Усовершенствованный электромеханический инжектор для газового топлива
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет создать надежный и безопасный в использовании электромеханический инжектор, в котором износ деталей, перемещающихся относительно друг друга, в частности механического элемента, уплотнительного элемента и магистрали доставки, сведен к минимуму. Электромеханический инжектор для подачи газового топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя автомобиля, содержит электромагнитный исполнительный механизм, воздействующий на дисковидный механический перекрывающий элемент, выполненный для открытия или перекрытия канала для прохода упомянутого топлива из подающей магистрали в доставляющую магистраль, соединенную с выходным отверстием. Между доставляющей магистралью и упомянутым перекрывающим элементом установлен уплотнительный элемент, прикрепленный к перекрывающему элементу и перемещающийся с ним. Уплотнительный элемент имеет углубление в его конце, который взаимодействует с концом доставляющей магистрали, когда инжектор не функционирует. Конец имеет кольцевую форму. Уплотнительный элемент имеет форму усеченного конуса и опирается своим суживающимся концом на конец доставляющей магистрали, когда инжектор не функционирует и канал газа перекрыт перекрывающим элементом, уплотнительный элемент закреплен в гнезде, выполненном в торце, или первом торце перекрывающего элемента, обращенном к доставляющей магистрали, и выполнен из эластомерного материала. 16 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к электромеханическому инжектору для подачи газового топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения. Ограничительная часть независимого пункта формулы изобретения относится к патенту США №5924674.
Электромеханический инжектор упомянутого типа имеет корпус, соединенный с топливопроводом газового топлива, или просто газа (например, сжиженного нефтяного газа, природного газа или водорода); причем корпус содержит электромагнитный исполнительный механизм (например, электромагнитную катушку), воздействующий на механический элемент или якорь, выполненный с возможностью перемещения по каналу, который соединяет камеру упомянутого корпуса, сообщающуюся с подающей газ магистралью, с доставляющей магистралью, соединенной с выходным отверстием подачи газа в соответствующий цилиндр либо непосредственно, либо косвенно по впускному коллектору двигателя внутреннего сгорания. Под действием магнитной силы, генерируемой электромагнитным исполнительным механизмом, этот механический элемент перекрывает или открывает упомянутый канал для перекрытия или открытия поступления газа в цилиндр. Генерирование этой силы регулируется путем регулирования электропитания, поступающего в исполнительный механизм, устройством управления работой двигателя внутреннего сгорания.
Механический элемент, по существу, состоит из подвижного диска, выполненного из ферромагнитной стали и замыкающего магнитную цепь, создаваемую исполнительным механизмом или катушкой. На этом диске установлен штырь, скользящий относительно катушки.
Дополнительно, между механическим элементом и магистралью доставки газа в форсунку установлен уплотнительный элемент, который герметизирует доставляющую магистраль, когда механический элемент находится в положении, в котором он перекрывает прохождение газа.
Целью настоящего изобретения является создание надежного и безопасного в использовании электромеханического инжектора, в котором износ деталей, перемещающихся относительно друг друга, в частности механического элемента, уплотнительного элемента и магистрали доставки, сведен к минимуму.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание электромеханического инжектора, в котором завихрение, создающееся в инжекторе при прохождении через него газа, и поэтому соответствующий перепад давления, сведены к минимуму, чтобы максимально увеличить массовый расход газа из инжектора.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание электромеханического инжектора, в котором обеспечено перемещение механического элемента электромагнитным исполнительным механизмом.
Эти и другие цели, которые станут очевидными специалисту в данной области техники, обеспечиваются посредством создания электромеханического инжектора, выполненного в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, приводимыми в качестве неограничивающего примера, на которых:
Фиг.1 - поперечное сечение электромеханического инжектора согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - вид в увеличенном масштабе части инжектора с Фиг.2;
Фиг.3 - вид в увеличенном масштабе части инжектора, обозначенной А на Фиг.2; и
Фиг.4 - вид в увеличенном масштабе части инжектора, обозначенной В на Фиг.1; при этом некоторые детали не показаны в целях ясности.
Как показано на чертежах, электромеханический инжектор, целиком обозначенный ссылочной позицией 1, согласно настоящему изобретению содержит электромагнитный исполнительный механизм 2, подвижный механический перекрывающий элемент 3, выполненный с возможностью взаимодействия с каналом 4 для газового топлива или газа, направляемого в магистраль 5 для доставки топливного газа к выходу 6, взаимодействующему с соответствующим цилиндром двигателя внутреннего сгорания, в котором применяется данное изобретение. В частности, электромагнитный исполнительный механизм 2 состоит из выполненного из ферромагнитной стали корпуса 10, в полости 11 которого расположена электрическая обмотка 12, окружающая внутреннюю полую цилиндрическую часть 13 корпуса 10. Обмотка 12 взаимодействует с ножами 15 соединителя 16, установленного на верхней части 1А инжектора, содержащего корпус 10; причем уплотнительные элементы 17 установлены между обмоткой и частью 1А инжектора. Ножи запитываются известным способом обычной электроцепью автомобиля с этим двигателем, которая здесь не описывается и не показана.
Магистраль 5 входит в состав части 105 инжектора 1, прикрепленной к корпусу 10 с помощью, например, обжатия.
Во внутренней полости 13А цилиндрической детали 13 сверху части 1А инжектора вставлен неподвижный монтажный элемент 20, один конец 21 которого взаимодействует с пружиной 22, опирающейся на конец 23 штыря 24 (предпочтительно выполненного из износостойкой пластмассы), жестко закрепленного на перекрывающем элементе 3. Первый конец 22А пружины 22 опирается на плоский конец 21 элемента 20 и установлен вокруг его центральной выступающей части 25. Второй конец 22В пружины 22 опирается на конец 23 (также плоский) штыря 24 и установлен вокруг центральной выступающей части 28 упомянутого конца 23. Разные положения элемента 20 в полости 13А обусловливают разную предварительную нагрузку пружины 22 и, следовательно, разное действие осевого усилия этой пружины, воздействующей на штырь 24, который при его жестком закреплении с подвижным механическим перекрывающим элементом 3 передает осевое усилие этому элементу, регулируя его рабочие условия. Ход якоря определяется положением магистрали 5 или части 105 инжектора 1 относительно корпуса 10, к которому он механически прикреплен.
Как упомянуто выше, штырь 24 жестко закреплен с перекрывающим элементом (или якорем) 3 и выполняет известную функцию обеспечения ему наиболее возможной перпендикулярности к направлению его перемещения по продольной оси К инжектора, чтобы максимально увеличить магнитную силу, генерируемую исполнительным механизмом 2, и уменьшить колебания, поперечные этому перемещению и воздействующие на пружину 22, для увеличения его долговечности.
Перекрывающий элемент 3 состоит из подвижно выполненного диска из ферромагнитной стали, который замыкает магнитную цепь, генерируемую катушкой, определяющей электромагнитный исполнительный механизм 2. Этот элемент 3 имеет центральное углубление 30 на первом его торце 3А, обращенном к исполнительному механизму 2. В углубление 30 входит концевая часть 31 штыря 24, причем упомянутая часть 31 любым известным способом прикреплена к упомянутому элементу. Часть 35 выступает на расстояние Z (см. Фиг.3) от торца 3А элемента 3 вблизи его бокового края 34. Эту выступающую часть 35 можно обеспечить, помимо прочего, вставкой в кольцевое углубление 33, выполненное вдоль бокового края 34 и на торце 3А элемента 3, кольцевой детали, выполненной с возможностью взаимодействия с корпусом 10 исполнительного механизма 2, чтобы удерживать элемент 3 в отделенном от упомянутого корпуса положении, когда упомянутый элемент втягивается к нему при помощи инжектора 1. Либо выступающую часть 35 можно выполнить за одно целое с элементом 3. Упомянутая поверхность упомянутой детали 35, обращенная к исполнительному механизму 2, может быть плоской (показано на чертежах) или наклонной к краю 34 элемента 3.
В частности, если выступающая часть определена кольцевой деталью 35, то эта деталь предпочтительно выполнена из пластмассы, чтобы не создавать помехи магнитному полю, генерируемому между исполнительным механизмом 2 и элементом 3. Прочие материалы, имеющие ту же функцию, можно использовать для образования детали 35.
Выступающая часть 35 имеет такие размеры, при которых она выступает из углубления 33 на расстояние, рассчитанное на предотвращение контакта между перекрывающим элементом 3 и корпусом 10, и, таким образом, чтобы время закрытия упомянутого элемента на магистрали 5 было бы оптимальным для правильной работы инжектора. Например, это расстояние (указанное буквой Z на Фиг.3) составляет от 0,07 до 0,13 мм и предпочтительно - 0,1 мм. Его размеры также обеспечивают достаточность магнитной силы, действующей в течение этапа «открытого инжектора», для преодоления сил, действующих для повторного перекрытия инжектора (принудительным перемещением элемента 3 на магистраль 5 и перекрытием канала 4).
Деталь 35 также выполняет функцию поглощения энергии удара перекрывающего элемента 3 при втягивании на корпус 10, в результате чего снижается износ как упомянутого элемента 3, так и упомянутого корпуса 10.
На торце 3В, обращенном к магистрали 5 и отстоящем от упомянутого торца 3А, жестко прикреплен выполненный из эластомерного материала уплотнительный элемент 40, форма которого соответствует предотвращению просачивания газового топлива, когда инжектор 1 не функционирует и канал 4 нужно полностью перекрыть. Уплотнительный элемент 40 также предназначен для сведения к минимуму износа поверхностей элемента 3 и магистрали 5 при перемещении элемента и для предотвращения его обратного отскока.
Уплотнительный элемент 40 прикреплен к элементу 3 в его гнезде 50 предпочтительно при помощи совместного формования перед завершением сборки инжектора 1.
В частности, упомянутый элемент 40 имеет форму, сужающуюся к магистрали 5, обращенной к нему, и его свободный конец 42 опирается на и взаимодействует со свободным концом 43 упомянутой магистрали 5 при перекрытии канала 4. Предпочтительно, элемент 40 имеет форму усеченного конуса, и его целесообразно выполнять в виде глухого углубления 44 на его конце 42, который в этом случае принимает при закрытом инжекторе кольцевую форму, опирающуюся на конец 43 (также кольцевой) магистрали 5.
Внутренне полый усеченно-конический элемент 40 поэтому образует наружную стенку 47 и внутреннюю стенку 48. Эти стенки предпочтительно имеют разный наклон по отношению к прямой линии М, перпендикулярной к торцу 3В элемента 3 и параллельной по отношению к оси К для снижения износа элемента 40 за счет его скольжения на конце 43 магистрали 5, когда элемент 3 перекрывает канал 4. По этой причине угол α между стенкой 47 и прямой линией, направленной к внутреннему пространству элемента 40, составляет от 65о до 80о и предпочтительно равен 72о; аналогично, угол β между стенкой 48 и упомянутой прямой линией М составляет от 35о до 55о и предпочтительно равен 47о. Под тем же углом также наклонена внутренняя стенка 49 кольцевого выступа 58 гнезда 50, выполненного в торце 3В элемента 3, и в котором находится второй конец 51 уплотнительного элемента 40, жестко прикрепленного к перекрывающему элементу 3. Гнездо 50 также действует в качестве опоры совместно с внутренней стенкой 49 выступа 58 для уплотнительного элемента 40, за счет чего уменьшается его деформация под действием нагрузки, действующей на перекрывающий элемент 3, когда инжектор 1 не функционирует. Поэтому уплотнительный элемент 40 может эффективно действовать как ограничитель перемещения элемента 3 к магистрали 5.
Выступ 58 в гнезде 50 имеет внешнюю стенку 59, наклонную к прямой линии М (или к оси К) на угол τ, который больше угла наклона упомянутой внутренней стенки 49. Угол τ составляет, например, от 70о до 90о и предпочтительно равен 80о.
Элемент 40 выступает из торца 3В элемента 3 на расстояние, оптимизированное для сведения к минимуму завихрения, создаваемого движением газа по каналу 4, и, следовательно, перепада давления в целях максимального увеличения массового расхода газа, идущего через выходное отверстие 6. Например, этот элемент может выступать на расстояние (указано буквой F на Фиг.2) от 0,6 до 1,0 мм и, предпочтительно, на 0,79 мм.
Выходное отверстие 6 выполнено в конце магистрали 5 и имеет первую секцию 5А вблизи конца 43, суживающуюся в сторону оси К; вторую секцию 5В, которая расширяется вокруг упомянутой оси; и третью секцию 3С (оканчивающуюся выходным отверстием 6), имеющую постоянное поперечное сечение. Между секциями 5А и 5В имеется короткий отрезок магистрали, обозначенный 5D, который действует как отверстие, определяющее размер потока газа, идущего в выходное отверстие. Этот определяющий размер отрезок, или отверстие, 5D имеет размер, обеспечивающий постоянный расход газа независимо от значения максимального хода элемента 3, создаваемого исполнительным механизмом 2 (указано Х на Фиг.2), в допускаемых пределах этого хода.
Канал 4 взаимодействует с камерой 60, выполненной вокруг магистрали 5 и соединенной с топливопроводом газа или коллектором 61 через отверстие 62, выполненное в части 105 инжектора 1. Назначение камеры 60 заключается в глушении звука от удара элемента 3 по исполнительному механизму 2 при открытии инжектора. Уплотнительный элемент 64 находится между магистралью 5 и известным элементом подачи газа в цилиндр двигателя (не показан), для которого применяется настоящее изобретение.
Согласно настоящему изобретению создан электромеханический инжектор, представляющий собой усовершенствование по отношению к инжекторам известного уровня техники. Возможны и другие варианты осуществления этого изобретения в рамках объема прилагаемой формулы изобретения; например, уплотнительный элемент 40 может иметь не суживающуюся цилиндрическую форму (прямой цилиндр) либо может соотноситься с торцом 3В элемента 3 другим образом помимо указанного выше.
1. Электромеханический инжектор (1) для подачи газового топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, в частности, двигателя автомобиля, содержащий электромагнитный исполнительный механизм (2), воздействующий на дисковидный механический перекрывающий элемент (3), выполненный для открытия или перекрытия канала (4) для прохода упомянутого топлива из подающей магистрали (61) в доставляющую магистраль (5), соединенную с выходным отверстием (6), при этом между упомянутой доставляющей магистралью (5) и упомянутым перекрывающим элементом (3) установлен уплотнительный элемент (40), прикрепленный к перекрывающему элементу (3) и перемещающийся с ним, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (40) имеет углубление (44) в его конце (42), который взаимодействует с концом (43) доставляющей магистрали (5), когда инжектор (1) не функционирует, причем упомянутый конец (42) имеет кольцевую форму, а уплотнительный элемент (40) имеет форму усеченного конуса и опирается своим суживающимся концом (42) на конец (43) доставляющей магистрали (5), когда инжектор не функционирует и канал (4) газа перекрыт перекрывающим элементом (3), при этом уплотнительный элемент (40) закреплен в гнезде (50), выполненном в торце, или первом торце, (3В) перекрывающего элемента (3), обращенном к доставляющей магистрали (5), и выполнен из эластомерного материала.
2. Электромеханический инжектор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (40) сформован совместно с гнездом (50) перекрывающего элемента (3).
3. Электромеханический инжектор по п.1, отличающийся тем, что стенка (48) углубления (44) или внутренняя стенка уплотнительного элемента (40) имеет наклон, отличающийся от наклона внешней стенки (47) упомянутого уплотнительного элемента (40).
4. Электромеханический инжектор по п.1, отличающийся тем, что гнездо (50) для упомянутого элемента (40) имеет выступ (58), на который опирается упомянутый элемент и форму которого он по существу повторяет.
5. Электромеханический инжектор по п.4, отличающийся тем, что выступ (58) имеет кольцевую форму с внутренней стенкой (49) и внешней стенкой (59), причем внутренняя стенка (49) действует как опора для уплотнительного элемента, когда его прижимают для закрытия элементом, который перекрывает канал (4) для газа.
6. Электромеханический инжектор по п.5, отличающийся тем, что стенки (49, 59) выступа (58) имеют разные наклоны относительно общей оси (М), которая перпендикулярна торцу (3А) перекрывающего элемента, в котором выполнено гнездо (50) для уплотнительного элемента.
7. Электромеханический инжектор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (40) выступает из первого торца (3В) перекрывающего элемента, в котором выполнено гнездо (50).
8. Электромеханический инжектор по п.1, отличающийся тем, что перекрывающий элемент (3) имеет на торце или втором торце (3А), отстоящем от несущего уплотнительный элемент первого торца (3В), выступающую часть (35), которая выступает из упомянутого второго торца (А) и упирается в электромагнитный исполнительный механизм (2), когда инжектор открыт, и перекрывающий элемент (3) открывает канал (4) для газа, причем упомянутый элемент (3) удерживается, по меньшей мере, в частично отделенном положении от упомянутого исполнительного механизма (1), когда инжектор открыт.
9. Электромеханический инжектор по п.8, отличающийся тем, что выступающая часть (35) является кольцевой.
10. Электромеханический инжектор по п.9, отличающийся тем, что выступающая часть (35) является частью, отдельной от перекрывающего элемента (3).
11. Электромеханический инжектор по п.8, отличающийся тем, что второй торец (3А) перекрывающего элемента (3) имеет гнездо (30) для конца (31) штыря (24), частично вставленного во внутреннюю полость (13А) цилиндрической части (13) электромагнитного исполнительного механизма (2), причем упомянутый штырь обеспечивает перпендикулярность перекрывающего элемента (3) к направлению его перемещения относительно упомянутого исполнительного механизма (2).
12. Электромеханический инжектор по п.11, отличающийся тем, что упомянутый штырь выполнен из износостойкой пластмассы.
13. Электромеханический инжектор по п.1, отличающийся тем, что доставляющая магистраль (5) содержит множество участков (5А, 5В, 5С), два из которых имеют переменные поперечные сечения вдоль ее оси (К).
14. Электромеханический инжектор по п.13, отличающийся тем, что первый участок (5А) переменного сечения расположен вблизи конца (43) магистрали (5), взаимодействующего с перекрывающим элементом, и имеет поперечное сечение, сходящееся к оси (К) при перемещении от упомянутого конца (43).
15. Электромеханический инжектор по п.13, отличающийся тем, что второй участок (5В) переменного сечения следует за первым участком (5А) и расходится вдоль оси (К) при перемещении от упомянутого первого участка.
16. Электромеханический инжектор по п.13, отличающийся тем, что отверстие, определяющее размер направленного к выходному отверстию (6) потока газа, выполнено между упомянутым первым участком (5А) и вторым участком (5В) доставляющей магистрали (5).
17. Электромеханический инжектор по п.13, отличающийся тем, что третий участок (5С) доставляющей магистрали находится между вторым участком (5В) и выходным отверстием (6) и имеет постоянное поперечное сечение.
