RU2064074C1 - Electromagnetic nozzle - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engine fuel injection devices. SUBSTANCE: nozzle has valve unit consisting of valve seat and needle. Working stroke of needle is equal to axial clearance between locking member and stop. Needle is mated with armature of electromagnet with provision of residual axial clearance between armature and counterpole, with valve unit being open. Locking member and armature are made in form of parts independent from needle, embracing the needle and installed with tight fit for displacement along needle axis, when assembling the nozzle, with use of gaskets to provide required working stroke and residual axial clearance which facilitates manufacture of nozzle and cuts down cost of manufacture. Armature and locking member can be fixed in positions providing required clearance by electronic or laser spot welding. EFFECT: facilitated manufacture of nozzle, cut down cost of manufacture. 3 dwg

Description

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. The invention relates to fuel supply systems for internal combustion engines, namely, to fuel-spraying equipment with an electric drive, and is intended for use in a nozzle for injecting fuel at low pressure into the engine intake tract.

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. Known electromagnetic nozzles, for example, presented in the journal "Automotive Industries" for February 1986, p. 55 56. In this design, which has a valve assembly consisting of a valve seat and a needle, the latter has an anchor rigidly fixed on it, which is remote from the counter pole by the amount necessary to actuate and release the valve at a given time, that is, to obtain sufficient valve performance. The force developed by the electromagnet is inversely proportional to the square of the gap between the armature and the counter pole. To limit the course of the anchor, the needle is equipped with a locking element in the form of a single shoulder, spaced relative to the stop.

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. To ensure the required values of the needle travel and the residual gap between the armature and the counter pole, necessary to obtain the required performance indicators of the nozzle and ensure their stability during its operation, individual superfinishing of the relevant parts is used, as well as the measurement of all linear dimensions of the parts that affect the gap between the shoulder needle and thrust, and residual clearance. Then, a calibration washer is installed in the nozzle, which compensates for the total variation in the dimensions of the parts. Such a design for its manufacture requires expensive control of the linear dimensions of the parts for each nozzle and the use of selective assembly using a set of expansion washers of various sizes. The complexity of manufacturing such nozzles is very high.

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. Also known is the nozzle adopted as a prototype, described in the journal "Automotive Engineering" for April 1987, p. 45 47 (see annex). It contains a valve assembly consisting of a valve seat and a valve needle having a stroke equal to the axial clearance between its locking element and the stop. The needle is coupled to the armature of the electromagnet to provide a residual axial clearance between the armature and the counterpole of the electromagnet with the valve assembly open.

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. In this design, the locking element is made in one piece with the needle in the form of a shoulder. The emphasis for it is a lock washer, under which the landing plane of the body is prepared by superfinishing. The anchor is rigidly fastened to the needle, and the gap between it and the counterpole is maintained, as in the nozzle described above, by individual measurement of the chain dimensions.

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. Thus, the design of the known nozzle to obtain accurate gaps, providing the necessary speed and performance, requires significant costs due to the high complexity of its manufacture and assembly.

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. The basis of the invention is the task of creating an electromagnetic nozzle containing a valve assembly consisting of a valve seat and a valve needle having a stroke equal to the axial clearance between its locking element and the stop, and associated with the armature of the electromagnet to ensure residual axial clearance between the armature and the counterpole of the electromagnet when the valve assembly is open, the locking element of the needle and the armature of the electromagnet are made in the form of parts separate from the needle, covering it and installed on it in a tight fit with possible Stu their displacement along the needle when the nozzle assembly for setting the desired values of the working stroke and residual axial clearance, i.e. to adjust the gaps.

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. This embodiment of the nozzle allows you to obtain the necessary operational characteristics without resorting to high-precision processing of several surfaces and individual measurement of the linear dimensions of the parts that determine the course of the needle and the residual gap. This allows you to significantly expand the tolerances on the dimensions of these parts, reduce the complexity, reduce the cost of production, ensure automation of the assembly while maintaining the quality of the manufactured nozzles, as well as reducing and correcting defects in their production. These advantages are provided by the possibility of displacement of the locking element and the armature of the electromagnet along the needle when assembling the nozzle. Moreover, it is enough to have two process gaskets. Using one of them, the valve assembly is preassembled without installing an anchor, made in the form of a separate part, on the valve needle.

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. In this case, the locking element occupies a strictly defined position along the needle axis, which ensures the required working stroke of the needle. Then, having removed the first gasket, a second one is installed, the anchor on the needle is shifted to a position that provides the required residual gap between it and the counter pole, after which the second gasket is removed and a needle is assembled with the locking element and the armature ensuring accurate alignment of the stroke and residual clearance.

Вместо прокладок для установки на игле стопорного элемента и якоря могут быть использованы соответствующие простейшие технологические приспособления. Instead of gaskets for installing the locking element and the armature on the needle, the corresponding simplest technological devices can be used.

В случае особой необходимости возможна фиксация достигнутого положения стопорного элемента и якоря на игле, например, посредством лазерной или электронно-лучевой сварки. In case of special need, it is possible to fix the achieved position of the locking element and the armature on the needle, for example, by laser or electron beam welding.

Затем собранную со стопорным элементом и якорем иглу устанавливают в седло клапана и завершают сборку форсунки. Then, the needle assembled with the locking element and the anchor is installed in the valve seat and the nozzle assembly is completed.

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.The invention is illustrated by drawings:
in FIG. 1 is a longitudinal section through an electromagnetic nozzle;
in FIG. 2 details of the dimensional chain, including technological gaskets in the places of axial clearance;
in FIG. 3 shows the type of technological laying.

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. The electromagnetic nozzle consists of a housing 1, in which an electromagnet coil 2 is installed with a counter pole 3 inside. The valve assembly consists of a valve needle 4 with an armature 5, pressed by the force of a spring 6 to the valve seat 7. Power is supplied through the plug connector 8, and the fuel through the nozzle 9. A locking element 10 is mounted on the needle 4, which can contact the stop 11, tightly pressed to the housing by a spring 12 through the sleeve of the magnetic circuit 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. When the valve is closed, the axial clearance "A" between the locking element 10 and the stop 11 determines the stroke of the needle 4 of the valve. Between the counter pole 3 and the armature 5 there is an axial clearance "B", which is greater than the clearance "A" by the amount of the specified residual air gap.

На фиг. 2 дополнительно указаны технологические прокладки 14 и 15 и места точечной сварки 16. На фиг. 3 показан паз 17 в прокладке 14. In FIG. 2 further indicates the process gaskets 14 and 15 and the spot welding spot 16. In FIG. 3 shows a groove 17 in the gasket 14.

Форсунка работает следующим образом. The nozzle works as follows.

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). When power is supplied to the coil of the coil 2 of the electromagnet, the needle 4 of the valve is attracted to the counter pole 3 by means of the armature 5, overcoming the resistance of the spring 6. At the same time, the locking part of the needle 4 opens the hole in the valve seat 7, and fuel is injected through the nozzle 9. The needle travels during operation does not change and is equal to the gap "A" between the locking element 10 and the stop 11. The magnitude of the cyclic feed is determined by the opening time of the valve assembly, i.e. the duration of the current pulse controlling the operation of the nozzle. Therefore, the errors in the characteristics of the nozzle and the stability of its indicators depend, first of all, on the values and stability of the parameters determining the speed (response time and release time). The response time is significantly affected by the magnitude of the needle travel, as the force developed by the electromagnet is inversely proportional to the square of the gap between the counter pole 3 and the armature 5. For the same reason, the release time, ceteris paribus, strongly depends on the size of the residual gap between the armature and the counter pole (with the valve in the open state).

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. The needle travel values depend on the nozzle size and are usually within 0.06.0.12 mm, and the residual clearance is within 0.04.0.08 mm. In this case, the permissible absolute error in the installation of these values during the assembly of the nozzle is estimated at 0.0050.010 mm; providing such values is the main constructive and technological difficulty in known nozzles. In the presented design, this problem is solved much simpler, which can be explained by considering the assembly of a specific prototype nozzle designed to supply and dispense gasoline into the inlet tract to the intake valve zone of each of the cylinders of the internal combustion engine.

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. The assembly is carried out in the following sequence: on the needle 4 of the valve (see Fig. 2), the locking element 10 and the anchor 5 are made in tight fit and arranged in separate parts. 1, the gaps "A" and "B" are smaller in size than required. Then, the process gaskets 14 and 15 are installed, and the gasket is made with a radial groove 17 (see Fig. 3), slightly larger in width than the diameter of the needle 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.The process gaskets 14 and 15 are made in thickness with a high degree of accuracy and are equal, respectively, to the required values of the gaps "A" and "B". The package thus assembled is installed in a technological device (not shown in the drawings) with a vertically movable punch loaded with a design force, and the entire sequence of elements is compressed with a selection of all axial backlash, so that the armature 5 and the locking element 10 are displaced along the needle 4. These the exact values of the gaps "A" and "B" are determined. Then the gaskets 14 and 15 are removed from the assembled node. If necessary, the anchor 5 and the element 10 are fixed in the places 16 installed during assembly by spot welding, for example, electronic or laser. As shown by the test results, such a connection provides at least 6 • 10 ⁸ cycles of operation of the electromagnetic nozzle. Then the final assembly of the nozzle in accordance with figure 1 is completed.

Использование изобретения будет способствовать получению значительного технико-экономического эффекта в производстве за счет снижения затрат на изготовление и сборку форсунок. ЫЫЫ2 The use of the invention will help to obtain a significant technical and economic effect in production by reducing the cost of manufacturing and assembling nozzles. YYY2

Claims (1)

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. An electromagnetic nozzle comprising a valve assembly consisting of a valve seat and a valve needle having a stroke equal to the axial clearance between its locking element and the stop, and conjugated with an electromagnet armature, providing a residual axial clearance between the armature and the electromagnet counterpole when the valve assembly is open, characterized the fact that the locking element of the needle and the anchor of the electromagnet are made in the form of parts separate from the needle, covering it and installed on it in a tight fit with the possibility of their displacement along the needle, etc. and assembling the nozzle to set the required stroke and residual axial clearance.

Images