КЛАПАННАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ СИСТЕМ ВПРЫСКИВАНИЯ ТОПЛИВА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02M51/06 F02M61/16 

Изобретение относится к клапанной форсунке для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания, содержащей электромагнитную цепь, состоящую по меньшей мере из одной катушки, одного внутреннего полюса и одного внешнего полюса, запорный элемент, который является частью иглы, выполненной с возможностью перемещения в электромагнитной цепи, и взаимодействует с седлом, предусмотренным на седельном элементе, средства для электрического подключения и средства для гидравлического присоединения, а также к способу изготовления такой клапанной форсунки.

Из US 5156124 уже известна клапанная форсунка с электромагнитным управлением для систем впрыскивания топлива. При этом предусмотренная в этой клапанной форсунке электромагнитная цепь состоит из обычных деталей, таких как катушка, внутренний полюс и внешний полюс. Эта известная клапанная форсунка представляет собой так называемую клапанную форсунку с боковой подачей, у которой подвод топлива осуществляется в основном ниже магнитной цепи. Отходящие от катушки и выведенные из форсунки наружу контактные штыри залиты на определенную длину пластмассой и заделаны в пластмассу. В такой пластмассовый кожух заделывается один конец клапанной форсунки, и этот кожух не является отдельной деталью этой форсунки. То же самое относится и к клапанной форсунке для впрыскивания топлива, известной из DE-OS 3439672. В этой клапанной форсунке от катушки также отходят контактные штыри, которые выведены к электрическому штекеру, выполненному из пластмассы и частично окружающему контактные штыри за катушкой. Образующий этот штекер литой пластмассовый кожух присоединен к металлическому корпусу форсунки.

Кроме того, из EP-OS 0690224 также известна клапанная форсунка для впрыскивания топлива, распылительное отверстие которой при монтаже форсунки располагается уже внутри впускного канала, что позволяет впрыскивать топливо практически непосредственно на впускной клапан двигателя внутреннего сгорания, исключая смачивание стенок впускного канала. Подача струи в соответствующих направлениях достигается благодаря тому, что ось распылительного отверстия клапанной форсунки непараллельна оси форсунки. Аналогичная клапанная форсунка для впрыскивания топлива известна также из DE-OS 4032425.

Задача изобретения заключается в создании более совершенной в конструктивном отношении клапанной форсунки и более экономичного способа ее изготовления.

Эта задача решается с помощью предложенной клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания, содержащей электромагнитную цепь, состоящую по меньшей мере из одной катушки, одного внутреннего полюса и одного внешнего полюса, запорный элемент, который является частью иглы, выполненной с возможностью перемещения в электромагнитной цепи, и взаимодействует с седлом, предусмотренным на седельном элементе, средства для электрического подключения и средства для гидравлического присоединения. Согласно изобретению форсунка состоит из предварительно собранного функционального узла и предварительно собранного присоединительного узла, при этом в состав функционального узла в основном входят электромагнитная цепь, герметичный клапан, состоящий из седельного элемента и запорного элемента, электрические соединительные элементы и гидравлические соединительные элементы, а в состав присоединительного узла входят средства для электрического подключения, средства для гидравлического присоединения, электрические соединительные элементы и гидравлические соединительные элементы, причем функциональный узел и присоединительный узел образуют самостоятельные конструктивные узлы, которые выполнены с возможностью жесткого соединения друг с другом, а надежное электрическое и гидравлическое соединение обоих узлов обеспечивается взаимодействием соответствующих электрических соединительных элементов и гидравлических соединительных элементов.

В предпочтительном варианте выполнения форсунки присоединительный узел представляет собой деталь, практически полностью изготовленную из пластмассы и образующую впускной патрубок для топлива со сквозным проточным отверстием, причем на этом впускном патрубке сформован электрический штекер.

При этом сквозь присоединительный узел, начиная от электрического штекера и вплоть до электрических соединительных элементов, проходят по меньшей мере две контакт-детали.

Целесообразно электрические соединительные элементы выполнить вблизи нижнего по ходу потока торца присоединительного узла, в каковом торце находится также нижний по ходу потока конец проточного отверстия.

Предпочтительно электрические соединительные элементы присоединительного узла выполнить штырьковыми и/или гнездовыми.

Согласно изобретению в состав электромагнитной цепи функционального узла входит сердечник, имеющий внутреннее сквозное проточное отверстие, служащее для подвода топлива в направлении к герметичному клапану.

В предложенной клапанной форсунке от катушки функционального узла отходят контактные штыри, которые в виде электрических соединительных элементов оканчиваются вблизи верхнего по ходу потока торца функционального узла.

При этом электрические соединительные элементы функционального узла желательно выполнить штырьковыми и/или гнездовыми.

Электрические соединительные элементы функционального узла в предпочтительном варианте выполнения могут представлять собой два контактных штыря, а электрические соединительные элементы присоединительного узла могут представлять собой две гнездовых контакт-детали.

Следует отметить, что оба торца функционального узла и присоединительного узла в собранной клапанной форсунке взаимно прилегают таким образом, что электрические соединительные элементы и гидравлические соединительные элементы взаимодействуют.

Причем сердечник функционального узла целесообразно выполнить таким образом, чтобы в собранной клапанной форсунке он входил внутрь проточного отверстия присоединительного узла.

В соответствии с изобретением соединительный узел имеет продольную ось, а функциональный узел расположен вдоль продольной оси форсунки, причем эти оси в собранной клапанной форсунке не лежат на одной прямой.

При этом присоединительный узел имеет нижний по ходу потока торец, который расположен наклонно к продольной оси присоединительного узла.

Задача решается также с помощью предложенного способа изготовления клапанной форсунки для впрыскивания топлива, который согласно изобретению характеризуется тем, что на одной стадии изготавливают и предварительно собирают самостоятельный функциональный узел, на другой стадии изготавливают и предварительно собирают самостоятельный присоединительный узел и на заключительной стадии функциональный узел и присоединительный узел жестко соединяют друг с другом, при этом осуществляют электрическое и гидравлическое соединение обоих конструктивных узлов.

Предпочтительно присоединительный узел изготавливать из пластмассы литьем под давлением, предусматривая во впускном патрубке для топлива сквозное проточное отверстие, и на этом впускном патрубке одновременно формовать электрический штекер.

Желательно при сборке соединение обоих конструктивных узлов осуществлять склеиванием либо ультразвуковой сваркой, либо отбортовкой.

Необходимо также подчеркнуть, что предложенная клапанная форсунка для впрыскивания топлива, содержащая функциональный узел и присоединительный узел, для двигателя внутреннего сгорания по меньшей мере с одним впускным газопроводом и одним имеющим продольную ось гнездом для крепления форсунки на впускном газопроводе, характеризуется еще и тем, что продольная ось функционального узла ориентирована в направлении, отличном от направления продольной оси гнезда для крепления форсунки.

При этом впускной газопровод имеет продольную ось, которая не пересекается с линией, являющейся продолжением продольной оси функционального узла.

Преимущество предлагаемой согласно изобретению клапанной форсунки для впрыскивания топлива состоит в ее простом и экономичном изготовлении и сборке. Кроме того, клапанная форсунка по изобретению позволяет очень просто изменять ее компоновку. В соответствии с изобретением это достигается благодаря тому, что клапанная форсунка состоит из двух узлов, а именно функционального узла и присоединительного узла, которые предварительно собираются, соответственно регулируются отдельно друг от друга. В состав функционального узла при этом входят в основном электромагнитная цепь и герметичный клапан, состоящий из образующего седло элемента (седельного элемента) и запорного элемента. В присоединительном же узле предусмотрены средства для электрического подключения и средства для гидравлического подсоединения клапанной форсунки. Преимущество всех представленных в описании вариантов выполнения клапанной форсунки для впрыскивания топлива состоит в том, что достигается экономичное ее изготовление с обеспечением большого разнообразия конструктивных форм. Функциональные узлы, благодаря их практически неизменной конструкции (различия могут быть, например, в величине хода иглы клапана или в числе витков катушки), можно изготавливать отдельными большими партиями и собирать с самыми разнообразными присоединительными узлами, которые различаются, например, по своим размерам и форме, по конструкции электрического штекера, по конструктивному исполнению нижнего торца этого присоединительного узла или же по цвету, маркировке, клеймению или по какому-либо иному признаку. Тем самым принципиально упрощается материально-техническое обеспечение производства при изготовлении клапанных форсунок для впрыскивания топлива.

Преимущество разделения на два конструктивных узла заключается также в том, что исключается влияние всех отрицательных воздействий, которые имеют место в процессе изготовления выполненного практически полностью из пластмассы присоединительного узла (большие давления при литье, выделение тепла), на детали функционального узла, выполняющие наиболее важные функции клапанной форсунки. Достигаемое при этом преимущество состоит в том, что относительно "грязный" процесс литья можно проводить вне сборочной линии для функциональных узлов.

В соответствии с изобретением функциональный узел, выполняющий все основные функции клапанной форсунки, может быть выполнен очень коротким. Достигаемое благодаря этому преимущество состоит в том, что упрощается доступ к регулируемым деталям форсунки. Так, например, прежде всего упрощается размещение измерительных устройств, таких как измерительные щупы для измерения величины хода клапанной иглы или инструменты для осуществляемого с помощью регулировочной втулки регулирования количества впрыскиваемого топлива в динамическом режиме, которые можно размещать существенно ближе к таким регулируемым деталям. По сравнению с известными клапанными форсунками расстояния, на которые подводятся такие измерительные или регулировочные инструменты, могут быть сокращены с приблизительно 60 мм до, например, 10-20 мм. В результате этого на поточной сборочной линии существенно сокращается продолжительность соответствующих циклов на выполнение регулировочных операций, благодаря чему за одно и то же время может быть отрегулировано большее количество клапанных форсунок, чем до сих пор.

Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно позволяет использовать самые разнообразные по конструкции электрические соединительные элементы для функционального и присоединительного узлов. Так, например, электрические соединительные элементы всегда как в функциональном узле, так и в присоединительном узле можно выполнить либо штырьковыми, либо гнездовыми, соответственно в виде их сочетания.

Кроме того, нижний по ходу потока торец присоединительного узла предпочтительно выполнять наклонным к продольной оси этого присоединительного узла, благодаря чему в окончательно собранной клапанной форсунке продольные оси функционального узла и присоединительного узла не лежат на одной линии. Тем самым в соответствии с теми или иными требованиями можно изготавливать коленчатые, соответственно изогнутые клапанные форсунки. В такой клапанной форсунке, установленной, например, на впускном газопроводе двигателя внутреннего сгорания, ее зона, из которой осуществляется собственно впрыскивание, выступает далеко внутрь впускного газопровода, при этом даже функциональный узел может практически полностью находиться внутри впускного газопровода. Выполнение клапанной форсунки коленчатой формы позволяет наиболее простым путем предотвратить смачивание стенок впускного газопровода, поскольку впрыскивание осуществляется целенаправленно на один или несколько впускных клапанов двигателя внутреннего сгорания, в результате чего снижается не только выброс двигателем отработавших газов, но и расход топлива.

Ниже изобретение более подробно поясняется описанием примеров нескольких вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые показывают:
на фиг. 1 - первый вариант выполнения предлагаемой согласно изобретению клапанной форсунки для впрыскивания топлива;
на фиг.2 - второй вариант выполнения предлагаемой клапанной форсунки;
на фиг.3 - третий вариант выполнения предлагаемой клапанной форсунки и
на фиг. 4 - схематичное изображение одного из возможных вариантов установки клапанной форсунки по фиг.3 на двигателе внутреннего сгорания.

На фиг. 1 в упрощенном виде в качестве примера представлена часть предлагаемой согласно изобретению клапанной форсунки с электромагнитным управлением для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания со сжатием рабочей смеси и принудительным зажиганием и которая имеет окруженный катушкой 1 по существу трубчатый сердечник 2, который выполняет функцию внутреннего полюса и частично служит сквозным каналом для протекания топлива. Сердечник 2 на расположенном по ходу потока перед катушкой 1 верхнем участке выполнен ступенчатым в радиальном направлении, благодаря чему образующийся на этом участке фланец 3 сердечника 2 по типу крышки частично охватывает катушку 1, обеспечивая тем самым особую компактность конструкции клапанной форсунки в зоне катушки 1. Катушка 1 заключена в наружный, например ферромагнитный, и образующий внешний полюс корпус 5, который полностью окружает катушку 1 по периметру и верхний конец которого жестко соединен с сердечником 2, например сварным швом 6. Для замыкания магнитной цепи нижний конец корпуса 5 выполнен ступенчатым, благодаря чему образуется проводящий участок 8, который аналогично фланцу 3 сердечника 2 является осевым ограничителем катушки 1, определяя границы зоны размещения катушки 1 снизу, соответственно с нижней по ходу потока стороны. Через проводящий участок 8 проходит внутреннее, выполненное концентрично продольной оси 10 отверстие 11, которое служит направляющим отверстием для иглы 12, совершающей перемещения вдоль продольной оси 10.

К нижнему проводящему участку 8 корпуса 5 примыкает образующий седло элемент 14 (далее седельный элемент 14), выполненная в котором жесткая контактная поверхность 15 образует седло. Седельный элемент 14 жестко соединен вторым сварным швом 16, выполненным, например, с помощью лазера, с корпусом 5. Катушка 1, проводящий участок 8 корпуса 5, а также седельный элемент 14 вплоть до контактной поверхности 15 седла образуют сквозное отверстие, в котором перемещается игла 12, образованная трубчатым якорем 17 и сферическим запорным элементом 18. Со стороны нижнего по ходу потока торца седельного элемента 14 расположена, например в углублении 19, плоская шайба 20 с распылительным(-и) отверстием(-ями) (далее называемая дисковым распылителем 20), при этом дисковый распылитель 20 жестко и герметично соединен с седельным элементом 14, например, с помощью кругового сварного шва 21. Нижний по ходу потока конец трубчатого якоря 17, обращенный к дисковому распылителю 20, жестко соединен со сферическим запорным элементом 18, например сваркой, при этом в зоне 22 соединения предусмотрены пазы, сверленые отверстия или каналы, благодаря которым топливо, протекая через якорь 17 по внутреннему продольному отверстию 23, может выходить наружу и, протекая вдоль запорного элемента 18, поступать к контактной поверхности 15 седла.

Клапанная форсунка имеет выполненный известным образом привод, например электромагнитный. Для осевого перемещения иглы 12 и тем самым для открытия клапанной форсунки против действия возвратной пружины 25, соответственно для закрытия клапанной форсунки служит электромагнитная цепь, состоящая из катушки 1, внутреннего сердечника 2, наружного корпуса 5 и якоря 17. Якорь 17, ориентированный своим противоположным от запорного элемента 18 концом на сердечник 2, установлен на одной оси с последним.

Сферический запорный элемент 18 взаимодействует с сужающейся в направлении течения топлива в виде усеченного конуса контактной поверхностью 15, которая выполнена в осевом направлении по ходу потока за направляющим отверстием в седельном элементе 14. Дисковый распылитель 20 имеет по меньшей мере одно, а в данном примере четыре распылительных отверстия 27, выполненных путем электроэрозионной обработки или штамповки.

Глубина, на которую сердечник 2 утоплен в клапанную форсунку, является, в частности, определяющей для величины хода иглы 12. При этом одно из конечных положений иглы 12 при невозбужденной катушке 1 задается упором запорного элемента 18 в контактную поверхность 15 седла в седельном элементе 14, а другое конечное положение иглы 12 при возбужденной катушке 1 определяется упором якоря 17 в нижний по ходу потока конец сердечника. Регулировка величины хода иглы осуществляется осевым смещением сердечника 2, который после его установки в заданное положение жестко соединяют с корпусом 5, причем для изготовления сварного шва 6 целесообразно использовать лазерную сварку.

В проточное отверстие 28 сердечника 2, концентричное продольной оси 10 и служащее для подвода топлива в направлении к контактной поверхности 15, помимо возвратной пружины 25, вставлена регулировочная втулка 29. Эта втулка 29 служит для регулирования величины предварительного сжатия прилегающей к ней возвратной пружины 25, противоположный конец которой в свою очередь опирается на якорь 17, при этом с помощью такой регулировочной втулки 29 одновременно осуществляется регулирование количества впрыскиваемого в динамическом режиме топлива.

Вышеописанная клапанная форсунка отличается особой компактностью ее конструкции, благодаря чему она, имея небольшие размеры, удобна в обращении, а наружный диаметр ее корпуса 5 составляет, например, всего лишь около 11 мм. Отдельные детали этой форсунки показаны на чертеже в упрощенном виде, однако при таких малых размерах клапанная форсунка содержит абсолютно надежную в работе магнитную цепь, принципиальная конструкция которой уже известна по клапанным форсункам с электромагнитным приводом (DE-OS 3439672 или DE-OS 19512339).

Эти вышеописанные детали образуют предварительно собранный самостоятельный узел, который ниже обозначен как функциональный узел 30. Основными элементами такого функционального узла 30 являются, таким образом, электромагнитная цепь (состоящая из катушки 1, сердечника 2, корпуса 5), а также герметичный клапан (состоящий из запорного элемента 18, седельного элемента 14) с последующим элементом, обеспечивающим формообразование струи (дисковый распылитель 20). Окончательно собранный и отрегулированный функциональный узел 30 имеет, например, плоский верхний торец 32, из которого выступают, например, два соединительных элемента 33 в виде контактных штырей. Через эти электрические контактные штыри, служащие электрическими соединительными элементами 33, обеспечивается соединение катушки 1 с источником электрического тока и тем самым ее возбуждение.

Полностью независимо от функционального узла 30 изготавливается второй конструктивный узел, ниже обозначаемый как присоединительный узел 40. Этот самостоятельный и предварительно собранный присоединительный узел 40 показан на фиг.1 лишь условно, при этом пример выполнения присоединительного узла 40 более подробно изображен на фиг.3, и такой же узел можно использовать также в качестве присоединительных узлов 40 по фиг.1 и 2, на которых они показаны лишь условно. Присоединительный узел 40 прежде всего характеризуется тем, что в нем предусмотрены средства для электрического подключения и средства для гидравлического присоединения клапанной форсунки. Таким образом, присоединительный узел 40 в виде детали, практически полностью изготовленной из пластмассы, имеет трубчатый корпус 42, служащий впускным патрубком для топлива. В проточное отверстие 43 этого впускного патрубка 42, которое проходит концентрично продольной оси 10' присоединительного узла и через которое топливо протекает в осевом направлении от приточного конца клапанной форсунки, вставлен или запрессован топливный фильтр 44 (фиг.3). Этот топливный фильтр 44 выступает внутрь проточного отверстия 43 впускного патрубка 42 со стороны его приточного конца и обеспечивает отфильтровывание тех содержащихся в топливе частиц, которые из-за своего размера могли бы привести к закупорке или повреждению клапанной форсунки. При этом проточное отверстие 43 может быть выполнено ступенчатым, например с несколькими уступами по его осевой длине.

Гидравлическое соединение между присоединительным узлом 40 и функциональным узлом 30 в окончательно собранной клапанной форсунке достигается благодаря тому, что проточные отверстия 43 и 28 обоих конструктивных узлов точно совмещены одно с другим, обеспечивая беспрепятственное протекание топлива. При этом, например, торцы 48 и 32 присоединительного узла 40 и соответственно функционального узла 30 непосредственно прилегают друг к другу и жестко соединены между собой. В зоне соединения, например для надежного уплотнения, могут быть предусмотрены уплотнительные элементы.

Кроме того, в присоединительном узле 40 предусмотрены две электрические контакт-детали 45, которые в процессе изготовления корпуса 42 литьем под давлением заливаются пластмассой и тем самым в последующем остаются постоянно в этой пластмассе. К пластмассовому корпусу 42, служащему главным образом в качестве впускного патрубка для топлива, относится также формуемый совместно с ним в процессе литья электрический штекер 46 (фиг.3). Электрические контакт-детали 45 оканчиваются одним своим концом в виде свободных контактных штырей 47 электрического штекера 46, к которому для окончательного подвода электропитания к клапанной форсунке может быть подсоединен не показанный на чертеже электрический контактный вывод ответной части штекерного разъема, например контактной колодки. Другим своим концом контакт-детали 45 проходят в противоположную от штекера 46 сторону, доходя до нижнего торца 48 присоединительного узла 40 и образуя в этом месте электрический соединительный элемент 49, который может быть выполнен, например, гнездовым. В окончательно собранной клапанной форсунке электрические соединительные элементы 33 и 49 взаимодействуют друг с другом таким образом, что они обеспечивают надежный электрический контакт, при этом соединительные элементы 33 в виде контактных штырей входят, например, в соединительные элементы 49 в виде гнездовых контакт-деталей, выполненных на присоединительном узле 40. С помощью такого электрического штекера 46 и электрического соединителя, образованного выполненными в виде штырей соединительными элементами 33 и соединительными элементами 49, обеспечивается, следовательно, соединение катушки 1 с источником электрического тока и тем самым ее возбуждение.

На фиг.2 показана часть клапанной форсунки для впрыскивания топлива, выполненной в соответствии со вторым вариантом. При этом те же, что и в показанном на фиг. 1 варианте, соответственно выполняющие ту же функцию элементы обозначены одинаковыми позициями. Клапанная форсунка по фиг.2 в основном соответствует клапанной форсунке, показанной на фиг.1, и поэтому ниже более подробно поясняются лишь отличия в электромагнитной цепи. В качестве направляющей для иглы 12 и тем самым конкретно для якоря 17 в функциональном узле 30 предусмотрена удлиненная ферритовая втулка 52, внутреннее отверстие 53 которой по меньшей мере в зоне якоря 17 выполнено с точным соблюдением необходимых допусков на внутренний диаметр. Втулка 52 снизу по ходу потока оканчивается, например, в зоне проводящего участка 8 корпуса 5, с которым она жестко соединена, например, сварным швом 54. Во внутреннее отверстие 53 втулки 52, помимо подвижной в осевом направлении иглы 12, вставлен также сердечник 2, который, в свою очередь, по окончании регулирования величины хода иглы жестко крепится к корпусу клапана, в данном конкретном случае - через втулку 52 с помощью верхнего сварного шва 55. Втулка 52 служит не только направляющей для якоря 17, соответственно базирующей деталью для сердечника 2, но и выполняет также функцию уплотнения, сохраняя в показанном на фиг.2 примере выполнения катушку 1 сухой. Это достигается также благодаря тому, что вместо закрывающего фланца 3 сердечника 2 в данном случае предусмотрена выполненная в виде шайбы защитная крышка 56, которая закрывает катушку 1 с обращенной к присоединительному узлу 40 стороны. Эта прилегающая к корпусу 5 крышка 56 жестко соединена с указанным корпусом 5 сварным швом 6. Внутреннее отверстие 58 в крышке 56 позволяет выполнить втулку 52, а тем самым и сердечник 2 более длинными, благодаря чему обе эти детали, проходя сквозь отверстие 57, выступают над верхним торцом 32 в направлении присоединительного узла 40, при этом поверхность верхнего торца 32 образована в данном случае крышкой 56. При сборке присоединительного узла 40 с функциональным узлом 30 выступающие части сердечника 2 и втулки 52 для повышения прочности и жесткости соединения могут входить внутрь проточного отверстия 43 присоединительного узла 40. В зоне соединения обоих конструктивных узлов 30 и 40 предусмотрено, например, уплотнительное кольцо 59, которое, прилегая к торцу 32 крышки 56, надето на втулку 52.

На фиг. 3 показаны оба самостоятельных и уже предварительно собранных конструктивных узла, каковыми являются функциональный узел 30 и присоединительный узел 40, перед окончательной сборкой клапанной форсунки для впрыскивания топлива. Присоединительный узел 40 образован пластмассовым корпусом, который состоит из впускного патрубка 42 для топлива и сформованного непосредственно заодно целое с ним электрического штекера 46. Электрический штекер 46 формуется вместе с впускным патрубком 42 в процессе литья под давлением при изготовлении из пластмассы всего присоединительного узла 40. Вдоль продольной оси 10' присоединительного узла во впускном патрубке 42 проходит сквозное, например выполненное ступенчатым, проточное отверстие 43, в которое со стороны его приточного конца вставлен топливный фильтр 44. Проточное отверстие 43 оканчивается в нижнем по ходу потока торце 48 присоединительного узла 40, причем этот торец 48 в варианте выполнения по фиг.3 ориентирован не перпендикулярно, а под некоторым углом к продольной оси 10' присоединительного узла. В этом варианте функциональный узел 30 соответствует уже показанному на фиг.1 функциональному узлу 30. Функциональный узел 30 также расположен вдоль продольной оси 10 клапана, при этом, в частности, сердечник 2, корпус 5 и якорь 17 выполнены концентрично продольной оси 10 форсунки. На обращенной к присоединительному узлу 40 стороне функциональный узел 30 оканчивается верхним по ходу потока торцом 32. В окончательно собранной клапанной форсунке оба торца 32 и 48 функционального узла 30, соответственно присоединительного узла 40 прилегают один к другому таким образом, что электрические соединительные элементы 33 и 49, а также гидравлические соединительные элементы 28 и 43 соответственно взаимодействуют друг с другом.

Поскольку торец 48 присоединительного узла 40 выполнен наклонно к продольной оси 10' последнего, а торец 32 функционального узла 30 ориентирован перпендикулярно продольной оси 10 форсунки, клапанная форсунка для впрыскивания топлива имеет изогнутую, соответственно коленчатую форму, а обе ее продольные оси 10 и 10' проходят под некоторым углом ее друг к другу и, следовательно, не расположены на одной прямой. Предпочтительный пример применения такой коленчатой клапанной форсунки показан на фиг.4. Клапанная форсунка в таком исполнении расположена в предусмотренном для ее крепления гнезде 69 на впускном газопроводе 60, ведущем к камере 61 сгорания ДВС. Гнездо 69 расположено вдоль продольной оси 70. При этом продольная ось 70 гнезда 69 ориентирована предпочтительно в направлении, отличном от направления продольной оси 10 функционального узла 30.

Клапанная форсунка установлена непосредственно перед по меньшей мере одним впускным клапаном 62 камеры 61 сгорания. Воздух для ДВС поступает по впускному газопроводу 60, который имеет, например, круглое поперечное сечение и продольную ось 71, при этом регулирование количества впускаемого воздуха осуществляется с помощью соответствующего не показанного на чертеже элемента, обычно дроссельной заслонки, установленной во впускном газопроводе 60 по ходу потока перед форсункой. Клапанная форсунка закреплена и ориентирована на впускном газопроводе 60 таким образом, что топливо впрыскивается струей 65, по существу точно ориентированной на впускной клапан 62, и не попадает на стенки впускного газопровода 60, соответственно на головку цилиндра ДВС, в котором установлен этот впускной клапан 62.

Точно направленное на впускной клапан 62 впрыскивание топлива без смачивания стенок достигается прежде всего благодаря разъемной конструкции клапанной форсунки, состоящей из двух частей, при этом угол впрыскивания может быть очень точно отрегулирован за счет выполнения торца 48 на присоединительном узле 40 под соответствующим углом наклона. В отличие от известных клапанных форсунок установка функционального узла 30 под углом к присоединительному узлу 40 обеспечивает существенно более высокую гибкость в придании струе определенной формы. Клапанная форсунка может быть установлена на впускном газопроводе 60 в виде так называемой форсунки с удлиненным наконечником, т.е. это означает, что та точка форсунки, из которой выходит впрыскиваемое топливо, смещена вглубь впускного газопровода 60. При этом такую точку можно даже вынести настолько, чтобы функциональный узел 30 практически полностью располагался внутри впускного газопровода 60, вследствие чего и электромагнитная цепь, состоящая из деталей 1, 2, 5, также далеко выносится во впускной газопровод 60. Клапанная форсунка может быть установлена в гнезде 69 для ее крепления таким образом, чтобы линия, продолжающая продольную ось 10 форсунки, являющуюся одновременно продольной осью функционального узла 30, либо пересекала продольную ось 71 впускного газопровода, либо не пересекала ее, при этом в последнем случае обе вышеуказанные продольные оси 10 и 71 будут взаимно перекрещиваться (что может быть целесообразным, например, при своеобразной асимметричной форме головки цилиндра). Эффективное уплотнение между клапанной форсункой и предусмотренным для ее крепления гнездом 69 на впускном газопроводе 60 обеспечивается благодаря уплотнительным кольцам 63 и 64, например, круглого сечения.

Оба конструктивных узла, которыми являются функциональный узел 30 и присоединительный узел 40, после их соответствующей предварительной сборки жестко соединяют между собой на последней стадии способа. С этой целью функциональный узел 30 и присоединительный узел 40 взаимно совмещают таким образом, чтобы их торцы 32 и 48 прилегали один к другому, и осуществляют электрическое и гидравлическое соединение обоих узлов 30, 40. При сборке для соединения обоих конструктивных узлов 30 и 40 можно использовать различные методы, но прежде всего склеивание, ультразвуковую сварку или отбортовку. При склеивании особое внимание необходимо обращать на то, что клеевое соединение должно выдерживать достаточную растягивающую нагрузку. В случае ультразвуковой сварки на функциональном узле 30 в зоне верхнего торца 32 необходимо предусмотреть пластмассовый участок, который можно одновременно формовать, например, при заливке катушки 1 пластмассой.

Наряду с возможностью применения при сборке различных методов соединения существуют также различные возможности для изготовления электрического и гидравлического соединений. Два возможных варианта гидравлического соединения функционального узла 30 с присоединительным узлом 40 уже показаны на фиг. 1 и 2. Детали, в которых образованы проточные отверстия 28 и 43, либо можно соединять между собой встык (фиг.1), либо вставлять одну в другую, чтобы они частично взаимно перекрывались (фиг.2). Электрический контакт может обеспечиваться, например, благодаря двум выполненным в виде контактных штырей соединительным элементам 33 функционального узла 30, вставленным в два выполненных в виде гнездовых контакт-деталей соединительных элемента 49 присоединительного узла 40. Очевидно, однако, что электрические соединительные элементы 49 можно также выполнить в виде штырей на присоединительном узле 40, тогда как электрические соединительные элементы 33 функционального узла 30 в этом случае были бы выполнены гнездовыми. В другом варианте вблизи соответствующих торцов 32 и 48 можно выполнить по одному штырьковому и гнездовому соединительному элементу 33, 49, которые в этом случае взаимодействуют друг с другом. Однако электрический контакт равным образом можно обеспечить, например, по технологии CIN::APSE®, согласно которой покрытые золотом молибденовые проволоки скручивают по типу клубков в качестве кнопочного контакта. Такая не требующая пайки технология соединения позволяет изготавливать очень надежные электрические соединения, которые механически абсолютно не резонируют.

Преимущество всех описанных вариантов выполнения клапанной форсунки для впрыскивания топлива состоит в том, что достигается экономичное ее изготовление с обеспечением большого разнообразия конструктивных форм. Функциональные узлы 30, благодаря их практически неизменной конструкции, можно изготавливать большими партиями и собирать с самыми разнообразными присоединительными узлами 40, которые различаются, например, по своим размерам, конструкцией электрического штекера 46 или конструктивным исполнением торца 48. Тем самым принципиально упрощается материально-техническое обеспечение производства при изготовлении клапанных форсунок для впрыскивания топлива.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливо-впрыскивающей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить надежность электрического и гидравлического соединения, повысить экономичность и простоту при изготовлении и сборке. Клапанная форсунка содержит электромагнитную цепь и состоит из предварительно собранного функционального узла и предварительно собранного присоединительного узла. В состав функционального узла входят электромагнитная цепь, герметичный клапан. В состав присоединительного узла входят средства для электрического подключения, средства для гидравлического присоединения, причем функциональный узел и присоединительный узел образуют самостоятельные конструктивные узлы, которые выполнены с возможностью жесткого соединения друг с другом, а надежное электрическое и гидравлическое соединение обоих узлов обеспечивается взаимодействием соответствующих соединительных элементов и гидравлических соединительных элементов. Продольная ось функционального узла форсунки может быть ориентирована в направлении, отличном от направления продольной оси гнезда для крепления форсунки. 3 с. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапанная форсунка для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания, содержащая электромагнитную цепь, состоящую по меньшей мере из одной катушки, одного внутреннего полюса и одного внешнего полюса, а также содержащая запорный элемент, который является частью иглы, выполненной с возможностью перемещения в электромагнитной цепи, и взаимодействует с седлом, предусмотренным на седельном элементе, средства для электрического подключения и средства для гидравлического присоединения, отличающаяся тем, что она состоит из предварительно собранного функционального узла (30) и предварительно собранного присоединительного узла (40), при этом в состав функционального узла (30) в основном входят электромагнитная цепь (1, 2, 5), герметичный клапан, состоящий из седельного элемента (14) и запорного элемента (18), электрические соединительные элементы (33) и гидравлические соединительные элементы (28), а в состав присоединительного узла (40) входят средства (45, 46, 47) для электрического подключения, средства (42, 43) для гидравлического присоединения, электрические соединительные элементы (49) и гидравлические соединительные элементы (43), причем функциональный узел (30) и присоединительный узел (40) образуют самостоятельные конструктивные узлы, которые выполнены с возможностью жесткого соединения друг с другом, а надежное электрическое и гидравлическое соединение обоих узлов (30, 40) обеспечивается взаимодействием соответствующих электрических соединительных элементов (33, 49) и гидравлических соединительных элементов (28, 43). 2. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что присоединительный узел (40) представляет собой деталь, практически полностью изготовленную из пластмассы и образующую впускной патрубок (42) для топлива со сквозным проточным отверстием (43), причем на этом впускном патрубке (42) сформован электрический штекер (46). 3. Клапанная форсунка по п.2, отличающаяся тем, что сквозь присоединительный узел (40), начиная от электрического штекера (46) и вплоть до электрических соединительных элементов (49), проходят по меньшей мере две контакт-детали (45). 4. Клапанная форсунка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что электрические соединительные элементы (49) выполнены вблизи нижнего по ходу потока торца (48) присоединительного узла (40), в каковом торце находится также нижний по ходу потока конец проточного отверстия (43). 5. Клапанная форсунка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что электрические соединительные элементы (49) присоединительного узла (40) выполнены штырьковыми и/или гнездовыми. 6. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что в состав электромагнитной цепи (1, 2, 5) функционального узла (30) входит сердечник (2), имеющий внутреннее сквозное проточное отверстие (28), служащее для подвода топлива в направлении к герметичному клапану (14, 18). 7. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что от катушки (1) функционального узла (30) отходят контактные штыри, которые в виде электрических соединительных элементов (33) оканчиваются вблизи верхнего по ходу потока торца (32) функционального узла (30). 8. Клапанная форсунка по п.1 или 7, отличающаяся тем, что электрические соединительные элементы (33) функционального узла (30) выполнены штырьковыми и/или гнездовыми. 9. Клапанная форсунка по пп.5 и 8, отличающаяся тем, что электрические соединительные элементы функционального узла (30) представляют собой два контактных штыря (33), а электрические соединительные элементы присоединительного узла (40) представляют собой две гнездовых контакт-детали (49). 10. Клапанная форсунка по пп.4 и 7, отличающаяся тем, что оба торца (32, 48) функционального узла (30) и присоединительного узла (40) в собранной клапанной форсунке взаимно прилегают таким образом, что электрические соединительные элементы (33, 49) и гидравлические соединительные элементы (28, 43) взаимодействуют. 11. Клапанная форсунка по пп.6 и 10, отличающаяся тем, что сердечник (2) функционального узла (30) выполнен таким образом, что в собранной клапанной форсунке он входит внутрь проточного отверстия (43) присоединительного узла (40). 12. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что присоединительный узел (40) имеет продольную ось (10'), а функциональный узел (30) расположен вдоль продольной оси (10) форсунки, причем эти оси в собранной клапанной форсунке не лежат на одной прямой. 13. Клапанная форсунка по п.12, отличающаяся тем, что присоединительный узел (40) имеет нижний по ходу потока торец (48), который расположен наклонно к продольной оси (10') присоединительного узла. 14. Способ изготовления клапанной форсунки для впрыскивания топлива по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что на одной стадии изготавливают и предварительно собирают самостоятельный функциональный узел (30), на другой стадии изготавливают и предварительно собирают самостоятельный присоединительный узел (40) и на заключительной стадии функциональный узел (30) и присоединительный узел (40) жестко соединяют друг с другом, при этом осуществляют электрическое и гидравлическое соединение обоих конструктивных узлов (30, 40). 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что присоединительный узел (40) изготавливают из пластмассы литьем под давлением, предусматривая во впускном патрубке (42) для топлива сквозное проточное отверстие (43), и на этом впускном патрубке (42) одновременно формуют электрический штекер (46). 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что при сборке соединение обоих конструктивных узлов (30, 40) осуществляют склеиванием. 17. Способ по п.14, отличающийся тем, что при сборке соединение обоих конструктивных узлов (30, 40) осуществляют ультразвуковой сваркой. 18. Способ по п.14, отличающийся тем, что при сборке соединение обоих конструктивных узлов (30, 40) осуществляют отбортовкой. 19. Клапанная форсунка для впрыскивания топлива, содержащая функциональный узел (30) и присоединительный узел (40), для двигателя внутреннего сгорания по меньшей мере с одним впускным газопроводом (60) и одним имеющим продольную ось (70) гнездом (69) для крепления форсунки на впускном газопроводе (60), отличающаяся тем, что продольная ось (10) функционального узла (30) ориентирована в направлении, отличном от направления продольной оси (70) гнезда (69) для крепления форсунки. 20. Клапанная форсунка по п.19, отличающаяся тем, что впускной газопровод (60) имеет продольную ось (71), которая не пересекается с линией, являющейся продолжением продольной оси (10) функционального узла (30).