Инжектор для подачи газового топлива

Изобретение относится к области средств подачи топлива в двигатель, в частности к инжектору для подачи газового топлива в цилиндр двигателя, и может найти применение в различных областях средств транспорта и газо-поршневых энергетических установках, применяющих газовое топливо. Инжектор содержит корпус, внутри которого размещены катушка, сердечник, якорь и седло, выполненное в виде выходного штуцера. В корпусе выполнена проточка для подвода газа. На торцевую поверхность якоря, обращенную к сердечнику, нанесено методом плазменного напыления немагнитное механически прочное покрытие. Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении надежности устройства, а также в повышении технологичности производства деталей и финишной сборки готового инжектора. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области средств подачи топлива в двигатель, в частности к инжектору для подачи газового топлива в цилиндр двигателя, и может найти применение в различных областях средств транспорта и газо-поршневых энергетических установках, применяющих газовое топливо.

Известен (RU, патент 119818, опубл. 2012) инжектор для подачи газового топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя автомобиля, содержащий корпус с размещенными внутри него катушкой, сердечником, выходным штуцером и седлом, разъем питания катушки, размещенный в сердечнике с возможностью регулируемого перемещения вдоль оси сердечника упор, и имеющий проходное отверстие якорь, размещенный между упором и седлом с возможностью перемещения из крайнего закрытого положения в крайнее открытое положение и поджимаемый к седлу посредством пружины, установленной в продольном канале якоря, причем в проточке сердечника установлена диамагнитная вставка, торцевая поверхность которой выступает над торцевой поверхностью сердечника, причем в крайнем открытом положении якорь упирается в торцевую поверхность диамагнитной вставки, и внутренняя поверхность диамагнитной вставки служит первой направляющей для якоря, а внешняя поверхность седла служит второй направляющей для якоря.

Недостатком известного устройства следует признать следующее. Крепление сердечника к прижимному диску через резьбу не позволяет обеспечить высокую жесткость крепления сердечника. Это приводит к тому, что в результате ударов якоря о сердечник положение сердечника меняется в диапазоне допуска изготовления резьбы, что приводит к изменению настроечных характеристик инжектора. Кроме того, конфигурация шайбы, центрирующей сердечник, и принцип герметизации электромагнитной катушки не позволяют обеспечить якорю более выгодное положение внутри электромагнитной катушки. Это приводит к недостатку магнитных сил, работающих на отрыв якоря от седла. Также неудачен метод заделки эластомерной вставки в якоре. Невозможность закрепить эластомер внутри якоря методом сополимеризации приводит к вырыванию полимера из якоря в процессе эксплуатации и выходу инжектора из строя.

Наиболее близким аналогом разработанного устройства можно признать (RU, патент 2494281, опубл. 2013) инжектор для подачи газового топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, в частности двигателя автомобиля, содержащий корпус с разъемом питания катушки, размещенные внутри корпуса катушку, сердечник и выполненное с, по меньшей мере, двумя проходными отверстиями седло, размещенный в сердечнике с возможностью регулируемого перемещения вдоль оси сердечника упор и выполненный с, по меньшей мере, одним газоходом якорь, размещенный между сердечником и седлом с возможностью перемещения из крайнего закрытого положения в крайнее открытое положение и поджимаемый к седлу посредством пружины, установленной в продольном канале упора. В проточке сердечника установлена парамагнитная вставка, торцевая поверхность которой выступает над торцевой поверхностью сердечника, причем в крайнем открытом положении якорь упирается в торцевую поверхность парамагнитной вставки, а внешняя поверхность упора, выступающая над торцевой поверхностью парамагнитной вставки, служит направляющей для якоря.

Недостатком известного устройства следует признать его невысокую надежность и долговечность, обусловленные тем, что резьбовое крепление сердечника к диску приводит к нарушению базовых характеристик в процессе эксплуатации. Кроме того, штекерный разъем с катушкой является отдельной деталью, запрессованной в корпус и закрепленной верхним прижимным диском. При таком изготовлении вибрационная нагрузка мотора, проводов электропитания инжектора и штекера приходится на тонкий пластиковый корпус катушки, что приводит к надлому пластика в этом месте, отрыву проводов намотки электромагнитной катушки и выходу инжектора из строя. Герметичность электромагнитной катушки обеспечивается пластиковым корпусом самой катушки. Но в процессе работы на двигателе и многократных колебаний температуры в диапазоне от -40°C до +125°C пластик деформируется и герметичность инжектора нарушается.

Техническая задача, решаемая посредством устройства разработанной конструкции, состоит в оптимизации конструкции инжектора подачи газового топлива в двигатель.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении надежности устройства, а также в повышении технологичности производства деталей и финишной сборки готового инжектора.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать инжектор для подачи газового топлива разработанной конструкции. Инжектор содержит корпус, внутри которого размещены катушка, сердечник, якорь и седло, выполненное в виде выходного штуцера, на корпусе размещен разъем для подключения катушки, электрически соединенный с катушкой, в корпусе выполнена проточка для подвода газа, в сердечнике расположен упор, установлений с возможностью регулируемого перемещения вдоль оси сердечника и выполненный в виде протяженного стержня, полого внутри, который дополнительно выполняет функцию направляющей якоря, в сердечник запрессована втулка из немагнитного материала, сквозь которую проходит указанный упор, якорь, в котором выполнено проходное отверстие, установлен с возможностью перемещения между указанной втулкой из немагнитного материала и седлом из крайнего закрытого положения в крайнее открытое положение, указанная немагнитная втулка установлена в сердечник с обеспечением примагничивания якоря к намагниченному в результате пропускания электрического тока через катушку сердечнику с упором в немагнитную втулку, в продольном внутреннем канале упора размещена пружина, обеспечивающая прижим якоря к седлу, сердечник и якорь размещены с воздушным зазором, обеспечивающим предотвращение магнитного «прилипания» якоря к сердечнику в результате воздействия коэрцитивных сил, на торцевую поверхность якоря, обращенную к сердечнику, нанесено методом плазменного напыления немагнитное механически прочное покрытие.

Разработанная конструкция отличается от технического решения, выбранного в качестве ближайшего аналога, тем, что:

- упор установлен с возможностью регулируемого перемещения вдоль оси сердечника и выполнен в виде протяженного стержня, полого внутри, который дополнительно выполняет функцию направляющей якоря. Данный конструктивный признак позволяет уменьшить поверхность трения якоря по направляющей - упору, также максимально длинная пружина имеет минимальное сжатие одного витка, это обстоятельство положительно влияет на стабильность характеристик в течение длительного времени эксплуатации;

- в сердечник запрессована втулка из немагнитного материала, сквозь которую проходит упор. Данный конструктивный признак позволяет использовать устойчивость к упругой деформации немагнитной вставки для обеспечения длительной устойчивости настроечных характеристик;

- немагнитная втулка установлена в сердечник с обеспечением примагничивания якоря к намагниченному в результате пропускания электрического тока через катушку сердечнику с упором с сохранением воздушного зазора между якорем и сердечником. Данный конструктивный признак позволяет стабилизировать и минимизировать временной интервал, при котором якорь, примагниченный к сердечнику за счет пропускания электрического тока через катушку, продолжает находиться в крайнем открытом состоянии под воздействием коэрцетивных сил уже после прекращения пропускания через электромагнитную катушку тока;

на торцевую поверхность якоря, обращенную к сердечнику нанесено, предпочтительно, методом плазменного напыления немагнитное механически прочное покрытие. Использование данного конструктивного признака позволяет повысить износоустойчивость якоря, участвующего в соударении с немагнитной вставкой, что приводит к стабильности настроечных характеристик инжектора в течение длительного времени.

На тело якоря может быть нанесено методом совулканизации полимерное уплотнение, дополнительно выполняющее функцию герметизирующей и электро-изолирующей вставки между седлом и якорем. Это обеспечивает технологически более простое обеспечение герметичности рабочей пары седло-якорь. Кроме того между плотно прилегающими поверхностями металлического седла и неметаллического полимера в значительно меньшей степени образуются лаковые отложения, характерные для большинства углеводородных топлив, склеивающие прилегающие поверхности.

Инжектор разработанной конструкции может дополнительно содержать гильзу, выполненную из диамагнитного материала, установленную в корпусе с возможностью его герметизации и центровки размещенных в корпусе деталей инжектора.

В проточке для подвода газа может быть дополнительно установлена сеточка, необходимая для защиты пары седло-якорь от попадания инородных элементов.

Внешний диаметр поверхности якоря, прилегающей к седлу, предпочтительно превышает диаметр прилегающей поверхности полимера седла на радиус скругления края полимера. Это позволяет исключить разрушение полимера в зоне касания полимера к седлу. Так как движение якоря не прямолинейно и касание якоря к седлу через полимер происходит в точке, то при наличии скругления полимера касание происходит по касательной к радиусу скругления и исключает разрушение полимера.

Предпочтительно используемая пружина выполнена максимально длинной, поскольку максимально длинная пружина имеет минимальное сжатие одного витка, это обстоятельство положительно влияет на стабильность характеристик в течение длительного времени эксплуатации.

Разработанная конструкция представлена на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, сердечник 2, седло 3, катушка 4, якорь 5, упор 6, гильза 7, пружина 8, немагнитная втулка 9, ламели 10.

Разработанная конструкция инжектора содержит корпус 1 с размещенными внутри него сердечником 2, седлом 3 и катушкой 4, при этом седло 3 выполнено в виде выходного штуцера. В сердечнике 2 расположен упор 6, имеющий возможность регулируемого перемещения вдоль оси сердечника 2 и выполненный в виде продленного стержня, полого внутри, который служит единственной направляющей якоря 5. Также в сердечник запрессована немагнитная втулка 9, сквозь которую проходит упор 6. Якорь 5 с выполненным в нем проходным отверстием установлен с возможностью перемещения между немагнитной втулкой 9 и седлом 3 из крайнего закрытого положения в крайнее открытое положение, немагнитная втулка 9 установлена в сердечник 2 таким образом, чтобы якорь 5, примагничиваясь к намагниченному в результате пропускания электрического тока через катушку 4 сердечнику 2, упирался в немагнитную втулку 9. При этом между сердечником 2 и якорем 5 остается небольшой воздушный зазор, который необходим для предотвращения магнитного прилипания якоря 5 к сердечнику 2, возникающему в результате воздействия коэрцитивных сил. Наличие немагнитной втулки 9 позволяет минимизировать время закрывания клапанной пары якорь 5 - седло 3 и увеличить ресурс инжектора. Якорь 5 выполнен из магнитомягкого материала с минимальными легирующими примесями к железу. Ввиду того, что железо не обладает требуемой твердостью и якорь 5 может подвергаться деформации, на торец якоря 5, обращенный к сердечнику 2 и ударяющийся о немагнитную втулку 9, предпочтительно нанесено твердое покрытие (обычно карбид бора). Нанесение карбида бора обычно осуществляют методом плазменного напыления с последующим расплавом напиленного материала для улучшения адгезии карбида бора в тело якоря 5. Якорь 5 установлен с возможностью поджима его к седлу посредством пружины 8, установленной в продольном внутреннем канале упора 6.

Полимерное уплотнение якоря соединено с телом якоря методом совулканизации. Также полимер, уплотняющий якорь по седлу, выполняет функцию изолирующей вставки между намагничиваемым корпусом инжектора и седлом с одной стороны и якорем с другой.

Для создания герметичного корпуса, а также для центровки всех деталей, собирающихся в корпусе, применена диамагнитная гильза. Конструкция инжектора рассчитана таким образом, что давление газа, поданного на входные отверстия, воздействует только на металлические детали инжектора. Это обстоятельство повышает надежность инжектора и позволяет снять требование по герметичности со всех элементов электромагнитной катушки.

В проточке для подвода газа установлено средство (сеточка), необходимое для защиты пары седло-якорь от попадания инородных элементов. Т.к. в данной модели ход якоря не превышает 0,22 мм и этот параметр является определяющим для быстродействия инжектора, сеточка подобрана так, что ее ячейки не превышают 0,18 мм, т.е. размер ячейки меньше, чем ход якоря.

Особенность конструкции якоря в том, что площадь поверхности якоря, прилегающая к седлу, рассчитана не только по внешнему диаметру прилегающей к седлу поверхности, но внешний диаметр якоря больше, чем диаметр прилегающей поверхности, на радиус округления края полимера. Это предпочтительно для достижения указанного технического результата, поскольку движение якоря из крайнего открытого положения в крайнее закрытое положение не прямолинейное и якорь ударяется о седло внешним ребром полимера, и далее скользит изнутри наружу пока не опустится всем основанием на седло. Этот боковой удар с последующим боковым скольжение приводит к скалыванию боковой кромки полимера, т.е. к разрушению целостности якоря. Для исключения этого негативного эффекта диаметр якоря увеличен и по наружному диаметру полимера добавлено округление. Это приводит к тому, что удар якоря по седлу приходиться на радиус скругления и энергия удара распространяется по полимеру якоря равномерно, а скольжение происходит по касательной к радиусу скругления якоря.

Пружина сделана максимально длинной. Это приводит к тому, что рабочее сжатие каждого витка минимально возможное. Таким образом, увеличивается общий диапазон сжатия пружины, в котором пружина может работать большое количество циклов без усталостной деформации. Кроме того, возможный износ элементов инжектора, возникающий от большого количества циклов срабатываний (100-300 млн. циклов), и соответствующее изменение размерной цепочки тоже не приводит к сколько-нибудь значимому изменению возвратного усилия пружины. Этот фактор повышает стабильность характеристик на всем протяжении срока службы инжектора.

1. Инжектор для подачи газового топлива, характеризуемый тем, что он содержит корпус, внутри которого размещены катушка, сердечник, якорь и седло, выполненное в виде выходного штуцера, на корпусе размещен разъем для подключения катушки, электрически соединенный с катушкой, в корпусе выполнена проточка для подвода газа, в сердечнике расположен упор, установленный с возможностью регулируемого перемещения вдоль оси сердечника и выполненный в виде протяженного стержня, полого внутри, который дополнительно выполняет функцию направляющей якоря, в сердечник запрессована втулка из немагнитного материала, сквозь которую проходит указанный упор, якорь, в котором выполнено проходное отверстие, установлен с возможностью перемещения между указанной втулкой из немагнитного материала и седлом из крайнего закрытого положения в крайнее открытое положение, указанная немагнитная втулка установлена в сердечник с обеспечением примагничивания якоря к намагниченному в результате пропускания электрического тока через катушку сердечнику с упором, в продольном внутреннем канале упора размещена пружина, обеспечивающая прижим якоря к седлу, сердечник и якорь размещены с воздушным зазором, обеспечивающим предотвращение магнитного «прилипания» якоря к сердечнику, возникающего в результате воздействия коэрцитивных сил, для чего на торцевую поверхность якоря, обращенную к сердечнику, нанесено методом плазменного напыления немагнитное механически прочное покрытие.

2. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что на тело якоря нанесено методом совулканизации полимерное уплотнение, дополнительно выполняющее функцию изолирующей вставки между намагничиваемым корпусом и седлом с одной стороны и якорем с другой стороны.

3. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гильзу, выполненную из диамагнитного материала, установленную в корпусе с возможностью его герметизации и центровки размещенных в корпусе деталей инжектора.

4. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что в проточке для подвода газа дополнительно установлена сеточка, необходимая для защиты пары седло-якорь от попадания инородных элементов.

5. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что внешний диаметр поверхности якоря, прилегающей к седлу, превышает диаметр прилегающей поверхности на радиус округления края полимера.

6. Инжектор по п.1, отличающийся тем, что пружина выполнена максимально длинной.