Электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02M51/06 

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к системам топливопода- чи двигателей внутреннего сгорания.

Известна электромагнитная форсунка для впрыска топлива, содержащая полый корпус с каналом подачи топлива, сообщенным с полостью корпуса, и постоянным магнитом, распиливающий жиклер, установленный с возможностью сообщения с полостью корпуса, и подпружиненный кольцевыми упругим элементом запорный элемент с электромагнитным приводом, установленный с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического перекрытия рас- пыливающего канала жиклера со стороны полости корпуса.

Данное техническое решение обеспечивает приемлемую величину быстродействия, однако точность дозирования топлива в форсунке очен.ь низка. Это связано прежде всего с отсутствием центровки запорного элемента по оси корпуса, отсутствием средства для регулировки усилия предварительной затяжки упругого элемента и возможностью перекоса последнего в процессе работы форсунки из-за специфики его расположения. Кроме того, данному техническому решению присуща низкая надежность вследствие истирания частей корпуса в зоне расположения привода из-за возможной несоосности запорного элемента в процессе работы, а также из-за выполнения

4 GJ СО О О

ч

OJ

запорной поверхности распиливающего жиклера плоской.

Известна электромагнитная форсунка, содержащая полый корпус с каналом подвода топлива, электромагнитной катушкой привода м распиливающим соплом, подпружиненный запорный элемент в виде иглы, установленной в полости корпуса с возможностью перемещения вдоль оси корпуса и перекрытия распиливающего сопла, якорь электромагнитной катушки, установленный в полости корпуса и кинематически связанный с иглой запорного элемента, и кольцевой упругий элемент.

Данному техническому решению присуща низкая надежность и герметичность вследствие того, что в процессе работы якорь и игла запорного элемента притягиваются к стенкам корпуса, что приводит к его дополнительному износу. Кроме того, неравномерность дополнительного износа приводит к снижению точности дозирования топлива, а дополнительное трение - к снижению быстродействия форсунки, либо к существенному изменению мощности привода. Последнее также снижает надежность Форсунки вследствие невозможности обеспечить приемлемый уровень охлаждения привода.

Наиболее близкой к предлагаемой является электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая полый цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, закрепленный на корпусе полый распылитель с по меньшей мере одним распылива- ющим соплом, подпружиненный запорный элемент с направляющей, размещенный в полости распылителя с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического сообщения полости распылителя с распыли- вающим соплом, электромагнитную катушку привода, размещенную в полости корпуса, цилиндрический якорь катушки привода из магнитомягкого материала с направляющей, жестко связанный сзапорным элементом распылителя и установленный в полости корпуса, регулируемый ограничитель хода запорного элемента, выполненный в виде цилиндрической втулки из магнитомягкого материала с осевым каналом протока топлива, размещенный по оси корпуса с образованием магнитопровода и возможностью взаимодействия торцом втулки с торцом якоря, элемент регулировки затяжки пружины запорного элемента с осевым каналом для протока топлива, выполненный в виде цилиндрической втулки, размещенной в канале протока топлива ограничителя хода запорного элемента.

Данная форсунка герметична и надежна в эксплуатации, однако обладает пониженными свойствами в части быстродействия и точности дозирования. Это связано с тем,

5 что выполнение направляющей запорного элемента в виде единой детали приводит в эксплуатации к тому, что при малейшем износе будет изменяться величина эффективного проходного сечения распыливающего

0 сопла, что вызывает нестабильную по величине подачу топлива, во-первых, выполнение направляющей якоря в виде сплошной цилиндрической поверхности приводит к увеличению трения и массы подвижного

5 якоря, что также снижает быстродействие и точность дозирования, во-вторых, выполнение ограничителя хода запорного элемента с возможностью взаимодействия с торцом якоря при одновременном размещении пру0 жины непосредственно в контакте с запорным элементом приводит к снижению динамических свойств системы, что снижает как быстродействие форсунки, так и точность дозирования вследствие расположения пру5 жины в движущихся деталях форсунки.

Кроме того, данная форсунка не защищена в части стабильности подачи топлива от случайных колебаний давления в системе, а расположение трущихся элементов

0 вне зоны активного протока топлива в конечном итоге будет приводить к повышенному износу элементов конструкции, что также снижает точность дозирования.

Целью изобретения является повыше5 ние точности дозирования топлива и быстродействия путем уменьшения трения.

Поставленная цель достигается тем, что электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания,

0 содержащая полый цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, закрепленный на корпусе полый распылитель с по меньшей мере одним распыливающим соплом, подпружиненный запорный элементе

5 направляющей, размещенный в полости распылителя с возможностью перемещения по оси корпуса и периодического сообщения полости распылителя с распыливающим соплом, электромагнитную катушку

0 привода, размещенную в полости корпуса, цилиндрический якорь катушки привода из магнитомягкого материала с направляющей, жестко связанный с запорным элементом распылителя и установленный в

5 полости корпуса, регулируемый ограничитель хода запорного элемента, выполненный в виде цилиндрической-втулки из магнитомягкого материала осевым каналом протока топлива, размещенный по оси

корпуса с образованием магнитопровода и

возможностью взаимодействия торцом втулки с торцом якоря, элемент регулировки затяжки пружины запорного элемента с осевым каналом для протока топлива, выполненный в виде цилиндрической втулки, размещенной в канале протока топлива ограничителя хода запорного элемента, снабжена дросселирующим элементом, размещенным на входе в осевой канал протока топлива элемента регулировки затяжки пружины запорного элемента, пружина установлена между торцами элемента регулировки и -якоря, последний размещен с образованием ограниченной частью своей боковой поверхности полости для протока топлива, сообщенной с осевым каналом протока топлива ограничителя хода запорного элемента, и с образованием канала для протока топлива в виде радиального зазора между поверхностью полости корпуса и ча- стью боковой поверхности якоря, сообщающего полость для протока топлива с полостью распылителя, направляющая якоря-выполнена в виде установленного в полости для протока топлива перфорированного упругого элемента, внутренний торец которого жестко закреплен на боковой поверхности якоря, а внешний жестко связан с корпусом, причем направляющая запорного элемента выполнена в виде втулки, жестко установленной на запорном элементе с образованием канала для протока топлива между поверхностью полости распылителя и боковой поверхностью втулки, сообщающего полость распылителя с распыливающим соплом.

По варианту выполнения форсунки электромагнитная катушка привода имеет две последовательно включенные обмотки, выполненные из различного материала.

Это позволяет при изготовлении одной из обмоток из меди, а не из материала с постоянным сопротивлением, например, манганина и включить зависимость сопротивления электромагнитной катушки от температуры.

На чертеже представлена конструктивная схема форсунки.

Устройство содержит корпус 1 из магни- томягкого материала с полостью 2, на котором закреплены распылитель 3 с внутренней полостью 4 и распыливающим соплом 5, входной штуцер 6 и штепсельный разъем 7. В полости 4 распылителя 3 установлен запорный элемент 8, подпружиненный пружиной 9 и жестко закрепленный (например, спрессованный) в якоре 10 из магнитомягкого материала, установленном в полости 2 корпуса 1 с образованием канала 11 для протока топлива в виде радиального кольцевого зазора между поверхностью 12

полости 2 корпуса 1 и частью боковой поверхности 13 якоря 10. На запорном элементе 8, выполненном из магнитомягкою материала, жестко установлена направляющая 14 из немагнитного материала в виде втулки, между боковой поверхностью 15 которой и поверхностью 16 полости 4 распылителя 3 образован канал 17 для протока топлива, сообщающий полость 4 с распыливающим соплом 5. Якорь 10 размещен в полости 2 корпуса с образованием полости 18 для протока топлива, ограниченной с одной стороны частью боковой поверхности 13 якоря 10. Полость 18 с одной стороны сообщена с осевым каналом 19 протока топлива регулируемого ограничителя 20 хода запорного элемента 8, а с другой - с кольцевым радиальным зазором канала 11 для протока топлива. В полости 18 установлена направляющая 21 якоря 10, выполненная в виде кольцевого упругого элемента с перфорацией 22. Внутренний торец 23 направляющей 21 жестко закреплен на боковой поверхности 13 якоря 10, а внешний торец 24 жестко связан с корпусом 1. Ограничитель 20 хода запорного элемента 8 выполнен в виде цилиндрической втулки из магнитомягкого материала, в осевом канале 19 которой установлен элемент 25 регулировки затяжки пружины 9, выполненный в виде цилиндрической втулки с осевым каналом 26 для протока топлива. Пружина 9 установлена между торцом 27 элемента 26 регулировки и торцом 28 якоря 10. Торец 29 втулки ограничителя 20 являтся упором, ограничивающим подъем запорного элемента 8. На входе в осевой канал 26 элемента 25 установлен дросселирующий элемент 30 с дросселем 31. В полости 2 корпуса размещена электромагнитная катушка 32, обмотки 33 и 34 которой подключены к разъему 7 и в совокупности к корпусу 1, якорем 10 и втулкой ограничителя 20 хода образуют магнитол ровод. В штуцере 6 установлен фильтр 35 топлива.

Величина рабочего хода запорного элемента 8 регулируется перемещением втулки ограничителя 20 хода в осевом направлении, а усилие затяжки пружины 9 - перемещением в осевом направлении втулки элемента 25 регулировки. После регулировки форсунки втулка элемента 25 поджимается дросселирующим элементом 30, а вся конструкция жестко фиксируется путем обжатия штуцера 6.

Электромагнитная форсунка работает следующим образом.

Топливо под постоянным давлением от системы топливоподачи поступает во входной штуцер 6 с фильтром 35. Далее топливо

через дроссель 31 по каналам 26 и 19 поступает в полость 18 и далее через перфорацию 22 элемента 21 и канал 11 поступает в полость 4 распылителя 3. Выходу топлива из полости 4 через распиливающее сопло 5 препятствует запорный элемент 8, поджатый пружиной 9.

При подаче напряжения на клеммы штепсельного разъема 7 по обмоткам 33 и 34 катушки 32 начинает протекатьэкспотен- циально нарастающий электрический ток. Постоянная времени процесса нарастания тока в катушке 32 пропорциональна индуктивности обмотки. Электрический ток в катушке 32 возбуждает в магнитопроводе форсунки нарастающий магнитный поток, замкнутые силовые линии которого, распространяясь вдоль магнитопровода, проходят через осевой зазор между торцом 29 втулки ограничителя 20 и торцом 28 якоря 10 и радиальный зазор канала 11. Проходя через осевой зазор, силовые линии нарастающего магнитного потока обуславливают нарастающую силу электромагнитного притяжения между якорем 10 и втулкой ограничителя 20. При превышении этой силы усилия затяжки пружины 9 якорь 10 начинает перемещаться в направлении втулки ограничителя 20 вместе с запорным элементом 8, и при подъеме последнего полость 4 распылителя 3 сообщается с распиливающим соплом 5. Топливо распы/.ивается в зону впускных клапанов двигателя внутреннего сгорания непосредственно в цилиндры или впускной коллектор двигателя.

Время от момента подачи напряжения на клеммы форсунки до момента открытия распиливающего сопла 5 в значительной мере определяется временем нарастания тока в катушке 32, т.е. ее индуктивностью. Поскольку в конце хода якорь 10 плотно прижимается к втулке ограничителя 20, весь осевой зазор используется в качестве рабочего хода якоря 10, при этом обмотки 33 и 34 выполнены с минимально необходимым числом витков, а следовательно, и с наименьшей индуктивностью.

После снятия напряжения с клемм штепсельного разъема 7 магнитный поток в магнитопроводе форсунки уменьшается, что приводит к уменьшению сил электромагнитного притяжения между якорем 10 и втулкой ограничителя 20. При уменьшении этой силы до величины усилия затяжки пружины 9 якорь 10 вместе с запорным элементом 8 начинает двигаться по направлению к распиливающему соплу 5, и запорный элемент 8 перекрывает в конце своего хода сообщение сопла 5 с полостью 4 распылителя 3.

Время от момента снятия напряжения с клемм электромагнитной форсунки до момента перекрытия сообщения полости 4 с соплом 5 в основном определяется временем уменьшения магнитного потока в магнитопроводе. Для уменьшения времени закрытия в магнитопроводе выполнен разрыв в виде радиального зазора канала 11 между поверхностями 12 и 13, в котором

0 происходит интенсивное рассеивание магнитного потока после снятия напряжения с, катушки 32.

Выполнение направляющей 21 в виде кольцевого упругого элемента обеспечивает

5 неизменность радиального зазора в течение ресурсной наработки форсунки.

Выполнение катушки 32 из резистивно- го материала позволяет обеспечить стабильность сопротивления форсунки, что

0 позволяет выполнить обмотки 33 и 34 с минимально возможным числом витков, а следовательно, с наименьшей индуктивностью во всем рабочем диапазоне температур. Выполнение и размещение направляю5 щей 14 запорного элемента 8 согласно указанным признакам позволяет обеспечить стабильность величины эффективного проходного сечения распыливающего сопла 5, указанное выполнение и размещение на0 правляющей21 якоря 10 и пружины 9 запорного элемента 8 позволяет исключить трение в данных элементах конструкции, снизить их массу и повысить динамические свойства системы, наличие дросселирующе5 го элемента 30 позволяет стабилизировать характеристики топлива в полости 2 корпуса 1 форсунки, выполнение направляющей 21 якоря 10 в виде кольцевого упругого элемента позволяет за счет его упругости точнее

0 отрегулировать требуемую величину усилия затяжки пружин, а размещение всех динамически взаимодействующих элементов конструкции в зоне активного протока топлива еще более снижает величину трения.

5 Формула изобретения

1. Электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая полый цилиндрический корпус из магнитомягкого материала,

0 закрепленный на корпусе полый распылитель с по меньшей мере одним распылива- ющим соплом, подпружиненный запорный элемент с направляющей, размещенный в полости распылителя с возможностью пере5 мещения по оси корпуса и периодического сообщения полости распылителя с распыли- вающим соплом, электромагнитную катушку привода, размещенную в полости корпуса, цилиндрический якорь катушки привода из магнитомягкого материала с направляющей, жестко связанный с запорным элементом распылителя и установленный в полости корпуса, регулируемый ограничитель хода запорного элемента, выполненный в виде цилиндрической втулки из магнитомягкого материала с осевым каналом протока топлива, размещенный по оси корпуса с образованием магнитопровода и возможностью взаимодействия торцом втулки с торцом я коря, элемент регулировки затяжки пружины запорного элемента с осевым каналом для протока топлива, выполненный в виде цилиндрической втулки, размещенной в канале протока топлива ограничителя хода запорного элемента, от- личающаяся тем, что, с целью повышения точности дозирования и быстродействия путем уменьшения трения, форсунка снабжена дросселирующим элементом, размещенным на входе в осевой канал для протока топлива элемента регулировки затяжки пружины запорного элемента, пружина установлена между торцами элемента регулировки и якоря, последний размещен с образованием ограниченной частью своей боковой поверхности полости для протока

топлива, сообщенной с осевым каналом протока топлива ограничителя хода запорного элемента, и с образованием канала для протока топлива в виде радиального кольцевого заьора между поверхностью полости корпуса и частью боковой поверхности якоря, сообщающего полость для протока топлива с полостью распылителя, направляющая якоря выполнена в виде установленного в полости для протока топлива перфорированного упругого элемента, внутренний торец которого жестко закреплен на боковой поверхности якоря, а внешний жестко связан с корпусом, причем направляющая запорного элемента выполнена в виде втулки, жестко установленной на запорном элементе с образованием канала для протока топлива между поверхностью полости распылителя и боковой поверхностью втулки, сообщающего полость распылителя с распиливающим соплом.

2. Форсунка поп. 1.отличающаяся тем, что электромагнитная катушка привода имеет две последовательно включенные обмотки, выполненные из различного материала.

Использование: двигателестроение. Цель изобретения - повышение точности дозирования и быстродействия путем уменьшения трения. Сущность изобретения: форсунка содержит полый корпус 1, электромагнитную катушку 32 с обмотками 33 и 34, распылитель Зс полостью4 и запорным элементом 8, жестко связанным с якорем 10, установленным с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 и периодического сообщения полости 4 с распыли- вающим соплом 5, дросселирующий элемент 30 с дросселем 31, размещенный на входе в канал 26. Топливо в полость 4 подается через дроссель 31. каналы 26 и 19. полость 18, перфорацию упругого кольцевого элемента 21 и канал 11. Регулировка хода запорного элемента 8 осуществляется путем осевого перемещения ограничителя 20 хода, регулировка усилия затяжки пружины 9 запорного элемента 8 осуществляется путем осевого перемещения втулки элемента 25 регулировки. Направляющие21 и 14фиксируют запорный элемент 8 и якорь 10 в радиальном направлении. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.