МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ БЛОК-НАСОС Российский патент 1998 года по МПК F02M37/06 F02M59/04 F16H13/02 F01P5/10 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к системам смазки, охлаждения и питания транспортных двигателей, и может быть использовано на транспорте и в спортивных средствах передвижения.

Известен двигатель СМД-14 [1]. Недостатком данного двигателя является то, что насосы системы охлаждения, смазки и питания двигателя выполнены раздельно.

Известен также двигатель 6ЧСП9,5/11-3 [2], выбранный автором в качестве прототипа, включающий водяной, масляный, топливоподкачивающий и высокого давления насосы.

Недостатком этого двигателя является сложная конструкция, громоздкость из-за того, что все насосы, системы охлаждения, смазки и питания двигателей внутреннего сгорания в настоящее время выполняются раздельно. Система охлаждения включает водяной насос, система смазки включает масляный насос. Система питания двигателей при внутреннем смесеобразовании включает топливоподкачивающий насос и насос высокого давления. Все насосы выполняются отдельно, каждый в своем корпусе, и каждый имеет свой привод, что ведет к увеличению габаритов и массы двигателя в целом, кроме того усложняет конструкцию и неудобно при производстве, ремонте и эксплуатации двигателей ввиду большого количества сложных деталей и сопрягаемых узлов внутри и с наружной части двигателя.

Изобретение обеспечивает возможность изготовления маслотопливноводяных насосов в одном блоке (корпусе), что ведет к уменьшению габаритов и массы двигателей, улучшает технологичность при производстве, облегчает ремонт и обслуживание при эксплуатации ввиду меньшего количества прецизионных деталей и сопрягаемых узлов.

Указанный результат достигается тем, что предлагаемый многофункциональный блок-насос выполняет одновременно функции водяного, масляного, топливоподкачивающего и топливного насоса высокого давления, при этом смешивание воды с маслом и топливом, а также топлива с маслом при эксплуатации и при любых неисправностях в блок-насосе исключается,
Настоящий многофункциональный блок-насос предназначен для многоцилиндровых двигателей с внутренним смесеобразованием.

Основным преимуществом этого насоса является меньшее количество прецизионных пар и других сопрягаемых деталей, а также меньшие габаритные размеры и масса. Насос также прост в обслуживании и не требует первоначальной и последующей регулировки на равномерность и момент подачи топлива отдельными секциями насоса, так как во все цилиндры подается топливо одним плунжером. Число оборотов его приводного вала в два раза меньше числа оборотов вала двигателя.

Корпус насоса разделен переборками на три несообщающиеся части с размещенным внутри пустотелым приводным валом, с глухим отверстием в части, размещенной во фланце привода насоса с возможностью вращения, внутри которого размещен цилиндрический толкатель с возможностью поступательного движения, с образованием полости переменного объема между торцовой частью глухого отверстия в приведенном валу и торцом толкателя с выполненными внутри толкателя сквозными каналами, сообщающимися с карманом в его средней части, на конце толкателя, обращенном к головке насоса, имеется отверстие, в которое свободно входит хвостовик плунжера с возможностью свободного хода на штифте, закрепленном в толкателе, и возможностью перекрытия своим торцом центрального топливного канала в толкателе, при этом в цилиндрической части корпуса, ограниченной разделительной переборкой и фланцем привода насоса, свободно размещены на приводном валу две кулачковые шайбы, прижимаемые пружинами, размещенными между ними, к роликам, установленным на разделительной переборке и фланце привода насоса на осях. Кулачковые шайбы развернуты одна относительно другой на 90^o и установлены с возможностью зацепления между собой и толкателем упором, свободно размещенным в прорезях приводного вала и толкателя. Внутри цилиндрической части корпуса размещено кольцо, внутренней своей частью контактирующее с кулачковыми шайбами с возможностью зацепления с ними и с возможностью вращения вокруг своей оси и поступательного движения в цилиндрической части корпуса, разделяющее внутреннюю полость цилиндрической части на две полости переменного объема, снабженные каждая впускным и выпускным клапанами. С наружной торцовой части фланца привода насоса соосно с приводным валом установлен вихревой насос охлаждения двигателя, сквозь корпус которого свободно проходит наружный конец приводного вала. Ротор вихревого насоса установлен в своем корпусе с возможностью вращения и зацепления с приводным шкивом, жестко закрепленным на наружном конце приводного вала. Во фланце привода насоса выполнен впускной канал с впускным клапаном, оканчивающийся кольцевой проточкой с возможностью сообщения через канал, выполненный в приводном валу с полостью переменного объема между торцевой частью глухого отверстия и торцом толкателя внутри приводного вала. Вращательное движение от приводного вала передается упору, а от него - кулачковым шайбам, толкателю и плунжеру. Шайбы имеют по два кулачка, которые при вращении набегают на ролики, получая при этом поступательное движение. От кулачковых шайб поступательное движение передается упору, а от него - толкателю, плунжеру и кольцу на шайбах. За один оборот приводного вала плунжер, толкатель и кольцо вместе с шайбами совершают четыре возвратно-поступательных движения (хода).

Плунжер имеет центральное и радиальное отверстия, соединяющие надплунжерную полость с подплунжерной полостью, и распределительный паз.

Когда плунжер под действием толкателя совершает движение вниз, над ним образуется разрежение. Как только откроются радиальные отверстия в плунжере, надплунжерное пространство заполняется топливом, в это же время толкатель своей нижней торцевой частью вытесняет через осевые каналы и карман топливо, через зазор между нижним торцом плунжера и торцовой частью центрального отверстия в подплунжерную часть (полость).

В это же время кольцо на шайбах, перемещаясь вниз, создает разрежение в верхней части переменного объема, и масло через впускной клапан поступает в объем. В нижнем объеме в это же время масло вытесняется через выпускной клапан для смазки двигателя. При движении плунжера вверх топливо вначале перетекает из надплунжерного пространства через впускные отверстия, плунжер своим нижним торцом закрывает осевой канал, и в результате создавшегося разрежения топливо через впускной канал поступает в полость над нижним торцом толкателя. Как только перекроются радиальные отверстия плунжера головкой насоса, начинается нагнетание топлива. Давление топлива преодолевает сопротивление пружины нагнетательного клапана, поднимает его из седла, и топливо попадает в пространство над клапаном, откуда через пересекающиеся наклонные каналы в головке насоса поступает в кольцевую проточку. Плунжер, вращаясь, попеременно соединяет своим пазом каждый из четырех наклонных каналов головки с проточкой. По наклонным каналам топливо подается к отводным штуцерам, а затем - к форсункам. Регулирование подачи топлива осуществляется при помощи дросселирующей иглы в перепускном канале. В это же время водяной насос, ротор которого кинематически связан с приводным валом, осуществляет принудительную циркуляцию жидкости в системе охлаждения двигателя.

Многофункциональный блок-насос в разрезе и отдельно детали представлены на фиг. 1-4: фиг. 1 - многофункциональный блок-насос; на фиг. 2 - толкатель; на фиг. 3 - приводной вал; на фиг. 4 - шкив.

Многофункциональный блок-насос состоит из цилиндрических частей 1, 2, 3; разделительных переборок 4 и 5; головки насоса 6; фланца привода насоса 7; корпуса вихревого насоса охлаждения двигателя 8, объединенных в один блок (корпус).

В корпусе насоса размещен с возможностью вращения приводной пустотелый вал 9, с прорезью 10, в которой размещен толкатель 11, с возможностью возвратно-поступательного движения, имеющий прорезь 12, сквозные продольные каналы 13, карман 14. На конце толкателя 11, обращенном к головке насоса 6, имеется отверстие, в которое входит хвостовик плунжера 15, соединенный штифтом 16 с возможностью свободного хода с толкателем 11. Через прорезь 10 приводного вала 9 и прорезь 12 толкателя 11 проходит упор 17, входящий в пазы кулачковых шайб 18.

В разделительной переборке 5 и фланце привода насоса 7 на осях установлены по 4 ролика 19, к которым пружинами 20 постоянно прижимаются кулачковые шайбы 18. Каждая шайба 18 имеет два выступа (кулачка) 21, контактирующих с роликами 19, причем кулачки шайб 18 развернуты со смещением между собой на 90^o.

Плунжер 15 имеет центральное и радиальное отверстия 22, соединяющие надплунжерную полость 23 с подплунжерной полостью 24, и распределительный паз 25, с возможностью сообщения с каждым из четырех наклонных каналов 26, головки 6, с кольцевой проточкой 27.

В головке насоса 6 размещен возвратный клапан 28, дросселирующая игла 29 которого прижата к своему седлу с перепускным каналом 30, регулирующим винтом 31, через пружину 32. На наружном конце регулирующего винта 31 закреплен рычаг управления 33.

Нагнетательный клапан 34 с возможностью сообщения с пространством над клапаном 35, сообщенным с пересекающимися наклонными каналами 36 с кольцевой проточкой 27 и возвратным клапаном 28, сообщающимся с подплунжерной полостью 24 каналом 37.

В цилиндрической части 2 корпуса имеется по два отверстия 38, по краям для закрепления впускных и выпускных клапанов ограниченной разделительной переборкой 5 и фланцем привода насоса 7, свободно на кулачковых шайбах 18 размещено кольцо 39 из неметаллического материала с возможностью вращения, разделяющее внутреннюю полость цилиндрической части 2 на две полости переменного объема 40 и 41.

Во фланце привода насоса 7 выполнен впускной канал 42 с возможностью закрепления впускного клапана, оканчивающийся кольцевой проточкой 43, с которой сообщен топливный канал 44, выполненный в пустотелом приводном валу 9. С наружной торцовой части фланца привода насоса 7 закреплен корпус вихревого насоса охлаждения двигателя 8. Ротор вихревого насоса имеет на наружной торцовой части пазы 45.

На конце приводного вала 9 закреплен шкив 46 с поперечными пазами по окружности для размещения в них зубьев, зубчатого пасика.

Со стороны, обращенной к корпусу вихревого насоса 8, на торце шкива выполнены выступы (кулачки) 47, входящие в пазы 45 ротора вихревого насоса.

В средней части приводного вала 9, между разделительными переборками 4 и 5, размещена ведущая шестерня 48 вала центробежного регулятора режима работы двигателя.

В цилиндрической части корпуса 1 выполнено отверстие для перепускного клапана 49 и шарикового клапана 50 для выпуска воздуха из насоса. В головке насоса 6 выполнено выходное отверстие канала 30, по которому топливо поступает к нагнетательному клапану, закрыто латунной предохранительной пластинкой 51, прижатой пробкой 52 с отверстием.

Вращательное движение от приводного вала 9 передается упору 17, а от него кулачковым шайбам 18, толкателю 11 и плунжеру 15. В разделительной переборке 5 и во фланце 7 привода насоса установлены на осях по 4 ролика 19, к которым пружинами 20 постоянно прижимаются кулачковые шайбы 18. Эти шайбы имеют по два выступа (кулачка) 21, которыми они при вращении набегают на ролики 19, получая при этом поступательное движение. От кулачковых шайб 18 поступательное движение передается упору 17, а от него толкателю 11 и плунжеру 15. За один оборот приводного вала 9 плунжер 15 совершает четыре возвратно-поступательных движения (хода).

Когда плунжер 15 под действием толкателя 11 совершает движение вниз, над ним образуется разрежение. Как только откроются радиальные отверстия 22 в плунжере 15, надплунжерное пространство 23 заполняется топливом. При движении плунжера 15 вверх топливо вначале перетекает из надплунжерного пространства через радиальные отверстия обратно в подплунжерное пространство 24. Как только перекроются радиальные отверстия 22, начинается нагнетание топлива. Давление топлива преодолевает сопротивление пружины нагнетательного клапана 34, поднимает нагнетательный клапан с его седла, и топливо попадает в пространство над клапаном 35. Из этого пространства топливо через пересекающиеся наклонные каналы 36 в головке 6 насоса поступает в кольцевую проточку 27 головки. Плунжер 15, вращаясь, попеременно соединяет своим пазом 25 каждый из четырех наклонных каналов 26 головки с проточкой 27.

По наклонным каналам топливо подается к отводным штуцерам, и затем к форсункам.

Количество передаваемого топлива изменяется при помощи дросселирующей иглы 29, за счет изменения переходного сечения перепускного канала 30, через который в течение нагнетания часть топлива из пространства над клапаном 35 перепускается обратно в подплунжерную полость 24. По мере уменьшения проходного сечения в перепускном канале 30 большее количество топлива будет подаваться к форсунке и меньше топлива будет возвращаться в подплунжерную полость 24. Лишнее топливо из подплунжерной полости 24, через перепускной клапан 49, регулируемый на давление 0,8 - 1,2 кг/см², отводится к линии всасывания подкачивающей части насоса. Топливо в подплунжерную полость 24 подкачивается следующим образом. При движении толкателя 11 в верхнее положение за счет свободного хода плунжера 15 на штифте 16, плунжер 15 своей нижней торцевой частью перекрывает отверстие 13 в толкателе 11, и в результате создавшегося разрежения в каналах 13, кармане 14 и полости под нижним торцом толкателя 11 топливо через впускной клапан, установленный в впускном канале 42, через топливный канал 44 в приводном валу 9 поступает в полость под нижним торцом толкателя 11; опускание толкателя 11 сопровождается вытеснением топлива из этой полости через каналы 13 и карман 14, через зазор между нижним торцом плунжера 15 и торцевой частью отверстия 13 в подплунжерную полость 24. Подкачивающий насос, работающий по рассмотренному принципу, обеспечивает постоянное давление нагнетания топлива на всех режимах эксплуатации двигателя.

Масляная часть насоса работает следующим образом. При перемещении кулачковых шайб 18 вместе с кольцом 39 в нижней части переменного объема 41 создается разрежение, и масло по одному из каналов 38 через впускной клапан, установленный в одном из отверстий 38, поступает в полость 41. При движении кольца 39 в нижнее положение масло через один из каналов 38, через выпускной клапан нагнетается по масляному трубопроводу для смазки двигателя. Те же процессы происходят в верхней полости переменного объема 40.

Данный многофункциональный блок-насос был специально разработан для трехсекционного роторно-поршневого двигателя, но может быть с успехом применен для многоцилиндровых поршневых транспортных двигателей с внутренним смесеобразованием.

Использование: машиностроение, в частности топливная аппаратура двигателей. Сущность изобретения: многофункциональный блок-насос, выполняющий одновременно функции водяного, масляного, топливоподкачивающего и топливного насоса высокого давления. Все насосы размещены в одном корпусе, состоящем из цилиндрических частей 1, 2, 3, разделенных переборками 4 и 5, и снабженном головкой насоса 6, фланцем привода насоса 7 с закрепленным на его торце корпусом вихревого насоса водяного охлаждения 8, ротор которого кинематически связан с приводным валом 9, размещенным в корпусе. При этом смешивание воды с маслом при эксплуатации и при любых неисправностям в блок-насосе исключается. 2 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Многофункциональный блок-насос, включающий корпус с головкой насоса и фланец привода насоса с приводным валом, толкателем, плунжером, отличающийся тем, что корпус разделен переборками на три несообщающихся части с размещенным внутри пустотелым приводным валом, с глухим отверстием в части, размещенной во фланце привода насоса, с возможностью вращения, внутри которого размещен толкатель с возможностью поступательного движения с образованием полости переменного объема между торцевой частью глухого отверстия в приводном валу и торцом толкателя с выполненными внутри толкателя сквозными каналами, сообщающимися с карманом в его средней части, на конце толкателя, обращенном к головке насоса, имеется отверстие, в которое свободно входит хвостовик плунжера с возможностью свободного хода на штифте, закрепленном в толкателе, и возможностью перекрытия своим торцом центрального сквозного отверстия в толкателе, при этом в цилиндрической части корпуса, ограниченной разделительной переборкой и фланцем привода насоса, свободно размещены на приводном валу две кулачковые шайбы, прижимаемые пружинами, установленными между ними к роликам, установленным на осях в разделительной переборке и фланце привода насоса, причем кулачки шайб развернуты со смещением между собой на 90^o, кулачковые шайбы установлены с возможностью зацепления между собой, толкателем и упором, свободно размещенным в прорезях приводного вала и толкателя, внутри цилиндрической части корпуса размещено кольцо, внутренней своей частью контактирующее с кулачковыми шайбами с возможностью зацепления с ними и с возможностью вращения вокруг своей оси, разделяющее внутреннюю полость цилиндрической части на две полости переменного объема, снабженные каждая впускным и выпускным клапанами, с наружной торцевой части фланца привода насоса установлен вихревой насос охлаждения двигателя, сквозь корпус которого свободно, соосно проходит наружный конец приводного вала, причем ротор вихревого насоса установлен в корпусе с возможностью зацепления с приводным шкивом, жестко закрепленным на наружном конце приводного вала, во фланце привода насоса выполнен впускной канал с возможностью закрепления впускного клапана, оканчивающийся кольцевой проточкой с возможностью сообщения через канал, выполненный в приводном валу, с полостью переменного объема между торцевой частью глухого отверстия и торцом толкателя внутри приводного вала. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в средней части приводного вала с возможностью зацепления с ним между разделительными переборками размещена шестерня вала привода центробежного регулятора режима работы двигателя. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что в головке насоса перпендикулярно оси плунжера установлен возвратный клапан с регулированием количества топлива дросселирующей иглой, прижатой к своему седлу через пружину регулирующим винтом, на наружном конце которого закреплен рычаг управления.