НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K15/02 F02M59/46 

Изобретение относится к арматуростроению.

Известен нагнетательный клапан для установки в подающей магистрали между рабочей камерой топливного насоса высокого давления и вспрыскивающим топливо клапаном двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с седлом и проходным каналом, нагруженный пружиной в сторону седла запорный орган с размещенным в проходном канале уплотненным буртиком и направляющим пояском, и уплотнительной конической поверхностью, контактирующей с седлом в закрытом положении клапана, причем пружина установлена в полости, противоположной рабочей камере топливного насоса высокого давления, а на уплотненном буртике выполнена по меньшей мере одна выемка, образующая со стенкой проходного канала проходное сечение.

В известном нагнетательном клапане запорный орган имеет буртик в канале всасывания, а жесткий упор происходит не при каждом ходе подачи, проходное сечение, освобождаемое запорным органом и примыкающее со стороны рабочей камеры насоса к буртику всасывающего канала, выполнено весьма большим, больше свободного сечения примыкающего подающего трубопровода. В таких клапанах сильно различаются количества впрыскиваемого топлива при постоянно настроенной подаче топливного насоса высокого давления. Эти различные количества, особенно в случае распределительного топливного насоса высокого давления, никак не компенсируются соответствующей настройкой рабочего хода подачи поршня насоса, поскольку все точки впрыска двигателя внутреннего сгорания попеременно запитываются от одной рабочей камеры насоса, и то что количественное регулирование должно быть одинаковым для всех точек впрыска, предполагает, что не реализуется регулятор количества впрыскиваемого топлива, индивидуально управляющий количеством за один такт подачи поршня. Такое регулирование связано с существенными затратами. Воздействие на количество можно осуществить и другими вторичными мерами, например посредством ограничителей хода нагнетательного клапана, что, однако, опять-таки не приводит к созданию предпочтительно равномерного воздействия во всем рабочем диапазоне топливного насоса высокого давления и тоже дорого.

Целью изобретения является обеспечение подачи необходимого количества впрыскиваемого топлива путем регулировки открывания запорного органа.

В предложенном нагнетательном клапане соединительное сечение между рабочим объемом насоса и подающим трубопроводом открывается медленно, а при возрастании подаваемого количества топлива непрерывно, так что при подаче предотвращаются пики и провалы давления, приводящие в известных конструкциях к волнообразному колебанию подаваемого количества топлива. При этом выемка в целом не образует дросселирующего сечения, поскольку свободное среднее сечение может увеличиваться при увеличении подаваемого количества топлива, а проходное сечение и тем самым максимальное соединительное сечение имеет примерно одинаковый размер со свободным сечением подающего трубопровода.

На фиг. 1 изображен продольный разрез нагнетательного клапана; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, второй конструктивный вариант; на фиг. 4 - то же, третий конструктивный вариант; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - четвертый конструктивный вариант со ступенчатой лыской; на фиг. 7 - пятый конструктивный вариант с плавно увеличивающимся в сторону рабочей камеры насоса сечением выемки; на фиг. 8 - шестой конструктивный вариант с цилиндрическим направляющим участком.

На фиг. 1 представлен продольный разрез нагнетательного клапана, ввинченного в корпус топливного насоса высокого давления. Нагнетательный клапан имеет присоединительный штуцер 1, имеющий на одном конце наружную резьбу 2, которой он ввинчен в резьбовое гнездо топливного насоса. В этом гнезде имеется коаксиальный канал подающего трубопровода 3 топливного насоса высокого давления. Посредством нагнетательного клапана эта часть подающего трубопровода 3 соединяется с остальной частью 4 трубопровода, на конце которого присоединен впрыскивающий топливо клапан 5. Присоединительный штуцер 1 имеет в основном цилиндрическую форму с осевой цилиндрической полостью 6, открытой со стороны резьбового присоединения. От полости 6 отходит соосный с ней присоединительный канал 7, оканчивающийся присоединительными ниппелем 8 и соединяющий полость 6 с подающим трубопроводом 4 и впрыскивающим клапаном 5.

На конце осевой полости 6 вставлен корпус 9 с седлом 10, имеющий на наружном конце фланец 11, посредством которого он упирается в торец 12 присоединительного штуцера 1 и в буртик 13. В корпусе 9 выполнен проходной канал 14, образующий на выходе в сторону полости 6 выпускную кромку 15, которая переходит в седло 10. В проходном канале 14 установлен запорный орган 16, имеющий головку 17 с уплотнительной конической поверхностью 18, которая при погружении запорного органа 16 в проходной канал 14 упирается в седло 10. Головка 17 запорного органа 16 нагружена усилием пружины 19, опирающейся на торец полости 6 и стремящейся удержать запорный орган 16 в закрытом положении. Седло 10 может быть образовано и на обращенном к насосу конце проходного канала 14, причем в этом случае поверхности уплотнения выполнены на соответствующем конце запорного органа.

Уплотнительная поверхность 18 ограничена со стороны, обращенной к насосу, кольцевой канавкой 20, которая с другой стороны прилегает к уплотненному буртику 21. К буртику 21 примыкает со стороны, обращенной к насосу, направляющий поясок 22, имеющий ребра 23, образованные выемками 24, скользящие в проходном канале 14 и обеспечивающие прямолинейность перемещения запорного органа 16. Между этими направляющими ребрами 23 выемки 24 образуют участки пропускания топлива, поступающего через подающий трубопровод 3 в проходной канал 14 к буртику 21.

Если со стороны, обращенной к насосу, осуществляется подача высокого давления, то сечение запорного органа 16 нагружается высоким давлением и запорной орган 16 перемещается, преодолевая усилие пружины 19. При этом буртик 21 выдвигается из проходного канала 14 и одновременно вытесняет топливо в подающий трубопровод 4 с повышением остаточного давления в нем перед впрыскивающим клапаном 5. При превышении определенного давления, задаваемого давлением открывания впрыскивающего клапана, происходит впрыскивание топлива. При выдвинутом буртике 21 топливо протекает через кольцевое соединительное сечение в полость 6 и дальше к форсунке. По окончании фазы впрыска давление в рабочей камере насоса понижается. При этом запорный орган 16 под действием пружины 19 с одной стороны и давления в подающем трубопроводе 4 и в полости 6 возвращается в закрытое положение.

Буртик 21 разделен на всасывающий участок 22 и регулирующий участок 23. На периметре регулирующего участка имеется выемка 24 в форме лыски, ограничительный край которой, обращенный к головке 17, проходит параллельно выпускной кромке 15 и определяет высоту регулирующего участка 23 буртика 21. В остальных местах регулирующий участок 23 без каких-либо уступов переходит во всасывающий участок 22.

На фиг. 2 показана в разрезе выемка 24. Это может быть прямая лыска или лыска с круговой ограничительной поверхностью, параллельной оси 25 запорного органа 16. Выемка 24 образует сквозное сечение, выполненное односторонним расположением на регулирующем участке 23. Помимо лыски возможны другие формы выемки 24, образующие сквозное сечение.

В нагнетательном клапане соединительное сечение между подающим трубопроводом 3 и его участком 4 определяется степенью выдвижения регулирующего участка 23 буртика 21 из канала 14. При подъеме запорного органа 16 выпускная кромка 15 последовательно освобождает соединительное сечение, определяемое произведением хода подъема на длину, обращенной к каналу границы выемки 24. Пpи открывании нагнетательного клапана с ходом, обусловленным пропускным сечением 24, создается необходимое для беспрепятственной подачи соединительное сечение между участками 3 и 4 подающего трубопровода. Сквозное сечение, образующееся между выемкой 24 и каналом 14, имеет минимальные размеры, однако достаточно, чтобы через него беспрепятственно протекало топливо при максимальном расходе так же, как это происходит и по подающему трубопроводу соответствующего диаметра. Это означает, что максимальное сквозное сечение на регулирующем участке 23 буртика 21 имеет примерно такие же размеры, как и сечение подающей линии 4. При этом запорный орган нагнетательного клапана должен совершать больший ход, чем требуется в известных устройствах. Высота регулирующего участка 23 буртика 2 имеет такие размеры, чтобы его часть постоянно оставалась в канале 14 и тем самым надежно поддерживалось заданное максимальное проходное сечение. Нагнетательный клапан обеспечивает тем самым беспрепятственный подвод максимального количества топлива к форсунке и такое согласование соединительного сечения с установившимся расходом топлива, чтобы предотвратить перерегулирование. Благодаря сравнительно большому ходу, необходимому для управления проходным сечением, легкость колебания запорного органа 16 нагнетательного клапана не оказывает больше существенного влияния на количество впрыскиваемого топлива или на динамику впрыска.

В другом конструктивном варианте по фиг. 3 регулирующий буртик 23 снабжен двумя выемками 25 и 26, расположенными диаметрально противоположно. Хотя в данном случае отсутствует компактность проходного сечения, нагрузка прикладывается к запорному органу 16 более равномерно.

В третьем конструктивном варианте по фиг. 4 запорный орган 16 имеет только три направляющих ребра 23, размещенных под углами 120^о друг к другу. Выемки 24 (см. фиг. 5) выполнены в виде лысок на цилиндрической заготовке, причем лыской 24 одновременно ограничивается со стороны, обращенной к насосу, и буртик 21. Однако на одной стороне лыска выполнена на величину "а" ближе к головке 17 запорного органа 16. Ограничительная кромка 27 устанавливает высоту всасывающего участка 22. Посредством этого удлинения "а" на стороне, обращенной к насосу, такая лыска образует выемку 24.

В четвертом конструктивном варианте выполнения (см. фиг. 6) выемка 24 имеет ступенчатую форму так, что сначала происходит открытие меньшего проходного сечения 28, а за ним - большего сечения 29.

При необходимости здесь можно предусмотреть наряду с лыской предварительное размещение известной компенсирующей канавки, работающей в зависимости от числа оборотов и, таким образом, при определенных конструктивных особенностях форсунки отрегулировать равномерный впрыск. На фиг. 6 это достигается различной глубиной лысок на регулирующем участке 23 буртика 21.

Вместо ступенчатой конструкции с лыской 28 по фиг. 6 можно выполнить наклонную лыску 30 по фиг. 7, с помощью которой достигается постоянное увеличение расхода через соединительное сечение в ходе подъема запорного органа 16.

На фиг. 8 изображен шестой конструктивный вариант выполнения нагнетательного клапана, согласно которому запорный орган 16 выполнен без выемок 24, образующих направляющие ребра 23, так что направляющий поясок 22 выполнен в виде цилиндра 31, отделенного от уплотнительной поверхности 18 кольцевой канавкой 20. На этом направляющем пояске 22 образован со стороны, обращенной к уплотнительной поверхности 18, всасывающий участок 32 буртика 21, к которому примыкает выемка 33 в форме лыски, параллельной оси запорного органа 16. Эта лыска проходит на остальное части длины направляющего пояска 22 и имеет то же назначение, что и выемка 24 на фиг. 4 или на фиг. 1; Этот отрезок направляющего пояска 31 аналогичен регулирующему участку 23 буртика 21. Такое запорное тело наиболее просто в изготовлении. (56) Патент ФРГ N 1236863, кл. 46 С2 105, 1967.

Сущность изобретения: запорный орган нагружен пружиной в сторону седла и имеет размещенный в проходном канале уплотненный буртик и направляющий поясок. Уплотнительная коническая поверхность контактирует с седлом в закрытом положении клапана. Пружина установлена в полости, противоположной рабочей камере топливного насоса высокого давления. На буртике выполнена выемка, образующая со стенкой проходного канала проходное сечение. Буртик выполнен в виде всасывающего и регулирующего участков. Выемка расположена на регулирующем участке. В месте пересечения седловой поверхности и поверхности канала выполнена выпускная кромка, образующая с выемкой соединительное сечение, площадь которого меньше или равна площади проходного сечения. 6 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН для установки в подающей магистрали между рабочей камерой топливного насоса высокого давления и впрыскивающим топливо клапаном двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с седлом и проходным каналом, нагруженный пружиной в сторону седла запорный орган с уплотнительной конической поверхностью, контактирующей с седлом в закрытом положении клапана, уплотненным буртиком и направляющим пояском, размещенными в проходном канале, причем пружина установлена в полости, противоположной рабочей камере топливного насоса высокого давления, а на уплотненном буртике выполнена по меньшей мере одна выемка, образующая со стенкой проходного канала проходное сечение, отличающийся тем, что буртик выполнен в виде всасывающего и регулирующего участков, выемка на нем расположена на регулирующем участке, причем в месте пересечения седловой поверхности и поверхности проходного канала выполнена выпускная кромка, образующая с указанной выемкой соединительное сечение, площадь которого меньше или равна площади проходного сечения. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что площадь проходного сечения соизмерима с площадью поперечного сечения подающей магистрали. 3. Клапан по пп1. и 2, отличающийся тем, что седло образовано на выходе проходного канала в полость, в которой размещена пружина, запорный орган выполнен с охватываемой пружиной головкой, на которой выполнена контактирующая с седлом уплотнительная поверхность, сопряженная с размещенными в проходном канале буртиком и направляющим пояском, вдоль образующей поверхности которого выполнены проточки, образующие направляющие ребра, одна из которых совмещена с выемкой. 4. Клапан по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что седло образовано на выходе проходного канала в полость, в которой размещена пружина, запорный орган выполнен с охватываемой пружиной головкой, на которой выполнена контактирующая с седлом уплотнительная поверхность, сопряженная с размещенным в проходном канале буртиком и направляющим пояском, выполненным в виде цилиндра, а выемка выполнена вдоль образующей поверхности цилиндра до всасывающего участка. 5. Клапан по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что выемка выполнена в виде лыски. 6. Клапан по п. 5, отличающийся тем, что выемка выполнена с проходным сечением, увеличивающимся в направлении к рабочей камере насоса. 7. Клапан по п. 5, отличающийся тем, что выемка выполнена ступенчатой с проходным сечением, увеличивающимся в направлении к рабочей камере насоса.