Топливная форсунка с состоящим из двух частей якорем электромагнита - RU2517518C2

Чертежи

Описание

Уровень техники

Для подачи топлива в камеры сгорания в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего дизельных двигателях, могут использоваться управляемые по давлению и управляемые по величине хода системы впрыскивания топлива. В качестве систем впрыскивания топлива используются насос-форсунки, насос-форсунки с электромагнитным управлением и промежуточным между насосом и форсункой топливопроводом высокого давления, а также системы впрыскивания топлива с так называемым топливным аккумулятором высокого давления. В системах впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления (называемых также системами с топливным аккумулятором высокого давления или системами "common rail") находящееся под высоким давлением топливо (например, топливо под давлением свыше 1000 бар) подводится в топливную форсунку из общей топливной магистрали высокого давления. Преимущество топливных форсунок, используемых в системах "common rail", состоит в возможности эффективного согласования давления впрыскивания с нагрузкой ДВС и частотой вращения его вала. Рассмотренное в последующем описании изобретение относится прежде всего к топливным форсункам для систем "common rail", однако в принципе может использоваться и применительно к топливным форсункам иных типов.

В обычных топливных форсунках, применяемых в системах "common rail", для открытия топливной форсунки, т.е. для инициирования процесса впрыскивания топлива, и для последующего ее закрытия, как правило, используется привод. В качестве такового могут, например, использоваться электромагнитные или пьезоэлектрические приводы, при этом рассмотренное в последующем описании изобретение относится к топливным форсункам, в которых применяются электромагнитные приводы.

В подобных топливных форсунках с гидроклапанами, оснащенными электромагнитными приводами, стремятся прежде всего к обеспечению уравновешенности гидроклапанов по давлению. Сказанное означает, что запирающее усилие гидравлических клапанов, т.е. усилие, с помощью которого гидроклапаны обеспечивают герметичность управляющей полости топливной форсунки для поддержания необходимого давления в этой управляющей полости, не зависит от давления в системе, соответственно в общей топливной магистрали высокого давления. Достигается это благодаря тому, что для создания уплотняющего эффекта гидроклапанов не требуется преодолевать существующее давление. Тем самым при меньших величинах хода клапанного элемента (затвора) гидроклапаны можно прежде всего выполнять с большим проходным сечением.

Использование подобных уравновешенных по давлению электромагнитных клапанов позволяет добиться значительных улучшений с точки зрения многоразового впрыскивания топлива форсункой. Стабильность топливных форсунок с уравновешенными по давлению электромагнитными гидроклапанами существенно повышается прежде всего благодаря исключительно малой величине хода их клапанного элемента (затвора), которая может быть, например, на примерно 50% меньше величины хода клапанного элемента у топливных форсунок с сопоставимыми шариковыми клапанами.

Однако недостаток подобных топливных форсунок состоит в том, что при закрытии электромагнитного клапана происходит дребезг его якоря. По причине такого дребезга минимальный интервал времени между последовательными процессами срабатывания электромагнитного клапана обычно ограничен 200-250 мкс. Обусловлено это прежде всего тем, что на протяжении всего срока службы электромагнитного клапана уже небольшие изменения в "дребезговых" характеристиках якоря могут привести к значительному дрейфу количества впрыскиваемого топлива, когда при многоразовом впрыскивании топлива дребезг якоря при закрытии электромагнитного клапана еще не завершился в момент подачи управляющего сигнала на впрыскивание следующей порции топлива, например, на впрыскивание второй порции топлива. Однако во многих случаях необходимо, чтобы интервалы времени между последовательными процессами впрыскиваниями топлива, т.е. интервалы между отдельными процессами срабатывания гидроклапана, составляли не более примерно 100 мкс.

Краткое изложение сущности изобретения

Исходя из вышеизложенного, в изобретении предлагается топливная форсунка для впрыскивания топлива в камеру сгорания в ДВС, позволяющая по меньшей мере практически полностью устранить описанные выше недостатки известных топливных форсунок. Предлагаемая в изобретении топливная форсунка предназначена прежде всего для применения в системах "common rail", прежде всего в дизельных двигателях, однако может использоваться и по иному назначению. Предлагаемая в изобретении топливная форсунка позволяет прежде всего значительно уменьшить описанные выше явления дребезга якоря при закрытии электромагнитного клапана, что позволяет сократить интервалы времени между последовательными процессами впрыскивания топлива до менее 200 мкс. Одновременно с этим могут сохраняться все преимущества уравновешенных по давлению гидроклапанов.

Основная идея настоящего изобретения заключается в том, что дребезг якоря при закрытии электромагнитного клапана можно предотвратить, устранив жесткую связь между якорным стержнем и якорной пластиной. Благодаря этому удается дополнительно оптимизировать преимущества уравновешенного по давлению клапана, и прежде всего возможно достижение исключительно коротких интервалов времени между последовательными процессами впрыскивания топлива. Касательно изготовления, включая сборку, изобретение можно использовать в сочетании с топливными форсунками, оснащаемыми электромагнитными клапанами с цельным якорем, что, например, позволяет предлагать заказчикам предлагаемую в изобретении топливную форсунку с составным якорем как дополнительный вариант.

Выполнение якоря составным значительно упрощает его изготовление по сравнению с традиционными якорями электромагнитных клапанов. Помимо этого благодаря отсутствию жесткой связи между якорным стержнем и якорной пластиной существует возможность раздельной оптимизации каждой из этих деталей с точки зрения используемых для их изготовления материалов. Для изготовления якорного стержня и якорной пластины можно использовать разные материалы. Так, например, якорную пластину можно выполнять с оптимальными магнитными свойствами и с оптимальной геометрией, равно как и выполняемый отдельно от якорной пластины якорный стержень можно оптимизировать, например, с целью придания ему оптимальных запорных свойств и уменьшения его износа до минимально возможного. Тем самым при выборе материала для изготовления якорной пластины и при выборе ее геометрии не требуется учитывать износ седла затвора электромагнитного клапана. Выбор же соответствующего материала для изготовления якорного стержня, а также придание ему определенной геометрии позволяют добиться минимального его износа и обеспечить наличие у него оптимальных уплотняющих свойств. Помимо этого отпадает необходимость в использовании опорной тарелки пружины, поскольку вместо этого для компенсации избыточных размеров можно, например, использовать регулировочные кольца в качестве размерной группы.

Сборку предлагаемой в изобретении топливной форсунки можно выполнять, используя выполненный в виде узла якорь. Такой узел может, например, состоять, как это более подробно описано ниже, из якорной пластины, якорной втулки и регулировочного кольца, прежде всего серповидной шайбы. Подобный узел можно, например, предварительно собирать отдельно от собственно процесса сборки топливной форсунки и поставлять в виде готового предварительно собранного узла в процесс сборки собственно топливной форсунки.

Для реализации описанной выше лежащей в основе изобретения идеи топливная форсунка имеет подвижно установленный в ее корпусе управляющий впрыскиванием клапанный элемент для закрытия или открытия по меньшей мере одного распылительного отверстия. Такой управляющий впрыскиванием клапанный элемент может быть выполнен цельным или состоящим из нескольких частей.

Помимо этого предлагаемая в изобретении топливная форсунка имеет по меньшей мере один гидроклапан, который предназначен для управления перемещением управляющего впрыскиванием клапанного элемента путем изменения давления в по меньшей мере одной управляющей полости. При этом такой гидроклапан может быть выполнен, как описано выше, в виде уравновешенного по давлению клапана, т.е. в виде клапана, на который даже в его закрытом состоянии не действует высокое давление топлива, т.е., например, давление, преобладающее в общей топливной магистрали высокого давления. Подобный эффект может, например, достигаться благодаря тому, что гидроклапан не имеет никаких нагружаемых давлением топлива в направлении своего открытия или закрытия поверхностей, например, никаких поверхностей или плоских участков, расположенных перпендикулярно перекрываемому выходному отверстию сливного канала или дросселя.

Гидроклапан имеет по меньшей мере один электромагнитный привод с по меньшей мере одной катушкой и с по меньшей мере одним якорем. Якорь, в свою очередь, состоит из по меньшей мере одной взаимодействующей с электромагнитным приводом якорной пластины и по меньшей мере одного установленного подвижно относительно нее и управляющего давлением в управляющей полости якорного стержня. Подобный якорный стержень преимущественно предназначен для открытия или перекрытия по меньшей мере одного сливного дросселя, ведущего из управляющей полости, в соответствии с управлением электромагнитным приводом. Под якорным стержнем, таким образом, подразумевается запорный элемент, в принципе, произвольной формы, который может быть выполнен, например в виде продолговатого запорного элемента с произвольным поперечным сечением, например, в виде пальца сплошного сечения. Якорный стержень может быть также выполнен полым с несплошным сечением, такой вариант более подробно рассмотрен ниже на примере выполнения якорного стержня с предпочтительной втулкообразной формой.

Якорный стержень может быть прежде всего нагружен действующим в направлении закрытия гидроклапана первым усилием его упругого элемента, например спиральной пружины гидроклапана. Якорная пластина, в свою очередь, может быть прежде всего нагружена вторым, действующим против направления закрытия усилием по меньшей мере одного упругого элемента якоря, например спиральной пружины якоря. При этом в предпочтительном варианте такое второе усилие по величине меньше первого усилия.

Якорный стержень может быть установлен, например, внутри якорной пластины или с охватом ее, вследствие чего якорный стержень и якорная пластина имеют возможность перемещения относительно друг друга в направлении закрытия гидроклапана. При этом в предпочтительном варианте якорный стержень установлен относительно якорной пластины таким образом, что якорная пластина при своем перемещении в направлении открытия, обратном направлению закрытия гидроклапана, по меньшей мере после прохождения некоторого минимального расстояния увлекает в движение якорный стержень с открытием тем самым гидроклапана. Для такого увлечения в движение на якорном стержне и/или на якорной пластине можно предусмотреть, например, соответствующие уступы и/или иные поводковые устройства.

Якорный стержень может быть выполнен прежде всего втулкообразным и тем самым может иметь якорную втулку или может быть выполнен в виде нее. При этом в предпочтительном варианте такая якорная втулка подвижно в осевом направлении по скользящей посадке установлена на якорной пластине, прежде всего внутри нее. Выполнение якорного стержня втулкообразным в виде якорной втулки предпочтительно для выполнения гидроклапана уравновешенным по давлению согласно приведенному выше определению, поскольку якорную втулку можно использовать для того, чтобы по возможности исключить наличие всяких поверхностей, нагруженных давлением топлива в направлении, обратном направлению закрытия гидроклапана. В этом случае все гидравлические силы, воспринимаемые якорной втулкой, могут действовать в радиальном направлении, что исключает влияние на положение якорной втулки в осевом направлении, соответственно исключает приложение к ней гидравлической силы.

При применении якорной втулки в нее с той стороны ее полости, которая обращена к управляющей полости, можно вставить работающий на сжатие стержень для гидравлического уплотнения внутреннего пространства якорной втулки. Внутреннее пространство якорной втулки может быть выполнено прежде всего цилиндрическим, главным образом в форме кругового цилиндра и/или многогранного цилиндра (призмы). Наружный диаметр работающего на сжатие стержня может быть согласован с внутренним диаметром, соответственно с внутренними размерами внутреннего пространства якорной втулки, в котором работающий на сжатие стержень тем самым может быть установлен, например, по скользящей и плотной посадке. Работающий на сжатие стержень, якорная втулка и форсуночная деталь с выполненным в ней сливным дросселем, ведущим из управляющей полости, могут в этом случае ограничивать клапанную камеру, в которой гидравлические силы, обусловленные высоким давлением топлива, действуют только на работающий на сжатие стержень, но не на якорную втулку. Таким образом также можно обеспечить уравновешенность гидроклапана по давлению.

При использовании якорной пластины предпочтительно также наличие у топливной форсунки форсуночной детали, в которой выполнен по меньшей мере один сливной дроссель, ведущий из управляющей полости. Под сливным дросселем при этом в общем случае может подразумеваться ведущее из управляющей полости отверстие, которое при открытом гидроклапане ограничивает перетекание, соответственно управляет перетеканием топлива из управляющей полости в сливной топливопровод в контуре низкого давления.

При этом особенно предпочтителен вариант, в котором форсуночная деталь имеет входящий в якорную втулку по меньшей мере в закрытом состоянии гидроклапана выступ, прежде всего цилиндрический выступ. Такой выступ в его поперечном сечении может быть по меньшей мере на отдельных участках согласован с внутренними размерами внутреннего пространства якорной втулки, т.е. по меньшей мере на отдельных участках может иметь также, например, круглое сечение, многоугольное сечение или иное аналогичное сечение. Тем самым подобный выступ форсуночной детали одновременно может служить направляющей для якорной втулки, предпочтительно уплотняющей направляющей.

В указанном выступе может прежде всего располагаться выходное отверстие сливного дросселя, ведущего из управляющей полости. Такое выходное отверстие может располагаться, например, на обращенном от управляющей полости конце выступа. Однако альтернативно этому или дополнительно к этому по меньшей мере одно выходное отверстие может также располагаться в окружной шейке указанного выступа. Так, например, выступ может иметь сначала первый направляющий участок, затем указанную шейку с по меньшей мере одним выходным отверстием в ней и примыкающий к ней далее еще один направляющий участок. По меньшей мере один направляющий участок по своему наружному диаметру может быть при этом согласован с внутренним диаметром внутреннего пространства якорной втулки, т.е., например, также может иметь указанное выше круглое и/или многоугольное поперечное сечение.

Другие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к различным возможностям по регулированию величины хода клапанного элемента гидроклапана. Так, в частности, в одном из особенно предпочтительных вариантов якорный стержень с обращенной от управляющей полости стороны по меньшей мере частично окружен сменной регулировочной шайбой, прежде всего серповидной шайбой. Подобные регулировочные шайбы, которые можно, например, изготавливать и хранить с разными значениями их толщины, можно использовать для регулирования избыточного хода гидроклапана. Под избыточным ходом при этом подразумевается расстояние, на которое после отключения электромагнитного привода якорная пластина в силу своей собственной инерционности продолжает перемещаться по достижении якорным стержнем своего седла и тем самым своего закрытого положения.

С противоположной, обращенной к управляющей полости стороны также может быть предусмотрен соответствующий ограничитель избыточного хода, прежде всего регулируемый ограничитель избыточного хода. Такой ограничитель избыточного хода и в данном случае может быть выполнен в виде сменного ограничителя избыточного хода, например, также в виде сменной шайбы или сменного кольца. Этот ограничитель избыточного хода в принципе может располагаться между любой частью топливной форсунки, прежде всего ее корпусом, и якорной пластиной. Однако наиболее предпочтителен вариант, в котором якорная пластина имеет со своей обращенной от электромагнитного привода стороны направляющий выступ, например направляющий выступ в форме цилиндрической втулки, вставленный в предусмотренную у топливной форсунки и охватывающую его направляющую часть. Между этой направляющей частью, которая является, например, частью форсуночной детали, в которой расположен описанный выше сливной дроссель, и направляющим выступом при этом может располагаться по меньшей мере один ограничитель избыточного хода. Этот ограничитель избыточного хода, расположенный между направляющей частью и направляющим выступом, может быть выполнен, например, как описано выше, в виде сменной шайбы.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - вид в разрезе выполненной по первому варианту предлагаемой в изобретении топливной форсунки,

на фиг.2 - вид в плане якорной пластины, используемой в топливной форсунке, выполненной по показанному на фиг.1 варианту, и

на фиг.3 - вид в разрезе фрагмента выполненной по второму варианту предлагаемой в изобретении топливной форсунки.

На фиг.1 показана выполненная по первому варианту предлагаемая в изобретении топливная форсунка 110, изображенная в продольном разрезе плоскостью, в которой лежит ось 112 топливной форсунки. Такая топливная форсунка 110 имеет корпус 114, который на фиг.1 показан лишь частично. В корпусе 114 топливной форсунки подвижно в осевом направлении по скользящей посадке установлен управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116, который на приведенном на фиг.1 виде в разрезе показан лишь частично с изображением его плунжера 118. Управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116 может быть выполнен цельным или состоящим из нескольких частей и служит для открытия или закрытия по меньшей мере одного распылительного отверстия, которое на фиг.1 не показано.

Своим верхним концом плунжер 118 установлен во втулкообразном продолжении 120 форсуночной детали 122, между которой и верхней стороной плунжера 118 тем самым образуется управляющая полость 124. В эту управляющую полость через входной дроссель 126 может поступать находящееся под высоким давлением топливо, давление которого в управляющей полости 124 управляет положением плунжера 118 и тем самым управляющего впрыскиванием клапанного элемента 116.

Форсуночная деталь 122 имеет далее по меньшей мере частично цилиндрический корпус 128, который, снизу, т.е. в направлении закрытия управляющего впрыскиванием клапанного элемента 116, опирается на корпус 114 топливной форсунки. На этом корпусе 128 форсуночной детали сначала расположен уплотняющий уступ 130, а за ним - примыкающий к нему цилиндрический выступ 132.

В форсуночной детали 122 расположен сливной дроссель 134, ведущий из управляющей полости 124. Такой сливной дроссель 134 образован, если смотреть в направлении начиная от управляющей полости 124, сначала осевым отверстием 136 и следующими за ним в рассматриваемом варианте двумя проходящими наклонно к продольной оси 112 топливной форсунки дросселирующими отверстиями 138. Каждое из этих дросселирующих отверстий 138 оканчивается в одном из соответствующих выходных отверстий 140, предусмотренных в шейке 142 выступа 132. Над шейкой 142 выступ 132 вновь расширяется и имеет направляющий участок 144.

Через сливной дроссель 134 управляющую полость 124 можно соединять со (не показанным на фиг.1) сливным топливопроводом в контуре низкого давления, что позволяет путем открытия, соответственно закрытия сливного дросселя 134 управлять давлением в управляющей полости 124, а тем самым и положением управляющего впрыскиванием клапанного элемента 116.

Для открытия, соответственно закрытия выходного отверстия 140 сливного дросселя 134 в топливной форсунке 110 предусмотрен гидроклапан 146, который выполнен в виде электромагнитного клапана. Такой гидроклапан 146 имеет электромагнитный привод 148 с катушкой 150 и сердечником 152, расположенными осесимметрично.

Электромагнитный привод 148 имеет также якорь 154. Якорь 154 нагружен в направлении закрытия усилием пружины 158, установленной в центральной полости 156 сердечника 152. В направлении, обратном направлению закрытия, якорь 154 нагружен усилием пружины 160, опирающейся на корпус 128 форсуночной детали.

В рассматриваемом варианте якорь 154 выполнен состоящим из двух частей, одной из которых является якорная пластина 162, а другой - якорный стержень 164.

Якорная пластина 162 на своем обращенном к сердечнику 152 конце имеет тарелку 166 в виде осесимметричного диска. В направлении закрытия к этой тарелке 166 примыкает имеющий форму полого цилиндра направляющий выступ 168. Якорная пластина 162 взаимодействует с катушкой 150 и в соответствии с этим может быть изготовлена из оптимизированного для электромагнитного приведения в действие материала.

Внутри направляющего выступа 168 в рассматриваемом варианте подвижно по скользящей посадке установлен якорный стержень 164. Такой якорный стержень 164 в рассматриваемом варианте выполнен в виде якорной втулки 170. Эта якорная втулка 170 ограничивает цилиндрическое внутреннее пространство 172, в которое по скользящей и плотной посадке вставлен направляющий участок 144 выступа 132.

На своем нижнем конце якорная втулка 170 имеет уплотняющую кромку 174, которая в показанном на фиг.1 закрытом состоянии гидроклапана 146 прилегает к уплотняющему уступу 130 форсуночной детали 122 с образованием герметичного седла. Таким путем в показанном на фиг.1 закрытом состоянии гидроклапана якорная втулка 170 закрывает сливной дроссель 134, и поэтому в управляющей полости 124 преобладает высокое давление, под действием которого управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116 прижимается к своему не показанному на фиг.1 седлу и перекрывает по меньшей мере одно распылительное отверстие.

Показанный на фиг.1 гидроклапан 146 выполнен при этом в виде уравновешенного по давлению клапана, поскольку на него и прежде всего на якорный стержень 164 в осевом направлении не могут действовать никакие гидравлические силы. Давление, которое передается из управляющей полости 124 через сливной дроссель 134 на шейку 142, может действовать лишь в радиальном направлении на внутреннюю стенку якорной втулки 170.

На своем верхнем обращенном к сердечнику 152 конце якорный стержень 164 имеет регулировочную шайбу 176, которая вставлена в круговую канавку в якорной втулке 170. Такая регулировочная шайба 176 в рассматриваемом варианте выполнена, например, в виде серповидной (дугообразной) шайбы 178, как это следует, например, из приведенного на фиг.2 вида в плане якоря 154. На этом чертеже не показан регулировочный диск 184 для выставления остаточного воздушного зазора. На своем нижнем конце якорная втулка 170 имеет, как показано на фиг.1, уступ 180, который ограничивает перемещение или ход якорной пластины 162 вниз и который тем самым служит ограничителем 182 избыточного хода якорной пластины. При сборке для установки якоря 154 сначала якорную втулку 170 можно вдвинуть снизу в направляющий выступ 168, а затем на верхнем конце вставить серповидную шайбу 178 в канавку в якорной втулке 170. В рассматриваемом варианте пружина 158 при этом опирается на серповидную шайбу 178, однако в других вариантах может также опираться на другие части якорного стержня 164, например на якорную втулку 170.

Пружина 160 якоря своим верхним концом опирается на тарелку 166. Однако возможно также использование опоры иного типа. Установка якорной втулки 170 в якорной пластине 162 по скользящей посадке допускает возможность относительного перемещения между якорной пластиной 162 и якорным стержнем 164, которое сверху ограничено серповидной шайбой 178, а снизу - уступом 180. На верхней стороне тарелки 166 помимо этого может быть предусмотрен еще регулировочный диск 184 в виде одного или нескольких дисков, позволяющий выставлять или регулировать остаточный воздушный зазор между сердечником 152 и якорем 154. Вместо регулирования или дополнительно к регулированию регулировочным диском 184 остаточный воздушный зазор между сердечником 152 и якорем 154 может быть выполнен также в виде воздушного зазора. Так, например, ограничитель хода якорного стержня 164, соответственно его якорной втулки 170, может быть также реализован иначе, а не только за счет использования регулировочного диска.

При приведении в действие гидроклапана 146, т.е. при подаче электрического тока на катушку, в электромагнитном приводе 148 создается подъемная сила. При этом якорная пластина 162 притягивается катушкой 152 вверх на фиг.1. Соединенная с якорным стержнем 164 с геометрическим замыканием серповидная шайба 178 действует в качестве поводка (ведущей детали) и обеспечивает перемещение якорной втулки 170 якорной пластиной 162 вместе с ней вверх. В результате этого уплотняющая кромка 174 приподнимается со своего седла на уплотняющем уступе 130, обеспечивая таким путем возможность сброса давления из управляющей полости 124 через сливной дроссель 134 в сливной топливопровод в контуре низкого давления и тем самым возможность перемещения управляющего впрыскиванием клапанного элемента 116 вверх на фиг.1 для открытия им распылительных отверстий. Для закрытия управляющего впрыскиванием клапанного элемента 116, а тем самым и для закрытия топливной форсунки 110 электромагнитный привод 148 отключают или снижают создаваемую им подъемную силу, в результате чего якорный стержень 164 усилием пружины 158 вновь прижимается к своему седлу, после чего давление в управляющей полости 124 вновь может повышаться до высокого. Затем управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116 вновь закрывается.

Регулировочный диск 184 для выставления остаточного воздушного зазора в предпочтительном варианте может быть зажат под серповидной шайбой 178 и таким путем может удерживаться последней в определенном положении. На время между двумя последовательными циклами впрыскивания топлива якорная пластина 162 пружиной 160 удерживается в определенном положении, соответственно помещается в него. Усилие пружины 160 якоря следует при этом выбирать минимально возможным, предпочтительно максимум 3-4 ньютона. После отключения электромагнитного привода 148, соответственно после снижения создаваемой им подъемной силы, пружина 158 вновь, как описано выше, прижимает якорный стержень 164 к его седлу. Сразу же по достижении якорным стержнем 164 своего седла якорная пластина 162 из-за своей инерционности продолжает двигаться далее. Подобное расстояние, дополнительно проходимое якорной пластиной и называемое также избыточным ходом, обозначено на фиг.1 через а. На фиг.1 указаны также другие величины, а именно: x (толщина серповидной шайбы 178), z (осевая длина якорной пластины 162) и y (расстояние между верхней стороной серповидной шайбы 178 и нижней стороной якорной пластины 162). Отсюда следует, что толщина x серповидной шайбы 178 вычисляется на основании величин a, y и z как x=a-y+z.

Избыточный ход а якорной пластины ограничивается упором 182, который в данном случае образован уступом 180 на верхней стороне буртика 186 якорной втулки 170. Избыточный ход а якорной пластины предпочтительно не должен превышать 10 мкм. Если в отдельных случаях допуски на размеры отдельных деталей, которыми определяется величина избыточного хода а якорной пластины, оказываются больше тех, чем того требует допуск на избыточный ход a, существует возможность регулирования величины избыточного хода a с помощью регулировочного кольца (размерные группы). В подобном случае перед сборкой необходимо измерить обозначенные на фиг.1 через y и z размеры и затем подобрать соответствующую регулировочную шайбу 176 (размер x на фиг.1).

На фиг.3 показана выполненная по второму варианту предлагаемая в изобретении топливная форсунка 110. Конструкция и принцип работы такой топливной форсунки 110, по существу, соответствуют конструкции и принципу работу топливной форсунки в показанном на фиг.1 варианте ее выполнения, и поэтому в отношении общих для обоих вариантов моментов в основном можно сослаться на приведенное выше описание. Выполненная по второму варианту топливная форсунка 110 также имеет корпус 114, в котором установлен управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116 с плунжером 118. Над плунжером 118 в форсуночной детали 122 также образована управляющая полость 124, в которую через входной дроссель 126 может поступать находящееся под высоким давлением топливо. Давление из управляющей полости 124 также может сбрасываться через выполненный в форсуночной детали 122 сливной дроссель 134, который в показанном на фиг.3 варианте в отличие от показанного на фиг.1 варианта образован только осевым отверстием 136. Такое осевое отверстие 136 оканчивается во внутреннем пространстве имеющей форму цилиндрической втулки направляющей части 188 форсуночной детали 122 и может перекрываться, соответственно открываться гидроклапаном 146.

Такой гидроклапан 146 по своей конструкции принципиально аналогичен гидроклапану 146, показанному на фиг.1. При этом на фиг.3 электромагнитный привод 148 показан лишь частично с изображением только части сердечника 152 его электромагнита. Катушка 150, которая по своему конструктивному исполнению может быть, например, аналогична изображенной на фиг.1 катушке, на фиг.3 не показана.

Электромагнитный привод 148 в показанном на фиг.3 варианте также имеет якорь 154 с якорной пластиной 162 и якорным стержнем 164. Якорная пластина 162 и в данном случае выполнена с тарелкой 166 и направляющим выступом 168. Направляющий выступ 168 имеет на своем нижнем конце суженную часть 190, которая выполнена цилиндрической формы и наружный диаметр которой соответствует внутреннему диаметру направляющей части 188. Направляющий выступ 168 тем самым может направленно перемещаться в направляющей части 188 форсуночной детали 122.

В цилиндрическом внутреннем пространстве якорной пластины 162 по плотной и подвижной в осевом направлении посадке установлен якорный стержень 164. Якорная втулка 170 в данном случае также выполнена трубчатой формы и имеет на своем нижнем конце посадочную (запирающую) кромку 192, например, отсечную остроугольную или остроконечную кромку, плоское седло или коническое седло, которая в показанном на фиг.3 закрытом состоянии опущена на герметичное седло 194 внутри направляющей части 188 форсуночной детали 122 и герметично перекрывает выходное отверстие 140 сливного дросселя 134.

Внутри трубчатой якорной втулки 170 в показанном на фиг.3 варианте установлен цилиндрический работающий на сжатие стержень 196. Такой цилиндрический работающий на сжатие стержень на своем верхнем конце опирается на сердечник 152 или на иную деталь электромагнитного привода 148. Наружный диаметр работающего на сжатие стержня 196 соответствует внутреннему диаметру трубчатой якорной втулки 170, которая тем самым по скользящей посадке установлена на этом работающем на сжатие стержне 196, который, однако, обеспечивает герметичное уплотнение управляющей полости 124. Гидравлическим давлением в управляющей полости 124, которое через сливной дроссель 134 передается на работающий на сжатие стержень 196, он прижимается вверх к сердечнику 152.

Якорный стержень 164 на своем верхнем, обращенном от управляющей полости 124 конце и в данном случае имеет поводок в виде буртика. Такой буртик также может быть выполнен в виде регулировочной шайбы 176 или серповидной шайбы 178 и может быть соединен с якорной втулкой 170 также с силовым замыканием. Вместо этого или дополнительно к этому буртик может быть также выполнен иным образом, например, может являться частью самой якорной втулки 170. Под серповидной шайбой 178 также может быть расположен регулировочный диск 184 для выставления остаточного воздушного зазора.

Принцип работы топливной форсунки 110 в показанном на фиг.3 варианте ее выполнения в основном соответствует принципу работы топливной форсунки в показанном на фиг.1 варианте ее выполнения. Используемый гидроклапан 146 в данном случае также представляет собой уравновешенный по давлению клапан, поскольку на якорь 154 в осевом направлении не действуют никакие гидравлические силы. Сразу же при подаче электрического тока на электромагнитный привод 148 якорная пластина 162 притягивается катушкой 150 и перемещается вверх. Благодаря наличию буртика в виде серповидной шайбы 178 на якорном стержне 164 он также перемещается якорной пластиной 162 вверх вместе с ней. Зажим регулировочного диска 184 для выставления остаточного воздушного зазора также предназначен для его удержания в определенном положении.

Якорная пластина 162 при своем описанном выше движении вверх направленно перемещается в направляющей части 188 своим направляющим выступом 168. Пружиной 160 якоря якорная пластина 162 удерживается в определенном положении. Усилие этой пружины 160 и в данном случае необходимо выбирать минимально возможным, например, также ограничивать максимальной величиной в 3-4 ньютона. В результате такого перемещения якорного стержня 164 вверх открывается выходное отверстие 140 сливного дросселя, и давление в управляющей полости 124 сбрасывается, вследствие чего управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116 может перемещаться вверх и открывать по меньшей мере одно распылительное отверстие.

Для завершения процесса впрыскивания топлива отключают электромагнитный привод 148 или уменьшают силу подаваемого на него электрического тока. В результате этого пружина 158 клапана отжимает якорный стержень 164 обратно к его седлу. Сразу же по достижении якорным стержнем своего седла выходное отверстие 140 сливного дросселя перекрывается, и давление в управляющей полости 124 в результате поступления в нее топлива через входной дроссель 126 вновь возрастает до высокого, вследствие чего управляющий впрыскиванием клапанный элемент 116 вновь перемещается вниз и перекрывает по меньшей мере одно распылительное отверстие.

Сразу же по достижении якорным стержнем 164 своего седла якорная пластина 162 вновь из-за своей инерционности продолжает перемещаться далее вниз, в результате чего возникает ее избыточный ход a.

Величина такого избыточного хода а якорной пластины ограничивается предназначенным для этого ограничителем 182. Такой ограничитель 182 избыточного хода в рассматриваемом варианте образован верхней стороной направляющей части 188. Вместе с тем между направляющей частью 188 и уступом 198 на конце суженной части 190 направляющего выступа 168 якорной пластины 162 необязательно может быть предусмотрен сменный ограничитель 182 избыточного хода в виде регулировочного кольца 200, как это показано на фиг.3. Такое регулировочное кольцо 200 может быть выполнено прежде всего в виде сменного регулировочного кольца, благодаря чему и ограничитель 182 избыточного хода также может быть выполнен в виде сменного ограничителя 182. Возможно и иное выполнение ограничителя 182 избыточного хода, например, выполнение уступа 180 не на направляющем выступе 168 якорной пластины 162, а, например, на направляющей части 188. Возможно также использование иных типов ограничителя избыточного хода или комбинаций подобных ограничителей избыточного хода. В целом же величина избыточного хода a и в данном случае предпочтительно не должна превышать 10 мкм. Минимальный избыточный ход а ограничивается величиной максимального износа, соответственно обусловленным им дрейфом величины хода якоря в седле. Обычно износ, соответственно дрейф величины хода якоря составляет менее 4 мкм, откуда следует, что нижнее предельное значение величины избыточного хода а может составлять около 5 мкм.

В отношении предпочтительных допусков на размеры можно сослаться на рассмотренный выше и показанный на фиг.1 вариант. Если же в отдельном случае допуски на размеры отдельных деталей, которыми определяется величина избыточного хода а якорной пластины, также оказываются больше тех, чем требуется, и в данном варианте существует возможность регулирования величины избыточного хода a с помощью дополнительного регулировочного кольца, например, регулировочного кольца 182, 200. В подобном случае перед сборкой также необходимо измерить обозначенные на фиг.3 через y и z размеры с тем, чтобы затем можно было подобрать регулировочное кольцо 200 с соответствующим размером x.

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет, по меньшей мере, практически полностью устранить явление дребезга якоря при закрытии электромагнитного клапана, что позволяет сократить интервалы времени между последовательными процессами впрыскивания топлива. Топливная форсунка для впрыскивания топлива в камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания, прежде всего для применения в системах "common rail", имеет по меньшей мере один подвижно установленный в ее корпусе управляющий впрыскиванием клапанный элемент для закрытия или открытия по меньшей мере одного распылительного отверстия, а также имеющая по меньшей мере один гидроклапан, который предназначен для управления перемещением управляющего впрыскиванием клапанного элемента путем изменения давления в по меньшей мере одной управляющей полости и который имеет электромагнитный привод с по меньшей мере одной катушкой и с по меньшей мере одним якорем, который состоит из по меньшей мере одной взаимодействующей с электромагнитным приводом якорной пластины и по меньшей мере одного установленного подвижно относительно нее и управляющего давлением в управляющей полости якорного стержня. Якорный стержень выполнен в виде якорной втулки, которая подвижно в осевом направлении по скользящей посадке установлена на якорной пластине. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула