Клапанная форсунка для впрыскивания топлива

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания со сжатием рабочей смеси и принудительным зажиганием. Изобретение позволяет повысить герметичность клапана в закрытом состоянии. Клапанная форсунка для впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания содержит корпус, подвижный запорный элемент, взаимодействующий с опорной поверхностью седла, выполненной на образующей седло клапана втулке и переходящей на ее нижнем по ходу потока топлива конце в выпускное отверстие, которое проходит до нижней торцевой стороны втулки. Распылительная шайба соединена первым сварным швом с нижней торцевой стороной втулки. В распылительной шайбе предусмотрено по меньшей мере одно распылительное отверстие. В нижней торцевой стороне втулки между выпускным отверстием и первым сварным швом предусмотрен паз, окружающий с радиальным промежутком выпускное отверстие. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Настоящее изобретение относится к клапанной форсунке для впрыскивания топлива согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения. Уже известна клапанная форсунка (DE 4221185 A1), в которой после окончательной обработки опорной поверхности, предусмотренной в образующей седло клапана F8L втулке (седельной втулке), на торцевую поверхность этой втулки наваривают шайбу с распылительным (и) отверстием (ями) (распылительную шайбу). При этом в седельной втулке возникают напряжения, которые, в частности, ухудшают круглость опорной поверхности седла клапана, в результате чего нарушается герметичность клапанной форсунки в закрытом состоянии и происходит нежелательная утечка топлива в небольших количествах из клапанной форсунки.

Преимущество предлагаемой согласно изобретению клапанной форсунки для впрыскивания топлива с отличительными признаками п. 1 формулы в сравнении с известной форсункой заключается в том, что простым образом предотвращается ухудшение круглости опорной поверхности седла клапана, обусловленное привариванием шайбы с распылительным (и) отверстием (ями) (распылительной шайбы) к образующей седло клапана втулке (седельной втулке), благодаря чему уменьшается величина утечки при закрытом клапане. Благодаря наличию паза на торцевой стороне седельной втулки с опорной поверхности седла снимаются механические и термические нагрузки и тем самым она не подвергается действию возникающих при сварке напряжений. Обусловленные термическими нагрузками деформации в седельной втулке воспринимаются тем ее участком, на котором осуществляется сварка.

Предпочтительные варианты выполнения клапанной форсунки, представленной в п. 1 формулы изобретения, являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Предпочтительно предусмотреть первый сварной шов вблизи боковой стенки седельной втулки и выполнить паз в радиальном направлении на таком расстоянии до первого сварного шва, которое меньше расстояния от паза до выпускного отверстия. Благодаря этому расстояние от сварного шва до опорной поверхности седла клапана больше, а термическая нагрузка на опорную поверхность седла в результате минимальна.

Предпочтительно также снабдить корпус клапана продольным отверстием, в которое вставлена седельная втулка, и предусмотреть в зоне нижней торцевой стороны седельной втулки в противоположном от нее направлении расширенное отверстие, имеющее большее по сравнению с продольным отверстием поперечное сечение, и к стенке этого отверстия приварить вторым сварным швом распылительную шайбу. Преимущество такого решения состоит в том, что крепление шайбы в корпусе клапана вторым сварным швом не приводит к нежелательной деформации опорной поверхности седла в результате термической нагрузки. Кроме того, благодаря этому достигается увеличение радиального расстояния между сварными швами, что обеспечивает более легкий прогиб распылительной шайбы в этой зоне для регулировки хода клапана.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые упрощенные чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - первый пример осуществления изобретения в виде схематичного изображения части клапанной форсунки и на фиг. 2 - второй пример осуществления изобретения с частичным изображением клапанной форсунки.

На фиг. 1 в качестве первого примера выполнения показана часть клапанной форсунки для систем впрыскивания топлива двигателей внутреннего сгорания со сжатием рабочей смеси и принудительным зажиганием, принципиальная конструкция которой уже известна. Клапанная форсунка имеет трубчатый корпус 1, в котором концентрично продольной оси 2 клапана выполнено продольное отверстие 3. В продольном отверстии 3 расположена, например, трубчатая игла 5 клапана, нижний конец 6 которой по ходу потока соединен со сферическим запорным элементом 7 клапана, на периферии которого предусмотрено, например, пять круговых лысок 8.

Клапанная форсунка имеет выполненный известным образом привод, например электромагнитный. Для осевого перемещения иглы 5 и тем самым для открытия клапанной форсунки против действия не показанной возвратной пружины, соответственно для закрытия служит схематично изображенная на фиг. 1 электромагнитная цепь, состоящая из катушки 10 обмотки возбуждения, якоря 11 и сердечника 12. Якорь 11 соединен с иглой 5 на ее противоположном запорному элементу 7 конце, например, сварным швом, выполненным с помощью лазера, и установлен на одной оси с сердечником 12.

Направляющей запорного элемента 7 при его осевом перемещении служит направляющее отверстие 15 в образующей седло клапана седельной втулке 16 (далее седельной втулке 16). Эта цилиндрическая седельная втулка 16 вставлена с нижнего по ходу потока и противоположного от сердечника 12 конца корпуса 1 в продольное отверстие 3, концентричное продольной оси 2 клапана. Диаметр седельной втулки 16 несколько меньше диаметра продольного отверстия 3 корпуса 1. На нижней, противоположной запорному элементу 7 торцевой стороне 17 седельной втулки 16 предусмотрен кольцевой паз 18. К нижней торцевой стороне 17 седельной втулки 16 своей верхней торцевой стороной 19 прилегает донная часть 20, например, чашечной распылительной шайбы 21, концентрично и жестко соединенная со втулкой первым сварным швом 31. В центральной зоне 24 донная часть 20 шайбы 21 имеет по меньшей мере одно распылительное отверстие 25, а в данном примере четыре распылительных отверстия 25, выполненных путем электроэрозионной обработки или штамповки.

К донной части 20 чашечной шайбы 21 примыкает кольцевой крепежный буртик 26, который в осевом направлении проходит в противоположную от седельной втулки 16 сторону и конически отогнут наружу от своего конца 27. Поскольку диаметр седельной втулки 16 меньше диаметра продольного отверстия 3 корпуса 1 клапана, радиальное сжатие имеет место лишь между продольным отверстием 3 и слегка конически отогнутым наружу крепежным буртиком 26 распылительной шайбы 21.

Глубина, на которую седельный узел, состоящий из седельной втулки 16 и чашечной распылительной шайбы 21, утоплен в продольное отверстие 3, определяет предварительную настройку хода иглы 5 клапана, поскольку одно из конечных положений иглы 5 при невозбужденной катушке 10 обмотки возбуждения задается упором запорного элемента 7 в опорную поверхность 29 седла в седельной втулке 16. Другое конечное положение иглы 5 при возбужденной катушке 10 обмотки возбуждения определяется, например, упором якоря 11 в сердечник 12. Расстоянием между этими обоими конечными положениями иглы 5 определяется, таким образом, величина хода иглы.

Крепежный буртик 26 распылительной шайбы 21 своим концом 27 плотно и жестко соединен со стенкой продольного отверстия 3. С этой целью между концом 27 крепежного буртика 26 и стенкой продольного отверстия 3 предусмотрен второй кольцевой сварной шов 30. За пределами центральной зоны 24 между пазом 18 и боковой стенкой седельной втулки 16 на нижней торцевой стороне 17 образована сварная кромка 33, по которой донная часть 20 первым сварным швом 31 плотно соединена с седельной втулкой 16. Плотное соединение седельной втулки 16 с распылительной шайбой 21, а также распылительной шайбы 21 с корпусом 1 клапана необходимо для того, чтобы топливо не могло протекать между стенкой продольного отверстия 3 корпуса 1 и стенкой седельной втулки 16 к распылительным отверстиям 25 или между стенкой продольного отверстия 3 корпуса 1 клапана и крепежным буртиком 26 чашечной распылительной шайбы 21 непосредственно в воздухозаборный трубопровод двигателя внутреннего сгорания.

Сферический запорный элемент 7 взаимодействует с конически сужающейся в направлении течения топлива опорной поверхностью 29 седельной втулки 16, выполненной в осевом направлении между направляющим отверстием 15 и выпускным отверстием 32 в нижней торцевой стороне 17 седельной втулки 16. Седельная втулка 16 имеет обращенное к катушке 10 обмотки возбуждения отверстие 34, диаметр которого больше диаметра направляющего отверстия 15 седельной втулки 16.

Для точного центрирования запорного элемента 7 и тем самым иглы 5 клапана при их осевом перемещении направляющее отверстие 15 выполнено с таким диаметром, что сферический запорный элемент 7 за пределами его лысок 8 проходит сквозь направляющее отверстие 15 с небольшим радиальным зазором. Центральная зона 24 донной части 20 распылительной шайбы 21 выгнута из плоскости донной части 20, например, в направлении течения топлива, т.е. в другую сторону от седла 7 клапана, благодаря чему в центральной зоне образуется выпуклость 36. Между торцевой стороной 17 запорного элемента 7, опорной поверхностью 29 седла и стенкой выпуклости 36, соответственно верхней торцевой стороной 19 распылительной шайбы 21 образуется камера 37, в которую при отведенном от опорной поверхности 29 седла запорном элементе 7 первоначально попадает топливо, т.е. до того, как оно в дозируемом распылительными отверстиями 25 количестве будет впрыснуто в воздухозаборный трубопровод двигателя внутреннего сгорания.

Точная регулировка хода запорного элемента 17 клапана осуществляется степенью прогиба распылительной шайбы 21 между сварными швами 30, 31 в осевом направлении.

Благодаря наличию на нижней торцевой стороне 17 седельной втулки 16 кольцевого паза 18 при выполнении первого сварного шва 31 на шайбе 21 и сварной кромке 33 обеспечивается дросселирование теплопередачи к опорной поверхности 29 седла и, следовательно, обусловленные термическими и механическими нагрузками напряжения появляются только в сварной кромке 33 и не действуют на опорную поверхность 29 седла. Благодаря этому сохраняется круглость опорной поверхности 29 седла, обеспечивающая герметичность клапанной форсунки в закрытом состоянии. Действие термических и механических нагрузок на опорную поверхность 29 седла, обусловленных первым сварным швом 31, снижается до минимума в том случае, когда первый сварной шов 31 расположен вблизи боковой поверхности седельной втулки 16, а радиальное расстояние от паза 18 до первого сварного шва 31 меньше расстояния от него же до выпускного отверстия 32, благодаря чему сварная кромка 33 является максимально узкой.

В примере выполнения согласно фиг. 2 те же, что и на фиг. 1, и выполняющие ту же функцию элементы обозначены одинаковыми позициями. В отличие от примера по фиг. 1, в примере согласно фиг. 2 в зоне нижней торцевой стороны 17 седельной втулки 16 предусмотрено примыкающее к продольному отверстию 3 и проходящее в противоположную от запорного элемента 7 сторону расширенное отверстие 40, которое имеет большее по сравнению с продольным отверстием 3 поперечное сечение. Крепежный буртик 26 распылительной шайбы 21 проходит до стенки расширенного отверстия 40, с которой он плотно соединен вторым кольцевым сварным швом 30. Таким образом между шайбой 21, боковой стенкой седельной втулки 16 и стенкой расширенного отверстия 40 в этой зоне образуется проходящий до места перехода в продольное отверстие 3 воздушный кольцевой зазор 41, благодаря которому при выполнении второго сварного шва 30 теплопередача от корпуса 1 клапана на седельную втулку 16 происходит не столько в зоне нижней торцевой стороны 17, сколько в первую очередь по дросселирующему теплопроводность теплопроводящему участку, удлиненному в направлении продольной оси 2 клапана на величину, равную осевой длине воздушного кольцевого зазора 41. Кроме того, это увеличивает радиальное расстояние между сварными швами 30, 31, поскольку облегчается прогиб шайбы 21 в этой зоне для регулировки хода запорного элемента 7 клапана. Воздушный кольцевой зазор 41 имеет, например, радиальную ширину около 0,2 мм и осевую длину, например, около 1 мм. Паз 18 имеет, например, радиальную ширину около 0,6 мм и глубину около 0,5 мм.

Формула изобретения

1. Клапанная форсунка для впрыскивания топлива для двигателей внутреннего сгорания, содержащая корпус, подвижный запорный элемент, взаимодействующий с опорной поверхностью седла, выполненной на образующей седло клапана втулке и переходящей на ее нижнем по ходу потока топлива конце в выпускное отверстие, которое проходит до нижней торцевой стороны втулки, и соединенную первым сварным швом с нижней торцевой стороной втулки распылительную шайбу, в которой предусмотрено по меньшей мере одно распылительное отверстие, отличающаяся тем, что в нижней торцевой стороне (17) втулки (16) между выпускным отверстием (32) и первым сварным швом (31) предусмотрен паз (18), окружающий с радиальным промежутком выпускное отверстие (32).

2. Клапанная форсунка по п.1, отличающаяся тем, что первый сварной шов (31) расположен вблизи боковой стенки, образующей седло клапана втулки (16), а радиальное расстояние от паза (18) до первого сварного шва (31) меньше, чем до выпускного отверстия (32).

3. Клапанная форсунка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпус (1) имеет продольное отверстие (3), в которое вставлена образующая седло клапана втулка (16), а в зоне нижней торцевой стороны (17) втулки (16) в направлении, противоположном запорному элементу (7) клапана, к продольному отверстию (3) примыкает расширенное отверстие (40) с большим поперечным сечением.

4. Клапанная форсунка по п.3, отличающаяся тем, что распылительная шайба (21) соединена со стенкой расширенного отверстия (40) вторым сварным швом (30).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2