RU2160846C1

RU2160846C1 - Device to control injection commencement and fuel consumption in internal combustion engine

Info

Publication number: RU2160846C1
Application number: RU2000106891A
Authority: RU
Inventors: Д.В. Дьяченко; Г.Д. Масляный; А.И. Кедало; Николай Владимирович Путеев; В.Н. Ершов
Original assignee: Кедало Александр Иванович
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed device has housing, electric actuation unit, valve unit cylindrical guide rod arranged in housing guide hole, taper locking surface, taper seat of bypass valve with hole limiting fuel flow, and pressure space. Armature travel control limiter is made for engagement with armature in armature chamber located in upper part of housing. Valve unit has cylindrical hollow skirt connected to valve to form precision pair with mating part. Skirt and mating part form valve chamber which is hydraulically connected with armature chamber found in upper part of housing. Armature has holder made in form of part separated from armature but connected with the latter. Holder is made for encircling upper part of rod with possibility of movement along rod axis. Tapering with shoulder is made in upper part of rod. Holder rests against this shoulder. Holding spring engages with holder by one end. Axes of symmetry of fuel inlet and outlet holes coincide and intersect axis of symmetry of housing hole for rod. EFFECT: reduced pressure losses, increased speed of response of fuel delivery commencement and fuel cut-off processes, accuracy of fuel metering out, reduced fuel consumption and increased service life of valve. 2 dwg

Description

Устройство относится к области двигателестроения, в том числе к системам подачи топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а в частности к клапанам управления подачей. The device relates to the field of engine building, including fuel supply systems for internal combustion engines (ICE), and in particular to the flow control valves.

Известно устройство для регулирования впрыска, например, в дизеле [1], которое содержит корпус, соленоидный клапан, каналы подвода и отвода топлива. Соленоидный клапан, по истечении определенного периода с момента начала впрыска топлива, открывает канал слива топлива. Однако данное устройство не позволяет управлять моментом начала впрыска топлива и имеет увеличенное гидравлическое сопротивление из-за наличия в конструкции наклонных каналов прохода топлива. A device for controlling injection, for example, in a diesel engine [1], which contains a housing, a solenoid valve, channels for supplying and removing fuel, is known. The solenoid valve, after a certain period from the moment the fuel injection begins, opens the fuel drain channel. However, this device does not allow controlling the moment of fuel injection start and has increased hydraulic resistance due to the presence of inclined fuel passage channels in the structure.

Известна конструкция клапана управления впрыском топлива с двумя соленоидами [2], включающая корпус клапана с отверстием впуска и выпуска жидкости, клапанное седло, связанное с отверстием впуска и выпуска, тарельчатый клапан, установленный с возможностью скольжения в корпусе клапана между противоположными относительно впрыска топлива положениями для управления впуском и выпуском жидкости через седло клапана. A known design of a fuel injection control valve with two solenoids [2], comprising a valve body with a fluid inlet and outlet, a valve seat associated with an intake and exhaust port, a poppet valve mounted to slide in the valve body between positions opposite to the fuel injection for fluid inlet and outlet control through the valve seat.

Недостатком аналога являются жесткая связь клапана с якорем электромагнита, что ведет к ускоренному износу седла, а также наличие наклонных каналов для прохода топлива, что также увеличивает гидравлическое сопротивление. The disadvantage of the analogue is the tight connection of the valve with the armature of the electromagnet, which leads to accelerated wear of the seat, as well as the presence of inclined channels for the passage of fuel, which also increases the hydraulic resistance.

Известен впрыскивающий клапан для двигателя внутреннего сгорания [3], устройство которого имеет впрыскивающий клапан, управляемый приводным механизмом через клапан с двойным седлом. Клапан выполнен вместе с клапанными седлами и приводным механизмом так, чтобы давление уравновешивалось в обоих положениях клапана. Однако данная конструкция не обеспечивает гашение волновых явлений после отсечки топлива. Known injection valve for an internal combustion engine [3], the device of which has an injection valve controlled by a drive mechanism through a double-seat valve. The valve is made together with the valve seats and the actuator so that the pressure is balanced in both positions of the valve. However, this design does not provide suppression of wave phenomena after fuel cutoff.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является магнитный клапан [4] для прямого управления цикловой подачей топливных насосов высокого давления ДВС, содержащий корпус, электрическое исполнительное звено, действующее в направлении закрытия клапана, нагруженное в направлении его открытия возвратной пружиной, цилиндрический направляющий стержень клапанного звена, размещенный в направляющем отверстии корпуса с прецизионным зазором, удаленную от исполнительного звена и расположенную на конечном участке клапанного звена коническую запирающую поверхность, выполненное с возможностью взаимодействия с последней коническое седло перепускного клапана с ограничивающим поток топлива отверстием и охватывающую клапанное звено напорную камеру, образованную сужением на игле и расположенную в корпусе между седлом клапана и направляющим стержнем. Диаметр запирания конической поверхности выполнен равным диаметру направляющего стержня, а напорная камера выполнена непосредственно примыкающей к седлу клапана, регулирующий ограничитель хода якоря выполнен с возможностью взаимодействия с якорем в якорной камере в верхней части корпуса. Closest to the proposed technical solution is a magnetic valve [4] for direct control of the cyclic feed of high-pressure internal combustion engine fuel pumps, comprising a housing, an electric actuator acting in the closing direction of the valve, loaded in the direction of its opening by a return spring, a cylindrical guide rod of the valve link, located in the guide hole of the housing with a precision clearance, remote from the actuator and located on the final section of the valve link a conical locking surface adapted to interact with the last conical seat of the bypass valve with a fuel flow restriction opening and a pressure chamber enclosing the valve link formed by narrowing on the needle and located in the housing between the valve seat and the guide rod. The locking diameter of the conical surface is made equal to the diameter of the guide rod, and the pressure chamber is made directly adjacent to the valve seat, the control limiter of the armature travel is configured to interact with the armature in the armature chamber in the upper part of the housing.

К недостаткам данной конструкции следует отнести большие гидравлические потери, недостаточную скорость отсечки давления, так как клапан управления удален от магистрали подачи топлива, и отсутствие элементов для гашения волновых явлений. The disadvantages of this design include large hydraulic losses, insufficient pressure cut-off speed, since the control valve is remote from the fuel supply line, and the absence of elements for damping wave phenomena.

Предлагаемое изобретение устраняет вышеизложенные недостатки и позволяет:
- уменьшить потери давления и повысить быстродействие процесса управления началом подачи и отсечкой топлива за счет отсутствия в устройстве наклонных каналов внутри клапана и стыков в соединениях, находящихся под высоким давлением;
- повысить точность дозирования, а следовательно, снизить расход топлива за счет конструктивных особенностей, взаиморасположения впускных и выпускных каналов напорной и сливной магистралей;
- повысить ресурс работы клапана за счет уменьшения его износа, что достигается путем наличия упругой связи якоря и стержня, посредством предварительно сжатой удерживающей пружины;
- уменьшить волновые явления в системе подачи топлива за счет введения волнового экрана в зоне отсечки топлива.The present invention eliminates the above disadvantages and allows you to:
- reduce pressure loss and increase the speed of the process of controlling the beginning of the supply and fuel cut-off due to the absence of inclined channels inside the valve and joints in joints under high pressure;
- increase the accuracy of dosing, and therefore, reduce fuel consumption due to design features, the relative position of the inlet and outlet channels of the pressure and drain lines;
- to increase the service life of the valve by reducing its wear, which is achieved by the presence of an elastic connection between the armature and the rod, by means of a pre-compressed holding spring;
- reduce wave phenomena in the fuel supply system by introducing a wave screen in the fuel cut-off zone.

Общий вид устройства показан на фиг.1 (при открытом клапане), на фиг.2 - положение при закрытом клапане. A general view of the device is shown in figure 1 (with the valve open), in figure 2 - position with the valve closed.

Устройство содержит корпус 1, электромагнитное звено, включающее электромагнит 2, якорь 3, держатель 4, выполненный, например, в виде самостоятельной детали и соединенный с якорем 3, стержень 5, удерживающую пружину 6 и возвратную пружину 7. The device comprises a housing 1, an electromagnetic link including an electromagnet 2, an anchor 3, a holder 4, made, for example, as an independent part and connected to the armature 3, a rod 5, a holding spring 6 and a return spring 7.

Корпус 1 имеет, например, цилиндрическую форму с отверстием 8 вдоль оси симметрии, а в нижней части корпуса 1 содержится клапанное звено, включающее цилиндрический стержень 5, размещенный в отверстии 8 корпуса 1. Направляющая часть стержня 5 образует с отверстием 8 прецизионную пару. Стержень 5 имеет на нижнем конце клапан 9 с коническим седлом 10 и, например, цилиндрическую полую юбку 11, образующую с сопряженной с ней деталью, например с корпусом 1, также прецизионную пару, зазор 12 в которой является волновым экраном. Юбка 11 также образует с сопряженной с ней деталью клапанную камеру 13, кроме того, диаметр юбки 11 близок к запорному диаметру клапана 9. The housing 1 has, for example, a cylindrical shape with an opening 8 along the axis of symmetry, and in the lower part of the housing 1 there is a valve link including a cylindrical rod 5 located in the opening 8 of the housing 1. The guide part of the rod 5 forms a precision pair with the opening 8. The rod 5 has at its lower end a valve 9 with a conical seat 10 and, for example, a cylindrical hollow skirt 11, which also forms a precision pair with a mating part, for example, body 1, the gap 12 of which is a wave screen. The skirt 11 also forms a valve chamber 13 with its associated part; in addition, the diameter of the skirt 11 is close to the locking diameter of the valve 9.

В средней части корпуса 1 для подвода от насоса и отвода к топливовпрыскивающему элементу топлива выполнены отверстия 14 и 15, оси симметрии которых, например, взаимно совпадают, но перпендикулярны и пересекают ось симметрии отверстия 8. In the middle part of the housing 1, holes 14 and 15 are made for supplying from the pump and exhaust to the fuel-injecting fuel element, the symmetry axes of which, for example, are mutually identical but perpendicular and intersect the symmetry axis of the hole 8.

Диаметр отверстий 14 и 15, например, одинаков и, например, равен диаметрам подключенных топливопроводов. The diameter of the holes 14 and 15, for example, is the same and, for example, is equal to the diameters of the connected fuel lines.

В месте пересечения в корпусе 1 отверстия 8 для стержня 5 и отверстий 14 и 15 стержень 5 имеет сужение 16, например, в виде проточки, а отверстие 8 в корпусе 1 под стержень 5, например, имеет увеличенный диаметр, за счет чего образуется полость нагнетания 17. At the intersection in the housing 1 of the hole 8 for the rod 5 and the holes 14 and 15, the rod 5 has a narrowing 16, for example, in the form of a groove, and the hole 8 in the housing 1 for the rod 5, for example, has an increased diameter, due to which an injection cavity is formed 17.

Место выхода полости нагнетания 17 из корпуса 1 охвачено седлом 18, например коническим, противолежащим седлу 10 на клапане 9 стержня 5. The place of exit of the injection cavity 17 from the housing 1 is covered by a seat 18, for example a conical, opposite seat 10 on the valve 9 of the rod 5.

Вокруг клапана 9, например, между корпусом 1 и, например, присоединенным к нему элементом 19 образована полость отсечки топлива 20, имеющая, по крайней мере, один канал слива 21. Around valve 9, for example, between the housing 1 and, for example, an element 19 attached thereto, a fuel cut-off cavity 20 is formed having at least one drain channel 21.

Выходы из корпуса 1 отверстий 14, 15 и канала слива 21 имеют места для присоединения топливопроводов. The exits from the housing 1 of the holes 14, 15 and the drain channel 21 have places for connecting fuel lines.

В верхней части корпуса 1 выполнено, например, цилиндрическое углубление, образующее якорную камеру 22 с дном 23. Внутри якорной камеры 22 установлен якорь 3, связанный с держателем 4, охватывающим верхнюю часть стержня 5 и с возможностью перемещения вдоль его оси симметрии. For example, a cylindrical recess is formed in the upper part of the housing 1, forming an anchor chamber 22 with a bottom 23. An anchor 3 is mounted inside the anchor chamber 22, which is connected to the holder 4, covering the upper part of the rod 5 and can be moved along its axis of symmetry.

В верхней части стержня 5 выполнено сужение 24 с буртиком 25, на который имеет возможность опирания поверхностью 26 держатель 4. В свою очередь с держателем взаимодействует одним концом удерживающая пружина 6, установленная соосно и с охватом стержня 5 и с возможностью опирания вторым концом на стержень 5. Расстояние от держателя до места опирания пружины на стержень 5 меньше, чем длина удерживающей пружины 6 в свободном состоянии. In the upper part of the rod 5, a constriction 24 is made with a shoulder 25, on which the holder 4 is supported by the surface 26. In turn, the holding spring 6 interacts with the holder at one end and is mounted coaxially with the span of the rod 5 and can be supported by the other end on the rod 5 The distance from the holder to the point of abutment of the spring on the rod 5 is less than the length of the holding spring 6 in a free state.

Держатель имеет возможность опираться одной и той же поверхностью 26 как на дно 23, так и на буртик 25. The holder has the ability to rely on the same surface 26 as the bottom 23, and on the shoulder 25.

Полость, образованная якорной камерой 22 в верхней части корпуса 1, связана гидравлически с клапанной камерой 13, например, с помощью отверстия 27 внутри стержня 5. The cavity formed by the anchor chamber 22 in the upper part of the housing 1 is hydraulically connected to the valve chamber 13, for example, through an opening 27 inside the shaft 5.

Опорная поверхность 26 держателя 4, например, соответствует поверхности дна 23 в месте контакта. The supporting surface 26 of the holder 4, for example, corresponds to the surface of the bottom 23 at the contact point.

К верхней части корпуса 1 присоединен электромагнит 2, например охватывающий своим телом возвратную пружину 7, опирающуюся на якорь 3 и, например, на электромагнит 2. An electromagnet 2 is attached to the upper part of the housing 1, for example, with a return spring 7 enveloping with its body, resting on an anchor 3 and, for example, on an electromagnet 2.

Ход якоря 3 ограничен с помощью, например, упора в виде стержня 28, например, с возможностью регулирования длины упора. The stroke of the armature 3 is limited by, for example, an emphasis in the form of a rod 28, for example, with the possibility of adjusting the length of the emphasis.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При отсутствии управляющего сигнала на электромагните 2 между упором 28 и якорем 3 существует магнитный зазор Z и стержень 5 находится в крайнем нижнем положении. При этом отверстие 14 сообщается с полостью 20 слива посредством зазора, образуемого коническим седлом 10 клапана 9 и седлом 18, выполненным в корпусе 1. In the absence of a control signal on electromagnet 2 between the stop 28 and the armature 3, there is a magnetic gap Z and the rod 5 is in its lowest position. When this hole 14 communicates with the cavity 20 of the drain through the gap formed by the conical seat 10 of the valve 9 and the seat 18, made in the housing 1.

Топливо, поступающее в полость нагнетания 17, свободно сливается, при этом проходное сечение достаточно, чтобы давление топлива в полости нагнетания не превышало величину давления открытия топливовпрыскивающего элемента. The fuel entering the discharge cavity 17 is freely drained, while the flow cross-section is sufficient so that the fuel pressure in the discharge cavity does not exceed the opening pressure of the fuel-spraying element.

При возбуждении электромагнита управляющим импульсом на якорь 3 действует усилие, в результате чего он совместно с держателем 4, стержнем 5 и удерживающей пружиной 6 перемещается на величину хода X, при этом седло 10 соприкасается с поверхностью седла 18 корпуса 1, разобщая тем самым полость нагнетания 17 от полости отсечки 20. When the electromagnet is excited by the control pulse, the force exerts on the armature 3, as a result of which, together with the holder 4, the rod 5 and the holding spring 6, it moves by the amount of stroke X, while the seat 10 is in contact with the surface of the seat 18 of the housing 1, thereby disconnecting the discharge cavity 17 from the cutoff cavity 20.

При дальнейшем поступлении топлива в полость нагнетания 17 давление в ней возрастает и после превышения величины давления открытия топливовпрыскивающего элемента начинается впрыск топлива в ДВС. With further flow of fuel into the injection cavity 17, the pressure in it increases and after exceeding the opening pressure of the fuel-injecting element, fuel injection into the engine begins.

После посадки клапана 9 в седло 18 якорь 3 электромагнита 2 продолжает движение до соприкосновения с упором 28 в силу того, что Z больше, чем X. При этом якорь 3, перемещаясь на ход, больший, чем X, преодолевает суммарное противодействующее усилие пружин 6 и 7 (фиг.2). After the valve 9 is seated in the seat 18, the armature 3 of the electromagnet 2 continues to move until it contacts the focus 28 due to the fact that Z is larger than X. In this case, the armature 3, moving a stroke greater than X, overcomes the total counteracting force of the springs 6 and 7 (figure 2).

При снятии управляющего импульса с электромагнита 2 происходит смещение якоря 3 в крайнее нижнее положение. When removing the control pulse from the electromagnet 2, the armature 3 is displaced to its lowest position.

При этом в начальный период клапан 9 стержня 5 остается закрытым (т.е. разобщена полость отсечки 20 от полости нагнетания 17) до момента соприкосновения опорной поверхности 26 держателя 4 с буртиком 25. Затем якорь 3 с держателем 4, удерживающей пружиной б и стержнем 5 перемещаются совместно до соприкосновения поверхности 26 держателя 4 с дном 23, вследствие чего между коническими поверхностями 10 клапана 9 и седла 18 образуется зазор. Такой упругой связью элементов при открытии обеспечивается открытие клапана 9 стержня 5 уже разогнанным до определенной скорости якорем 3 и связанными с ним деталями, что уменьшает время открытия клапана 9. In this case, in the initial period, the valve 9 of the rod 5 remains closed (i.e., the cut-off cavity 20 from the injection cavity 17 is disconnected) until the supporting surface 26 of the holder 4 contacts the shoulder 25. Then the armature 3 with the holder 4, the holding spring b and the rod 5 move together until the surface 26 of the holder 4 contacts the bottom 23, as a result of which a gap is formed between the conical surfaces 10 of the valve 9 and the seat 18. Such an elastic connection of the elements when opening ensures the opening of the valve 9 of the rod 5 is already accelerated to a certain speed by the armature 3 and the associated parts, which reduces the opening time of the valve 9.

Таким образом, полость нагнетания 17 сообщается с полостью отсечки 20 и происходит слив топлива, давление резко падает, что приводит к быстрому запиранию топливовпрыскивающего элемента, а наличие прецизионной пары с зазором 12, выполняющим функцию волнового экрана, уменьшает колебания давления топлива в топливопроводах. Гидравлическая связь клапанной 13 и якорной 22 камер согласует объемы топлива в камерах и давление при перемещениях стержня 5. Thus, the injection cavity 17 communicates with the cut-off cavity 20 and the fuel is drained, the pressure drops sharply, which leads to a quick shut-off of the fuel-spraying element, and the presence of a precision pair with a gap 12 that acts as a wave screen reduces the pressure fluctuations in the fuel lines. The hydraulic connection of the valve 13 and the anchor 22 of the chambers matches the volume of fuel in the chambers and the pressure during movement of the rod 5.

Источники информации
1. Патент JP 6033735 B4, F 02 M 47/02, ИСМ вып.065 N 05/97.Sources of information
1. Patent JP 6033735 B4, F 02 M 47/02, ISM issue 065 N 05/97.

2. Патент US 5494219 A, F 02 M 51/06, ИСМ вып.065 N 01/97. 2. Patent US 5494219 A, F 02 M 51/06, ISM issue 065 N 01/97.

3. Патент WO 9525888 A1, F 02 M 59/46, ИСМ вып.065 N 16/96. 3. Patent WO 9525888 A1, F 02 M 59/46, ISM issue 065 N 16/96.

4. Заявка DE 3705771 A1, F 02 M 51/06, ИСМ вып.065 N 7/89. 4. Application DE 3705771 A1, F 02 M 51/06, ISM issue 065 N 7/89.

Claims

The control device for the beginning of injection and fuel consumption comprises a housing, an electric actuating element acting in the direction of closing the valve, loaded in the direction of its opening by a return spring, a cylindrical guide rod of the valve element located in the guide hole of the housing with a precision gap, remote from the actuating unit and located on the final section of the valve link conical locking surface, made with the possibility of interaction with the last conical seat a bypass valve with a hole restricting the flow of fuel and an injection cavity formed by narrowing on the rod, the locking diameter of the conical surface is made equal to the diameter of the guide rod, regulating the limiter of the armature, made with the possibility of interaction with the anchor in the anchor chamber in the upper part of the housing, characterized in that it additionally contains in the valve link a cylindrical hollow skirt attached to the valve and forming a precision component with the associated part a zone pair, the gap of which is a wave screen, and the skirt diameter is close to the valve shutoff diameter, the skirt forms a valve chamber with an associated part, the valve chamber is hydraulically connected to the anchor chamber located in the upper part of the body, and the anchor additionally has a holder made in the form of a part separate from the anchor and connected to it, while the holder is made covering the upper part of the rod with the possibility of movement along its axis, and in the upper part of the rod is made narrowing, having a drill ik, a holder rests on it, with which a retaining spring interacts coaxially with one end, with a span of the rod and with the possibility of supporting the other end on the rod, in addition, the axis of symmetry of the holes for supplying and removing fuel mutually coincide and intersect the axis of symmetry of the hole in the housing for the rod.