СПОСОБ СБОРКИ КЛАПАННОГО УЗЛА КЛАПАННОЙ ФОРСУНКИ Российский патент 2004 года по МПК F02M51/06 F02M61/16 

Настоящее изобретение относится к способу сборки клапанного узла клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания, имеющей электромагнитный приводной элемент, состоящий из катушки, внутреннего полюса и служащего внешним полюсом магнитной цепи наружного магнитопровода, и подвижный запорный элемент, который взаимодействует с контактной поверхностью седла, а также тонкостенную втулку, при этом седло и внутренний полюс располагают во внутреннем отверстии втулки, а катушку и наружный магнитопровод располагают снаружи втулки вокруг нее.

Из патента US 4946107 уже известна клапанная форсунка с электромагнитным приводом, имеющая, в частности, выполненную из немагнитного материала втулку в качестве соединительного элемента между сердечником и седлом. Эта втулка обоими ее осевыми концами жестко соединена с сердечником и седлом. Втулка имеет по всей ее осевой длине постоянные наружный и внутренний диаметры и имеет соответственно с обоих ее концов входные отверстия одинакового размера. Сердечник и седло выполнены с таким наружным диаметром, чтобы их можно было вставить во втулку с обоих ее концов, благодаря чему втулка полностью охватывает обе указанные детали, а именно, сердечник и седло, на этих входящих внутрь нее участках. Внутри втулки установлена подвижная в осевом направлении игла с якорем, направляющей для которого служит втулка. Жесткое соединение втулки с сердечником и седлом получают, например, сваркой, как это известно также из DE-OS 4310819. В этом случае выполненную из немагнитного материала тонкостенную втулку используют также в качестве соединительного элемента между сердечником и седлом иглы клапанной форсунки. По своему конструктивному исполнению эта втулка в основном соответствует втулке, известной из патента US 4946107. Трубчатые втулки позволяют уменьшить габариты и массу клапанных форсунок.

Кроме того, из DE-OS 19547406 известна клапанная форсунка, которая имеет удлиненную тонкостенную втулку, которая выполнена из немагнитного материала и у которой наряду с гильзообразным участком имеется также донный участок. Этот донный участок ориентирован практически перпендикулярно гильзообразному участку втулки, проходящему в осевом направлении вдоль продольной оси форсунки. В сквозном отверстии втулки может перемещаться в осевом направлении игла. Жестко соединенный с иглой ее запорный элемент взаимодействует с контактной поверхностью седла, которое запрессовано во втулку и непосредственно либо через дисковый распылитель упирается в донный участок втулки. При изготовлении клапанной форсунки ее втулку по меньшей мере частично заливают в пластмассовый литой корпус.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать более простой и более эффективный способ сборки клапанного узла клапанной форсунки.

Указанная задача решается благодаря тому, что

а) магнитопровод надевают на втулку,

б) затем во внутреннее отверстие втулки запрессовывают седло, в результате чего эта втулка расширяется по меньшей мере на некотором участке, и

в) только за счет запрессовки седла получают жесткое соединение втулки с магнитопроводом.

Преимущество предлагаемого в изобретении способа сборки клапанного узла клапанной форсунки состоит в простоте и экономичности его осуществления с обеспечением надежной и точной сборки клапанной форсунки. При сборке форсунки обеспечивается очень простое крепление служащего внешним полюсом магнитной цепи наружного магнитопровода в клапанной форсунке без необходимости применения дополнительных методов соединения, при этом еще одно преимущество состоит в том, что предлагаемый в изобретении способ позволяет отказаться от таких методов соединения, в которых для получения неразъемного соединения предполагается применение присадочного материала. Благодаря этому удается избежать всех присущих известным связанным с нагревом деталей способам недостатков, таких как коробление деталей при сварке. Сборка клапанной форсунки упрощается также за счет того, что не требуется применения никаких инструментов для крепления наружного магнитопровода.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа втулку выполняют с гильзообразным участком и ориентированным практически перпендикулярно ему донным участком, а седло вставляют до упора в этот донный участок.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа магнитопровод выполняют с гильзообразным участком, который охватывает втулку с зазором, и с крепежным участком, который соприкасается с этой втулкой, при этом указанные гильзообразный и крепежный участки соединены между собой радиальным участком. В этом случае жесткое соединение втулки и наружного магнитопровода предпочтительно получают в зоне крепежного участка этого наружного магнитопровода. При этом в осевом направлении на крепежном участке во внутреннем отверстии втулки предпочтительно предусматривать уступ.

Предпочтительно далее помещать седло внутри втулки в такое конечное положение, в котором это седло и крепежный участок наружного магнитопровода взаимно перекрываются в осевом направлении.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые упрощенные чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - клапанная форсунка с собранным согласно изобретению клапанным узлом и

на фиг.2 - увеличенное изображение собранного согласно изобретению клапанного узла клапанной форсунки.

На фиг.1 в качестве примера клапана с электромагнитным управлением представлена часть собранной согласно изобретению клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания со сжатием рабочей смеси и принудительным зажиганием, имеющей окруженный катушкой 1 по существу трубчатый сердечник 2, который выполняет функцию внутреннего полюса и частично служит сквозным каналом для протекания топлива. Катушка 1 заключена в наружный гильзообразный и выполненный ступенчатым корпус 5, который выполнен, например, из ферромагнитного материала и который полностью охватывает эту катушку 1 по периметру и представляет собой наружный магнитопровод, служащий внешним полюсом магнитной цепи. Совместно катушка 1, сердечник 2 и корпус 5 форсунки образуют электрически возбуждаемый приводной элемент.

Залитая компаундом в каркасе 3 катушка 1 снаружи охватывает втулку 6, во внутреннее отверстие 11 которой, проходящее концентрично продольной оси 10 форсунки, вставлен сердечник 2. Втулка 6, которая выполнена удлиненной формы в виде тонкостенной детали и изготовлена, например, из феррита, имеет гильзообразный участок 12 и ориентированный по существу перпендикулярно ему донный участок 13, при этом гильзообразный участок 12 ограничивает отверстие 11 в окружном направлении, а донный участок 13 - в осевом направлении с его нижнего по ходу потока конца. Отверстие 11 служит также направляющим отверстием для подвижной в осевом направлении иглы 14, совершающей перемещения вдоль продольной оси 10 форсунки.

В отверстии 11 помимо сердечника 2 и иглы 14 расположено также седло 15, опирающееся, например, на донный участок 13 втулки б и имеющее в качестве опорной поверхности прочную и жесткую контактную поверхность 16.

Игла 14 образована, например, трубчатым якорным участком 17, также трубчатым игольчатым участком 18 и сферическим запорным элементом 19, при этом последний жестко соединен, например сварным швом, с игольчатым участком 18. Со стороны нижнего по ходу потока торца седла 15 расположен, например в сужающемся в виде усеченного конуса углублении 20, плоский дисковый распылитель 21, который жестко соединен с седлом 15, например круговым плотным сварным швом. На игольчатом участке 18 иглы 14 предусмотрены одно или несколько поперечных отверстий 22, благодаря которым топливо, протекая через якорный участок 17 по его внутреннему продольному отверстию 23, может выходить наружу и, протекая вдоль запорного элемента 19, например вдоль лысок 24, поступать к контактной поверхности 16 седла.

Клапанная форсунка имеет выполненный известным образом электромагнитный привод. Для осевого перемещения иглы 14 и тем самым для открытия клапанной форсунки против приложенного к игле 14 усилия возвратной пружины 25, соответственно для закрытия клапанной форсунки служит электромагнитная цепь, состоящая из катушки 1, внутреннего сердечника 2, наружного корпуса 5 форсунки и якорного участка 17. Якорный участок 17, ориентированный своим противоположным от запорного элемента 19 концом на сердечник 2, установлен на одной оси с последним.

Сферический запорный элемент 19 взаимодействует с сужающейся в направлении течения топлива в виде усеченного конуса контактной поверхностью 16 седла 15, которая выполнена в осевом направлении по ходу потока за направляющим отверстием в этом седле 15. Дисковый распылитель 21 имеет по меньшей мере одно, например четыре, распылительных отверстия 27, выполненных путем электроэрозионного прошивания, лазерного сверления или пробивки.

Глубиной, на которую сердечник 2 утоплен в клапанную форсунку, определяется, в частности, величина хода иглы 14. При этом одно из конечных положений иглы 14 при невозбужденной катушке 1 задается упором запорного элемента 19 в контактную поверхность 16 седла 15, а другое конечное положение иглы 14 при возбужденной катушке 1 определяется упором якорного участка 17 в нижний по ходу потока конец сердечника. Ход иглы клапана регулируется осевым смещением сердечника 2, который изготовлен обработкой резанием, например точением, и который после его установки в заданное, т.е. отрегулированное, положение жестко соединяют со втулкой 6.

В проточное отверстие 28 сердечника 2, концентричное продольной оси 10 форсунки и служащее для подвода топлива к контактной поверхности 16 седла, помимо возвратной пружины 25 вставлен регулировочный элемент в виде регулирующей пружины 29. Эта регулирующая пружина 29 служит для регулирования величины предварительного сжатия прилегающей к ней возвратной пружины 25, противоположный конец которой в свою очередь опирается на иглу 14, при этом с помощью такой регулирующей пружины 29 одновременно регулируется количество впрыскиваемого в динамическом режиме топлива. Вместо регулирующей пружины регулировочный элемент может быть также выполнен в виде регулировочного винта, регулировочной втулки или иного элемента, выполняющего аналогичную функцию.

Вышеописанная клапанная форсунка отличается особой компактностью ее конструкции, благодаря чему она, имея небольшие размеры, удобна в обращении с ней. Все вышеописанные детали образуют предварительно собранный самостоятельный узел, который в последующем 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 19 и седла 15) с последующим элементом, обеспечивающим формообразование струи (дисковый распылитель 21).

Образованная между корпусом 5 форсунки и ее втулкой 6 полость под катушку, объем которой практически полностью занимает катушка 1, ограничена со стороны седла 15 образующим уступ радиальным участком 32 корпуса 5, а с противоположной седлу 15 стороны эта полость закрыта дисковидной крышкой 33. Сквозь выемку в этой крышке 33 проходит каркас 3 катушки. На этом участке из пластмассового каркаса 3 катушки выведены контактные штыри 34, количество которых может быть равно, например, двум. Через эти электрические контактные штыри 34 обеспечивается соединение катушки 1 с источником электрического тока и тем самым ее возбуждение.

Полностью независимо от функционального узла 30 изготавливается второй конструктивный узел, который в последующем обозначен как присоединительный узел 40. Этот 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, который служит впускным патрубком для топлива. В этом трубчатом корпусе 42 расположена внутренняя трубка 44 со сквозным, концентричным продольной оси 10 форсунки проточным отверстием 43, через которое топливо протекает в осевом направлении от впускного конца клапанной форсунки и в которое вставлен или запрессован, например, топливный фильтр 45.

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. Внутреннее отверстие 46 в крышке 33 позволяет выполнять втулку 6, а тем самым и сердечник 2 таким образом, чтобы оба они проходили сквозь это отверстие 46 и чтобы по меньшей мере втулка 6 явно выступала над крышкой 33 в сторону присоединительного узла 40. При установке присоединительного узла 40 на функциональный узел 30 нижний конец 47 трубки 44 входит в отверстие 11 в выступающей части втулки 6, что повышает жесткость соединения. В собранном виде корпус 42 опирается, например, на крышку 33 и на верхний конец корпуса 5 форсунки.

Кроме того, в присоединительном узле 40 предусмотрены две электрические контакт-детали 55, которые в процессе изготовления корпуса 42 литьем под давлением заливаются пластмассой и тем самым в последующем заделаны в эту пластмассу. К корпусу 42 относится также формуемый совместно с ним в процессе литья электрический штекерный разъем 56. Электрические контакт-детали 55 одним их концом оканчиваются в виде свободных контактных штырей электрического штекерного разъема 56, к которому для окончательного подвода электропитания к клапанной форсунке может быть подсоединена не показанная на чертеже электрическая ответная часть штекерного разъема, например контактная колодка. Другим своим концом, противоположным штекерному разъему 56, контакт-детали 55 электрически контактируют с соответствующими контактными штырями 34.

На фиг.2 показан собираемый согласно изобретению клапанный узел, основными элементами которого являются корпус 5, втулка 6 и седло 15. Как уже было описано выше со ссылкой на фиг.1, седло 15 и сердечник 2 расположены во внутреннем отверстии 11 втулки 6, а катушка 1 и корпус 5, служащий наружным магнитопроводом, расположены вокруг втулки 6, охватывая ее снаружи по периметру. Корпус 5 имеет гильзообразный участок 58, который по типу кожуха охватывает полость под катушку, и расположенный ближе к седлу 15 крепежный участок 59.

Оба этих участка 58 и 59 различаются их диаметром. Гильзообразный участок 58 имеет существенно больший в сравнении со втулкой 6 диаметр, благодаря чему образуется полость под катушку 1 вместе с ее каркасом 3, а внутренний диаметр крепежного участка 59 лишь ненамного превышает наружный диаметр втулки 6. Гильзообразный участок 58 и крепежный участок 59 корпуса форсунки соединены радиальным участком 32.

В соответствии с изобретением при сборке описанного выше клапанного узла вначале на втулку 6 надевают корпус 5. При этом размеры втулки 6 и корпуса 5 лежат в пределах таких допусков, чтобы эти детали можно было свободно вставить одна в другую без образования заусенцев и задиров. Корпус 5 удерживается автоматическим инструментом на втулке 6 в требуемом положении. Затем во внутреннее отверстие 11 втулки 6 в направлении по ходу потока вставляют, соответственно запрессовывают, исходя из его наружных размеров, седло 15. Седло 15 предпочтительно вставлять до упора в донный участок 13 втулки 6. Однако эту втулку 6 можно выполнять и без донного участка 13 и в этом случае располагать седло 15 во втулке 6 несколько выше по ходу потока.

В осевом направлении на крепежном участке 59 корпуса 5 во внутреннем отверстии 11 втулки 6 предусмотрен, например, уступ 60, получаемый за счет минимального изменения внутреннего диаметра. В результате запрессовки седла 15 во втулку 6 она расширяется по меньшей мере на этом участке. Седло 15 после его установки внутри втулки 6 в конечное положение и крепежный участок 59 корпуса 5 взаимно перекрываются в осевом направлении. Таким образом, только за счет запрессовки седла 15 обеспечивается прочное и жесткое соединение втулки 6 с корпусом 5. Осевое перекрытие седла 15 и крепежного участка 59 корпуса 5 обеспечивает долговечное радиальное соединение этих деталей по прессовой посадке с достаточно высоким натягом, что позволяет отказаться от дополнительного соединения этих деталей, например сваркой или отбортовкой.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам сборки клапанного узла клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива. Изобретение позволяет обеспечить простой и экономичный способ сборки с обеспечением надежности и точности. Способ сборки клапанного узла клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания, имеющей электромагнитный приводной элемент, состоящий из катушки, внутреннего полюса и служащего внешним полюсом магнитной цепи наружного магнитопровода, и подвижный запорный элемент, который взаимодействует с контактной поверхностью седла, а также тонкостенную втулку. Седло и внутренний полюс располагают во внутреннем отверстии втулки, а катушку и наружный магнитопровод располагают снаружи втулки вокруг нее. Магнитопровод надевают на втулку, затем во внутреннее отверстие втулки запрессовывают седло, в результате чего эта втулка расширяется, по меньшей мере, на некотором участке, и только за счет запрессовки седла получают жесткое соединение втулки с магнитопроводом. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сборки клапанного узла клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания, имеющей электромагнитный приводной элемент, состоящий из катушки (1), внутреннего полюса и служащего внешним полюсом магнитной цепи наружного магнитопровода, и подвижный запорный элемент (19), который взаимодействует с контактной поверхностью (16) седла (15), а также тонкостенную втулку (6), при этом седло (15) и внутренний полюс располагают во внутреннем отверстии (11) втулки (6), а катушку (1) и наружный магнитопровод располагают снаружи втулки (6) вокруг нее, отличающийся тем, что а) магнитопровод надевают на втулку (6), б) затем во внутреннее отверстие (11) втулки (6) запрессовывают седло (15), в результате чего эта втулка (6) расширяется, по меньшей мере, на некотором участке, и в) только за счет запрессовки седла (15) получают жесткое соединение втулки (6) с магнитопроводом.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что втулку (6) выполняют с гильзообразным участком (12) и ориентированным практически перпендикулярно ему донным участком (13), а седло (15) вставляют до упора в этот донный участок (13).3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что магнитопровод выполняют с гильзообразным участком (58), который охватывает втулку (6) с зазором, и с крепежным участком (59), который соприкасается с этой втулкой (6), при этом указанные гильзообразный и крепежный участки соединены между собой радиальным участком (32).4. Способ по п.3, отличающийся тем, что жесткое соединение втулки (6) и наружного магнитопровода получают в зоне крепежного участка (59) этого наружного магнитопровода.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в осевом направлении на крепежном участке (59) во внутреннем отверстии (11) втулки (6) предусматривают уступ (60).6. Способ по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что седло (15) помещают внутри втулки (6) в такое конечное положение, в котором это седло и крепежный участок (59) наружного магнитопровода взаимно перекрываются в осевом направлении.