RU198569U1

RU198569U1 - DEVICE FOR DETERMINING THE SPEED OF THE ELECTROMAGNETIC ACTUATOR OF THE FUEL INJECTOR

Info

Publication number: RU198569U1
Application number: RU2020108278U
Authority: RU
Inventors: Антон Владимирович Звягин; Илья Александрович Зимирев; Сергей Петрович Бобров; Игорь Витальевич Асямолов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания "Алтайский завод прецизионных изделий"
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Техническое решение относится к устройствам для диагностики топливной аппаратуры высокого давления двигателей внутреннего сгорания. Устройство для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки включает датчик давления 6, установленный в полости 23, сообщающейся через наполнительный 51 и сливной 31 жиклеры с источником топлива высокого давления и зоной низкого давления, и корпус 30 клапана, дообработанный для проведения испытаний. Дообработка корпуса клапана состоит в его обрезке таким образом, что наполнительный жиклер после дообработки исключается, наполнительный жиклер 51 размещен в отдельной детали – штуцере 50, через который происходит подвод топлива от источника высокого давления, а датчик давления 6 устанавливается в резьбовое отверстие, выполненное в корпусе 20 устройства.The technical solution relates to devices for diagnostics of high-pressure fuel equipment of internal combustion engines. The device for determining the speed of the electromagnetic actuator of the fuel injector includes a pressure sensor 6 installed in a cavity 23 communicating through the filling 51 and drain 31 nozzles with a high-pressure fuel source and a low-pressure zone, and a valve body 30, further processed for testing. The post-treatment of the valve body consists in cutting it in such a way that the filling nozzle after post-treatment is eliminated, the filling nozzle 51 is located in a separate part - the fitting 50, through which fuel is supplied from the high pressure source, and the pressure sensor 6 is installed in a threaded hole made in the body 20 devices.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания.The utility model relates to engine building, in particular, to the fuel equipment of internal combustion engines.

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.A common type of modern fuel equipment are Common Rail systems with fuel injectors, in which the injection processes are controlled by an actuator - an electromagnetic actuator. The electromagnetic actuator includes a DC solenoid and a valve block. The electromagnet is completed with an armature and intermediate parts - an armature guide, a return spring, an adjusting pad and a rebound spring. The armature guide is at the same time a pusher for the valve closure element. The valve closure element can be made, for example, in the form of a ball in contact, on the one hand, with a spacer resting on the end of the push rods and, on the other hand, with the control valve body. The return spring acts on the armature in the direction away from the electromagnet and presses the valve closing element to its seat through the pusher and the spacer.

Одним из главных требований, предъявляемых к электромагнитным актуаторам, считается быстродействие. Оно характеризует продолжительность времен:One of the main requirements for electromagnetic actuators is speed. It characterizes the duration of times:

- от подачи управляющего импульса на контакты электромагнита до страгивания якоря из наиболее удаленной от торца электромагнита точки (состояние закрытого клапана форсунки),- from the supply of a control impulse to the contacts of the electromagnet to the movement of the armature from the point farthest from the end of the electromagnet (the state of the closed valve of the injector),

- до притягивания якоря в ближайшее к торцу электромагнита положение (состояние полностью открытого клапана форсунки),- until the armature is pulled to the position closest to the end of the electromagnet (the state of the fully open injector valve),

- между отключением управляющего импульса на контактах электромагнита до страгивания якоря и начала его возвратного движения (в состояние закрытого клапана форсунки).- between the disconnection of the control pulse on the contacts of the electromagnet before the armature jerks off and the beginning of its return movement (to the closed state of the nozzle valve).

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.The process of creating new injectors includes fine-tuning the electromagnetic actuators to achieve, among other things, a given speed of response. Various factors can be used as a response used to determine the actual speed of response, including: the position of the electromagnet armature, the position of the atomizer needle, the current on the actuator, the fuel pressure in the area of the control valve, etc.

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.Known device for monitoring the operation of an electromagnet, including a piezoelectric element and installed with an axial clearance on the body of the controlled electromagnet [A.S. USSR No. 408097, publ. 10.12.1973. Bul. No. 47]. According to the known solution, the piezoelectric element is connected to the magnetic conductive core so that when the controlled electromagnet is triggered, the core tends to be attracted to the electromagnet body, deforming the piezoelectric element. Due to the piezoelectric effect, a voltage of a certain polarity appears on the contacts of the device, indicating the operation of the controlled electromagnet. The disadvantages of the known solution include the limited information obtained during the control: only the fact of actuation is recorded without taking into account the time characteristics - the speed of the electromagnet.

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.Known device for recording time parameters of an electromagnet, containing a constant current source and a block of electrical and radio engineering elements, including a Schmitt trigger, delay unit, generator, RS-trigger, resistor switch, counters, LED indicators, etc. [A.S. USSR No. 1748200, publ. 07/15/1992. Bul. No. 26]. The device allows you to directly measure the time and determine the moments of operation of the electromagnet according to the minimum and maximum current surges when the electromagnet is turned on and off. The disadvantages of the known solution include the registration of only the characteristics of the electromagnet without taking into account the actuator, for the drive of which the electromagnet is used. For fuel injectors of Common Rail systems, temporal characteristics are of practical value - the speed of the complete actuator - the actuator.

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.The closest in terms of the totality of essential features - the prototype of the claimed utility model - is a method and device for determining the movement of the nozzle spray needle, which involve measuring the fuel pressure in the control valve cavity, and the moments of opening and closing the spray are the moments of reaching pressure minima [US Pat. EP 2478200, publ. 04/22/2015, Patentblatt 2015/17]. The device, according to the known solution, includes a pressure sensor installed in a cavity communicating through the filling and drain nozzles with a high-pressure fuel source and a low-pressure zone, and a valve body reworked for testing.

По известному решению, предлагается устанавливать миниатюрный датчик давления в отверстие, специально выполненное в корпусе управляющего клапана, с выводом проводов через зону низкого давления.According to the known solution, it is proposed to install a miniature pressure sensor in a hole specially made in the control valve body, with the output of wires through the low pressure zone.

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.The disadvantages of the known solution include the limited conditions for varying the initial data of the experiment, associated with the impossibility of assessing the effect of the diameter of the filling nozzle on the rate of change in pressure in the control cavity: for each new value of the diameter of the filling nozzle, the influence of which needs to be checked, it will be necessary to rework a new body of the control valve. In addition, the installation and fastening of a miniature pressure sensor into a small-diameter stepped hole made at the end of a deep central hole in the control valve body, as well as removal of the sensor after testing, present additional difficulties.

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.The technical problem to be solved by the proposed utility model is to eliminate the shortcomings of the prototype - to create an easy-to-use device for determining the speed of the electromagnetic actuator of the fuel injector, which makes it possible to evaluate the effect of the diameter of the filling nozzle on the rate of change in the pressure in the control valve cavity without making additional samples of control valves.

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.Like the prototype, the proposed device includes a pressure sensor installed in a cavity communicating through the filling and drain nozzles with a high-pressure fuel source and a low-pressure zone and a valve body refined for testing.

Поставленная задача решается за счет:The task is solved by:

- дообработки корпуса управляющего клапана, заключающейся в его обрезке таким образом, что наполнительный жиклер после дообработки исключается,- additional processing of the control valve body, which consists in cutting it in such a way that the filling nozzle is excluded after additional processing,

- размещения наполнительного жиклера в отдельной детали - штуцере, через который происходит подвод топлива от источника высокого давления,- placement of the filling nozzle in a separate part - a fitting through which fuel is supplied from a high pressure source,

- установке датчика давления в резьбовое отверстие, выполненное в корпусе устройства.- installation of a pressure sensor into a threaded hole made in the device body.

Новизной в предложенном устройстве для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки являются:The novelty in the proposed device for determining the speed of the electromagnetic actuator of the fuel injector are:

- место размещения датчика давления;- location of the pressure sensor;

- место размещения наполнительного жиклера;- location of the filling nozzle;

- схема дообработки корпуса управляющего клапана.- Scheme of additional processing of the control valve body.

Указанные признаки являются новыми, существенными, неочевидными и промышленно выполнимыми и направлены на решение поставленной полезной моделью технической задачи.These features are new, essential, non-obvious and industrially feasible and are aimed at solving the technical problem posed by the utility model.

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.The device proposed as a useful model for determining the speed of the electromagnetic actuator of a fuel injector is illustrated by drawings (Figs. 1, 2), where the positions indicate: electromagnetic actuator 10, housing 20, control valve simulator 30, screw 4, pressing the control valve simulator 30 to the support end device body 20, fitting 50, pressure sensor 6.

Актуатор 10 включает электромагнит 11, якорь 12, возвратную пружину 13, толкатель 14, проставку 15, запорный элемент управляющего клапана 16.The actuator 10 includes an electromagnet 11, an armature 12, a return spring 13, a pusher 14, a spacer 15, a locking element of the control valve 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.Depending on the design features of the fuel injector, for which the electromagnetic actuator is intended, the shut-off element of the control valve can have a spherical or other shape and be made both as a separate part and together with a spacer.

Конструкция запорного элемента и проставки определяется конструкцией топливной форсунки и не является предметом охраны по настоящей заявке.The design of the shutoff element and spacer is determined by the design of the fuel injector and is not subject to protection under this application.

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.The actuator 10 is pressed against the housing 20 by an axial force, the magnitude and place of application of which correspond to the magnitude and place of application of the force pressing the electromagnetic actuator in the fuel injector.

Конструкция устройства, прижимающего электромагнитный актуатор 10 к корпусу 20, условно не показана на фиг. 2 и не является предметом охраны по настоящей заявке.The structure of the device pressing the electromagnetic actuator 10 to the housing 20 is not shown conventionally in FIG. 2 and is not protected under this application.

Корпус 20 включает подводящий канал 21, отводящий канал 22 и полость 23, имитирующая полость в штатном управляющем клапане топливной форсунки.The housing 20 includes an inlet channel 21, an outlet channel 22 and a cavity 23 simulating a cavity in a standard control valve of a fuel injector.

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.The simulator of the control valve 30 includes a drain nozzle 31 and a seat on which the shut-off element 16 rests (the seat is not conventionally designated in Fig. 1). The profile and dimensions of the surface in contact with the shut-off element 16, and the effective flow area of the drain nozzle 31 must correspond to the parameters of the standard body of the control valve of the fuel injector. It is proposed to manufacture a simulator of the control valve 30 by additional processing - trimming - the body of the standard control valve of the fuel injector. Due to this, it is possible to use as a blank for the manufacture of a control valve simulator of the body of a standard control valve of a fuel injector, which does not meet the technical requirements of the design documentation for the filling nozzle, for example, an inappropriate effective flow area or along the central hole for the installation when assembling the fuel injector of the control valve piston. The number of technical requirements for the control valve simulator 30 is less than for the standard control valve body. This makes it easier to replace the element if necessary.

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.The fitting 50 includes a filler nozzle 51 and is a fairly simple, in terms of manufacturing technology, part in the form of a body of revolution, easily installed and removed from the housing 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.To install the pressure sensor 6, a threaded hole is provided in the housing 20, connected by a channel to the cavity 23. The pressure sensor 6 is screwed into the housing 20 from the outside, which makes it easy to install and remove, if necessary.

Устройство для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки работает следующим образом.The device for determining the speed of the electromagnetic actuator of the fuel injector operates as follows.

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.Through the fitting 50, the required fuel pressure is created in the cavity 23 of the housing 20. Fuel is not drained from the cavity 23 as long as the drain jet 31 of the simulator of the control valve 30 is closed. A control signal is supplied to the electromagnetic actuator 10. The resulting magnetic field creates a force that attracts the armature 12 to the end of the electromagnet 11. The armature 12 raises the pusher 14, overcoming the force of the return spring 13. Due to the difference in the forces acting on the locking element 16 from the side of the pusher 14 from the return spring 13 and from the side of the cavity 23 from the fuel pressure, the locking element 16 rises after the pusher 14, opening the fuel drain from the cavity 23. Fuel pressure in the cavity 23 decreases. Its value is recorded by the pressure sensor 6. The influence of the flow area of the filling nozzle 51 on the change in pressure in the cavity 23 can be easily checked by replacing the fitting 50 and does not require additional processing or the manufacture of new samples of the simulator of the control valve 30.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение трудоемкости проведения испытаний за счет:The technical result of the proposed utility model is to reduce the complexity of testing due to:

- облегчения установки в устройство и извлечения из него датчика давления за счет изменения места его установки,- facilitating the installation and removal of the pressure sensor from the device by changing the place of its installation,

- применения вместо штатного корпуса управляющего клапана топливной форсунки имитатора управляющего клапана, изготовленного дообработкой штатного корпуса управляющего клапана;- use of a control valve simulator made by additional processing of the standard control valve body instead of the standard control valve body of the fuel injector;

- вынесения наполнительного жиклера в отдельную деталь.- removal of the filling nozzle into a separate part.

Предлагаемое в качестве полезной модели устройство для определения быстродействия электромагнитного актуатора топливной форсунки применяется при создании новых электромагнитных актуаторов на Алтайском заводе прецизионных изделий.The device proposed as a useful model for determining the speed of the electromagnetic actuator of a fuel injector is used to create new electromagnetic actuators at the Altai Precision Products Plant.

Claims

A device for determining the speed of the electromagnetic actuator of a fuel injector, including a pressure sensor installed in a cavity communicating through the filling and drain nozzles with a high-pressure fuel source and a low-pressure zone, and a valve body reworked for testing, characterized in that the valve body rework consists of in its cutting in such a way that the filling nozzle is eliminated after additional processing, the filling nozzle is placed in a separate part - a fitting through which fuel is supplied from a high pressure source, and the pressure sensor is installed in a threaded hole made in the device body.