RU2217640C1

RU2217640C1 - Electromagnetic valve device

Info

Publication number: RU2217640C1
Application number: RU2002112368/06A
Authority: RU
Inventors: А.А. Горбунов; Е.Л. Горшков; В.Э. Коганер; В.А. Соловьев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-технический центр "Завод Ленинец"
Priority date: 2002-04-27
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: proposed device contains housing with inlet and outlet channels, seat, pull-back spring and stop member. Coil of electromagnetic, fixed core and movable armature are arranged along longitudinal axis of housing. Lower part of armature is rigidly connected with shutoff member. Stop member limits travel of shutoff member. Clearance is left between armature and core. Value of clearance exceeds values of working stroke of shutoff member. Stop member is made in form of thrust washer rigidly fixed in housing and installed coaxially with shutoff member. Horizontal projection is located in upper part of shutoff member over its perimeter. Said projection forms thrust flat. Shutoff member thrust through this flat against thrust washer when valve device is open. Level of thrust washer location exceeds level of thrust flat of shutoff member by value corresponding to shutoff member working stroke. EFFECT: improved wear resistance of valve device, provision of quick action and stability of operating characteristics. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of engine building, in particular to fuel systems of internal combustion engines.

В настоящее время актуальным является разработка конструкций клапанных устройств, используемых в качестве дозаторов газа и жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания, обладающих повышенным ресурсом работы при обеспечении высокого быстродействия и стабильности рабочих характеристик. Currently, it is urgent to develop designs of valve devices used as gas and liquid fuel dispensers in internal combustion engines, which have an increased service life while ensuring high speed and stability of performance.

Известно электромагнитное клапанное устройство [патент РФ 2131549, F 16 K 31/02, публ. 1999г.], в котором на поверхности по меньшей мере одного из обращенных друг к другу торцов якоря и сердечника выполнен клиновидный участок, расположенный с наклоном относительно продольной оси клапана. Known electromagnetic valve device [RF patent 2131549, F 16 K 31/02, publ. 1999.], in which on the surface of at least one of the ends of the armature and the core facing each other is made a wedge-shaped portion located with an inclination relative to the longitudinal axis of the valve.

За счет указанной конструктивной особенности клапана сокращается залипание упирающихся поверхностей якоря и сердечника, что способствует поддержанию постоянным времени притягивания и отпускания якоря. Для уменьшения износа упорных поверхностей на сердечник и/или якорь в зоне торца нанесено износоустойчивое покрытие или их торцевые поверхности обрабатывают способом закалки. Due to the indicated design feature of the valve, the sticking of the abutting surfaces of the armature and the core is reduced, which helps to maintain a constant time of attraction and release of the armature. To reduce wear of the thrust surfaces, a wear-resistant coating is applied to the core and / or anchor in the end zone or their end surfaces are treated by hardening.

Однако рассматриваемое устройство является сложным в изготовлении. Кроме того, поскольку сердечник и якорь упираются друг в друга в относительно малой зоне, в процессе эксплуатации клапана происходит интенсивный износ соприкасающихся поверхностей. Это приводит к изменению величины остаточного зазора между якорем и сердечником и, следовательно, к изменению магнитных свойств магнитопровода, что ведет к нестабильности рабочих характеристик клапана. However, the device in question is difficult to manufacture. In addition, since the core and the armature abut against each other in a relatively small area, during operation of the valve, intensive wear of the contacting surfaces occurs. This leads to a change in the residual gap between the armature and the core and, consequently, to a change in the magnetic properties of the magnetic circuit, which leads to instability of the operating characteristics of the valve.

Известно электромагнитное клапанное устройство [патент РФ 2142088, F 16 K 31/02, публ. 1999г.], в котором обеспечен гарантированный остаточный зазор между сердечником и якорем за счет установки между последними немагнитных прокладок, выполненных в виде шайб. Указанные прокладки предотвращают соударение поверхностей якоря и сердечника, а также залинание якоря, что способствует повышению быстродействия клапана и увеличению ресурса его работы. Known electromagnetic valve device [RF patent 2142088, F 16 K 31/02, publ. 1999], in which a guaranteed residual gap between the core and the armature is ensured by the installation of washers between the last non-magnetic gaskets. These gaskets prevent the collision of the surfaces of the armature and the core, as well as jamming of the armature, which helps to increase the valve speed and increase its service life.

Однако использование указанных прокладок отрицательно сказывается на магнитных свойствах электромагнитной системы клапана. В случае изготовления немагнитных прокладок из металла в прокладках индуцируются вихревые токи, возникновение которых снижает быстродействие клапана. В случае изготовления прокладок из полимерного материала их немагнитные свойства в процессе эксплуатации клапана постепенно утрачиваются. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации клапана при ударе якоря о прокладки происходит вкрапливание в материал прокладок ферромагнитных частиц, присутствующих в составе рабочего тела и проникающих в воздушный зазор, в котором существует максимальная концентрация магнитного поля магнитной системы клапана. However, the use of these gaskets adversely affects the magnetic properties of the electromagnetic valve system. In the case of the manufacture of non-magnetic gaskets from metal, eddy currents are induced in the gaskets, the occurrence of which reduces the speed of the valve. In the case of manufacturing gaskets from a polymeric material, their non-magnetic properties are gradually lost during valve operation. This is due to the fact that during operation of the valve, when the armature strikes the gaskets, ferromagnetic particles are introduced into the gasket material, which are present in the working fluid and penetrate into the air gap in which there is a maximum concentration of the magnetic field of the valve's magnetic system.

В качестве ближайшего аналога авторами выбрано электромагнитное клапанное устройство [а.с. СССР 561799, F 02 M 51/08, публ. 1977г.]. As the closest analogue, the authors chose an electromagnetic valve device [a.s. USSR 561799, F 02 M 51/08, publ. 1977.].

Устройство содержит корпус с подводящим и отводящим каналами, расположенные вдоль продольной оси корпуса катушку электромагнита, неподвижный сердечник, подвижный якорь, нижняя часть которого жестко соединена с запорным органом, а также седло и возвратную пружину. Запорный орган имеет коническую посадочную поверхность и в нижней части снабжен направляющим стержнем, пропущенным через сквозное отверстие в седле клапана. На конце направляющего стержня размещен жесткий упорный элемент, взаимодействующий с нижней поверхностью седла в открытом состоянии клапана. Упорный элемент выполнен в виде кольца, охватывающего направляющий стержень, при этом местоположение упорного элемента на направляющем стержне определяет рабочий ход запорного органа. Между якорем и сердечником имеется зазор, величина которого превышает величину рабочего хода запорного органа. The device comprises a housing with inlet and outlet channels located along the longitudinal axis of the housing of the electromagnet coil, a fixed core, a movable armature, the lower part of which is rigidly connected to the locking body, as well as a saddle and a return spring. The locking member has a tapered seating surface and is provided at the bottom with a guide rod passed through a through hole in the valve seat. At the end of the guide rod there is a hard stop element interacting with the bottom surface of the seat when the valve is open. The stop element is made in the form of a ring covering the guide rod, while the location of the stop element on the guide rod determines the working stroke of the locking element. There is a gap between the anchor and the core, the value of which exceeds the magnitude of the working stroke of the locking element.

Данная конструкция обеспечивает наличие гарантированного воздушного зазора между сердечником и якорем, что исключает соударение элементов магнитопровода, выполненных из магнитомягкого материала с низкой ударопрочностью, а также предотвращает залипание якоря. Указанные факторы способствуют повышению ресурса работы и увеличению быстродействия клапанного устройства. При этом, поскольку соударяющиеся элементы конструкции устройства вынесены за пределы его магнитопровода, не происходит изменения характеристик воздушного зазора, обусловленного износом контактирующих поверхностей соударяющихся элементов. Следовательно, магнитные свойства магнитопровода сохраняются в процессе эксплуатации изделия, что способствует стабильности его рабочих характеристик. This design provides a guaranteed air gap between the core and the anchor, which eliminates the collision of the elements of the magnetic circuit made of magnetically soft material with low impact resistance, and also prevents sticking of the armature. These factors contribute to an increase in service life and increase the speed of the valve device. Moreover, since the colliding structural elements of the device are outside the magnetic circuit, there is no change in the characteristics of the air gap due to wear of the contacting surfaces of the colliding elements. Therefore, the magnetic properties of the magnetic circuit are preserved during the operation of the product, which contributes to the stability of its performance.

Однако расположенный на конце направляющего стержня кольцевой упорный элемент имеет малую площадь соударения с нижней поверхностью седла, в связи с чем рассматриваемая конструкция клапанного устройства не обладает высокой износоустойчивостью. However, the annular thrust element located at the end of the guide rod has a small area of impact with the bottom surface of the seat, and therefore the valve assembly design in question does not have high wear resistance.

Задачей заявляемого изобретения является повышение износоустойчивости клапанного устройства при обеспечении его быстродействия и стабильности рабочих характеристик. The task of the invention is to increase the durability of the valve device while ensuring its speed and stability of performance.

Сущность изобретения заключается в том, что в электромагнитном клапанном устройстве, содержащем корпус с подводящим и отводящим каналами, расположенные вдоль продольной оси корпуса катушку электромагнита, неподвижный сердечник, подвижный якорь, нижняя часть которого жестко соединена с запорным органом, а также седло, возвратную пружину и упорный элемент, ограничивающий ход запорного органа, причем между якорем и сердечником имеется зазор, величина которого превышает величину рабочего хода запорного органа, согласно изобретению упорный элемент выполнен в виде жестко зафиксированной в корпусе и расположенной соосно с запорным органом упорной шайбы, в верхней части запорного органа по его периметру имеется горизонтальный выступ, образующий упорную площадку, посредством которой запорный орган упирается в упорную шайбу в открытом состоянии клапанного устройства, при этом уровень расположения упорной шайбы превышает уровень расположения упорной площадки запорного органа на величину, соответствующую величине рабочего хода запорного органа. The essence of the invention lies in the fact that in an electromagnetic valve device comprising a housing with inlet and outlet channels located along the longitudinal axis of the housing, an electromagnet coil, a fixed core, a movable armature, the lower part of which is rigidly connected to a locking member, as well as a saddle, a return spring and a stop element limiting the stroke of the locking member, and there is a gap between the armature and the core, the size of which exceeds the working stroke of the locking member, according to the invention the th element is made in the form of a thrust washer rigidly fixed in the housing and located coaxially with the locking body, along the perimeter of the locking body along its perimeter there is a horizontal protrusion forming a thrust pad, by which the locking body abuts against the thrust washer in the open state of the valve device, while the level of the location of the thrust washer exceeds the level of the location of the thrust pad of the locking body by an amount corresponding to the magnitude of the working stroke of the locking body.

Целесообразным является, чтобы запорный орган и упорная шайба были выполнены из ударопрочного материала. It is advisable that the locking body and thrust washer were made of impact-resistant material.

Возможен вариант выполнения электромагнитного клапанного устройства, в котором запорный орган выполнен в форме диска, наружный диаметр которого превышает наружный диаметр якоря и превышает диаметр отверстия упорной шайбы, при этом в корпусе установлена охватывающая диск дистанционная шайба, упорная шайба расположена поверх дистанционной шайбы, диаметр отверстия дистанционной шайбы согласован с наружным диаметром диска, а ее толщина превышает толщину диска на величину его рабочего хода. An embodiment of an electromagnetic valve device is possible in which the locking member is in the form of a disk, the outer diameter of which exceeds the outer diameter of the armature and exceeds the hole diameter of the thrust washer, while the spacer enclosing the disk is installed in the case, the thrust washer is located on top of the distance washer, the diameter of the hole is remote the washer is consistent with the outer diameter of the disk, and its thickness exceeds the thickness of the disk by the value of its working stroke.

Возможен вариант выполнения электромагнитного клапанного устройства, в котором между упорной шайбой и катушкой электромагнита расположена магнитопроводящая шайба, охватывающая нижнюю часть якоря. An embodiment of an electromagnetic valve device is possible in which a magnetically conducting washer is located between the thrust washer and the coil of the electromagnet, covering the lower part of the armature.

В предлагаемой конструкции клапанного устройства соударяющимися элементами являются жестко зафиксированная в корпусе упорная шайба и запорный элемент, при этом соударение происходит по относительно большой площади контакта, что способствует снижению износа соударяющихся элементов устройства и повышению ресурса его работы. При этом, поскольку между сердечником и якорем имеется гарантированный воздушный зазор, не происходит их соударения, а следовательно, предотвращается износ указанных деталей, выполненных из магнитомягкого материала с низкой ударной прочностью, что также способствует повышению ресурса работы устройства. Наличие указанного гарантированного воздушного зазора приводит к отсутствию залипания якоря, что обеспечивает высокое быстродействие клапанного устройства. Кроме того, поскольку соударяющиеся элементы конструкции вынесены за пределы магнитопровода, не происходит изменения характеристик воздушного зазора, обусловленного износом контактирующих поверхностей соударяющихся элементов, а следовательно, изменения магнитных свойств магнитопровода, что способствует стабильности рабочих характеристик клапанного устройства. In the proposed design of the valve device, the colliding elements are a thrust washer and a locking element rigidly fixed in the housing, while the collision occurs over a relatively large contact area, which helps to reduce wear on the colliding elements of the device and increase its service life. Moreover, since there is a guaranteed air gap between the core and the armature, they do not collide, and therefore, wear of these parts made of magnetically soft material with low impact strength is prevented, which also helps to increase the life of the device. The presence of the specified guaranteed air gap leads to the absence of sticking of the armature, which ensures high speed valve device. In addition, since the colliding structural elements are outside the magnetic circuit, there is no change in the characteristics of the air gap due to wear of the contacting surfaces of the colliding elements, and therefore, changes in the magnetic properties of the magnetic circuit, which contributes to the stability of the operating characteristics of the valve device.

Для повышения износоустойчивости запорного органа и упорной шайбы их изготавливают из ударопрочного материала, например из стали 95Х18, закаленной до твердости HRC 59... 62. To increase the wear resistance of the locking member and thrust washer, they are made of impact-resistant material, for example, steel 95X18, hardened to a hardness of HRC 59 ... 62.

Выполнение запорного органа в форме диска и установка в корпусе дистанционной шайбы, охватывающей запорный орган, обеспечивают простоту и технологичность конструкции клапанного устройства. Наличие указанных конструктивных элементов позволяет путем относительно простых технологических операций плоской шлифовки и доводки торцов указанных элементов достигнуть высокой точности установки рабочего хода клапана. The implementation of the locking body in the form of a disk and the installation in the housing of a spacer washer covering the locking body, provide simplicity and manufacturability of the design of the valve device. The presence of these structural elements allows, through relatively simple technological operations of flat grinding and fine-tuning the ends of these elements, to achieve high accuracy of installation of the valve stroke.

Наличие между упорной шайбой и катушкой электромагнита магнитопроводящей шайбы, охватывающей нижнюю часть якоря, обеспечивает замыкание магнитной цепи между корпусом и якорем. The presence of a magnetic conductor between the thrust washer and the electromagnet coil covering the lower part of the armature ensures the closure of the magnetic circuit between the body and the armature.

На чертеже представлено предлагаемое клапанное устройство. The drawing shows the proposed valve device.

Клапанное устройство содержит корпус 1 с подводящим каналом 2 и отводящим каналом 3. Вдоль продольной оси корпуса 1 расположены катушка 4 электромагнита, неподвижный сердечник 5, подвижный якорь 6, нижняя часть которого жестко соединена с запорным органом, выполненным в виде диска 7, а также седло 8. Диск 7 нагружен пружиной 9. Между сердечником 5 и якорем 6 в закрытом состоянии клапанного устройства имеется зазор А. В корпусе 1 жестко зафиксирована расположенная соосно с диском 7 упорная шайба 10, диаметр отверстия которой меньше наружного диаметра диска 7. При этом наружный диаметр диска 7 превышает наружный диаметр якоря 6, так что в верхней части диска 7 имеется упорная площадка Б. В корпусе 1 установлена охватывающая диск 7 дистанционная шайба 11. Упорная шайба 10 расположена поверх дистанционной шайбы 11. Диаметр отверстия дистанционной шайбы 11 согласован с наружным диаметром диска 7, а ее толщина превышает толщину диска 7, за счет чего между диском 7 и упорной шайбой 10 в закрытом состоянии клапанного устройства образуется зазор В, соответствующий рабочему ходу диска 7. Величина зазора А превышает величину зазора В. Между катушкой 4 электромагнита и упорной шайбой 10 установлена магнитопроводящая шайба 12, охватывающая нижнюю часть якоря 6. The valve device comprises a housing 1 with a supply channel 2 and a discharge channel 3. Along the longitudinal axis of the housing 1 are an electromagnet coil 4, a fixed core 5, a movable armature 6, the lower part of which is rigidly connected to a locking element made in the form of a disk 7, and also a saddle 8. The disk 7 is loaded with a spring 9. Between the core 5 and the armature 6 in the closed state of the valve device there is a gap A. In the housing 1, a thrust washer 10 is located coaxially with the disk 7, the opening diameter of which is smaller than the outer diameter the disk 7. In this case, the outer diameter of the disk 7 exceeds the outer diameter of the armature 6, so that in the upper part of the disk 7 there is a thrust pad B. In the housing 1 there is a spacer disc 11 surrounding the disc 7. The thrust washer 10 is located on top of the spacer 11. The diameter of the spacer hole the washer 11 is consistent with the outer diameter of the disk 7, and its thickness exceeds the thickness of the disk 7, due to which a gap B is formed between the disk 7 and the thrust washer 10 in the closed state of the valve device, corresponding to the stroke of the disk 7. The size of the gap A exceeds the gap B. Between the coil 4 of the electromagnet and the thrust washer 10, a magnetically conductive washer 12 is installed, covering the lower part of the armature 6.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При подаче напряжения в обмотку катушки 4 электромагнита якорь 6 вместе с жестко связанным с ним диском 7, сжимая пружину 9, притягивается к неподвижному сердечнику 5. При этом диск 7 перемещается на величину рабочего хода Б и прекращает свое движение при упоре площадки 11 диска 7 в поверхность шайбы 10. Клапанное устройство открыто, рабочее тело поступает в отводящий канал 3 седла 8. При снятии напряжения с обмотки катушки 4 электромагнита диск 7 под действием усилия пружины 9 и давления рабочего тела прижимается к седлу 8 и перекрывает проход рабочего тела через канал 3 седла 8. Клапанное устройство закрыто. When voltage is applied to the winding of the coil 4 of the electromagnet, the armature 6 together with the disk 7 rigidly connected to it, compressing the spring 9, is attracted to the fixed core 5. In this case, the disk 7 moves by the amount of the stroke B and stops its movement when the platform 11 of the disk 7 c stops the surface of the washer 10. The valve device is open, the working fluid enters the outlet channel 3 of the seat 8. When the voltage is removed from the winding of the coil 4 of the electromagnet, the disk 7 is pressed against the seat 8 by the force of the spring 9 and the pressure of the working fluid and blocks the working passage his body through a channel 3 of the saddle 8. The valve assembly is closed.

Claims

1. An electromagnetic valve device comprising a housing with inlet and outlet channels located along the longitudinal axis of the housing of the electromagnet coil, a fixed core, a movable armature, the lower part of which is rigidly connected to the locking element, as well as a saddle, return spring and a stop element that limits the stroke body, while between the anchor and the core there is a gap exceeding the working stroke of the locking body, characterized in that the thrust element is made in the form of a rigidly fixed in the housing and is located connected coaxially with the locking body of the thrust washer, in the upper part of the locking body along its perimeter there is a horizontal protrusion forming a thrust pad, by which the locking body abuts the thrust washer in the open state of the valve device, while the level of location of the thrust washer exceeds the level of the thrust pad body by an amount corresponding to the magnitude of the working stroke of the locking body.

2. The electromagnetic valve device according to claim 1, characterized in that the locking member and thrust washer are made of impact-resistant material.

3. The electromagnetic valve device according to claim 1 or 2, characterized in that the locking member is made in the form of a disk, the outer diameter of which exceeds the outer diameter of the armature and exceeds the diameter of the hole of the thrust washer, while the spacer enclosing the disc is installed in the case, the thrust washer is located on top of the distance washer, the hole diameter of the distance washer is consistent with the outer diameter of the disk, and its thickness exceeds the thickness of the disk by the size of its stroke.

4. The electromagnetic valve device according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that between the thrust washer and the coil of the electromagnet there is a magnetically conductive washer covering the lower part of the armature.