Электромагнитная форсунка устройство: Устройство электромагнитной форсунки

Содержание

Форсунки двигателя автомобиля, виды форсунок двигателя, принцип работы. Виды топливных форсунок. Какие бывают топливные форсунки? Принцип работы.

Автомобильная форсунка — устройство, отвечающее за непосредственное распыление горючего внутри камеры сгорания. На сегодняшний день существует несколько модификаций данного устройства. Об этом далее в статье. 

Содержание

  • Система впрыска топлива, из чего состоит система впрыска
  • Непосредственный впрыск или для чего нужны форсунки в двигателе
  • Виды форсунок и их назначение
  • Электромагнитная форсунка, устройство и принцип работы
  • Бензиновая форсунка в разрезе
  • Форсунка дизеля, виды форсунок дизельных двигателей, устройство и принцип действия
  • Пьезофорсунка, устройство
  • Пьезофорсунка, принцип работы
  • Пьезофорсунка, достоинства

Система впрыска топлива, из чего состоит система впрыска

Топливная система состоит из таких элементов:

  1. Топлипроводы.
  2. Топливный бак.
  3. Топливный насос.
  4. Топливные фильтры.
  5. Устройство для смешивания воздуха и топлива.
  6. Регулятор давления топлива.
  7. Впускной коллектор.
  8. Воздушный фильтр.
  9. Датчики.
  10. Глушитель шума выпуска отработанных газов.

Зависимо от используемого устройства для смешивания воздуха и топлива существует три вида топливных систем:

  1. Аккумуляторная топливная система — применяется в дизельных моторах.
  2. Карбюраторная топливная система — применяется в карбюраторных моторах.
  3. Инжекторная топливная система — применяется в бензиновых моторах. В данном случае за смешивание воздуха и горючего отвечает форсунка.

Непосредственный впрыск или для чего нужны форсунки в двигателе

Непосредственный впрыск — модифицикация распределенного впрыска горючего, где горючее впрыскивается в цилиндры напрямую. Форсунка — основной связывающий компонент между топливным насосом и мотором. Главное предназначение форсунок:

  1. Обеспечение правильной дозировки подаваемого в мотор топлива.
  2. Обеспечение правильной струи (количество, давление, угол) смеси.

Виды форсунок и их назначение

  1. Электромагнитные.
  2. Механические.
  3. Гидравлические.
  4. Пьезоэлектрические.

Электромагнитная форсунка, устройство и принцип работы

Подобные электромагнитные устройства применяют, как правило, на бензиновых моторах, в том числе и с непосредственным впрыском. Такой тип оборудования имеет довольно простую конструкцию, состоящую из:

  1. Сопло форсунки.
  2. Игла.
  3. Уплотнение на корпусе.
  4. Корпус форсунки.
  5. Якорь от электромагнита.
  6. Специальная пружина.
  7. Электромагнитная обмотка возбуждения.
  8. Электрический разъем.
  9. Сетчатый фильтр.

Сопло осуществляет разбрызгивание топлива. Именно от качества работы данного компонента зависит работа всего устройства.

Сетчатый фильтр фильтрует горючее, проходящее через форсунку.

ЭБУ, соответствуя заложенному ранее алгоритму, в необходимый момент обеспечивает подачу напряжения к обмотке возбуждения клапана. В процессе этого возникает электромагнитное поле, преодолевающее усилие пружины, после чего затягивает якорь с иглой, что освобождает сопло. После всего этого производится впрыск топлива. Когда напряжение пропадает, игла форсунки возвращается на седло с помощью пружины.

Бензиновая форсунка в разрезе

  1. Сетчатый фильтр.
  2. Сопло форсунки.
  3. Уплотнение.
  4. Игла форсунки.
  5. Корпус форсунки.
  6. Якорь электромагнита.
  7. Обмотка возбуждения.
  8. Пружина.
  9. Электрический разъем.

Форсунка дизеля, виды форсунок дизельных двигателей, устройство и принцип действия

На дизельных моторах, а том числе и на тех, которые оснащены системой впрыска «Common Rail», применяют электрогидравлические форсунки.

В конструкцию данного устройства входит — электромагнитный клапан, камера управления, а также сливная и впускная дроссели.

Принцип работы такого оборудования основывается на использовании давления топлива при впрыске, а также, после его прекращения. В исходном положении электромагнитный клапан полностью закрыт и обесточен, игла прибора прижата к седлу при помощи давления на поршень горючего в камере управления. Впрыск топлива в таком положении не производится. Стоит отметить, что давление горючего на иглу, в данной ситуации, меньше давления, которое производится на поршень, в результате разности площадей контакта.

После команды ЭБУ, срабатывает электромагнитный клапан и производится открытие сливной дроссели. Топливо, которое находится в камере управления, при этом, вытекает через дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель является препятствием, чтобы осуществилось быстрое выравнивание давлений во впускной магистрали и камере управления. Постепенно происходит уменьшение давления на поршень, однако давление горючего, осуществляемое на иглу, не изменяется, в результате чего осуществляется поднятие иглы и впрыск горючего.

Пьезофорсунка, устройство

В конструкцию пьезофорсунки входят такие компоненты:

  1. Канал подачи топлива.
  2. Электрический разъем форсунки.
  3. Микрофильтр.
  4. Канал обратки.
  5. Пьезоэлемент.
  6. Поршень толкателя.
  7. Поршень клапана.
  8. Пружина клапана.
  9. Переключающий клапан.
  10. Блок дросселей.
  11. Пружина иглы распылителя.
  12. Огнеупорная шайба.
  13. Игла распылителя.

Пьезофорсунка, принцип работы

Работа управляющего клапана форсунки основана на известном пьезоэлектрическом эффекте, применяемому, например, в газовых зажигалках. Человек пальцем нажимает на кнопку, которая деформирует рабочий компонент из диэлектрика. В результате этого возникает заряд, используемый для воспламенения газа.

В пьезоэлектрических форсунках применяется т. н. обратный пьезоэлектрический эффект. Напряжение подается на диэлектрик, что содействует деформации материала. С ним соединен шток клапана, который способен подниматься, если ток подается на форсунку.

Пьезофорсунка, достоинства

  1. Высокий КПД форсунки.
  2. Снижение шума в процессе работы мотора.
  3. Возможность перемены давления впрыска.
  4. Увеличение быстродействия форсунки.

Устройство управления электромагнитными форсунками

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к системе подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания. Технический результат направлен на повышение скорости срабатывания электромагнитных форсунок. Устройство содержит два электронных ключа и схему управления. Первый электронный ключ включен между минусовой шиной питания и форсункой. Второй электронный ключ связан с минусовой шиной питания, а входы управления электронных ключей соединены со схемой управления. В устройство дополнительно введены катушка индуктивности, первое и второе сопротивления, первый и второй диоды.

Второй вывод второго электронного ключа соединен с катушкой индуктивности, второй вывод которой подключен к плюсовой шине питания, Второй вывод второго электронного ключа соединен с анодом первого диода, катод которого связан со вторым выводом форсунки, вторым сопротивлением и катодом второго диода, анод которого соединен с первым сопротивлением. Второй вывод первого сопротивления соединен с плюсовой шиной питания. Второй вывод второго сопротивления связан с минусовой шиной питания. 1 ил.

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к системе подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания.

Известно устройство подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания [1], содержащее топливопровод высокого давления, электромагнитные форсунки и микропроцессорную схему управления, в состав которой входят электронные ключи управления.

Недостатками устройства подачи топлива для двигателя внутреннего сгорания является невысокая скорость срабатывания электромагнитных форсунок.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство управления электромагнитными форсунками [2], содержащее два электронных ключа, сопротивление и схему управления, причем первый электронный ключ включен между минусовой шиной питания и форсункой, второй электронный ключ связан с минусовой шиной питания, а входы управления электронных ключей соединены со схемой управления.

Недостатками известного устройства управления электромагнитными форсунками является невысокая скорость срабатывания электромагнитных форсунок.

Технический результат направлен на повышение скорости срабатывания электромагнитных форсунок.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее два электронных ключа и схему управления, причем первый электронный ключ включен между минусовой шиной питания и форсункой, второй электронный ключ связан с минусовой шиной питания, а входы управления электронных ключей соединены со схемой управления, при этом в устройство дополнительно введены катушка индуктивности, первое и второе сопротивления, первый и второй диоды, причем второй вывод второго электронного ключа соединен с катушкой индуктивности, второй вывод которой подключен к плюсовой шине питания, также второй вывод второго электронного ключа соединен с анодом первого диода, катод которого связан со вторым выводом форсунки, вторым сопротивлением и катодом второго диода, анод которого соединен с первым сопротивлением; второй вывод первого сопротивления соединен с плюсовой шиной питания, второй вывод второго сопротивления связан с минусовой шиной питания.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в устройство дополнительно введены катушка индуктивности, первое и второе сопротивления, первый и второй диоды, а также наличие новых связей между вновь введенными и ранее применявшимися узлами устройства.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство управления электромагнитными форсунками содержит два электронных ключа 2 и 3, схему управления 4, причем первый электронный ключ 3 включен между минусовой шиной питания и электромагнитной форсункой 1, второй электронный ключ 2 связан с минусовой шиной питания, а входы управления электронных ключей 2 и 3 соединены со схемой управления 4, катушку индуктивности 5, первое 8 и второе 7 сопротивления, первый 6 и второй 9 диоды, причем второй вывод второго электронного ключа 2 соединен с катушкой индуктивности 5, второй вывод которой подключен к плюсовой шине питания, а также второй вывод второго электронного ключа 2 соединен с анодом первого диода 6, катод которого связан со вторым выводом электромагнитной форсунки 1, вторым сопротивлением 7 и катодом второго диода 9, анод которою соединен с первым сопротивлением 8; второй вывод первого сопротивления 8 соединен с плюсовой шиной питания, второй вывод второго сопротивления 7 связан с минусовой шиной питания.

Устройство управления электромагнитными форсунками работает следующим образом.

За некоторое время t до поступления импульса включения электромагнитной форсунки 1 со схемы управления 4 электронные ключи 2 и 3 замыкаются. Это время необходимо для того, чтобы катушка индуктивности 5 успела запасти энергию, достаточную для последующего срабатывания электромагнитной форсунки 1. В момент срабатывания электромагнитной форсунки 1 со схемы управления 4 поступает импульс, закрывающий электронный ключ 2, при этом энергия, запасенная в катушке индуктивности 5, через первый диод 6 поступает на второе сопротивление 7 и электромагнитную форсунку 1. ЭДС индукции определяется уравнением

E=-dФ/dt,

где Е — ЭДС индукции, В;

Ф — магнитный поток, Вб.

Следовательно, скорость нарастания тока через электромагнитную форсунку 1 в момент коммутации определяется соотношением

dI/dt=U/L,

где dI/dt — скорость нарастания тока, А/с;

L — индуктивность электромагнитной форсунки, Г;

U — напряжение на электромагнитной форсунке 1, В.

Напряжение на электромагнитной форсунке 1 примерно равно отношению

U=I5R7,

где I5 — ток через катушку индуктивности 5 в момент коммутации, А;

R7 — значение сопротивления 7, Ом.

Как показывает расчет, при известных соотношениях параметров цепи переходной процесс имеет характер затухающей синусоиды, протекает достаточно быстро, а токи могут принимать большие значения [3], что и обеспечивает срабатывание электромагнитной форсунки 1 с повышенной скоростью. При этом первое сопротивление 8 и второй диод 9 обеспечивают открытое состояние электромагнитной форсунки 1 до окончания импульса со схемы управления 4, закрывающего электронный ключ 3.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с имеющимися техническими решениями показывает, что заявляемое устройство позволяет повысить скорость срабатывания электромагнитных форсунок на порядок.

Источники информации

1. Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей [Текст]: учебник / Ю. П.Чижков, С.В.Акимов/ Под ред. М.Бирюков, Е.Певзнер. — М.: Книжное издательство «За рулем», 2005. — 336 с.

2. А.с. 1559214 СССР, МПК F02D 41/20. Устройство управления электромагнитной форсункой [Текст] / В.Е.Кузин (СССР). — №4412837/25 заявл. 21.04.88; опубл. 23.04.90, Бюл. №15.

3. Зевеке, Г.В. Основы теории цепей [Текст]: учебник / Зевеке Г.В. и др. — Изд. 5-е, доп. и перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 528 с.

Устройство управления электромагнитными форсунками, содержащее два электронных ключа и схему управления, причем первый электронный ключ включен между минусовой шиной питания и форсункой, второй электронный ключ связан с минусовой шиной питания, а входы управления электронных ключей соединены со схемой управления, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены катушка индуктивности, первое и второе сопротивления, первый и второй диоды, причем второй вывод второго электронного ключа соединен с катушкой индуктивности, второй вывод которой подключен к плюсовой шине питания, также второй вывод второго электронного ключа соединен с анодом первого диода, катод которого связан со вторым выводом форсунки, вторым сопротивлением и катодом второго диода, анод которого соединен с первым сопротивлением; второй вывод первого сопротивления соединен с плюсовой шиной питания, второй вывод второго сопротивления связан с минусовой шиной питания.

Патент США на патент электромагнитного распылителя (Патент № 4,784,323, выдан 15 ноября 1988 г.)

— Walbro Corporation

Электромагнитный распылитель топлива для двигателей внутреннего сгорания, который включает в себя обычно С-образный сердечник цельной ферромагнитной конструкции с ответвлениями, которые образуют пару плоских параллельных поверхностей, расположенных на расстоянии друг от друга, образуя зазор между ними. Структура сердечника характеризуется основной резонансной частотой, частично определяемой массой и эластичностью структуры сердечника, и ферромагнитный сердечник возбуждается электромагнитным полем на такой основной резонансной частоте. В зазор между поверхностями плеч сердечника подается жидкое топливо, и в нем возникают стоячие волны при колебании плеч сердечника относительно друг друга. По мере увеличения амплитуды колебаний и таких стоячих волн капли топлива отрываются от узлов стоячей волны и всасываются в двигатель.

Последние патенты корпорации Walbro:

  • Система дозирования топлива для карбюратора
  • Клапан карбюратора в сборе
  • Способ изготовления детали, полученной литьем под давлением, с барьерным слоем для паров топлива
  • Устройство контроля улавливания паров топлива для двигателя внутреннего сгорания
  • Вентиляционный и перекидной клапан и модуль топливного насоса

Перейти к: Описание · Претензии · Процитированные ссылки · История патентов · История патентов

Описание

Настоящее изобретение относится к устройствам для распыления жидкости и, более конкретно, к распылителям топлива для двигателей внутреннего сгорания.

В попытке устранить неровный холостой ход и другие проблемы, частично вызванные плохим распределением топлива и науглероживанием в двигателях внутреннего сгорания, было предложено распылять топливо как часть процесса науглероживания. Обычные пьезоэлектрические распылители, хотя и эффективны при распылении жидкого топлива в мелкодисперсный туман, являются дорогостоящими в реализации. Целью настоящего изобретения является создание жидкостного распылителя для применения в двигателе внутреннего сгорания, который распыляет топливо в достаточной степени для преодоления неравномерного холостого хода и других проблем, связанных с науглероживанием, и при этом недорог в реализации и обслуживании.

Более общей целью настоящего изобретения является создание распылителя жидкости, который работает на принципах электромагнитной резонансной частоты и недорог в производстве и эксплуатации.

Изобретение вместе с его дополнительными задачами, признаками и преимуществами будет лучше всего понятно из следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и прилагаемых чертежей, на которых:

РИС. 1 представляет собой функциональную блок-схему системы распыления топлива двигателя, которая включает в себя электромагнитный распылитель в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом осуществления изобретения; и

РИС. 2 — фрагментарный вид в перспективе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий принципы работы распылителя по фиг. 1.

РИС. 1 показана система 10 распыления, которая включает в себя электромагнитный распылитель 12 в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом осуществления изобретения. Распылитель 12 содержит обычно С-образный или подковообразный сердечник 14 цельной ферромагнитной конструкции. Сердечник 14 имеет основание 16 с парой параллельных плеч 18, выступающих с его противоположных концов и оканчивающихся противоположными пластинами 20, имеющими плоские параллельные поверхности 22, отстоящие друг от друга зазором 24. Сердечник 14 имеет ось двусторонней симметрии, которая проходит по центру через основание 16 и через зазор 24. Полая втулка 26 целиком выступает из основания 16 напротив зазора 24 и на одной оси с ним, т.е. соосно с осью двусторонней симметрии. Пара электромагнитных катушек 28 окружает ножки основания 16 на противоположных сторонах бобышки 26. На фиг. 1 видно, что такие ножки основания 16 расположены под углом друг к другу. Катушки 28 соединены последовательно, так что ток в заданном направлении через них создает аддитивные, а не противоположные магнитные поля.

Трубка 30 проходит в осевом направлении через выступ 26 вдоль оси симметрии и заканчивается соплом 32, примыкающим к зазору 24 внутри активной зоны 14. Насос 34 подает жидкость из источника 36 подачи топлива в конец трубки 30, примыкающий к выступу 26. , и соединен с двигателем 38 для подачи топлива через трубку 30 со скоростью, которая изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя. Генератор 40 электронным способом приводит в движение катушки 28 через усилитель 42 для электромагнитного возбуждения сердечника 14 и, таким образом, вызывает вибрацию рычагов 18 и пластин 20 относительно друг друга. Более конкретно, ток в заданном направлении создает магнитный поток в сердечнике 12, который перекрывает зазор 24 между торцевыми пластинами 20 рычага и тем самым притягивает пластины 20 друг к другу. При прекращении такого тока пластины 20 отдаляются друг от друга за счет упругости сердечников 18.

В соответствии с важным и отличительным признаком настоящего изобретения механическая конструкция сердечника 14 обеспечивает и, таким образом, характеризуется основной резонансной частотой, определяемой такими переменными, как масса, конструкция и упругость конструкции сердечника. Генератор 40 приводит в действие катушки 28 на такой резонансной частоте, которая наиболее предпочтительно составляет порядка 2 кГц. Таким образом, сердечник 14 фактически вибрирует подобно камертону, при этом торцевые пластины 20 рычагов вибрируют друг относительно друга на резонансной частоте сердечника. Насос 34 подает топливо через трубку 30 в зазор 24 со скоростью, достаточной для заполнения зазора 24, которая предпочтительно составляет порядка 0,010-0,015 дюйма между поверхностями 22. Такая скорость, конечно, частично определяется потребностью топлива в двигателе. 38, и, таким образом, насос 34 приводится в действие в зависимости от частоты вращения двигателя, как указано выше.

Таким образом, катушка 28 и сердечник 14 возбуждаются на фиксированной частоте, соответствующей основной резонансной частоте сердечника 14. Когда поверхности пластин 22 вибрируют относительно друг друга, стоячие волны, показанные на фиг. 2 генерируются вокруг периферии жидкого топлива, захваченного между поверхностями 22 в зазоре 24. По мере увеличения амплитуды стоячих волн капли, показанные цифрой 44, отрываются или отделяются от стоячих волн резервуара с жидким топливом между пластинами сердцевины. Затем такие капли топлива всасываются в двигатель 38 любым подходящим обычным способом. Размер частиц капель 44 изменяется как прямая функция поверхностного натяжения жидкости и как обратная функция плотности жидкости и резонансной частоты сердцевины, но существенно не зависит от вязкости жидкости.

Таким образом, обеспечен электромагнитный распылитель топлива, который работает на звуковых частотах и ​​который полностью удовлетворяет всем целям и задачам, изложенным ранее. Предусмотрены альтернативы и модификации. Например, топливо может подаваться в зазор 24 через канал или отверстие, проходящее через одно из плеч 18. Однако такая модификация приведет к разным массам и упругостям на соответствующих плечах сердечника, тем самым устраняя двустороннюю симметрию, описанную ранее, и приводя к в неравномерных режимах вибрации. С другой стороны, двусторонняя симметрия сердечника, как в предпочтительном варианте осуществления, показанном на чертеже, обеспечивает однородные режимы вибрации. Как отмечалось ранее, возбуждение на основной резонансной частоте структуры сердечника имеет решающее значение для правильной работы. Поэтому предполагается, что в некоторых приложениях можно использовать методы обратной связи для управления частотой возбуждения в зависимости от изменений температуры и т. д.

Пункты формулы изобретения

1. Распылитель топлива для двигателей внутреннего сгорания, содержащий

ферромагнитную структуру, имеющую пару поверхностей, отстоящих друг от друга с образованием зазора между ними, характеризующийся основной резонансной частотой, определяемой частично масса и эластичность указанной конструкции,
средства для подачи жидкого топлива в указанный зазор со скоростью, обеспечивающей по существу заполнение указанного зазора жидким топливом, и
средство для возбуждения электромагнитным полем указанной ферромагнитной структуры на указанной основной резонансной частоте для вибрации указанной конструкции, включая указанные поверхности, на указанной основной резонансной частоте и развития стоячих волн в указанном жидком топливе по периферии указанного зазора.

2. Распылитель топлива по п.1, отличающийся тем, что указанная ферромагнитная структура имеет основную резонансную частоту около 2 кГц.

3. Топливный распылитель по п.1, отличающийся тем, что указанное средство подачи топлива включает в себя средство подачи топлива с указанной скоростью, которая изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя.

4. Топливный распылитель по п.1, отличающийся тем, что указанная ферромагнитная конструкция содержит цельный сердечник в целом С-образной формы из ферромагнитной конструкции, имеющий основание, пару плеч, выступающих из указанного основания, указанные плечи заканчиваются на указанных поверхностях, и электрический катушка, окружающая указанное основание.

5. Топливный распылитель по п.4, отличающийся тем, что расстояние между указанными поверхностями составляет от десяти до пятнадцати тысячных дюйма.

Упоминается Упоминается

Патентные документы США

3666975 май 1972 г. Баламут
3683396 август 1972 г. Кер и др.
3979756 7 сентября 1976 г. Хелински и др.
4210920 1 июля 1980 г. Бернетт и др.

Иностранные патентные документы

676330 19 августа79 СУКС

История патентов

Номер патента : 4784323
Тип: Грант
Подана : 17 июля 1987 г.
Дата выдачи патента : 15 ноября 1988 г.
Правопреемник : Корпорация Уолбро (Касс-Сити, Мичиган)
Изобретатель : Джеймс К. Миллер (Касс-Сити, Мичиган)
Главный экзаменатор : Андрес Кашников
Помощник экзаменатора : Мэри Бет О. Джонс
Юридическая фирма : Барнс, Киссель, Райш, Чоут, Уиттемор и Халберт
Номер заявки : 7/74,639

Классификация

Текущий класс США : 239/1022; Несколько дефлекторов, расположенных ребром к потоку (239/502); 310/323; Держатель собачки (74/155); Устройство смешения заряда на впуске (например, устройство, обеспечивающее распыление горючей смеси) (123/590)
Международная классификация : B05B 314; Б05Б 126;

Устройство распыления MADgic® | США

Навигация по страницам