Электромагнитная форсунка

 

Использование: двигателестроение, в частности топливовпрыскивающая аппаратура двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: форсунка содержит клапанный узел, состоящий из седла клапана и иглы, имеющей рабочий ход, равный осевому зазору между стопорным элементом и упором. Игла сопряжена с якорем электромагнита с обеспечением остаточного осевого зазора между якорем и контрополюсом при открытом клапанном узле. Стопорный элемент и якорь выполнены в виде отдельных от иглы деталей, охватывающих ее и установленных на ней по плотной посадке с возможностью их смещения вдоль оси иглы при сборке форсунки с помощью технологических прокладок для установки требуемых значений рабочего хода и остаточного осевого зазора, что упрощает и удешевляет изготовление форсунки. Якорь и стопорный элемент могут быть зафиксированы в положениях, обеспечивающих требуемые зазоры, посредством точечной сварки, например, электронной или лазерной. 3 ил.

Изобретение относится к системам подачи топлива для двигателей внутреннего сгорания, а именно, к топливовпрыскивающей аппаратуре с электрическим приводом, и предназначено для использования в форсунке для впрыска топлива под низким давлением во впускной тракт двигателя.

Известны электромагнитные форсунки, например, представленная в журнале "Аутомотив индастриз" за февраль 1986, с. 55 56. В этой конструкции, имеющей клапанный узел, состоящий из седла и иглы клапана, последняя имеет жестко закрепленный на ней якорь, который дистанционирован от контрполюса на величину, необходимую для срабатывания и отпускания клапана в заданное время, т. е. для получения достаточного быстродействия клапана. Усилие, развиваемое электромагнитом, обратно пропорционально квадрату зазора между якорем и контрполюсом. Для ограничения хода якоря игла снабжена стопорным элементом в виде единого с ней заплечика, дистанционированного относительно упора.

Для oбеспечения требуемых значений хода иглы и остаточного зазора между якорем и контрполюсом, необходимым для получения требуемых показателей быстродействия форсунки и обеспечения их стабильности при ее эксплуатации, применяется индивидуальная суперфинишная обработка соответствующих деталей, а также измерение всех линейных размеров деталей, влияющих на величины зазора между заплечиком иглы и упором, и остаточного зазора. Затем в форсунку устанавливают калибровочную шайбу, компенсирующую суммарный разброс размеров деталей. Такая конструкция для ее изготовления требует дорогостоящего контроля линейных размеров деталей для каждой форсунки и использования селективной сборки с применением набора компенсационных шайб различных размеров. Трудоемкость изготовления таких форсунок очень велика.

Известна также принятая в качестве прототипа форсунка, описанная в журнале "Аутомотив инжиниринг" за апрель 1987, с. 45 47 (см. прилож.). Она содержит клапанный узел, состоящий из седла клапана и иглы клапана, имеющей рабочий ход, равный осевому зазору между ее стопорным элементом и упором. Игла сопряжена с якорем электромагнита с обеспечением остаточного осевого зазора между якорем и контрполюсом электромагнита при открытом клапанном узле.

В этой конструкции стопорный элемент выполнен за одно целое с иглой в виде заплечика. Упором для него служит стопорная шайба, под которую суперфинишной обработкой готовится посадочная плоскость корпуса. Якорь жестко скреплен с иглой, а зазор между ним и контрполюсом выдерживается как и в описанной выше форсунке индивидуальным промером размеров цепи.

Таким образом, конструкция известной форсунки для получения точных зазоров, обеспечивающих необходимые быстродействие и эксплуатационные характеристики, требует значительных затрат из-за большой трудоемкости ее изготовления и сборки.

В основу изобретения поставлена задача создания электромагнитной форсунки, содержащей клапанный узел, состоящий из седла клапана и иглы клапана, имеющей рабочий ход, равный осевому зазору между ее стопорным элементом и упором, и сопряженной с якорем электромагнита с обеспечением остаточного осевого зазора между якорем и контрполюсом электромагнита при открытом клапанном узле, выполнения стопорного элемента иглы и якоря электромагнита в виде отдельных от иглы деталей, охватывающих ее и установленных на ней по плотной посадке с возможностью их смещения вдоль иглы при сборке форсунки для установки требуемых значений рабочего хода и остаточного осевого зазора, т.е. для юстировки зазоров.

Такое выполнение форсунки позволяет получить необходимые эксплуатационные характеристики, не прибегая к высокоточной обработке нескольких поверхностей и индивидуальным замером линейных размеров деталей, определяющих ход иглы и остаточный зазор. Это позволяет значительно расширить допуски на размеры этих деталей, уменьшить трудоемкость, удешевить производство, обеспечить автоматизацию сборки при сохранении качества изготавливаемых форсунок, а также снижение и исправимость брака в их производстве. Указанные преимущества обеспечиваются возможностью смещения стопорного элемента и якоря электромагнита вдоль иглы при сборке форсунки. При этом достаточно иметь две технологические прокладки. С помощью одной из них осуществляют предварительную сборку клапанного узла без установки якоря, выполненного в виде отдельной детали, на игле клапана.

При этом стопорный элемент занимает по оси иглы строго определенное положение, обеспечивающее требуемый рабочий ход иглы. Затем, удалив первую прокладку, устанавливают вторую, якорь на игле сдвигается в положение, обеспечивающее требуемый остаточный зазор между ним и контрполюсом, после чего вторую прокладку удаляют и получают иглу, собранную со стопорным элементом и якорем с обеспечением точной юстировки хода и остаточного зазора.

Вместо прокладок для установки на игле стопорного элемента и якоря могут быть использованы соответствующие простейшие технологические приспособления.

В случае особой необходимости возможна фиксация достигнутого положения стопорного элемента и якоря на игле, например, посредством лазерной или электронно-лучевой сварки.

Затем собранную со стопорным элементом и якорем иглу устанавливают в седло клапана и завершают сборку форсунки.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 представлен продольный разрез электромагнитной форсунки; на фиг. 2 детали размерной цепи, включающей технологические прокладки в местах выставляемых осевых зазоров; на фиг. 3 дан вид технологической прокладки.

Электромагнитная форсунка состоит из корпуса 1, в котором установлена катушка 2 электромагнита с размещенным внутри нее контрполюсом 3. Клапанный узел состоит из иглы клапана 4 с якорем 5, прижатой усилием пружины 6 к седлу 7 клапана. Электропитание подводится через штепсельный разъем 8, а топливо через штуцер 9. На игле 4 установлен стопорный элемент 10, могущий контактировать с упором 11, плотно прижатым к корпусу пружиной 12 через втулку магнитопровода 13.

При закрытом клапане осевой зазор "А" между стопорным элементом 10 и упором 11 определяет ход иглы 4 клапана. Между контрполюсом 3 и якорем 5 имеется осевой зазор "В", который больше зазора "А" на величину заданного остаточного воздушного зазора.

На фиг. 2 дополнительно указаны технологические прокладки 14 и 15 и места точечной сварки 16. На фиг. 3 показан паз 17 в прокладке 14.

Форсунка работает следующим образом.

При подаче электропитания на обмотку катушки 2 электромагнита к контрполюсу 3 притягивается игла 4 клапана посредством якоря 5, преодолевая сопротивление пружины 6. При этом запорная часть иглы 4 отрывает отверстие в седле 7 клапана, и происходит впрыск топлива, поступающего через штуцер 9. Рабочий ход иглы в процессе работы не изменяется и равен величине зазора "А" между стопорным элементом 10 и упором 11. Величина цикловой подачи определяется временем открытия клапанного узла, т.е. длительностью импульса тока, управляющего работой форсунки. Поэтому погрешности характеристик форсунки и стабильность ее показателей зависят, в первую очередь, от значений и стабильности параметров определяющих быстродействие (время срабатывания и время отпускания). На время срабатывания в значительной степени влияет величина рабочего хода иглы, т.к. усилие, развиваемое электромагнитом, обратно пропорционально квадрату зазора между контрполюсом 3 и якорем 5. По той же причине время отпускания при прочих равных условиях сильно зависит от величины остаточного зазора между якорем и контрполюсом (при клапане, находящемся в открытом состоянии).

Значения хода иглы зависят от типоразмера форсунки и обычно находятся в пределах 0,06.0,12 мм, а величина остаточного зазора в пределах 0,04.0,08 мм. При этом допускаемая абсолютная погрешность установки этих величин при сборке форсунки оценивается значениями 0,0050,010 мм; обеспечение таких значений представляет собой основную конструктивную и технологическую трудность в известных форсунках. В представленной конструкции эта задача решается значительно проще, что можно пояснить рассмотрением сборки конкретного макетного образца форсунки, предназначенной для подачи и дозирования бензина во впускной тракт в зону впускного клапана каждого из цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Сборка осуществляется в такой последовательности: на иглу 4 клапана (см. фиг. 2) устанавливаются по плотной посадке выполненные в виде отдельных деталей стопорный элемент 10 и якорь 5. В осевом направлении по игле они устанавливаются с технологическим припуском, который создает при сборке в корпусе 1 зазоры "А" и "В" меньшие по величине, чем требуемые. Затем устанавливаются технологические прокладки 14 и 15, причем прокладка выполнена с радиальным пазом 17 (см. фиг. 3), несколько большим по ширине, чем диаметр иглы 4.

Технологические прокладки 14 и 15 выполнены по толщине с высокой степенью точности и равны, соответственно, требуемым значениям зазоров "А" и "В". Собранный таким образом пакет устанавливается в технологическое приспособление ( на чертежах не показано) с вертикально перемещаемым пуансоном, нагруженным расчетным усилием, и осуществляется сжатие всей последовательности элементов с выборкой всех осевых люфтов, так что происходит смещение якоря 5 и стопорного элемента 10 вдоль иглы 4. Этими обусловливается получение точных величин зазоров "А" и "В". Затем прокладки 14 и 15 изымаются из собранного узла. В случае необходимости якорь 5 и элемент 10 фиксируются в установленных при сборке местах 16 посредством точечной сварки, например, электронной или лазерной. Как показали результаты испытаний такое соединение обеспечивает не менее 6·10⁸ циклов срабатывания электромагнитной форсунки. Затем завершается окончательная сборка форсунки в соответствии с фиг.1.

Использование изобретения будет способствовать получению значительного технико-экономического эффекта в производстве за счет снижения затрат на изготовление и сборку форсунок.

Формула изобретения

Электромагнитная форсунка, содержащая клапанный узел, состоящий из седла клапана и иглы клапана, имеющей рабочий ход, равный осевому зазору между ее стопорным элементом и упором, и сопряженной с якорем электромагнита с обеспечением остаточного осевого зазора между якорем и контрполюсом электромагнита при открытом клапанном узле, отличающаяся тем, что стопорный элемент иглы и якорь электромагнита выполнены в виде отдельных от иглы деталей, охватывающих ее и установленных на ней по плотной посадке с возможностью их смещения вдоль иглы при сборке форсунки для установки требуемых значений рабочего хода и остаточного осевого зазора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3