НАСОС ДЛЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК F02M41/14 

Изобретение касается насоса для впрыска топлива распределительного типа, определенного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Такие насосы для впрыска топлива с открывающимся внутрь клапаном переключения (1-клапан), т.е. со смещаемым при открытии клапана против потока топлива элементом клапана, имеют по сравнению с топливными насосами высокого давления с открывающимся наружу клапаном переключения (А-клапан), в котором направление открытия элемента клапана и направление используемого при открытии клапана потока топлива совпадают, преимущество, заключающееся в более высокой эксплуатационной стабильности, так как возникающие при процессе открытия, направленные против направления потока топлива гидравлические импульсы силы действуют иначе, чем в А-клапане, поддерживая открывание, так что кратковременные фазы закрытия в процессе открытия и связанная с этим нестабильность клапана переключения в принципе предотвращаются.

Однако в процессе закрытия и открытия таких 1-клапанов во время фазы впрыскивания была зафиксирована нестабильная характеристика. Причинами этой нестабильности является следующее: перед началом процесса впрыскивания поршень насоса подает топливо от рабочего пространства насоса к первой камере клапана и через освобожденное элементом клапана проходное сечение клапана - к расположенной в зоне низкого давления второй камере клапана. Эта подача является непрерывной, так что можно говорить о подвижном столбе топлива. Для начала процесса впрыскивания клапан переключения закрывается, в результате чего столб топлива обрывается.

Так как этот столб топлива обладает собственной динамикой, он продолжает движение и позднее затормаживается давлением, господствующим в зоне низкого давления. Однако до этого он создает во второй камере клапана под закрытым элементом клапана полое пространство. После этого заторможенный столб топлива ускоряется давлением в зоне низкого давления в противоположном направлении, т.е. в созданное до этого полое пространство, и последнее вновь заполняется. При этом образуется толчок наполнения, который попадает на торцевую поверхность элемента клапана. Если при этом элемент клапана находится еще в движении, движение элемента клапана контролироваться не может, что приводит к нестабильному процессу впрыскивания.

Аналогичным образом возникают нестабильности во время процесса регулирования подачи топлива со сливом его избыточности путем открытия элемента клапана, если к этому моменту времени в топливе появляются пульсации давления.

Из вышеизложенной заявки Великобритании N 2261035 известен распределительный топливный насос высокого давления, который имеет совершающий возвратно-поступательные движения во втулке плунжера и вращающийся плунжер насоса и распределительного топливного насоса высокого давления, который во втулке плунжера на одной стороне ограничивает рабочее пространство насоса, которое на другой стороне закрывается с помощью вставленного в корпус топливного насоса высокого давления корпуса электромагнитного клапана.

Заполнение и разгрузка рабочего пространства насоса осуществляется с помощью электромагнтоного клапана, который с помощью элемента клапана создает переход от нагружаемой высоким давлением, соединенной с рабочим пространством насоса первой камеры клапана к соединенной с разгрузочной камерой второй камере клапана и разделяет эти камеры и тем самым управляет фазой, в которой плунжер насоса создает в заполненной топливом рабочем пространстве насоса эффективное для впрыскивания высокое давление. Элемент клапана имеет на стороне низкого давления разгрузочный поясок и нагружается пружиной клапана в направлении открывания против направления стекания топлива из рабочего пространства насоса и электромагнитами в направлении закрывания.

Этот известный вариант выполнения имеет недостаток, заключающийся в том, что из-за прилегающего к втулке плунжера электромагнитного клапана необходимо значительное монтажное пространство в топливном насосе высокого давления, что связано со значительным из-за корпуса электромагнитного клапана и содержащихся там камер клапана и подводящих трубопроводов большим мертвым объемом, который должен предварительно сжиматься при каждом ходе нагнетания поршня насоса до давления впрыскивания, не имея в распоряжении активного впрыскивания.

Кроме того, весь корпус электромагнитного клапана должен герметично закрывать под высоким давлением рабочее пространство насоса, что требует дальнейших затрат на изготовление и монтаж.

С помощью решения в соответствии с изобретением предпочтительно необходимое монтажное пространство уменьшается благодаря тому, что элемент клапана объединен в распределителе. Тем самым сокращаются расходы на достаточное уплотнение под высоким давлением рабочего пространства насоса, так как функцию этого уплотнения выполняет сам элемент клапана со своей направляющей в осевом глухом отверстии. Таким образом приводящий в действие элемент клапана электромагнит прерывает поток просачивающего топлива и не должен быть сконструирован, изготовлен и смонтирован с обеспечением герметичности под высоким давлением.

Хотя из Европейской выложенной заявки N 244340 известно расположение элемента клапана внутри центрального глухого отверстия распределителя распределительного топливного насоса высокого давления, однако в этом клапане вторая камера располагается вне распределителя и не имеет также разгрузочного пояска низкого давления.

Известный топливный насос высокого давления имеет при этом уже рассмотренные вначале недостатки.

Преимущества изобретения
Насос для впрыска топлива в соответствии с изобретением с отличительными признаками пункта 1 формулы изобретения имеет преимущество, заключающееся в том, что с помощью расположенного в камере низкого давления плунжера низкого давления элемент клапана в значительной степени нейтрально реагирует на пульсации давления, следовательно, они не оказывают никакого влияния, и благодаря этому обеспечивается стабильная гидравлика как при начале процесса впрыскивания в результате закрытия клапан переключения, так и в процессе регулирования подачи топлива со сливом его избытка в результате открытия клапана переключения.

С помощью плунжера низкого давления сильно уменьшена контактная поверхность на элементе клапана для пульсации давления, так как теперь больше не все определенное диаметром седла клапана поперечное сечение элемента клапана является контактной поверхностью, а только кольцевая поверхность поперечного сечения, которая получается из разности между диаметром седла элемента клапана и диаметром плунжера низкого давления. Если диаметр плунжера низкого давления приводят в соответствие с диаметром седла, то уменьшается влияние пульсации давления, и перемещение элемента клапана при открытии и закрытии является стабильным.

Благодаря приведенным в других пунктах формулы изобретения мерам возможны предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения и усовершенствования указанного в пункте 1 формулы изобретения топливного насоса высокого давления.

В нижеследующем описании изобретение более подробно поясняется с помощью представленного на чертеже примера выполнения. На чертеже показан продольный разрез топливного насоса высокого давления распределительного конструктивного исполнения для дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Представленный на чертеже в продольном разрезе насос для впрыска топлива распределительного типа имеет корпус (не показан), который гидравлически герметично закрыт крышкой 10 корпуса.

В корпусе установлен с возможностью вращения распределительный вал 11. В крышке 10 корпуса на нескольких выпускных отверстиях расположены соединительные патрубки 13, которые с помощью не показанных на чертеже нагнетательных трубопроводов и форсунок питают многоцилиндровый дизельный двигатель. Из соединительных патрубков 13 показан только один.

Соединительные патрубки 13 по очереди снабжаются с помощью вращающегося распределительного вала 11 дозированным количеством топлива, которое находится под давлением впрыскивания и через соответствующий соединительный патрубок 13 и присоединенный к нему нагнетательный трубопровод и форсунку впрыскивается в камеру сгорания соответствующего цилиндра дизельного двигателя.

Распределительный вал 11 установлен с возможностью вращения во втулке 14, которая вставлена в отверстие 15 в крышке 10 корпуса. Отверстие 15 с торцевой стороны закрыто электромагнитом 16. Распределительный вал 11 с помощью поводка 12 соединен без возможности проворота с непоказанным дальше приводным валом, ось которого соосна с распределительным валом 11.

В нижней на фиг. 1 части с буртиком распределительного вала 11, сформированной с большим диаметром, предусмотрены плунжера 17 насоса, количество которых может быть два, три или четыре, которые соответственно установлены в расположенной горизонтально поперек оси распределительного вала, т.е. радиально, предпочтительно выполненной как одно целое с распределительным валом 11 втулке плунжера с возможностью осевого перемещения.

Из плунжеров 17 насоса на чертеже показаны только два. Вращающиеся с распределительным валом плунжеры 17 насоса приводятся в действие соответственно с помощью толкателя, который опирается на неподвижную кулачковую обойму с выполненной на ней дорожкой упоров, и совершают возвратно-поступательное движение во втулке плунжера.

Как представлено на чертеже для плунжера 17 насоса, каждый плунжер 17 насоса ограничивает рабочее пространство 18 насоса, которое по определенной зоне угла поворота распределительного вала 11 соединено с размещенным в распределительном валу 11 распределительным отверстием 19.

Распределительное отверстие 19 оканчивается в участке кольцевой канавки 20 по периметру распределительного вала 11, который в пределах этой зоны угла поворота распределительного вала 11 соединяется с устьем ведущего к соединительному патрубку 13 отверстия 21 для впрыскивания на внутренней стенке втулки.

В распределительном валу 11 выполнено соосное глухое отверстие 22, в котором выполнено несколько участков отверстий различного диаметра. Находящийся на дне глухого отверстия 22 участок образует коллектор для просочившейся жидкости 23, а примыкающий к нему участок отверстия образует вторую камеру 24 клапана переключения 25.

Коллектор 23 для просочившейся жидкости и вторая камера 24 клапана отделены друг от друга цилиндрическим участком 26 стенки, диаметр в свету которого несколько уменьшен. Коллектор 23 для просочившейся жидкости присоединен к трубопроводу для слива топлива (не показан).

Вторая камера 24 клапана с помощью проходящего в распределительном валу 11 наружу разгрузочного отверстия 27 и расположенной по периметру распределительного вала 11 осевой канавки 28 соединена с расположенной по периметру распределительного вала 11 кольцевой канавкой 29, которая постоянно соединена с устьем радиального отверстия 30 во втулке 14.

Радиальное отверстие 30 соединено с помощью отверстия 31 в крышке 10 корпуса с внутренней полостью 45 топливного насоса высокого давления, которая с помощью не показанного на чертеже сидящего на приводном валу топливоподкачивающего насоса, заполнена и из которой на каждом ходе плунжера насоса топливо подается в рабочее пространство 18 насоса. В глухом отверстии 22 выполнена примыкающая ко второй камере 24 клапана, радиально выступающая кольцевая перегородка 32, которая ограничивает проходное сечение 33 клапана переключения 25 и на отвернутой от второй камеры 24 клапана кольцевой поверхности которой образовано седло 34 элемента 35 клапана.

Расположенный перед проходным сечением 33 клапана в глухом отверстии 22 участок с большим диаметром в свету образует первую камеру 36 клапана переключения 25, в которой расположен взаимодействующий с седлом 34 клапана с целью открытия и закрытия проходного сечения 33 клапана элемент 35 клапана.

Первая камера 36 клапана с помощью проходящего наружу в распределительном валу 11 соединительного отверстия 46 присоединена к участку 20 кольцевой канавки и таким образом в пределах определенной зоны угла поворота распределительного вала 11 соединена как с рабочим пространством 18 насоса, так и с отверстием 21 для впрыскивания.

Элемент 35 клапана выполнен как одно целое с направляющим плунжером 37, который установлен в расположенном перед первой камерой 36 клапана, уменьшенном в противоположность этому в диаметре направляющем участке 38 с возможностью осевого перемещения.

Направляющий плунжер 37 прилегает обращенным от элемента 35 клапана концом к упору 39, который образован насаженной на торцевую сторону втулки 14 крышкой 40 с центральным сквозным отверстием 41. Крышка 40 закреплена с помощью ввинченных в торцевую сторону распределительного вала 11 винтов 42.

На обращенной от направляющего плунжера 37 стороне элемента 35 клапана продолжается как одно целое конусообразная цапфа 56, диаметр которой с увеличением расстояния от элемента 35 клапана увеличивается и на ее конце образован как одно целое плунжер 43 низкого давления.

Плунжер 43 низкого давления находится внутри образованного между второй камерой 24 клапана и коллектором 23 для просачивающейся жидкости цилиндрического участка 26 стенки и установлен в нем с небольшим радиальным зазором. При этом величина наружного диаметра плунжера 43 низкого давления выбрана такой же, что и посадочный диаметр элемента 35 клапана, с которым элемент 35 клапана сидит на седле 34 клапана. Этот посадочный диаметр соответствует в представленном цилиндрическом исполнении элемента 35 клапана приблизительно диаметру в свету проходного сечения 33 клапана.

В коллекторе 23 для просочившейся жидкости расположена выполненная в виде цилиндрической винтовой пружины сжатия пружина 44 клапана, которая опирается на дно глухого отверстия 22 и торцевую сторону плунжера 43 низкого давления.

Пружина 44 клапана действует в направлении открывания клапана переключения 25 и стремится приподнять элемент 35 клапана над седлом 34 клапана при освобождении проходного сечения 33 клапана.

В открытом положении клапана направляющий плунжер 37 под воздействием пружины 44 клапана прилегает к упору 39 на крышке 40.

Упомянутый вначале электромагнит 16 предназначен для закрытия клапана переключения 25, преодолевая возвратное усилие пружины 44 клапана.

Электромагнит 16 имеет чашеобразный корпус 47 магнита с центральным, отходящим по прямым углом от дна чаши сердечником 48 чаши.

Корпус 47 магнита вставлен в торцевую сторону отверстия 15 в крышке 10 корпуса и уплотнен с помощью кольцевого уплотнения 52 относительно стенки отверстия. Одновременно корпус 47 магнита предназначен для установки без возможности осевого смещения втулки 14 в отверстии 15. Внутри корпуса 47 магнита расположена катушка возбуждения 49, питание которой осуществляется с помощью присоединенных штырьков 53.

В соосном направляющем отверстии 50 в сердечнике 48 чаши установлен управляющий толкатель 51 с возможностью осевого смещения, один конец которого закреплен на пластине 54 якоря электромагнита 16 и другой свободный конец которого прилегает с торцевой стороны к направляющему плунжеру 37, а именно к уменьшенной в диаметре цапфе 371 направляющего плунжера 37, которая выступает через сквозное отверстие 41 в крышке 40.

При обесточенной катушке возбуждения 49 и тем самым при невозбужденном электромагните 16 пружина 44 клапана с помощью элемента 35 клапана с плунжером 43 низкого давления и направляющим плунжером 37 смещает управляющий толкатель 51 с пластиной 54 якоря к упору 55 на корпусе 47 магнита; этот упор устанавливает максимальный ход пластины 54 якоря. Клапан переключения 25 открыт, и первая камера 36 клапана соединена через проходное сечение 33 клапана со второй камерой 24 клапана. В открытом положении клапана переключения 25 как рабочее пространство 18 насоса с помощью распределительного отверстия 19, так и отверстие 21 для впрыскивания с помощью соединительного отверстия 46 в распределительном валу 11 и разгрузочного отверстия 27, а также радиального отверстия 30 и отверстия 31 в крышке 10 корпуса соединены с заполненной топливом внутренней полостью 45 топливного насоса высокого давления.

Если катушка возбуждения 49 электромагнита 16 запитывается, то пластина 54 якоря притягивается в направлении к дну чаши корпуса 47 магнита и прижимает с помощью управляющего толкателя 51 элемент 35 клапана к окружающему проходное сечение 33 клапана седлу 34 клапана.

Проходное сечение 33 клапана закрыто, а рабочее пространство 18 насоса через распределительное отверстие 19 соединено с отверстием 21 для впрыскивания, так что сжатое в рабочем пространстве насоса до давления впрыскивания топливо через присоединительный патрубок 13 и не показанные на чертеже нагнетательный трубопровод и форсунку впрыскивается в камеру сгорания цилиндра дизельного двигателя.

Для окончания процесса впрыскивания с клапана переключения 35 снимается возбуждение, пластина 54 якоря падает, а пружина 44 клапана открывает клапан переключения 25, причем направление перемещения элемента 35 клапана направлено против направления потока топлива, которое при открытом клапане переключения 25 протекает от первой камеры 36 клапана через проходное сечение 33 клапана ко второй камере 24 и оттуда дальше во внутреннюю полость 45 топливного насоса высокого давления. Тем самым рабочее пространство 18 насоса описанным образом соединено с зоной низкого давления во внутренней полости 45 насоса для впрыска топлива, и давление в нагнетательном трубопроводе и форсунке молниеносно падает, вследствие чего форсунка закрывается.

Процесс впрыскивания тем самым молниеносно прерывается.

Изобретение не ограничено описанным выше примером выполнения. Так, например, седло 34 клапана, а также элемент 35 клапана могут быть выполнены конусообразными. В этом случае диаметр посадочной поверхности элемента 35 клапана определяется окружностью прилегания конусной поверхности на элементе 35 клапана к конусной поверхности седла 34 клапана. С этим диаметром конусообразной посадочной поверхности элемента 35 клапана на конусообразном седле 34 клапана вновь приводится в соответствие наружный диаметр плунжера 43 низкого давления.

Насос для впрыска топлива распределительного типа имеет по меньшей мере один приводимый в движение и совершающий возвратно-поступательное движение плунжер 17 насоса, вращающийся распределительный вал 11, который с помощью распределительного отверстия 19 создает при вращении соединение между ограниченным плунжером 17 насоса рабочим пространством 18 насоса и форсункой, а также клапан переключения 25 для дозирования количества впрыскиваемого топлива. С целью получения высокостабильной гидравлики при открытии и закрытии клапана переключения 25 с элементом 35 клапана переключения 25 соединен плунжер 43 низкого давления, который за выходом разгрузочного отверстия 27 расположен в участке 26 стенки с возможностью осевого смещения. Предпочтительно наружный диаметр плунжера 43 низкого давления в значительной степени приближается к диаметру посадочной поверхности элемента 35 клапана на сопряженном седле 34 клапана. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насос для впрыска топлива распределительного типа для питания большого количества форсунок двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере с одним приводимым в движение и совершающим возвратно-поступательное движение плунжером (17) насоса, который ограничивает соединяемое с подачей топлива рабочее пространство (18) насоса, и при каждом ходе нагнетания топливо с давлением впрыскивания подается к одной из форсунок, с вращающимся распределительным валом (11), который с помощью распределительного отверстия (19) при вращении создает соединение между рабочим пространством насоса (18) и форсункой, и с клапаном переключения (25) для дозирования количества впрыскиваемого топлива, который имеет элемент клапана 35, нагруженный в направлении открытия клапана пружиной клапана (44) и благодаря которому может управляться открытие и закрытие проходного сечения (33), которое расположено в соединении между первой камерой клапана (36) и второй камерой клапана, причем первая камера клапана (36) соединена с распределительным отверстием (19), а вторая камера клапана (24) соединена с разгрузочным отверстием (27), и при открытии клапана смещается против протекающего через проходное сечение (33) клапана потока топлива и который имеет электромагнит (16) с якорем (54) для приведения в действие элемента (35) клапана в направлении закрытия клапана, и с элементом (35) клапана жестко соединен соосный с ним плунжер (43) низкого давления с помощью уменьшенной в диаметре цапфы (56), которая выступает во вторую камеру (24) клапана, и ее обращенный от проходного сечения (33) клапана конец расположен с минимальным зазором в примыкающем ко второй камере (24) клапана участке (26) стенки с возможностью осевого смещения, отличающийся тем, что пружина (44) клапана расположена в присоединенном к трубопроводу для слива топлива коллекторе для просочившейся жидкости (23), которая торцовой стороной прилегает к плунжеру (43) низкого давления вслед за цилиндрическим участком (26) стенки и там опирается на дно коллектора (23) для просочившейся жидкости и торцевую сторону плунжера (43) низкого давления, и обе камеры (36, 24) клапана, проходное сечение (33) клапана с седлом (34) клапана и цилиндрический участок (26) стенки, а также коллекор (23) для просочившейся жидкости вместе с элементом (35) клапана с плунжером низкого давления выполнены в центральном глухом отверстии (22) в распределительном валу (11), глухое отверстие которого закрывается наружу элементом клапана, и на обращенную наружу торцевую сторону элемента (35) клапана воздействует якорь (54) электромагнита (16). 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что электромагнит (16) имеет катушку возбуждения (49) и жестко соединенный с якорем (54) магнита, соосный с распределительным валом (11) управляющий толкатель (51), который соосно прилегает к торцевой стороне жестко соединенного с элементом (35) клапана направляющего плунжера (37), и направляющий плунжер (37) установлен внутри расположенного перед первой камерой (36) клапана цилиндрического направляющего участка (36) в глухом отверстии (22) с возможностью осевого смещения. 3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что распределительный вал (11) вставлен в закрепленную в корпусе (10) насоса втулку (14) с возможностью вращения, причем распределительный вал (11) имеет по периметру кольцевую канавку (29), в которую входит проходящее в распределительном валу (11) разгрузочное отверстие (27), и что кольцевая канавка (29) постоянно соединена с расположенным во втулке (14) радиальным отверстием (30), которое соединено с заполненной топливом внутренней полостью (45) корпуса насоса. 4. Насос по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что жестко соединенный с элементом (35) клапана направляющий плунжер (37) с помощью пружины (44) клапана может приводиться в соприкосновение с упором (39), который образован с помощью закрепленной на торцевой стороне распределительного вала крышки (40), которая опирается на торцевую сторону жестко расположенной в корпусе топливного насоса высокого давления втулки (14), в которой базируется распределительный вал, и распределительный вал на обращенном от этой торцевой стороны конце имеет буртик для базирования плунжеров насоса (17) в ориентированных радиально к оси распределительного вала (11) втулках плунжеров, между буртиком и крышкой (40) в осевом направлении направляется во втулке (14) распределительный вал (11).