УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО АКТУАТОРА ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания.
Распространенным типом современной топливной аппаратуры являются системы типа Common Rail с топливными форсунками, в которых управление процессов впрыска осуществляется посредством исполнительного устройства -электромагнитного актуатора. Электромагнитный актуатор включает электромагнит постоянного тока и запорный элемент клапана. Электромагнит комплектуется якорем и промежуточными деталями - направляющей для якоря, возвратной пружиной, регулировочной прокладкой и пружиной отскока. Направляющая для якоря является одновременно толкателем для запорного элемента клапана. Запорный элемент клапана может быть выполнен, например, в виде шарика, контактирующего, с одной стороны, с проставкой, опирающейся на торец толкатели и, с другой стороны, с корпусом управляющего клапана. Возвратная пружина действует на якорь в направлении от электромагнита и прижимает через толкатель и проставку запорный элемент клапана к его седлу.
Одним из главных требований, предъявляемых к электромагнитным актуаторам, считается быстродействие. Оно характеризует продолжительность времен:
- от подачи управляющего импульса на контакты электромагнита до страгивания якоря из наиболее удаленной от торца электромагнита точки (состояние закрытого клапана форсунки),
- до притягивания якоря в ближайшее к торцу электромагнита положение (состояние полностью открытого клапана форсунки),
- между отключением управляющего импульса на контактах электромагнита до страгивания якоря и начала его возвратного движения (в состояние закрытого клапана форсунки).
Процесс создания новых форсунок включает доводку электромагнитных актуаторов до достижения, в том числе, заданного быстродействия. В качестве отклика, применяемого при определении фактического быстродействия могут быть использованы различные факторы, в том числе: положение якоря электромагнита, положение иглы распылителя, ток на актуаторе, давление топлива в зоне управляющего клапана и др.
Известно устройство для контроля срабатывания электромагнита, включающее пьезоэлектрический элемент и устанавливаемое с осевым зазором на корпус контролируемого электромагнита [А.с. СССР №408097, опубл. 10.12.1973. Бюл. №47]. По известному решению, пьезоэлемент соединен с магнитопроводящим сердечником так, что при срабатывании контролируемого электромагнита сердечник стремится притянуться к корпусу электромагнита, деформируя пьезоэлемент. Вследствие пьезоэффекта на контактах устройства появляется напряжение определенной полярности, свидетельствующее о срабатывании контролируемого электромагнита. К недостаткам известного решения относится ограниченность информации, получаемой при контроле: регистрируется только сам факт срабатывания без учета временных характеристик - быстродействия электромагнита.
Известно устройство для регистрации временных параметров электромагнита, содержащее источник постоянного тока и блок электрических и радиотехнических элементов, включающий триггер Шмитта, узел задержки, генератор, RS-триггер, переключатель резисторов, счетчики, светодиодные индикаторы и др. [А.с. СССР №1748200, опубл. 15.07.1992. Бюл. №26]. Устройство позволяет выполнять прямые измерения времени и определение моментов срабатывания электромагнита по минимуму и максимуму выбросов тока при включении и выключении электромагнита. К недостаткам известного решения относится регистрация только характеристик электромагнита без учета исполнительного механизма, для привода которого применяется электромагнит. Для топливных форсунок систем Common Rail практическую ценность имеют временные характеристики - быстродействие -комплектного исполнительного устройства - актуатора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является способ и устройство для определения перемещения иглы распылителя форсунки, которые предполагают измерение давления топлива в полости управляющего клапана, причем моментами открытия и закрытия распылителя считаются моменты достижения минимумов давления [пат. ЕР 2478200, опубл. 22.04.2015, Patentblatt 2015/17]. Устройство, по известному решению, включает датчик давления, установленный в полости, сообщающейся через наполнительный и сливной жиклеры с источником топлива высокого давления и зоной низкого давления, и корпус клапана, дообработанный для проведения испытаний.
По известному решению, предлагается устанавливать миниатюрный датчик давления в отверстие, специально выполненное в корпусе управляющего клапана, с выводом проводов через зону низкого давления.
К недостаткам известного решения относится ограниченность условий для варьирования исходных данных эксперимента, связанная с невозможностью оценки влияния диаметра наполнительного жиклера на скорость изменения давления в управляющей полости: для каждого нового значения диаметра наполнительного жиклера, влияние которого потребуется проверить, необходимо будет дообрабатывать новый корпус управляющего клапана. Кроме того, установка и крепление миниатюрного датчика давления в ступенчатое отверстие малого диаметра, выполненное в торце глубокого центрального отверстия в корпусе управляющего клапана, а также извлечение датчика после проведения испытаний представляют дополнительные трудности.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение недостатков прототипа - создание простого в использовании устройства для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки, позволяющего оценивать влияние диаметра наполнительного жиклера на скорость изменения давления в полости управляющего клапана без изготовления дополнительных образцов управляющих клапанов.
Как и прототип, предложенное устройство включает датчик давления, установленный в полости, сообщающейся через наполнительный и сливной жиклеры с источником топлива высокого давления и зоной низкого давления и корпус клапана, дообработанный для проведения испытаний.
Поставленная задача решается за счет:
- дообработки корпуса управляющего клапана, заключающейся в его обрезке таким образом, что наполнительный жиклер после дообработки исключается,
- размещения наполнительного жиклера в отдельной детали - штуцере, через который происходит подвод топлива от источника высокого давления,
- установке датчика давления в резьбовое отверстие, выполненное в корпусе устройства.
Новизной в предложенном устройстве для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки являются:
- место размещения датчика давления;
- место размещения наполнительного жиклера;
- схема дообработки корпуса управляющего клапана.
Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Предлагаемое в качестве полезной модели устройство для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки поясняется чертежами (фиг. 1, 2), где позициями обозначены: электромагнитный актуатор 10, корпус 20, имитатор управляющего клапана 30, винт 4, прижимающий имитатор управляющего клапана 30 к опорному торцу корпуса устройства 20, штуцер 50, датчик давления 6.
Актуатор 10 включает электромагнит 11, якорь 12, возвратную пружину 13, толкатель 14, проставку 15, запорный элемент управляющего клапана 16.
В зависимости от конструктивных особенностей топливной форсунки, для которой предназначен электромагнитный актуатор, запорный элемент управляющего клапана может иметь сферическую или иную форму и быть выполнен как в виде отдельной детали, так и заодно с проставкой.
Конструкция запорного элемента и проставки определяется конструкцией топливной форсунки и не является предметом охраны по настоящей заявке.
Актуатор 10 прижимают к корпусу 20 осевым усилием, величина и место приложения которого соответствуют величине и месту приложения усилия, прижимающего электромагнитный актуатор в топливной форсунке.
Конструкция устройства, прижимающего электромагнитный актуатор 10 к корпусу 20, условно не показана на фиг. 2 и не является предметом охраны по настоящей заявке.
Корпус 20 включает подводящий канал 21, отводящий канал 22 и полость 23, имитирующая полость в штатном управляющем клапане топливной форсунки.
Имитатор управляющего клапана 30 включает сливной жиклер 31 и седло, на которое опирается запорный элемент 16 (седло на фиг. позицией условно не обозначено). Профиль и размеры поверхности, контактирующей с запорным элементом 16, и эффективное проходное сечение сливного жиклера 31 должны соответствовать параметрам штатного корпуса управляющего клапана топливной форсунки. Предлагается изготовление имитатора управляющего клапана 30 путем дообработки -обрезки - корпуса штатного управляющего клапана топливной форсунки. За счет этого возможно использование в качестве заготовки для изготовления имитатора управляющего клапана корпуса штатного управляющего клапана топливной форсунки, имеющего несоответствия техническим требованиям конструкторской документации по наполнительному жиклеру, например, несоответствующее эффективное проходное сечение или по центральному отверстию под установку при сборке топливной форсунки поршня управляющего клапана. Количество технических требований, предъявляемых к имитатору управляющего клапана 30 меньше, чем к корпусу штатного управляющего клапана. Это облегчает замену элемента в случае необходимости.
Штуцер 50 включает наполнительный жиклер 51 и представляет собой достаточно простую, с точки зрения технологии изготовления, деталь в форме тела вращения, легко устанавливаемую и извлекаемую из корпуса 20.
Для установки датчика давления 6 в корпусе 20 предусмотрено резьбовое отверстие, соединенное каналом с полостью 23. Датчик давления 6 закручивается в корпус 20 снаружи, что обеспечивает простоту его установки и снятия при необходимости.
Устройство для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки работает следующим образом.
Через штуцер 50 создают в полости 23 корпуса 20 необходимое давление топлива. Слив топлива из полости 23 не происходит, пока закрыт сливной жиклер 31 имитатора управляющего клапана 30. Подают управляющий сигнал на электромагнитный актуатор 10. Возникающее магнитное поле создает усилие, притягивающее якорь 12 к торцу электромагнита 11. Якорь 12 поднимает толкатель 14, преодолевая усилие возвратной пружины 13. За счет разницы в усилиях, действующих на запорный элемент 16 со стороны толкателя 14 от возвратной пружины 13 и со стороны полости 23 от давления топлива, запорный элемент 16 поднимается вслед за толкателем 14, открывая слив топлива из полости 23. Давление топлива в полости 23 уменьшается. Его величину регистрирует датчик давления 6. Влияние величины проходного сечения наполнительного жиклера 51 на изменение давления в полости 23 может быть легко проверено заменой штуцера 50 и не требует дополнительной обработки или изготовления новых образцов имитатора управляющего клапана 30.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение трудоемкости проведения испытаний за счет:
- облегчения установки в устройство и извлечения из него датчика давления за счет изменения места его установки,
- применения вместо штатного корпуса управляющего клапана топливной форсунки имитатора управляющего клапана, изготовленного дообработкой штатного корпуса управляющего клапана;
- вынесения наполнительного жиклера в отдельную деталь.
Предлагаемое в качестве полезной модели устройство для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки применяется при создании новых электромагнитных актуаторов на Алтайском заводе прецизионных изделий.