МИНИМИЗАЦИЯ ДРЕБЕЗГА ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КЛАПАНА ПРИ ЕГО ЗАКРЫТИИ С ПОМОЩЬЮ ЗАМЕДЛЯЮЩЕГО ЗВЕНА В ОСТАТОЧНОМ ВОЗДУШНОМ ЗАЗОРЕ
MINIMISING CHATTER ARMATURE ELECTROMAGNETIC VALVE AT CLOSING THEREOF BY INHIBITION OF LINK IN RESIDUAL AIR GAP

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к электромагнитному клапану с электромагнитным узлом, имеющим катушку и сердечник, состоящий из внутреннего полюса и внешнего полюса, с плоским якорем, с якорным пальцем и с ограничителем хода якоря, образованным в зоне торцевой стороны сердечника проставочным диском для создания остаточного воздушного зазора между плоским якорем и электромагнитным узлом.
Подобный электромагнитный клапан известен из DE 102008040073 А1. Такой электромагнитный клапан должен обеспечивать стабилизацию, т.е. существенное повышение воспроизводимости, процессов его переключения для управления топливной форсункой без необходимости выполнения для этого дополнительных технологических операций и без дополнительных затрат. Достигается это благодаря тому, что торцевая сторона сердечника или противолежащая ей поверхность плоского якоря имеет по меньшей мере в одной определенной зоне отличную от плоскости наклонную и/или криволинейную поверхность.
Еще один электромагнитный клапан известен из DE 102009003213 А1. Подобный электромагнитный клапан имеет проставочный диск для создания остаточного воздушного зазора, зафиксированный путем силового замыкания в местах зажима или защемления на обращенной к плоскому якорю торцевой стороне сердечника с прилеганием к втулке. Такой проставочный диск изготовлен с простой геометрией из ферромагнитного или немагнитного материала, например из фольги. Проставочный диск благодаря его фиксации в местах зажима или защемления путем силового замыкания устанавливают на место после сборки электромагнитного узла и перед сборкой распылителя топливной форсунки, при этом весь сборочный процесс не нарушается и поэтому упрощается. Проставочный диск для его крепления имеет выступающие лапки, которые в ходе сборочного процесса загибаются в местах зажима или защемления. Рядом с этими лапками и по наружному окружному периметру проставочного диска остается зазор до втулки.
В основу настоящего изобретения была положена задача минимизировать дребезг якоря при закрытии электромагнитного клапана.
Краткое изложение сущности изобретения
Преимущества изобретения
Указанная задача решается благодаря тому, что остаточный воздушный зазор перекрыт в радиальном направлении на участке между внешним полюсом сердечника и наружным диаметром плоского якоря. Благодаря такому конструктивному исполнению достигается снижение сил давления на плоские боковые части якоря, что реализуется путем закрытия остаточного воздушного зазора в определенной зоне. Благодаря такому закрытию остаточного воздушного зазора создается замедляющее звено в виде уплотнения в расположенной со стороны внешнего полюса сердечника части остаточного воздушного зазора, которое сокращает дальнейшее поступление топлива при открытом якоре в остаточном воздушном зазоре.
Подобная конструкция используется прежде всего в топливных форсунках для систем "common rail" (систем впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления) с уравновешенным по давлению электромагнитным клапаном, в которых возможно создание давления, достигающего порядка 2200 бар. Подобный уравновешенный по давлению электромагнитный клапан имеет проставочный диск для создания остаточного воздушного зазора, который создается у верхнего ограничителя хода в открытом состоянии электромагнитного клапана и который должен обеспечивать быстрое закрытие якоря. Проблемы при этом создают дребезг якоря и чувствительность к противодавлению при обратном ходе, причем такие проблемы могут возникать прежде всего при многоразовом вспрыскивании топлива топливной форсункой. В описанных выше при рассмотрении уровня техники электромагнитных клапанах радиально наружная часть остаточного воздушного зазора свободна для продолжающей поступать в него текучей среды в виде топлива, и поэтому силы давления в любой момент передаются из полости установки плоского якоря на его верхнюю сторону и влияют на характеристики его закрытия и дребезга. Предлагаемое же в изобретении конструктивное исполнение позволяет по меньшей мере существенно уменьшить степень проявления такого отрицательного свойства.
В одном из предпочтительных вариантов описанный выше остаточный воздушный зазор перекрыт проставочным диском во взаимодействии с внешним полюсом сердечника, окружающей электромагнитный узел втулкой и плоским якорем. Благодаря этому варианту обеспечивается герметичное перекрытие остаточного воздушного зазора прежде всего в этой его критичной радиально наружной части.
В еще одном варианте осуществления изобретения проставочный диск представляет собой кольцевую шайбу. Выполненный подобным образом в виде кольцевой шайбы проставочный диск в отличие от уровня техники не зафиксирован на плоском якоре, а согласно данному общему варианту установлен по свободно плавающей посадке между плоским якорем и внешним полюсом сердечника. Проставочный диск фиксируется по положению лишь по своему наружному диаметру в радиальном направлении втулкой. Внутренний диаметр кольцевой шайбы подобран с таким расчетом, чтобы, с одной стороны, не происходило чрезмерного гидравлического залипания плоского якоря, а с другой стороны, обеспечивалось достаточное перекрытие остаточного воздушного зазора в его радиально наружной части.
В электромагнитных клапанах известных конструкций достигающая при определенных условиях исключительно высоких значений разность давлений между верхней стороной плоского якоря и его нижней стороной является причиной того, что продолжающее поступать снаружи топливо в процессе перемещения плоского якоря в направлении закрытия прикладывает к нему значительные усилия и сообщает ему значительные ускорения, которые приводят к дребезгу плоского якоря.
Благодаря же перекрытию остаточного воздушного зазора в радиальном направлении на участке между внешним полюсом сердечника и наружным диаметром плоского якоря дальнейшее поступление топлива в процессе перемещения плоского якоря в направлении закрытия затрудняется, соответственно замедляется, и поэтому плоский якорь в момент его удара о свое седло перемещается с меньшим ускорением, благодаря чему существенно уменьшается дребезг. При этом плоский якорь быстро вновь достигает своего состояния покоя еще до начала следующего процесса впрыскивания топлива. Преимущество, связанное с уменьшением дребезга якоря по достижении им своего седла, проявляется благодаря большей линейности многопараметровой характеристики прежде всего в динамичной гидравлике высокого давления, малым амплитудам колебаний количества топлива при его многоразовом впрыскивании, незначительной чувствительности к противодавлению при обратном ходе и меньшему износу седла вследствие меньших сил при ударе о него плоского якоря.
В одном из вариантов осуществления изобретения кольцевая шайба имеет внутренние перемычки, соединенные между собой в ее центре, а в еще одном варианте имеет отверстие под пропускаемый через него якорный палец. Тем самым проставочный диск для создания остаточного воздушного зазора может радиально фиксироваться якорным пальцем на плоском якоре и обеспечивает перекрытие остаточного воздушного зазора в радиальном направлении на участке между внешним полюсом сердечника и наружным диаметром плоского якоря. В свою очередь, согласно еще одному варианту было установлено, что у кольцевой шайбы предпочтительно предусматривать четыре перемычки. В результате остается достаточная площадь для образования собственно остаточного воздушного зазора.
Альтернативно варианту с перекрытием остаточного воздушного зазора в радиальном направлении проставочным диском между внешним полюсом сердечника, втулкой и наружным диаметром плоского якоря такое перекрытие остаточного воздушного зазора может обеспечиваться уступом на плоском якоре либо альтернативно на внешнем полюсе сердечника. В этом случае проставочный диск при определенных условиях расположен только по центру электромагнитного узла и выполнен с соответственно меньшим диаметром. Такой уменьшенный проставочный диск предпочтительно также выполнять в виде кольцевой шайбы с перемычками или без них. В остальном проставочный диск для создания остаточного воздушного зазора предпочтительно изготавливать из немагнитного материала.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения рассмотрены в последующем описании чертежей, представленные на которых примеры осуществления изобретения более подробно описаны ниже.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 в разрезе показан электромагнитный клапан с проставочным диском для создания остаточного воздушного зазора, перекрываемого этим проставочным диском в радиальном направлении на участке между внешним полюсом сердечника электромагнитного узла и наружным диаметром якоря.
На фиг. 2 в виде в плане показан выполненный в виде кольцевой шайбы проставочный диск для создания остаточного воздушного зазора и в упрощенном виде в разрезе показан электромагнитный клапан с такой смонтированной кольцевой шайбой.
На фиг. 3 в виде в плане показан проставочный диск для создания остаточного воздушного зазора в виде кольцевой шайбы с внутренними перемычками и в разрезе показан упрощенно изображенный электромагнитный клапан с таким смонтированным проставочным диском.
На фиг. 4 в виде в плане показан проставочный диск, который аналогичен изображенному на фиг. 3 проставочному диску для создания остаточного воздушного зазора, но выполнен меньшего размера, и который согласно виду в разрезе упрощенно изображенного электромагнитного клапана установлен по центру этого электромагнитного клапана, якорь которого имеет уступ, перекрывающий воздушный зазор в зоне внешнего полюса сердечника.
Описание вариантов осуществления изобретения
Показанный на фиг. 1 электромагнитный клапан 1, которым приводится в действие прежде всего топливная форсунка системы "common rail", представляющей собой топливную систему работающего на дизельном топливе двигателя внутреннего сгорания, имеет электромагнитный узел 2. Такой электромагнитный узел 2 имеет сердечник с внутренним полюсом 3 и внешним полюсом 4, между которыми расположена катушка 5. Электромагнитный узел 2 целиком размещен во втулке 6.
Напротив торцевой стороны внутреннего полюса 3 и внешнего полюса 4 сердечника находится плоский якорь 7, в котором выполнено центральное сквозное отверстие 8 и в который вставлен якорный палец 9. Седло плоского якоря 7 перекрывает находящуюся под давлением топлива в системе управляющую полость либо соединяет ее с клапанной полостью со сбросом в нее давления. Клапанная полость соединительной линией соединена с управляющей полостью. В зависимости от положения электромагнитного клапана в управляющей полости создается давление или из управляющей полости сбрасывается давление. Управляющая полость взаимодействует далее с предусмотренной в распылителе топливной форсунки иглой, которая перемещается в осевом направлении вследствие изменения давления в управляющей полости и которая в своем открытом положении открывает распылительные отверстия в топливной форсунке, через которые (находящееся под давлением в системе) топливо поступает в соответствующую камеру сгорания в двигателе внутреннего сгорания.
Якорный палец 9 проходит через центральное отверстие 10 во внутреннем полюсе 3 сердечника и на этом участке окружен пружиной 11 электромагнитного клапана. Пружина 11 опирается на не показанную на чертеже крышку втулки 6 и прикладывает нажимное усилие к плоскому якорю 7, который тем самым перемещается от электромагнитного узла 2.
При подаче электрического тока на катушку 5 плоский якорь 7 перемещается к электромагнитному узлу 2 против усилия пружины 11. При этом плоский якорь 7 может перемещаться в направлении электромагнитного узла 2 только до своего упора в проставочный диск 12 для создания остаточного воздушного зазора, расположенный между электромагнитным узлом 2 и самим этим плоским якорем 7. Такой проставочный диск 12 плотно прилегает к втулке 6 и препятствует дальнейшему поступлению топлива в остаточный воздушный зазор 18 через зазор 13 между плоским якорем 7 и втулкой 6. Благодаря подобному конструктивному исполнению предотвращается дребезг перемещающегося к электромагнитному узлу 2 плоского якоря 7 по достижении им своего седла. При этом необходимо учитывать, что из-за отчасти очень высокой разности давлений между обращенной к электромагнитному узлу 2 верхней стороной плоского якоря и его нижней стороной при традиционном выполнении и расположении проставочного диска 12 продолжающее поступать снаружи топливо в процессе перемещения плоского якоря 7 в направлении закрытия прикладывает к нему значительные усилия и сообщает ему значительные ускорения, которые приводят к дребезгу плоского якоря 7 по достижении им своего седла. Благодаря же перекрытию остаточного воздушного зазора 18 в радиальном направлении на участке между внешним полюсом 4 сердечника и наружным диаметром плоского якоря 7 дальнейшее поступление топлива в процессе перемещения плоского якоря 7 в направлении закрытия затрудняется, соответственно замедляется, и поэтому плоский якорь 7 в момент его удара о свое седло перемещается с меньшим ускорением, благодаря чему существенно уменьшается дребезг. При этом плоский якорь 7 быстро вновь достигает своего состояния покоя еще до начала следующего процесса впрыскивания топлива.
В нижней части на фиг. 2 в виде в плане показан проставочный диск 12, который в данном варианте выполнен в виде кольцевой шайбы 14. Показанный в верхней части на фиг. 2 разрез упрощенно изображенного электромагнитного клапана 1 соответствует изображению на фиг. 1. Кольцевая шайба 14 не зафиксирована на плоском якоре 7, а вместо этого установлена по свободно плавающей в направлении хода плоского якоря 7 посадке между ним и внешним полюсом 4 сердечника. Кольцевая шайба 14 фиксируется по положению только в радиальном направлении втулкой 6 по своему наружному диаметру. Внутренний диаметр кольцевой шайбы 14 подобран с таким расчетом, чтобы, с одной стороны, не происходило чрезмерного гидравлического залипания плоского якоря 7, а с другой стороны, обеспечивалось достаточное перекрытие остаточного воздушного зазора 18 в его радиально наружной части.
В нижней части на фиг. 3 показан проставочный диск 12, который также выполнен в виде кольцевой шайбы 14′ и имеет дополнительные внутренние перемычки 15, которые соединены между собой в центре кольцевой шайбы 14′. Для пропускания якорного пальца 9 в этой центральной части кольцевой шайбы выполнено отверстие 16. Благодаря такому конструктивному исполнению проставочного диска 12 обеспечивается возможность его простого монтажа. При этом при выполнении плоского якоря 7 выпуклой формы ограничителем его хода может также служить внутренний полюс 3 сердечника.
В верхней части на фиг. 3 показан соответствующий разрез соответствующего электромагнитного клапана 1.
В нижней части на фиг. 4 показан уменьшенный по сравнению с изображенным на фиг. 3 вариантом проставочный диск 12, у которого кольцевая шайба 14″ имеет существенно меньший наружный диаметр. Такая кольцевая шайба 14″ также имеет сходящиеся в ее центре перемычки 15′ и отверстие для пропускания якорного пальца 9.
В верхней части на фиг. 4 в разрезе показан электромагнитный клапан 1 со смонтированным в нем подобным проставочным диском 12, при этом плоский якорь 7′ в данном случае имеет уступ 17, перекрывающий остаточный воздушный зазор между внешним полюсом 4 сердечника и плоским якорем 7′. В отличие от показанного на фиг. 1 варианта дальнейшее поступление топлива снаружи на плоский якорь 7′ предотвращается, соответственно уменьшается благодаря уступу 17 на нем. Однако высота такого уступа 17 на плоском якоре 7′ должна быть меньше толщины проставочного диска с тем, чтобы ограничителем хода якоря служил проставочный диск. Альтернативно данному варианту уступ 17 может быть также выполнен за одно целое с электромагнитным узлом 2, прежде всего с внешним полюсом 4 сердечника.