии клапана 41 (точка С) окончательная осциллограмма давления топлива перед форсункой примет вид, показанный пунктирными линиями. В исходном состоянии (точка А на фиг.7) при отсутствии тока в обмотке катушки 16 игла 7 за счет разности усилий пружин 23 и 24 будет поднята над седлом 4, а топливо, подаваемое насосом высокого давления (до точки В на фиг.7), будет перепускаться на слив клапаном 41. Следует отметить, что усилие пружины 24 значительно превосходит усилие пружины 23, роль которой заключается лишь в том, чтобы при движении якоря 21 не происходил разрыв кинематической цепи в составе якоря 21, прецизионного компенсатора 11 и иглы 7.

Только в точке В (см. фиг.7) по мере посадки иглы на седло за счет переменных гидродинамических, совместных суммарных сил пружин 23, 24, 12 и усилия, создаваемого электромагнитом, станет уменьшаться перепуск на слив и расти давление топлива перед форсункой 40. После посадки иглы 7 на седло 4 якорь 21 вместе с прецизионным компенсатором 11 продолжит движение до соприкосновения выступа 25 со стопом 17 корпуса 1, что существенно снизит отрицательное воздействие сил инерции подвижных масс на седло. Последнее обстоятельство имеет особое значение при стремлении максимально уменьшить ширину уплотняющего конуса иглы для ее разгрузки от сил давления топлива. Возврат прецизионного компенсатора 11 в исходное положение осуществляется под действием суммарных гидродинамических сил и силы пружины 12. Длительность подачи прямо пропорциональна длительности электрического импульса, подаваемого на обмотку катушки 16 электромагнита.

По окончании командного электрического импульса (точка С на фиг.7) игла под действием переменных гидродинамических и суммарных сил пружин 23 и 24 возвратится в исходное состояние и после посадки иглы 7 на седло (точка D на фиг.7) подача топлива форсункой 40 прекратится.

Подбором диаметров d₁, d₂, d₃ и d₄ (см. фиг.1) можно добиться практически полной начальной разгрузки иглы 7 от сил давления топлива при ее положении на седле 4 направляющей 3.

Размещение и подбор размеров диаметров дросселей 35 (фиг.2) и 36 (фиг.3) позволяет оказывать влияние на скорость подъема и опускания иглы 7 (фиг.1) и темп изменения давления перед форсункой, что в совокупности дает возможность регулировать крутизну переднего и заднего фронтов осциллограммы впрыскивания.

В варианте, представленном на фиг.4, надетый на упор 10 сферической формы самоустанавливающийся компенсатор 37 сферической формы того же радиуса позволяет свести к минимуму влияние неточности изготовления и взаимного расположения иглы 7 и прецизионного компенсатора 11.

Проведенные расчетные и экспериментальные исследования показывают (см. фиг.1), что для увеличения быстродействия клапана остаточный зазор между нижним торцом якоря 21 и стопом 17 крышки электромагнита при соприкосновении последнего с выступом якоря целесообразно выдерживать в пределах 0,1...0,15 мм, а превышение хода якоря над ходом иглы - в пределах 0,02...0,05 мм.

Проставок 38 (фиг.5), смонтированный на торце направляющего стержня 20 якоря 21, позволяет точнее и, что самое главное, значительно проще регулировать величину превышения хода якоря 21 над ходом иглы 7.

Проработки показали, что электромагнитный клапан достаточно компактен и хорошо вписывается в конструкцию топливных насосов высокого давления, образуя с последним единый блок.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить и повысить надежность работы конструкции, упростить процесс регулирования двигателя внутреннего сгорания и расширить возможности по управлению законом подачи топлива форсункой. Клапан выполнен нормально открытым и содержит направляющую иглы с цилиндрической расточкой и коническим седлом. Снизу игла, а сверху якорь электромагнита подпираются пружинами. Они образуют в совокупности с расположенным между ними подпружиненным прецизионным компенсатором сил давления топлива единую кинематическую цепь. Топливо под давлением подводится к полости под иглой, которая каналом соединена с полостью над иглой. Ниже седла направляющей иглы расположен карман, соединенный каналами с полостью слива, в которой размещен электромагнит. 5 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Электромагнитный клапан для дозирования топлива в двигатель внутреннего сгорания, снабженный каналом подвода топлива и содержащий корпус с пристыкованной к нему направляющей с цилиндрической расточкой и коническим седлом, за которым выполнен карман, в направляющей размещена подпружиненная игла с головкой, снабженной внутренним пазом и уплотняющим по внешнему контуру усеченным конусом, клапан имеет полости над и под иглой и сливную полость в корпусе, в которой размещен электромагнит с подпружиненным якорем, снабженным направляющим стержнем, расположенный между якорем и иглой и коаксиально им прецизионный компенсатор имеет внизу упор и разделяет между собой сливную полость и полость над иглой, полости над и под иглой соединены между собой каналом, отличающийся тем, что он выполнен нормально открытым, а канал подвода топлива выходит в полость под иглой, усилие пружины, действующее на иглу, направлено вверх и отрывает ее от седла направляющей, а усилие пружины, действующее на якорь, направлено вниз и прижимает торец его направляющего стержня к торцу подпружиненного снизу прецизионного компенсатора, упор которого вместе с пружиной вставляется во внутренний паз головки иглы, образуя соединение, подвижное в осевом направлении, ниже головки якоря размещен стоп электромагнита, а выше - упор из немагнитного материала, на нижнем торце якоря имеется выступ, предназначенный для ограничения его перемещения вниз после посадки на седло, сливная полость соединена соответствующими каналами с карманом направляющей и полостью, где направляющий стержень якоря упирается в торец сферической формы прецизионного компенсатора. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в его канале подвода топлива размещен дроссель. 3. Клапан по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дроссель размещен в сливном канале упора. 4. Клапан по пп. 1-3, отличающийся тем, что на упор сферической формы прецизионного компенсатора надевается самоустанавливающийся компенсатор сферической формы того же радиуса. 5. Клапан по пп.1-4, отличающийся тем, что остаточный зазор между нижним торцем якоря и стопом крышки электромагнита при соприкосновении последнего с выступом якоря выдерживается в пределах 0,1...0,15 мм, а превышение хода якоря над ходом иглы - в пределах 0,02...0,05 мм. 6. Клапан по пп. 1-5, отличающийся тем, что на торце направляющего стержня смонтирован проставок для регулирования величины превышения хода якоря над ходом иглы.