RU2700992C1 - Needle of sprayer of electrically controlled nozzle - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, particularly, to diesel fuel feed systems. Sprayer needle of electrically driven injector includes sprayer needle (1), control piston (2), rod (3) and spring stop made in the form of separate part – bar (4). Needle, stock and control piston are arranged in series and coaxially in such a way that they touch each other with support ends thus forming a kinematically and dynamically closed chain of parts. At end (11) of sprayer needle and end (21) of control piston in contact with rod, shanks (12 and 22) are made. At both ends of the rod there are central holes (31 and 32). Combination of sizes of shanks and holes of connection with gaps. Rod has stepped structure made with different diameters. In the proposed structure, the number of sections of different diameters from 3 to 7 is preferable. Bar is installed on sprayer needle freely along diameter with thrust against end face. Sprayer needle and control piston are installed in rod until it stops. After installation of sprayer needle and control piston outer edge joint joints is welded by laser welding with overlapping points of not less than 90 %.

EFFECT: higher reliability of sprayer needle connection of electrically controlled injector.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к системам подачи топлива дизельных двигателей.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to the fuel supply systems of diesel engines.

В связи с ужесточением экологических требований к выбросам вредных веществ с отработавшими газами, в дизельных двигателях получили широкое распространение аккумуляторные системы подачи топлива, укомплектованные электроуправляемыми форсунками.In connection with toughening the environmental requirements for emissions of harmful substances with exhaust gases, diesel fuel systems, equipped with electrically controlled nozzles, are widely used in diesel engines.

В таких форсунках управление моментом подачи и количеством подаваемого топлива осуществляется, как правило, за счет разгрузки иглы распылителя от осевого усилия, действующего от давления топлива в направлении закрытия распылителя. Упомянутая разгрузка может произойти при срабатывании клапана с управляющим поршнем, выполненного и приводимого в действие известным способом, например, с помощью электромагнитного или иного актуатора. Благодаря постоянно действующему на иглу снизу давлению топлива, стремящемуся поднять иглу, то есть открыть распылитель, при снятии запирающего усилия подъемная сила открывает распылитель, и происходит впрыск топлива в камеру сгорания. Закрытие распылителя осуществляется при восстановлении запирающего осевого усилия на иглу распылителя от давления топлива. Для стабильной работы форсунки необходимо постоянное кинематическое и динамическое замыкание силовой цепи «управляющий поршень - игла распылителя». Для гарантированного закрытия распылителя в то время, когда отсутствует давление топлива, в конструкции форсунки предусмотрена пружина сжатия, действующая через упор на иглу распылителя. Упор может быть выполнен в виде конструктивного элемента на управляющем поршне или в виде отдельной детали - штанги.In such nozzles, the moment of supply and the amount of fuel supplied are controlled, as a rule, by unloading the atomizer needle from the axial force acting from the fuel pressure in the direction of the atomizer closing. Mentioned unloading can occur when the valve with the control piston is actuated, made and actuated in a known manner, for example, using an electromagnetic or other actuator. Due to the fuel pressure constantly acting on the needle from below, which tends to raise the needle, that is, open the sprayer, when the locking force is removed, the lifting force opens the sprayer and fuel is injected into the combustion chamber. The sprayer closes when the locking axial force on the sprayer needle is restored from the fuel pressure. For stable operation of the nozzle, a constant kinematic and dynamic closure of the power circuit "control piston - sprayer needle" is necessary. For guaranteed closure of the atomizer at a time when there is no fuel pressure, a compression spring is provided in the nozzle design, acting through the stop on the atomizer needle. The emphasis can be made in the form of a structural element on the control piston or in the form of a separate part - the rod.

Известна конструкция электромагнитной форсунки для впрыска топлива в камеру сгорания дизельного двигателя (Пат. DE 4427378 С2, 11.07.1996), в которой кинематическое замыкание поршня с иглой распылителя обеспечивается за счет гильзы, установленной коаксиально на концевые участки управляющего поршня и иглы распылителя. В вариантах исполнения конструкции концевые участки на поршне и игле распылителя выполняются таким образом, что после сборки образуют замковое соединение или шарнирное соединение. Гильза может выполняться в виде детали, состоящей из одной или двух частей, служить опорой для пружины или быть несущей деталью для устанавливаемой коаксиально ей штанги. Недостатком известной конструкции является технологическая сложность выполнения изготовления соединяемых деталей и их сборки, обеспечивающей жесткое беззазорное соединение.A known design of an electromagnetic nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of a diesel engine (Pat. DE 4427378 C2, 07/11/1996), in which the kinematic closure of the piston with the spray needle is provided by a sleeve mounted coaxially on the end sections of the control piston and the spray needle. In embodiments of the design, the end sections on the piston and the needle of the spray gun are made in such a way that after assembly they form a lock joint or a swivel joint. The sleeve can be made in the form of a part consisting of one or two parts, serve as a support for the spring or be a supporting part for a rod mounted coaxially to it. A disadvantage of the known design is the technological complexity of the manufacture of the joined parts and their assembly, providing a rigid gap-free connection.

Известна конструкция иглы распылителя для форсунки системы топливоподачи Common Rail (Пат. DE 102009001325 А1, 09.09.2010), в которой управляющий поршень и игла распылителя расположены на расстоянии друг от друга, а компонент, соединяющий их в единое целое, представляет собой цилиндр, заполненный эластичным материалом и предназначенный для компенсирования биения запорного конуса иглы распылителя относительно демпфирования вибраций в процессе работы форсунки. Недостатком известной конструкции является усложнение технологии сборки иглы распылителя с поршнем, связанное с применением специального эластичного материала и возможными ограничениями по методу соединения деталей в неразъемный узел.A known design of the sprayer needle for the nozzle of the Common Rail fuel supply system (Pat. DE 102009001325 A1, 09/09/2010), in which the control piston and the sprayer needle are spaced apart from each other, and the component connecting them into a single unit is a cylinder filled elastic material and designed to compensate for the beating of the locking cone of the atomizer needle with respect to vibration damping during the operation of the nozzle. A disadvantage of the known design is the complication of the technology for assembling the sprayer needle with the piston, associated with the use of a special elastic material and possible restrictions on the method of connecting parts into an integral unit.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению - прототипом - является конструкция бездренажной форсунки с длинной иглой распылителя (Пат. DE 102007043540 А1, 07.05.2009).The closest set of essential features to the claimed invention - the prototype - is the design of the drainage nozzle with a long spray needle (Pat. DE 102007043540 A1, 05/07/2009).

Известная конструкция включает иглу распылителя, управляющий поршень и конструктивный элемент, выполненный в виде пальца и предназначенный для соединения между собой иглы распылителя и управляющего поршня, причем упомянутый палец может представлять собой отдельную деталь или составную часть иглы. Если палец выполнен в виде отдельной детали, его устанавливают в отверстия, находящиеся на торцах иглы распылителя и управляющего поршня, с натягом или по резьбе. Роль штанги выполняет управляющий поршень, имеющий кольцевой выступ, на который опирается одним торцом пружина. Недостатком известной конструкции является возможность разрушения соединения при ослаблении натяга в эксплуатации, что может быть обусловлено изменением температурных условий или вибрациями, негативно влияющими на прочность резьбовых соединений.The known design includes a spray needle, a control piston and a structural element made in the form of a finger and designed to connect between the spray needle and control piston, said finger may be a separate part or component of the needle. If the finger is made in the form of a separate part, it is installed in the holes located on the ends of the needle of the spray gun and the control piston, with interference or thread. The role of the rod is performed by a control piston having an annular protrusion, on which the spring rests with one end. A disadvantage of the known design is the possibility of fracture of the connection when the interference is weakened in operation, which may be due to changes in temperature conditions or vibrations that adversely affect the strength of threaded joints.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение недостатков прототипа, а именно - повышение надежности соединения.The technical problem to which the invention is directed is to eliminate the disadvantages of the prototype, namely, to increase the reliability of the connection.

Поставленная задача решается за счет исключения натяга и резьбы в соединении и соединения иглы с поршнем с малым зазором с последующей лазерной сваркой круговым швом с перекрытием точек не менее 90%.The problem is solved by eliminating interference and thread in the joint and connecting the needle to the piston with a small gap, followed by laser welding with a circular seam with overlapping points of at least 90%.

Конструкция иглы распылителя электроуправляемой форсунки, обеспечивающая решение поставленной задачи показана на фиг. 1.The design of the needle of the spray gun of an electrically controlled nozzle providing a solution to the problem is shown in FIG. one.

Игла распылителя электроуправляемой форсунки включает иглу распылителя 1, управляющий поршень 2, шток 3 и штангу 4. Игла 1, шток 3 и управляющий поршень 2 расположены последовательно и соосно таким образом, что касаются друг друга опорными торцами, образуя кинематически и динамически замкнутую цепь деталей. На торце 11 иглы распылителя 1 и торце 21 управляющего поршня 2, контактирующих со штоком 3, выполнены хвостовики 12 и 22, соответственно. На обоих торцах штока 3 выполнены центральные отверстия 31 и 32 и, диаметр которых обеспечивает в сочетании с размерами хвостовиков 12 и 22 диаметральные зазоры в соединениях. При этом глубина отверстий 31 и 32 достаточна для обеспечения осевого зазора между торцами хвостовиков 12 и 22 и внутренними торцами отверстий 31 и 32, который обеспечивает контакт иглы распылителя 1 со штоком 3 по торцу 1 и контакт управляющего поршня со штоком 3 по торцу 21. Шток 3 имеет ступенчатую конструкцию, выполненную различными диаметрами. В предлагаемой конструкции предпочтительным является количество участков различного диаметра от 3 до 7. Штанга 4 установлена на иглу распылителя 1 с диаметральным зазором, с упором в торец. В собранной конструкции штанга 4 опирается на торец 13 иглы распылителя 1. Игла распылителя 1 и управляющий поршень 2 установлены в шток 3 до упора. После установки иглы распылителя 1 и управляющего поршня 2 наружная кромка стыков соединений проварена лазерной сваркой с перекрытием точек не менее 90%.The spray needle of an electrically controlled nozzle includes a spray needle 1, a control piston 2, a rod 3 and a rod 4. The needle 1, a rod 3 and a control piston 2 are arranged sequentially and coaxially in such a way that they touch each other with the support ends, forming a kinematically and dynamically closed chain of parts. At the end 11 of the needle of the spray gun 1 and the end face 21 of the control piston 2 in contact with the rod 3, shanks 12 and 22 are made, respectively. At both ends of the rod 3 there are central openings 31 and 32 and, the diameter of which provides, in combination with the sizes of the shanks 12 and 22, diametrical clearances in the joints. The depth of the holes 31 and 32 is sufficient to provide axial clearance between the ends of the shanks 12 and 22 and the inner ends of the holes 31 and 32, which provides contact of the spray gun 1 with the rod 3 at the end 1 and the contact of the control piston with the rod 3 at the end 21. The rod 3 has a stepped design made of various diameters. In the proposed design, the number of sections of various diameters from 3 to 7 is preferable. The rod 4 is mounted on the needle of the atomizer 1 with a diametrical clearance, with an emphasis on the end. In the assembled design, the rod 4 rests on the end 13 of the needle of the atomizer 1. The needle of the atomizer 1 and the control piston 2 are installed in the rod 3 to the stop. After installing the nozzle of the spray gun 1 and the control piston 2, the outer edge of the joints of the joints is laser welded with overlapping points of at least 90%.

Игла распылителя электроуправляемой форсунки может быть изготовлена в различных вариантах исполнения, различающихся особенностями, не изменяющими существо предлагаемого изобретения, например, количеством ступеней штока, имеющих различный диаметр, высотой штанги и т.п.The spray nozzle of an electrically controlled nozzle can be made in various versions, differing in features that do not change the essence of the invention, for example, the number of rod steps having different diameters, rod heights, etc.

Игла распылителя электроуправляемой форсунки в вариантном исполнении, установленная в электроуправляемую форсунку, показана на фиг. 2. Игла распылителя электроуправляемой форсунки работает следующим образом.The needle of an electrically controlled nozzle atomizer in an embodiment mounted in an electrically controlled nozzle is shown in FIG. 2. The needle of the spray nozzle operates as follows.

Игла распылителя 1 устанавливается в корпус распылителя 5 до упора, что соответствует закрытому состоянию распылителя 5. При этом управляющий поршень 2 находится внутри корпуса управляющего клапана 6, в нижнем положении. В полости 61 корпуса управляющего клапана 6 находится топливо под высоким давлением. Отверстие 62 для слива топлива из полости 61 корпуса управляющего клапана 6 закрыто элементом любого типа, известного из практики разработки и производства электроуправляемых форсунок, например, шариком 63, кинематически и динамически связанным с актуатором 7.The nozzle needle 1 is installed in the nozzle body 5 until it stops, which corresponds to the closed state of the nozzle 5. In this case, the control piston 2 is located inside the control valve body 6, in the lower position. In the cavity 61 of the housing of the control valve 6 is the fuel under high pressure. The hole 62 for draining fuel from the cavity 61 of the body of the control valve 6 is closed by an element of any type known from the practice of developing and manufacturing electrically controlled nozzles, for example, a ball 63 kinematically and dynamically connected to the actuator 7.

При подаче управляющего импульса на актуатор 7 открывается слив топлива из полости 61 корпуса управляющего клапана 6, давление в этой полости уменьшается. За счет разницы в диаметрах иглы распылителя 1 и управляющего поршня 2 создается подъемная сила, действующая на иглу распылителя 1 в направлении движения из корпуса распылителя 5. При этом в распылителе 5 открываются сопловые отверстия (на фиг. 2 не показаны), и происходит впрыск топлива.When a control pulse is applied to the actuator 7, fuel is drained from the cavity 61 of the control valve body 6, the pressure in this cavity decreases. Due to the difference in the diameters of the needle of the spray gun 1 and the control piston 2, a lifting force is created acting on the spray needle of the spray gun 1 in the direction of movement from the spray gun body 5. At the same time, nozzle openings are opened in the spray gun 5 (not shown in FIG. 2) and fuel is injected .

При прекращении подачи управляющего импульса на актуатор 7 отверстие 62 слива топлива из полости 61 корпуса управляющего клапана 6 закрывается шариком, давление в полости 61 восстанавливается. Усилие от давления топлива на торец 22 управляющего поршня 2 становится больше подъемной силы, действующей снизу на иглу распылителя 1. Игла распылителя 1 опускается - садится - на упор в корпусе распылителя 5, истечение топлива из корпуса распылителя - впрыск - прекращается.When the supply of the control pulse to the actuator 7 is stopped, the fuel drain hole 62 from the cavity 61 of the control valve body 6 is closed by a ball, the pressure in the cavity 61 is restored. The force from the fuel pressure on the end face 22 of the control piston 2 becomes greater than the lifting force acting from below on the needle of the atomizer 1. The needle of the atomizer 1 lowers - sits - against the stop in the atomizer body 5, the flow of fuel from the atomizer body - injection - stops.

Наличие участков различного диаметра в предлагаемой конструкции иглы распылителя электроуправляемой форсунки позволяет получить переменную по длине жесткость, что, в свою очередь, позволяет компенсировать такие производственные дефекты, как биение запорной части иглы распылителя 1 относительно боковой поверхности управляющего поршня 2, а также компенсировать вибрации собранной конструкции при работе форсунки.The presence of sections of different diameters in the proposed design of the spray gun needle of an electrically controlled nozzle makes it possible to obtain a stiffness variable in length, which, in turn, makes it possible to compensate for manufacturing defects such as the runout of the locking part of the spray gun 1 relative to the side surface of the control piston 2, and also to compensate for vibrations of the assembled structure when operating the nozzle.

Прочность соединений в эксплуатации обеспечивается наличием шва лазерной сварки с перекрытием точек не менее 90%. Для особо тяжелых условий эксплуатации, в вариантах исполнения конструкции, может быть применен двойной шов.The strength of the joints in operation is ensured by the presence of a laser welding seam with overlapping points of at least 90%. For particularly difficult operating conditions, in design versions, a double seam can be applied.

Предлагаемая в качестве изобретения конструкция иглы распылителя электроуправляемой форсунки изготовлена и прошла испытания на Алтайском заводе прецизионных изделий. Планируется внедрение конструкции в серийное производство.The design of the needle of the atomizer of an electrically controlled nozzle proposed as an invention is made and passed tests at the Altai precision products factory. It is planned to introduce the design into serial production.

Claims (3)

1. Игла распылителя электроуправляемой форсунки, включающая расположенные соосно иглу распылителя, управляющий поршень, конструктивный элемент для соединения их между собой, выполненный в виде отдельной детали - штока, и упор для пружины, отличающаяся тем, что на торцах иглы распылителя и управляющего поршня, контактирующих со штоком, выполнены хвостовики, на которые при сборке устанавливается с диаметральными зазорами шток, после сборки соединения фиксируются лазерной сваркой с перекрытием точек не менее 90%, а упор для пружины выполнен в виде отдельной детали - штанги, устанавливаемой с диаметральным зазором на иглу распылителя.1. The spray needle of an electrically controlled nozzle, including the nozzle needle located coaxially, a control piston, a structural element for connecting them together, made in the form of a separate part — a rod, and an emphasis for a spring, characterized in that at the ends of the spray needle and control piston are in contact with a rod, shanks are made, on which the rod is installed with diametrical clearances during assembly, after assembly the joints are fixed by laser welding with overlapping points of at least 90%, and the spring stop is made as a separate part - the rod set by a diametral clearance on the needle dispenser. 2. Игла распылителя электроуправляемой форсунки по п. 1, отличающаяся тем, что сварочный шов выполняется двойным.2. The needle of the nozzle of an electrically controlled nozzle according to claim 1, characterized in that the welding seam is double. 3. Игла распылителя электроуправляемой форсунки по п. 1, отличающаяся тем, что количество участков различного диаметра на штоке может быть от 3 до 7.3. The spray needle of an electrically controlled nozzle according to claim 1, characterized in that the number of sections of different diameters on the stem can be from 3 to 7.

Images