Электрогидравлическая форсунка

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к форсункам для впрыска топлива. Электроуправляемая форсунка содержит корпус (1) с каналом (2) подвода топлива и сливным каналом (28), втулку (19) мультипликатора, в которой установлен мультипликатор (20) запирания, взаимодействующий с иглой (7) через толкатель (14) и образующий одну гидроуправляющую камеру (29), которая сообщена с каналом (2) подвода топлива через жиклер (24), а через свой управляющий клапан (30) со сливным каналом (28), подпружиненный толкатель (32) управляющего клапана связан с якорем (33) электромагнита, распылитель (3) и игла (7) взаимодействуют с мультипликатором (20) запирания через толкатель (14) и со своим седлом (4). Между мультипликатором (20) и толкателем (14) установлена проставка (12), подпружиненная в сторону запирания иглы (7). Такое выполнение форсунки позволяет увеличить скорость движения иглы (7) в конце ее хода до момента перекрытия распыливающих отверстий (5), используя упругую деформацию толкателя (14) в случае, когда длина толкателя (14) не допускает величину его упругой деформации, равной предварительной деформации толкателя при сборке форсунки, сложенной с величиной подъема иглы (7), а также уменьшение сечения жиклеров (24) с целью экономии топлива, расходуемого на управление без потери скорости посадки иглы (7) на седло (4). 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к форсункам с микропроцессорным управлением для впрыска топлива в цилиндр двигателя внутреннего сгорания.

Предшествующий уровень техники

Известна электрогидравлическая форсунка дизеля с аккумуляторной системой подачи топлива по патенту DE 19701879, содержащая корпус с размещенными в нем топливоподводящими и сливными каналами и сквозной осевой полостью, закрепленный на корпусе полый распылитель с сопловыми отверстиями, иглу, установленную в полости распылителя с образованием подыгольной камеры и сопряженную с несущей частью мультипликатора запирания, пружину запирания иглы, центрирующую проставку, уплотняющую часть мультипликатора запирания, выполненную в виде поршня, диаметр которого превышает диаметр уплотняющей части иглы и который прецизионно установлен во втулке мультипликатора запирания с образованием камеры гидроуправления, жиклер камеры гидроуправления, шариковый клапан гидроуправления, шток, якорь, электромагнит и пружину клапана гидроуправления.

В данной форсунке все распыливающие отверстия открываются одновременно, что сужает диапазон регулирования впрыска топлива и требует для расширения диапазона регулирования применения топливного насоса высокого давления (ТНВД) с регулируемым давлением топлива, что уменьшает приемистость автомобиля.

Наиболее близким решением является электрогидравлическая форсунка дизеля с аккумуляторной системой подачи топлива по патенту RU 2303157, которая содержит корпус с каналом подвода топлива высокого давления и сливным каналом, втулку мультипликатора, в которой установлен мультипликатор запирания с образованием гидроуправляющей камеры, сообщенной с каналом подвода топлива высокого давления посредством жиклера, а со сливным каналом - через управляющий клапан, подпружиненный шток которого связан с якорем электромагнита, распылитель с седлом, подыгольной камерой и распылительными отверстиями, и иглу, взаимодействующую с седлом и с мультипликатором запирания через толкатель.

Недостатками данного технического решения является относительно малая скорость движения иглы в момент перекрытия распыливающих отверстий, которая равна скорости перемещения мультипликатора, приводимого в движение топливом, проходящим через жиклер, сечение которого выполняется минимальным с целью снижения расхода топлива на управление форсункой, а также сложность изготовления самого жиклера с малым поперечным сечением.

Задачей изобретения является увеличение скорости движения иглы в конце ее хода до момента перекрытия распыливающих отверстий, используя упругую деформацию толкателя, в случае, когда длина толкателя не допускает величину его упругой деформации, равной предварительной деформации толкателя при сборке форсунки, сложенной с величиной подъема иглы, а также уменьшение расходуемого на управление топлива за счет уменьшения сечения дроссельных отверстий.

Раскрытие изобретения

Указанная задача решена в электрогидравлической форсунке, содержащей корпус с каналом подвода топлива высокого давления и сливным каналом, втулку мультипликатора, в которой установлен по меньшей мере один мультипликатор запирания взаимодействующий, соответственно, с по меньшей мере одной иглой через толкатель, и образующий, соответственно, по меньшей мере одну гидроуправляющую камеру, которая сообщена с каналом подвода топлива высокого давления через жиклер, а через свой управляющий клапан со сливным каналом, подпружиненный шток управляющего клапана, связанный с якорем электромагнита, распылитель и по меньшей мере одну иглу, взаимодействующую с соответствующим мультипликатором запирания через толкатель и со своим седлом. Согласно изобретению между мультипликатором и толкателем установлена проставка, подпружиненная в сторону запирания иглы.

Предпочтительно перемещение проставки в сторону подъема иглы ограничено упорным элементом, контактирующим с втулкой мультипликатора.

Предпочтительно упорный элемент выполнен в виде шайбы, а проставка имеет выступ, проходящий через эту шайбу и контактирующий с мультипликатором, причем площадь выступа и площадь оставшейся опорной поверхности проставки по существу равны.

Предпочтительно в свободном состоянии зазор между опорной поверхностью проставки и шайбой составляет 0,9-1,1 величины хода иглы за вычетом величины деформации толкателя рабочим давлением топлива на дифференциальную площадку иглы.

Жиклеры и подводящий канал могут быть выполнены в виде пазов на торце крышки мультипликатора, перекрытых торцом втулки мультипликатора и/или пазов на торце втулки мультипликатора, перекрытых торцом крышки мультипликатора.

В поперечном сечении жиклер и подводящий канал преимущественно имеют форму треугольника, причем площадь поперечного сечения подводящего канала в 3-5 раз больше суммы площадей поперечных сечений всех жиклеров.

Это решение наиболее эффективно в многоигольчатых форсунках с независимым управлением игл и несколькими мультипликаторами, но в отличие от форсунок с предварительно сжатым толкателем расширяет диапазон их применимости при более коротких упруго деформируемых толкателях и разном давлении распыливаемого топлива, что позволяет применять их и в одноигольной конструкции.

Ограничение перемещения проставки в сторону подъема иглы точнее определяет ее положение в момент закрытия управляющего клапана и сокращает ход мультипликатора за счет дополнительной деформации толкателя давлением топлива, действующим на все поперечное сечение иглы. Это увеличивает точность дозирования топлива

Кроме того, данное конструктивное решение позволяет выполнять жиклеры с помощью, например, дисковой фрезы или дискового абразивного крута, заточенных по профилю дроссельных отверстий, получая при этом минимальную требуемую площадь их поперечного сечения, а также выполнить подводящий канал тем же инструментом.

Минимальная площадь подводящего канала определяется допустимой потерей давления топлива в нем, а максимальная - прочностными характеристиками стенок подводящего канала при максимально близком к центру форсунки расположении гидроуправляющих камер.

Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из описания преимущественного варианта его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена форсунка, общий вид в разрезе;

на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1 в увеличенном масштабе;

на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1 в увеличенном масштабе;

на фиг.4 - сечение С-С на фиг.1 в увеличенном масштабе;

на фиг.5 - сечение D-D на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Вариант осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, форсунка содержит корпус 1 с каналом 2 высокого давления и распылитель 3 с тремя седлами 4, в которых выполнены распыляющие отверстия 5. В разных седлах 4 может быть разным количество отверстий 5 или их диаметр. Распылитель 3 поджат к корпусу 1 гайкой 6. Внутри распылителя 3 расположены три иглы 7, верхняя часть 8 каждой из которых в поперечном сечении имеет вид сектора круга и проходит через прецизионное отверстие 9 в распылителе 3. Пружины 10, упирающиеся в шайбу 11 прижимают иглы 7 через проставку 12, расположенную в направляющей втулке 13, и толкатели 14 к седлам 4. Толкатели 14 являются упругодеформируемыми и выполнены из пружинной стальной проволоки марки 65Г с временным сопротивлением разрыву 2500 н/мм², допуская величину деформации сжатия, соизмеримую с ходом иглы. Проставки 12 от смещения удерживаются фигурным отверстием в направляющей втулке 13 и между собой лысками 15 (фиг.5), а также отверстиями в шайбе 11 (фиг.1), образуя при этом каналы 16 (фиг.5) для перетекания топлива. Для этой же цели служит отверстие 17 (фиг.2) в шайбе 11. Проставка 12 имеет выступ 12', проходящий через шайбу 11 и контактирующий с мультипликатором 20, причем площадь выступа 12' и площадь оставшейся опорной поверхности проставки 12 по существу равны. Толкатели 14 (фиг.4) расположены в направляющих отверстиях 18, выполненных в корпусе 1 на проволочном электроэрозионном станке.

Втулка 19 (фиг.1) мультипликатора с мультипликаторами 20 и крышка 21 мультипликатора фиксируются от проворота штифтом 22 и штифтами 23 (фиг.3), запрессованными в корпус 1 и проходящими через направляющую втулку 13, шайбу 11, втулку 19 (фиг.1) мультипликатора в крышку 21 мультипликатора. Штифт 22 имеет отверстие для прохода топлива к жиклерам 24, связанным между собой общим каналом 25 (фиг.1-3), выполненном в крышке 21 мультипликатора, снизу перекрытого торцом втулки 19 мультипликатора. Крышка 21 мультипликатора с пазами 26 поджата сливным патрубком 27 со сливным каналом 28. Каждая гидроуправляющая камера 29 (фиг.2) через отверстия клапана 30, радиальные пазы 31 и центральное отверстие в толкателе 32, радиальные пазы в якоре 33 (фиг.1), отверстие 34, пазы 26 связана со сливным каналом 28. Для предотвращения перетекания топлива напрямую от управляющего клапана 30 в сливной канал 28 в проточке крышки 21 мультипликатора расположено уплотнительное кольцо 35. Герметизация стыка между втулкой 19 мультипликатора и крышкой 21 мультипликатора обеспечивается за счет высокоточной подгонки контактирующих поверхностей.

Каждый из трех электромагнитных приводов состоит из обмотки 36, концы которой приварены к контактам 37, которые в свою очередь прикреплены к изолятору 38 с помощью горячей деформации выступов изолятора (на фигурах не показано), прошедших через отверстия в контактах 37 и залитых пластмассой при изготовлении колодки 39, магнитопровода 40, втулки 41 и якоря 33, закрепленного на упругом диске толкателя 32 через кольцо 42. Магнитопровод 40 обжат во втулке 41, которая поджата гайкой 43. Герметичность соединения втулки 41 с корпусом 1 обеспечивается уплотнительным кольцом 44. Шток 32 под действием пружины 45 через проставку 46 (фиг.2) прижимает шариковый управляющий клапан 30 к седлу, выполненному в крышке 21 мультипликатора. Рабочий ход штока 32 (фиг.1) выставляется сменной шайбой 47, а минимальный зазор между якорем 33 и магнитопроводом 40 - выступанием стакана 48, выполненного из немагнитного материала, за торец магнитопровода 40. Размер гнезда под пружину 45 регулируется сменной шайбой 49.

Для разделения полости высокого давления от сливной полости поперечное сечение верхней части 8 игл 7 на уровне прецизионного отверстия 9 в распылителе 3, как отмечено выше, представляет собой сектор круга с углом 120°, причем их поверхности контакта между собой на уровне прецизионного отверстия 9 также выполнены прецизионными. Топливо, которое все же просочилось через зазор между прецизионной частью 8 игл 7 и распылителем 3 через пазы 50 (фиг.4) в корпусе 1 (фиг.1), радиальный паз в направляющей втулке 13, кольцевой зазор между направляющей втулкой 13, шайбой 11 и корпусом 1, канал, образованный лысками на втулке 19 мультипликатора и крышке 21 мультипликатора и корпусом 1, проходит к управляющему клапану 30 и далее, как описано выше в сливной канал 28. На средней части игл 7 оставлены лыски 51 в плоскости, образующей верхнюю часть игл 7, для придания дополнительной устойчивости игл 7. При этом иглы 7 контактируют с распылителем 3 по внутренней поверхности его отверстия, а между собой - посредством лысок 51 радиальных поверхностей секторов. Патрубок 52 со щелевым фильтром уплотнен с помощью металлического кольца 53. Сливной штуцер уплотнен резиновым кольцом 54.

Форсунка работает следующим образом. При подаче топлива высокого давления через канал 2 в полость распылителя 3 оно одновременно через отверстие в штифте 22, канал 25, жиклеры 24, поступает во все гидроуправляющие камеры 29 (фиг.2). Поскольку площадь поперечного сечения каждого мультипликатора 20 (фиг.1) больше площади верхней части 8 иглы 7, давление топлива перемещает мультипликатор 20, деформирует толкатель 14, дополнительно прижимая иглу 7 к седлу 4.

При подаче напряжения на контакты 37 якорь 33 притягивается к магнитопроводу 40, перемещая через шайбу 42 шток 32 до упора в торец стакана 48, открывая управляющий клапан 30. При этом топливо через пазы 31 (фиг.2) и центральное отверстие, выполненные в штоке 32, радиальные пазы в якоре 33 (фиг.1), отверстия 34, пазы 26 поступает в сливной канал 28, охлаждая магнитопровод 40. Поскольку сечение отверстия у управляющего клапана 30 много больше поперечного сечения жиклера 24, давление в гидроуправляющей камере 29 (фиг.2) резко падает, и проставка 12, сжимая пружину 10, под действием упругих сил деформации толкателя 14 (фиг.1) перемещается вверх до тех пор, пока усилие воздействия мультипликатора 20 через проставку 12 на толкатель 14 не сравняется с усилием, действующим на толкатель 14 от иглы 7, вызванным давлением топлива на дифференциальную площадку иглы 7. После чего мультипликатор 20 вместе с толкателем 14, проставкой 12 и иглой 7 перемещается вверх до тех пор, пока топливо не попадет в подигольное пространство, создавая дополнительную силу. При этом игла 7, деформируя толкатель 14, перемещается до упора в корпус 1 со скоростью большей, чем мультипликатор 20, обеспечивая ускоренное открытие распыливающих отверстий и более тонкое распыление топлива. При этом проставка 12, выбирая зазор «а» (фиг.2), упирается в шайбу 11 и толкатель 14 (фиг.1) под действием силы давления топлива, действующей на иглу 7, снова деформируется, запасая энергию деформации сжатия.

При отключении электромагнита толкатель 32 под действием пружины 45 через проставку 46 (фиг.2) закрывает клапан 30, а через шайбу 42 (фиг.1) перемещает якорь 33.

При закрытии клапана 30 давление в гидроуправляющей камере 29 возрастает.При этом мультипликатор 20 перемещается вниз, сжимая толкатель 14 через проставку 12, и когда усилие от мультипликатора 20 на толкатель 14 превысит усилие на него от иглы 7, которая прижата к корпусу 1 давлением топлива, действующим на всю площадь сечения иглы 7, мультипликатор 20, проставка 12, толкатель 14 и игла 7 перемещаются вниз. При падении давления в подигольной камере игла 7 начинает двигаться со скоростью, большей скорости движения мультипликатора 20, за счет упругих сил распрямления толкателя 14.

Исключение предварительного сжатия толкателей 14 при сборке форсунки и введение пружин 10 для закрытия игл 7 при неработающем двигателе расширяет применимость конструкции форсунок с упруго деформируемыми толкателями 14 при малой их длине, т.е. когда допустимая деформация толкателей 14 меньше суммы величин предварительного сжатия толкателей 14 и хода иглы 7.

Упор опорной поверхности проставки 12 в нижний торец втулки 19 мультипликатора через шайбу 11 при поднятой игле 7 с деформацией при этом упруго деформируемых толкателей 14 четко определяет положение мультипликаторов 20 в начале движения при закрытии клапана 30 на больших дозах впрыска топлива и уменьшают вероятность возникновения колебательных процессов в упруго деформированных толкателях 14.

Благодаря описанному выше выполнению дроссельных отверстий 24 их проходное сечение может быть минимальным, но достаточным для управления мультипликатором 20, при этом затрачиваемый на управление расход топлива получается минимально возможным.

Использование в конструкции упруго деформируемых толкателей 14 позволяет уменьшить сечение дроссельных отверстий 24 без уменьшения скорости подъема и посадки игл 7.

1. Электрогидравлическая форсунка, содержащая корпус (1) с каналом (2) подвода топлива высокого давления и сливным каналом (28), втулку (19) мультипликатора, в которой установлен по меньшей мере один мультипликатор (20) запирания, взаимодействующий соответственно с по меньшей мере одной иглой (7) через толкатель (14) и образующий соответственно по меньшей мере одну гидроуправляющую камеру (29), которая сообщена с каналом (2) подвода топлива высокого давления через жиклер (24), а через свой управляющий клапан (30) - со сливным каналом (28), подпружиненный шток (32) управляющего клапана (30), связанный с якорем (33) электромагнита, распылитель (3) и по меньшей мере одну иглу (7), взаимодействующую с соответствующим мультипликатором (20) запирания через толкатель (14) и со своим седлом (4), отличающаяся тем, что между мультипликатором (20) и толкателем (14) установлена проставка (12), подпружиненная в сторону запирания иглы (7).

2. Электрогидравлическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что содержит упорный элемент, контактирующий с втулкой (19) мультипликатора и ограничивающий перемещение проставки (12) в сторону подъема иглы (7).

3. Электрогидравлическая форсунка по п.2, отличающаяся тем, что упорный элемент выполнен в виде шайбы (11), а проставка (12) имеет выступ (12′), проходящий через эту шайбу (11) и контактирующий с мультипликатором (20), причем площадь выступа (12′) и площадь оставшейся опорной поверхности проставки (12) по существу равны.

4. Электрогидравлическая форсунка по п.2, отличающаяся тем, что в свободном состоянии зазор между опорной поверхностью проставки (12) и упорным элементом составляет 0,9-1,1 величины хода иглы (7) за вычетом величины деформации толкателя (14) рабочим давлением топлива, действующим на дифференциальную площадку иглы (7).

5. Электрогидравлическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что толкатель (14) выполнен упруго деформируемым.

6. Электрогидравлическая форсунка по п.1, отличающаяся тем, что жиклеры (24) и подводящий канал (25) выполнены в виде пазов на торце крышки (21) мультипликатора, перекрытых торцом втулки (19) мультипликатора, и/или на торце втулки (19) мультипликатора, перекрытых торцом крышки (21) мультипликатора.

7. Электрогидравлическая форсунка по п.4, отличающаяся тем, что в поперечном сечении жиклер (24) и подводящий канал (25) имеют форму треугольника, причем площадь поперечного сечения подводящего канала (25) в 3-5 раз больше суммы площадей поперечных сечений всех жиклеров (24).