Электромагнитный клапан

 

Устройство относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорной арматуры в системах впрыска ДВС со сжатием смеси и принудительным зажиганием. На поверхности по меньшей мере одного из обращенных друг к другу торцов якоря и сердечника электромагнитного клапана выполнен по меньшей мере один клиновидный участок, расположенный с наклоном относительно продольной оси клапана. Кроме того, на упомянутой поверхности выполнен упорный участок заданной ширины. Ширина остается постоянной в течение срока службы. Износ поверхности упора при длительной эксплуатации не приводит к увеличению ширины контакта. В зоне торца на сердечник и/или якорь нанесено зенитное покрытие. Сердечник или якорь могут быть обработаны в зоне торца способом закалки. Изобретение обеспечивает предотвращение износа упорных поверхностей и поддерживает постоянным время притягивания и отпускания подвижной детали клапана. 8 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается электромагнитного клапана. Известны различные электромагнитные клапаны, в частности клапанные форсунки, у которых подвергающиеся износу детали снабжены износостойкими покрытиями.

Из заявки ФРГ N 2942928 уже известно нанесение износостойких покрытий из диамагнитного материала на подвергающиеся износу детали, такие как якорь и тело форсунки. Эти нанесенные покрытия служат для ограничения хода иглы клапана, за счет чего уменьшаются воздействия остаточного магнетизма на подвижные части форсунки.

Из заявки ФРГ N 3230844 известно также снабжение якоря и поверхности упора клапанной форсунки износостойкими покрытиями. Эти поверхности могут быть, например, никелированы, т.е. снабжены дополнительным покрытием, или азотированы, т.е. закалены включением азота.

Кроме того, уже из заявки ФРГ N 3716072 известно использование для особенно подверженных износу и коррозии частей клапанной форсунки твердых молибденовых покрытий, которые выполнены тонкими и могут быть затем обработаны алмазами.

В заявке ФРГ N 3810826 описана клапанная форсунка, у которой по меньшей мере одна поверхность упора выполнена в форме полусферы для достижения предельно точного воздушного зазора, причем в центре поверхности упора выполнена круглая вставка из немагнитного высокопрочного материала.

Из европейской заявки N 0536773 известна также клапанная форсунка, у которой на цилиндрическую боковую поверхность и кольцеобразную поверхность упора якоря гальваническим способом нанесено твердометаллическое покрытие. Это покрытие из хрома или никеля имеет, например, толщину 15-25 мкм. За счет гальванического нанесения возникает распределение толщины покрытия с незначительной клиновидностью, причем на внешних кромках достигается чуть более толстое покрытие. За счет гальванически осажденных покрытий распределение их толщины физически задано и почти не подвержено воздействию. По истечении определенного времени работы поверхность упора увеличивается за счет износа нежелательным образом, что приводит к изменениям времени притягивания и отпускания якоря.

Задачей изобретения является создание электромагнитного клапана такой конструкции, которая обеспечивает предотвращение износа упорных поверхностей, за счет чего поддерживается постоянным время притягивания и отпускания подвижной детали клапана.

Поставленная задача решается тем, что в электромагнитном клапане, в частности клапанной форсунке для систем впрыска двигателей внутреннего сгорания, содержащей расположенные вдоль продольной оси сердечник из ферромагнитного материала, катушку возбуждения и якорь для приведения в действие взаимодействующего с неподвижным седлом затвора и притяжения при возбуждении катушки к поверхности сердечника, согласно изобретению на поверхности по меньшей мере одного из обращенных друг к другу торцов якоря и сердечника выполнен по меньшей мере один клиновидный участок, расположенный с наклоном относительно продольной оси клапана.

Желательно, чтобы по меньшей мере на одном из обращенных друг к другу торцов якоря и сердечника был выполнен участок упорной поверхности заданной ширины.

Предпочтительно, чтобы ширина по меньшей мере одного участка упорной поверхности якоря и/или сердечника составляла часть диаметра торца.

Целесообразно, чтобы по меньшей мере один участок клиновидной поверхности, расположенный с наклоном относительно продольной оси клапана, проходил по всему торцу.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один участок клиновидной поверхности торца сердечника и/или якоря был наклонен в направлении к продольной оси клапана.

Желательно, чтобы по меньшей мере один участок клиновидной поверхности торца сердечника и/или якоря был наклонен в направлении от продольной оси клапана.

На сердечник и/или якорь должно быть нанесено покрытие в зоне торца.

Предпочтительно, чтобы покрытие было выполнено магнитным.

Целесообразно, чтобы сердечник и/или якорь были обработаны в зоне торца способом закалки.

Особенно предпочтительно изготовлять внешне точную форму поверхности по меньшей мере одной из упорных поверхностей механически с помощью заточенного зенкерного инструмента. Таким образом, достигаются очень точные размеры. С помощью очень точно заточенных инструментов могут быть соблюдены более узкие производственные допуски, чем прежде, так что при работе клапанной форсунки возникает очень малый разброс времени притягивания и, в частности, отпускания якоря.

Преимуществом, кроме того, является то, что благодаря клиновидному якорю и/или сердечнику полностью исключено гидравлическое склеивание, поскольку даже при в значительной степени плоско осажденных покрытиях клиновидность в любом случае сохраняется. Покрытие по меньшей мере на одной из упорных поверхностей деталей составляет лишь долю клиновидности самих деталей.

Клиновидная форма поверхности по меньшей мере одной детали, например якоря, позволяет также наносить и негальванические магнитные износостойкие покрытия, с выполнением требования очень малой зоны упора.

Особое преимущество состоит в том, что поверхность в своей самой высокой, ближайшей к противоположной детали зоне по меньшей мере одной из упорных поверхностей деталей делают износостойкой тем, в что ее закаляют известным способом, например способом азотирования, таким как плазменного или газового азотирования и т.п.

Примеры осуществления изобретения более подробно поясняются в нижеследующем описании и упрощенно изображены на чертеже, на котором представляют: фиг. 1 - клапанную форсунку; фиг. 2 - в увеличенном виде упор клапанной форсунки в зоне сердечника и якоря; фиг. 3 - первый пример исполнения клиновидного якоря согласно изобретению; фиг. 4 - второй пример исполнения клиновидного якоря и фиг. 5 - третий пример исполнения клиновидного якоря.

Изображенный на фиг. 1 в качестве примера электромагнитный клапан в виде клапанной форсунки для систем впрыска ДВС со сжатием смеси и принудительным зажиганием содержит окруженный катушкой возбуждения 1, служащий впускным патрубком сердечник 2, который выполнен здесь, например, трубчатым и имеет по всей длине постоянный наружный диаметр. Ступенчатый в радиальном направлении каркас 3, на который намотана катушка возбуждения 1, обеспечивает в сочетании с сердечником 2 постоянного наружного диаметра особенно компактную конструкцию клапанной форсунки в зоне катушки возбуждения 1.

С нижним концом 9 сердечника 2 концентрично продольной оси 10 клапана герметично, например сваркой, соединена трубчатая металлическая промежуточная деталь 12, которая окружает при этом конец 9 частично аксиально. Ступенчатый каркас 3 охватывает сверху частично сердечник 2, а секцией 15 большего диаметра по меньшей мере частично аксиально - промежуточную деталь 12. Ниже каркаса 3 и промежуточной детали 12 проходит трубчатый держатель 16 седла клапана, который, например, прочно соединен с промежуточной деталью 12. В держателе 16 седла клапана концентрично продольной оси 10 клапана выполнена продольная расточка 17. В продольной расточке 17 расположена, например, трубчатая игла 19 клапана, которая своим лежащим ниже по потоку концом 20 соединена, например сваркой, с шарообразным затвором 21 клапана, по периферии которого предусмотрено, например, пять лысок 22 для протекания мимо них топлива.

Клапанная форсунка имеет известным образом электромагнитный привод. Для осевого перемещения иглы 19 и тем самым для открывания клапанной форсунки против усилия возвратной пружины 25 или для закрывания служит электромагнитная цепь из катушки возбуждения 1, сердечника 2 и якоря 27. Якорь 27 соединен с обращенным от затвора 21 концом иглы 19 первым сварным швом 28 и ориентирован по сердечнику 2. В лежащей ниже по потоку, обращенный от сердечника 2 конец держателя 16 седла герметично, посредством сварки в продольной расточке 17 вмонтировано цилиндрическое тело 29, имеющее неподвижное седло клапана.

Для ведения затвора 21 во время осевого перемещения иглы 19 с якорем 27 вдоль продольной оси 10 клапана служит направляющее отверстие 32 тела 29 седла клапана, шарообразный затвор 21 взаимодействует с сужающимися в направлении потока в форме усеченного конуса седлом тела 29. Своим обращенным от затвора 21 торцом тело 29 концентрично и прочно соединено с выполненным, например чашеобразно, распылительным диском 34 с отверстиями. В нижней части диска 34 выполнено по меньшей мере одно, например, четыре, распылительных отверстия 39, изготовленных электроэрозионным способом или штамповкой.

Глубина погружения тела 29 седла клапана с чашеобразным распылительным диском 34 определяет предварительную настройку хода иглы 19. При этом одно конечное положение иглы 199 при невозбужденной катушке 1 установлено прилеганием затвора 21 к седлу тела 29, тогда как другое конечное положение иглы 19 возникает при возбужденной катушке 1 за счет упора якоря 27 в конец 9 сердечника 2, т.е. точно в зоне, которая выполнена согласно изобретению и обозначена окружностью.

Регулировочная гильза 48, вставленная в концентричную продольной оси 10 клапана сквозную проточку 46 сердечника 2 и выполненная, например, из свернутой полосы пружинной стали, служит для регулирования натяжения упирающейся в нее возвратной пружины 25, которая, в свою очередь, опирается своим противоположным концом на иглу 19.

Клапанная форсунка окружена в значительной степени выполненной литьем под давлением из пластика оболочкой 50, которая проходит от сердечника 2 в осевом направлении через катушку возбуждения 1 до держателя 16 седла. К этой оболочке 50 относится, например, отлитый вместе с ней штекер 52.

Топливный фильтр 61 входит в сквозную проточку 46 сердечника 2 на его конце 55 со стороны притока и обеспечивает отфильтровывание таких компонентов топлива, которые из-за своей величины могли бы вызвать в клапанной форсунке засорения или повреждения.

На фиг. 2 в другом масштабе изображена обозначенная на фиг. 1 окружностью зона одного конечного положения иглы 19, в которой якорь 19 упирается в конец 9 сердечника 2. Уже известно нанесение металлических покрытий 65 на конец 9 сердечника 2 и на якорь 27, например хромовых или никелевых покрытий, посредством гальванизации. При этом покрытия 65 наносят как на проходящий перпендикулярно продольной оси 10 торец 67, так и по меньшей мере частично на боковую поверхность 66 якоря 27. Эти покрытия 65 являются особенно износостойкими и благодаря своей малой поверхности уменьшают гидравлическое склеивание упирающихся поверхностей, надежно не устраняя, однако, этого. Толщина этих покрытий 65 составляет, как правило, 10 - 25 мкм.

Для функционирования клапанной форсунки необходимо, чтобы сердечник 2 и якорь 27 упирались друг в друга только в относительно малой зоне, например только во внешней, обращенной от продольной оси 10 зоне верхнего торца якоря 27. Это требование выполнимо именно благодаря гальваническому нанесению покрытий. При этом способе на кромках покрываемых деталей, здесь - сердечника 2 и якоря 27, возникает концентрация силовых линий поля, которая приводит к тому, что возникает клиновидное распределение толщины покрытия (фиг. 2). Нанесенное клиновидное покрытие 65 нагружается, следовательно, при работе клапанной форсунки только в малой зоне. При длительной эксплуатации нет больше, правда, определенной поверхности упора, поскольку из-за нескольких миллионов ударов части покрытия 65 снашиваются, так что поверхность упора все больше увеличивается и клиновидность тем самым продолжает уменьшаться.

По сравнению с этим на фиг. 3 часть якоря 27 согласно изобретению показана в зоне его верхнего торца 67, который уже перед нанесением покрытия или приданием поверхности износостойкости имеет клиновидный отрезок 73 с наклоном относительно продольной оси 10, так что якорь 27 имеет там клиновидную форму. Наклон клиновидного отрезка 73 торца 67 якоря 27 направлен в примере исполнения на фиг. 3 внутрь, причем клиновидный отрезок 73 торца 67 может быть выполнен также с наклоном наружу (фиг. 4). Клиновидная форма якоря 27 в зоне торца 67 изготовляется уже при механической обработке, например, соответственно заточенным зенкерным инструментом.

В то время как у гальванически осажденных покрытий 65 возникающее распределение их толщины физически задано и почти не подвержено воздействию, клиновидность якоря 27 перед нанесением покрытия или приданием износостойкости может быть в соответствии с требуемыми значениями предварительно определена и изготовлена так, что при использовании достигается магнитный и гидравлический оптимум. Гидравлическое склеивание якоря 27 с сердечником 2 полностью исключено за счет клиновидного якоря, поскольку даже при в значительной степени плоско осажденных (также магнитных) покрытий 65 клиновидность в любом случае сохраняется. С помощью очень точно заточенных зенкерных инструментов могут быть соблюдены более узкие производственные допуски на клиновидность, чем прежде, так что при работе клапанной форсунки происходит еще меньший разброс времени притягивания и отпускания якоря 27. Наклоненный клиновидный отрезок 73 торца 67 позволяет, кроме того, наносить также негальванические износостойкие покрытия, которые могут быть также магнитными, не оставляя невыполненным требование к очень малой зоне упора.

Кроме того, торец 67 по меньшей мере в зоне своей наивысшей точки может быть сделан износостойким за счет обработки поверхности посредством способа закалки. В качестве способов закалки для этого пригодны, например, известные способы азотирования, такие как плазменное или газовое азотирование.

В примере исполнения на фиг. 3, исходя от боковой поверхности 66 якоря 27, сначала предусмотрен упорный отрезок 68 торца 67, который проходит по ширине a радиально внутрь перпендикулярно продольной оси 10 и служит поверхностью упора. Этот упорный отрезок 68 представляет собой в течение всего срока эксплуатации кольцевую поверхность, почти полностью сохраняющую свою ширину a. Износ поверхности упора при длительной эксплуатации таким образом точно определен. Для достижения гидравлического и магнитного оптимума клиновидный отрезок 73 идеальным образом наклонен к упорному отрезку 68 под углом между >0^o и ≅1^o. Минимально клиновидное, выполненное, например из хрома, покрытие 65, осаждаемое на торце 67, имеет лишь долю наклона примыкающего внутрь к упорному отрезку 68 наклонного клиновидного отрезка 73 якоря 27. Следовательно, предусмотренный перед нанесением покрытия на якорь 27 наклон клиновидного отрезка 73 полностью сохраняется или минимально увеличивается.

Поскольку ширина поверхности упора, соответствующая ширине a упорного отрезка 68, остается постоянной даже при износе, постоянная ширина контакта во время упора сердечника 2 в якорь 27 сохраняется в течение всего срока службы, за счет чего остаются постоянными также гидравлические условия в зазоре между сердечником 2 и якорем 27, что является особым преимуществом изобретения. Как уже упомянуто, по меньшей мере поверхность упорного отрезка 68 также может быть сделана износостойкой посредством способа закалки, так что на торец 67 не требуется наносить дополнительное покрытие 65.

Те же эффекты достигаются в том случае, если якорь 27 и сердечник 2 снабдить перед нанесением покрытия или приданием поверхности износостойкости клиновидными отрезками 73 торцов 67. Таким образом, можно обеспечить еще более высокую надежность упора и воспрепятствовать гидравлическому склеиванию. Если это целесообразно, то можно, само собой, выполнить клиновидный отрезок торца также только на сердечнике 2, причем якорь 27 сохраняет, например, плоский торец.

Другие примеры исполнения якорей 27 согласно изобретению изображены на фиг. 4 и 5. На фиг. 4 изображен якорь 27, у которого клиновидный отрезок 73 торца 67 наклонен наружу.

Пример исполнения якоря 27, у которого торец 67 образован только клиновидным отрезком 67, изображен на фиг. 5. При этом полностью отсутствует упорный отрезок 68, имеющий по меньшей мере одну небольшую радиальную протяженность; напротив, клиновидность имеет весь торец 67, т.е. отсутствует проходящий перпендикулярно продольной оси 10 участок торца 67. Стабильный упор имеется в особенности при очень малых углах клиновидного отрезка 73, так что и при длительной эксплуатации сохраняется определенная поверхность упора. Помимо изображенной на фиг. 5 возможности наклона клиновидного отрезка 73 в направлении продольной оси 10 клапана возможен также пример исполнения аналогично изображенному на фиг. 4, когда клиновидный отрезок 73 проходит в направлении от продольной оси 10, т.е. наклонен наружу.

Поскольку по меньшей мере на одном торце 67 якоря 27 и/или сердечника 2 уже имеется клиновидный отрезок 73, который до сих пор достигался только нанесением хромовых или никелевых покрытий, теперь, как уже упомянуто, могут применяться и другие способы повышения качества за счет увеличения износостойкости торца 67. За счет применения способов закалки, например, плазменного или газового азотирования или науглероживания, благодаря которым изменяется поверхностная структура якоря 27 и/или сердечника 2, можно даже полностью отказаться от способов непосредственного нанесения покрытий.

Формула изобретения

1. Электромагнитный клапан, в частности клапанная форсунка для систем впрыска двигателей внутреннего сгорания, содержащий расположенные вдоль продольной оси сердечник из ферромагнитного материала, катушку возбуждения и якорь для приведения в действие взаимодействующего с неподвижным седлом затвора и притяжения при возбуждении катушки к поверхности сердечника, отличающийся тем, что на поверхности по меньшей мере одного из обращенных друг к другу торцов якоря и сердечника выполнен по меньшей мере один клиновидный участок, расположенный с наклоном относительно продольной оси клапана.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере на одном из обращенных друг к другу торцов якоря и сердечника выполнен участок упорной поверхности заданной ширины.

3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что ширина по меньшей мере одного участка упорной поверхности якоря и/или сердечника составляет часть диаметра торца.

4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок клиновидной поверхности, расположенный с наклоном относительно продольной оси клапана, проходит по всему торцу.

5. Клапан по п.2 или 4, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок клиновидной поверхности торца сердечника и/или якоря наклонен в направлении к продольной оси клапана.

6. Клапан по п.2 или 4, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок клиновидной поверхности торца сердечника и/или якоря наклонен в направлении от продольной оси клапана.

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что на сердечник и/или якорь нанесено покрытие в зоне торца.

8. Клапан по п.7, отличающийся тем, что покрытие выполнено магнитным.

9. Клапан по п.1, отличающийся тем, что сердечник и/или якорь обработаны в зоне торца способом закалки.

Приоритет по пунктам: 09.12.93 - по пп.1 - 3 и 5 - 8; 23.06.94 - по пп.4 и 9.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5