Электромагнитная топливная форсунка

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Электромагнитная топливная форсунка содержит кожух 1, катушку 2, сердечник 3, якорь 4, связанный с клапаном 6 и закрепленной между ними мембраной 5. Между сердечником и кожухом установлена немагнитная кольцевая проставка 10, торец которой выступает за торец 11 сердечника и обеспечивает заданный недоход якоря. Клапан выполнен сферическим и жестко закреплен на якоре, фиксируя его на мембране. Магнитная кольцевая вставка окружает якорь, диаметр которого выполняют больше диаметра торца сердечника. Изобретение позволяет улучшить динамику форсунки за счет исключения запинания якоря, а также повысить ресурс и герметичность форсунки. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания автомобилей с многоточечным электронным впрыском, в том числе работающих на газе.

Известна электромагнитная форсунка для впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащая корпус, на котором установлен полый распылитель, запорный элемент связан с якорем и размещен в полости распылителя. На торцевой поверхности магнитного сердечника, обращенной к якорю установлен проставочный элемент из немагнитного материала с заданной толщиной (см. патент РФ N 2052151, МКИ F 02 M 51 / 06, публ. 10.01.96 г.).

Недостатком форсунки является выполнение якоря в виде втулки с консольно расположенным в ней штоке с запорным элементом, перемещающимся в направляющем элементе, что, во-первых, снижает ресурс форсунки за счет износа трущихся поверхностей, особенно в условиях сухого трения для газовых форсунок, во-вторых, большой вес подвижных частей увеличивает потребную мощность, вес и габариты форсунки и снижает ее динамику.

Кроме того, крепление немагнитной проставки непосредственно на торце сердечника создает определенные технологические трудности.

Известны также форсунки с электромагнитным управлением, якорь которых перемещается в направляющей втулке, а запорный орган установлен на длинном штоке, закрепленном в якоре (см. пат. РФ N 2057966, МКИ F 02 M 51/06, публ. 10.04.96 г., N 2059867, МКИ F 02 M 51/06, публ. 10.05.96 г., N 2062347, МКИ F 02 M 51/06, публ. 20.06.96 г.).

Недостатком таких форсунок являются потери мощности на трение и завышенная потребляемая мощность для перемещения подвижных частей запорного органа с большим весом, что увеличивает потребное количество ампер-витков управляющей катушки, габариты и вес форсунок и ухудшает динамику работы форсунок. А наличие трения уменьшает ресурс форсунки за счет повышенного износа трущихся поверхностей якоря и направляющей втулки.

Ближайшим аналогом заявляемой форсунки является топливная форсунка для двигателя внутреннего сгорания, включающая кожух, выполненный из магнитомягкого материала, размещенную в нем катушку, окружающую сердечник магнитопровода, клапан, имеющий плоский корпус с пластинчатой пружиной, имеющий первый сегмент, который не перемещается относительно корпуса, и второй сегмент, который может перемещаться от первого сегмента, дисковый якорь, присоединенный ко второму сегменту, кольцевая магнитная вставка, выступающая радиально внутрь кожуха и окружающая якорь, возвратная пружина для приведения второго сегмента в закрытое положение клапана в обесточенном состоянии (пат. США N 5 086 980, МКИ F 02 M 51/00, НКИ 239/585, публ. 11.02.92 г.).

Недостатком топливной форсунки является, во-первых, возможность залипания якоря при срабатывании, что влечет за собой увеличение времени закрытия клапана, которое требуется для выполнения рабочих функций форсунки.

Кроме того, конструкция не обеспечивает герметичность полости, в которой расположена катушка.

Жесткое закрепление якоря на консольном пружинящем элементе затрудняет обеспечение высокой степени герметичности пары клапан - седло, ибо затруднено соблюдение строгой параллельности пары клапан - седло. Кроме того, перемещение якоря к сердечнику по дуге (вследствие консольного закрепления) вызывает первоначальное соударение якоря только с одной стороной торца сердечника, что ведет к повышенному износу и уменьшению ресурса.

Выполнение якоря с диаметром меньше диаметра торца сердечника приводит к рассеянию магнитного силового потока и вызывает необходимость увеличения ампер-витков катушки.

Достигаемым техническим результатом при осуществлении изобретения является улучшение динамики форсунки за счет исключения залипания якоря, а также повышение герметичности форсунки и повышение ресурса.

Это достигается тем, что в электромагнитной топливной форсунке, содержащей кожух из магнитомягкого материала, размещенные в кожухе управляющую катушку, сердечник из магнитомягкого материала, дисковый якорь, соединенный с клапаном в виде мембраны, магнитную кольцевую вставку, простирающуюся радиально внутрь кожуха и окружающую якорь, и возвратную пружину, поджимающую клапан к седлу при обесточенном состоянии катушки, согласно изобретению между сердечником и кожухом в зоне конца сердечника, обращенного к якорю, размещена немагнитная кольцевая проставка, торец которой выступает за торец сердечника на величину недохода якоря, обеспечивающую необходимую динамику закрытия клапана.

На внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитной кольцевой проставки выполнены кольцевые канавки, в которых размещены уплотнительные кольца для герметизации полости катушки.

Якорь размещен на мембране, которая своей средней частью закреплена между якорем и клапаном, который выполнен сферическим.

Диаметр якоря выполнен больше диаметра торца сердечника, обращенного к нему для уменьшения потерь на рассеяние магнитного потока.

На чертеже изображена электромагнитная топливная форсунка.

Форсунка содержит внешний кожух 1, в котором размещены управляющая катушка 2, сердечник 3, размещенный внутри катушки, дисковый якорь 4, соединенный с мембраной 5, центральная часть которой зажата между якорем и сферическим клапаном 6, взаимодействующим с седлом 7, расположенным в присоединительном штуцере 8 форсунки, жестко соединенным с внешним кожухом 1. Клапан 6 поджат к седлу 7 возвратной пружиной 9. Между кожухом 1 и сердечником 3, в зоне воздушного рабочего зазора δ установлена немагнитная кольцевая проставка 10, выступающая за торец 11 сердечника, обращенного к якорю, на заданную величину недохода якоря γ. Недоход якоря исключает его залипание, обеспечивает необходимую динамику закрытия клапана. Полость катушки загерметизирована уплотнительными прокладками 12. В кожухе размещена магнитная кольцевая вставка 13, простирающаяся радиально внутрь кожуха и окружающая якорь. Одним торцом магнитная вставка поджимает в аксиальном направлении немагнитную проставку 10, фиксируя величину γ недохода якоря, а другим торцом фиксирует периферийную часть мембраны, поджимая ее к присоединительному штуцеру 8. Мембрана имеет проход для топлива.

Диаметр дискового якоря выполняют больше диаметра торца сердечника, обращенного к якорю в 1,2. . . 1,6 раза, что уменьшает потери на рассеяние магнитного силового потока.

Электромагнитная топливная форсунка работает следующим образом.

В обесточенном состоянии клапан 6 поджат возвратной пружиной 9 к седлу 7 и доступ топлива в цилиндр двигателя закрыт.

При подаче напряжения питания на управляющую катушку 2 возникает магнитный поток, проходящий по цепи магнитопровода: внешний кожух 1, сердечник 3, воздушный зазор δ+γ, якорь 4, магнитная кольцевая вставка 13 и, замыкаясь вновь на кожух 1, воздействует на якорь 4, который, преодолевая сопротивление возвратной пружины 9 и давление рабочего тела, притягивается к торцу немагнитной проставки. При этом клапан 6 отходит от седла 7 и проход топливу открыт.

Таким образом, предлагаемая конструкция обладает высокой экономичностью, малыми габаритами и весом, и хорошей динамикой. Кроме того, форсунка обладает высокой степенью герметичности за счет применения сферического клапана и размещения его в центральной части мембраны.

Указанная конструкция особенно эффективна для газовых форсунок, значительно повышает их ресурс, т.к. отсутствует трение подвижных частей.

Формула изобретения

1. Электромагнитная топливная форсунка, содержащая кожух, выполненный из магнитомягкого материала, размещенную в кожухе управляющую катушку, сердечник из магнитомягкого материала, дисковый якорь, соединенный с мембраной, закрепленной в кожухе, магнитную кольцевую вставку, простирающуюся радиально внутрь кожуха и окружающую якорь, и возвратную пружину, поджимающую клапан к седлу при обесточенном состоянии катушки форсунки, отличающаяся тем, что между сердечником и кожухом в зоне конца сердечника, обращенного к якорю, установлена немагнитная кольцевая проставка, причем торец проставки выступает за торец сердечника, обеспечивая заданный недоход якоря.

2. Электромагнитная топливная форсунка по п. 1, отличающаяся тем, что на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях немагнитной кольцевой проставки выполнены кольцевые канавки, в которых размещены уплотнительные кольца.

3. Электромагнитная топливная форсунка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что клапан выполнен сферическим и жестко соединен с якорем, фиксируя одновременно якорь на мембране.

4. Электромагнитная топливная форсунка по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что диаметр якоря выполнен больше диаметра обращенного к нему торца сердечника.

РИСУНКИ

Рисунок 1