ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ФОРСУНКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Заявляемое техническое решение относится к двигателестроению, а именно, к системам топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с управляемым впрыском, и может быть использовано в системах питания ДВС жидким или газообразным топливом.
Известна конструкция электромагнитной форсунки с плоским запирающим элементом, который одновременно является якорем электромагнитной управляющей системы (патент RU 2097596).
Недостатком такой конструкции является достаточно высокое давление открытия запирающего элемента при обесточенной катушке электромагнита из-за остаточного намагничивания сердечника (эффект «прилипания»). Это является существенным недостатком конструкции, т.к. для преодоления «прилипания» необходимо создать во входном штуцере форсунки определенное давление подаваемого топлива, которое, воздействуя на плоский запирающий элемент, смогло бы преодолеть силу «прилипания» его к седлу сердечника и пропустить необходимую порцию топлива, что значительно ухудшает, а иногда и препятствует стабильной работе двигателя на холостых оборотах.
Кроме того, узел трения втулка-шток якоря может вызвать затирание якоря и ограничивает ресурс дозатора.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, принятом в качестве прототипа, является электромагнитная форсунка для двигателя внутреннего сгорания (патент RU 2170847), содержащая корпус, выполненный из магнитопроводящего материала, и расположенный в нем магнитопроводящий сердечник с каналом подвода топлива, охватываемый обмоткой электромагнита, плоский запирающий элемент, выполненный из
магнитопроводящего материала с направляющим штоком, входящим в направляющую втулку, выполненную из немагнитного материала, опорное седло запирающего элемента, выполненное на торце магнитопроводящего сердечника с проточкой, магнитопровод и направляющая втулка имеют отверстия для отвода и распыления топлива вокруг запирающего элемента.
Для уменьшения «прилипания» запирающего элемента к плоскости седла, на сопрягаемой с седлом плоскости запирающего элемента нанесен слой немагнитного твердого материала. При этом давление топлива, при котором открывается и закрывается форсунка, существенно зависит от толщины немагнитного покрытия, которая в процессе производства имеет существенный разброс, обусловленный возможностями технологии покрытия.
При очень тонком слое покрытия давление, при котором открывается форсунка, получается больше, чем давление открытия, обеспечивающее стабильную работу двигателя на холостом ходу. При более толстом слое покрытия форсунка открывается при меньшем давлении, чем рабочее давление в системе. Получение оптимальной толщины слоя немагнитного металла в принципе возможно, но приводит к большому технологическому отходу.
Известны также конструкции (патенты RU 2136949 и RU 2142088), в которых вместо опор трения применены гибкие опоры - плоские пружины. В патенте RU 2136949 эффект прилипания уменьшается за счет выступания немагнитной кольцевой проставки за торец сердечника электромагнита. В патенте RU 2142088 эффект прилипания уменьшается за счет установки между проставочным кольцом и магнитопроводом электромагнита немагнитных прокладок.
Недостатком этих конструкций является также относительно большой технологический разброс величины выступания немагнитной кольцевой проставки (патент RU 2136949) и толщины прокладок (патент
RU 2142088), который зависит от сочетания допусков на изготовление деталей. Это не позволяет получить во всех выпущенных экземплярах форсунок одинаковые зазоры между плоскостью якоря и плоскостью сердечника, а, следовательно, и заданную величину давления отрыва запирающего элемента при отсутствии напряжения в обмотке электромагнита.
При работе форсунки на двигателе момент открытия форсунки с обесточенной обмоткой зависит от соотношения усилий, действующих на запорный элемент от действия давления подаваемого топлива и от эффекта «прилипания». Во всех известных конструкциях усилие от эффекта «прилипания» не регулируется, а обусловлено или зазорами между сердечником и якорем, соединенным с запирающим элементом (патенты RU 2136949, RU 2142088) или толщиной слоя немагнитного материала, нанесенного на запирающий элемент (патент RU 2170847).
Поскольку и величины зазоров, и толщина немагнитных покрытий имеют значительный технологический разброс, давление, при котором начинает работать форсунка, также имеет ощутимый разброс, влияющий на стабильность работы двигателей на холостом ходу.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение стабильной и плавной регулировки минимальной величины давления открытия форсунки при отсутствии напряжения в обмотке катушки.
Поставленная задача достигается тем, что электромагнитная форсунка для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, выполненный из магнитопроводящего материала и расположенные в нем магнитопроводящий сердечник с каналом подвода топлива, охватываемый обмоткой электромагнита, выполненные из магнитопроводящего материала магнитопровод и плоский запирающий элемент, закрепленный в центре плоской пружины, установленной в корпусе с помощью штуцера с наружной резьбой и втулки с полым регулировочным винтом, опорное седло
запирающего элемента, выполненное на торце магнитопроводящего сердечника, магнитопровод и втулка имеют отверстия для отвода и распыления топлива, расположенные вокруг запирающего элемента, причем полый регулировочный винт, вворачиваемый в резьбовое отверстие втулки, упирается в центр запирающего элемента со стороны, противоположной запирающей поверхности, и позволяет за счет регулирования усилия прижатия запорного элемента к винту в каждом экземпляре форсунки точно устанавливать требуемое минимальное (близкое к нулю) давление открытия форсунки при обесточенной катушке электромагнита.
В корпусе 1 из магнитопроводящего материала электромагнитной форсунки размещены: сердечник 2 из магнитопроводящего материала с каналом подвода топлива, обмотка электромагнита 3, плоский запирающий элемент 4, выполненный из магнитопроводящего материала и закрепленный в центре плоской пружины 5, магнитопровод 6 из магнитопроводящего материала, втулка 7 из немагнитного материала с центральным резьбовым отверстием, полый регулировочный винт 8 с мелкой резьбой.
Корпус закрывается штуцером 9 с наружной резьбой. Полость форсунки, через которую проходит топливо, герметизируется резиновыми прокладками 10 и 11. В магнитопроводе 6 и втулке 7 выполнены вокруг запирающего элемента 4 отверстия 12 для отвода и распыления топлива. Торец магнитопроводящего сердечника 2 с каналом подвода топлива имеет проточку и является опорным седлом 13 запирающего элемента 4.
Устройство работает следующим образом.
При подаче напряжения на катушку электромагнита образуется электромагнитный поток, притягивающий запирающий элемент 4 к торцу сердечника 2. При этом форсунка закрывается и запирает поток топлива. Для подачи заданной дозы топлива обмотка электромагнита обесточивается на некоторое фиксированное время. При этом исчезает электромагнитная сила, удерживающая запирающий элемент 4 плотно прижатым к седлу 13.
Под действием давления топлива и усилия, прижимающего запирающий элемент 4 к регулировочному винту 8, открывается выходной канал форсунки. При этом топливо через круговую щель, образованную между седлом 13 и запирающим элементом 4, через отверстия 12 в магнитопроводе 6 и втулке 7 поступает в выходной штуцер форсунки. По окончании интервала заданного времени подается напряжение на обмотку 3 и запирающий элемент закрывает поступление топлива.
Введение в конструкцию устройства для плавной регулировки величины прижатия запирающего элемента, относительно полого регулировочного винта, позволяет уменьшить давление начала работы по сравнению с прототипом в 15-20 раз (практически запирающий элемент открывается сразу после начала поступления газа в форсунку при избыточном давлении, близком к нулю). Благодаря тому, что в конструкции предусмотрена плавная регулировка величины усилия прижатия запорного элемента к регулировочному винту, повышается качество форсунок за счет того, что все экземпляры форсунок выпускаются практически с одинаковыми минимальными давлениями начала работы.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает легкий запуск двигателя, его стабильную работу на холостых оборотах и других эксплуатационных режимах.