МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДОЗИРУЮЩИЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04B13/02 F04B5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и в частности к нагнетательным устройствам, преимущественно для систем топливоподачи и смазки. Оно может быть применено в различных отраслях народного хозяйства для дозированной подачи одновременно нескольких текучих сред.

Уже известны способы для перекачки незначительных количеств жидкости, содержащие цилиндрический вытеснитель, выполненный со ступенями различных диаметров, установленный в корпус с возможностью возвратно-поступательного перемещения при взаимодействии с приводным элементом в виде кулачка и образованием герметичной, ограниченной торцем вытеснителя насосной камеры, подключенной к магистрали всасывающей и нагнетающей компоненты через всасывающие и нагнетательные клапаны /Патент ФРГ N 948300, 59 a⁵, опубл. 1956/. Указанный насос эффективен и компактен, но не предназначен для одновременной перекачки нескольких текучих сред.

Известны также регулируемые насосы, содержащие корпус, в цилиндре которого с образованием управляющей рабочей камеры установлен ступенчатый поршень-вытеснитель, связанный с приводом возвратно-поступательного перемещения и снабженный регулятором длины хода /А.с. СССР N 1109532, F 04 B 13/00, 1983/. Кроме того, известны многокомпонентные насосы, вытесняющие дозу жидкости, пропорциональную коду вытеснителя /Патент СССР N 927131, F 04 B 13/02, 1976/. Оба устройство обеспечивают надежное дозирование, однако точность дозирования, в том числе заданных соотношений компонентов, недостаточна.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является многокомпонентный дозирующий насос, содержащий цилиндрический вытеснитель, выполненный с двумя ступенями различных диаметров, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения при взаимодействии с приводным элементом и образованием двух разделенных герметичным уплотнением насосных камер, снабженных всасывающими и нагнетательными клапанами и подключенными к всасывающим и нагнетательным магистралям, причем первая насосная камера ограничена кольцевой торцевой частью ступени большего диаметра, а вторая - торцевой частью ступени меньшего диаметра /Патент ЕР N 0059146, E 04 B 5/00, опубл. 1981/. Данный насос достаточно эффективен для различных объемов многокомпонентной перекачки, однако точность дозирования при заданном соотношении перекачиваемых компонентов недостаточна.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности дозирования при перекачке различных объемов жидкости, предпочтительно для двухтактных двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, а также сокращение габаритов и упрощение конструкции.

Для достижения поставленной задачи в известном многокомпонентном дозирующем насосе, содержащем цилиндрический вытеснитель, выполненный с двумя ступенями различных диаметров, установленный в сверлении корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения при взаимодействии с приводным элементом и образованием двух разделенных герметичным уплотнением, снабженных всасывающими и нагнетательными клапанами и сообщенных с всасывающими и нагнетающими компоненты магистралями насосных камер, первая из которых ограничена стенками сверления и торцевой частью ступени большего диаметра, а вторая - торцевой частью ступени меньшего диаметра, согласно изобретению магистрали насоса выполнены в виде масляной и топливной, сверление в корпусе выполнено с расширением сверху в виде цилиндрической выемки, а герметичное уплотнение размещено в ней, первая насосная камера сообщена с масляной магистралью, а вторая дополнительно ограничена поверхностью герметичного уплотнения и подключено к топливной магистрали, часть корпуса, ограничивающая вторую камеру сверху, снабжена кольцевой проточкой, соосной с вытеснителем и сообщенной с всасывающей топливной магистралью и второй камерой, а всасывающий клапан этой камеры выполнен в виде подпружиненной кольцевой пластины, примыкающей к кольцевой проточке с возможностью ее перекрытия, соотношение площадей торцев их частей вытеснителя первой и второй камер принято равным 1: /20-50/, причем приводной элемент вытеснителя выполнен в виде постоянно контактирующего с кулачком коромысла, установленного на оси, размещенной перпендикулярно оси вытеснителя, и в виде ползуна, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно оси вытеснителя при постоянном в виде линии контакта с коромыслом, а величину максимальной амплитуды хода вытеснителя при его возвратно-поступательном перемещении определяют по следующей зависимости:

где H_кул - высота профиля кулачка;
l_кул - расстояние между осью кулачка и линией контакта ползуна и коромысла;
l_выт - расстояние между осью вытеснителя и линией контакта ползуна и коромысла.

Соотношение диаметров второй камеры и ее торца вытеснителя, размещенного в этой камере, может быть принято равным /5-10/:1 и соотношение объемов второй камеры, кольцевой проточки и кольцевой пластины может быть равным 5: 1:/0,5-0,7/.

Уплотнение между камерами может быть выполнено в виде армированной металлом манжеты, снабженной кольцевым буртом, а входной топливный штуцер выполнен в виде "банжо".

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил многокомпонентных дозирующих насосов с заявленной совокупностью существенных признаков.

Сущность изобретения поясняется графически.

На фиг. 1 показан заявляемый насос с приводом в разрезе, на фиг. 2 схематически представлен привод вытеснителя, причем на фиг. 2,а показано положение, при котором ось вытеснителя совпадает с линией контакта ползуна и коромысла, а на фиг. 2,б - положение при максимальной величине амплитуды хода вытеснителя.

Многокомпонентный дозирующий насос содержит корпус 1 нагнетательной секции, закрепленный на основании 2 с помощью винтов 3 и снабженный осевым сверлением 4, расширенным сверху с образованием цилиндрической выемки 5. Верхняя торцевая часть выемки 5 выполнена с резьбой, на которой с уплотнением посредством прокладок 6 установлена головка 7 нагнетательной секции.

В осевом сверлении 4 корпуса 1 нагнетательной секции размещен вытеснитель 8, кинематически связанный с приводным элементом для обеспечения его возвратно-поступательного перемещения.

Вытеснитель 8 выполнен ступенчатым и нагружен пружиной 9.

Для исключения утечек масла по вытеснителю на нем установлено резиновое кольцо 10. В нормальных рабочих условиях вытеснитель 8 своей большей ступенью находится в масле выше кольца 10. Смазка нижней части вытеснителя 8 осуществляется путем орошения из масляной ванны, в которой находятся детали привода вытеснителя.

Ступени вытеснителя 8 со стенками сверления 4 корпуса 1 нагнетательной секции образуют две насосные камеры: масляную 11 и топливную 12. Масляная камера 11 ограничена стенками сверления 4 и кольцевой торцевой частью 13 ступени большего диаметра. Она подключена к всасывающей масляной магистрали /не показано/ через входной масляный штуцер 14 и обратный всасывающий масляный клапан 15 с пружиной 16, а к нагнетательной масляной магистрали /не показана/ - через выходной масляный штуцер 17 и прямой нагнетательный масляный клапан 18 с пружиной 19. Герметичность масляной камеры 11 обеспечивают три резиновых кольца 20.

Топливная камера 12 представляет собой расширенную часть сверления 4 - цилиндрическую выемку 5, ограниченную снизу торцевой частью 21 ступени меньшего диаметра вытеснителя 8, а сверху нижним торцем 22 головки 7.

Головка 7 нагнетательной секции снабжена центральным каналом 23, соосным с вытеснителем 8, подключенным к выходному топливному штуцеру 24 для сообщения с нагнетательной топливной магистралью /не показана/, кольцевой проточкой 25, соосной с вытеснителем 8, и подводящим каналом 26 для сообщения с всасывающей топливной магистралью /не показана/ посредством входного топливного штуцера 27, который может быть выполнен в виде "банжо".

Перед выходным топливным штуцером 24 установлен прямой нагнетательный клапан 28 с пружиной 29. Кольцевая проточка 25 снизу, со стороны топливной камеры 12, закрыта обратным всасывающим клапаном в виде кольцевой пластиной 30, нагруженной пружиной 31. Обе камеры 11, 12 герметично разделены уплотнением 32, которое запрессовано в дно выемки 5. Уплотнение 32 может быть выполнено в виде армированной металлом манжеты, снабженный кольцевым буртом 33 для установки пружины 31. Манжета работает на границе бензин - масло.

Соотношение площадей торцев вытеснителя 8, ограничивающих первую и вторую камеры, принято равным 1:/20-50/.

Приводной элемент вытеснителя 8 выполнен в виде постоянно контактирующего с кулачком 34 коромысла 35, установленного на оси 36 перпендикулярно оси 37 вытеснителя 8 с возможностью взаимодействия по линии 38 контакта с ползуном 39. Опоры кулачкового вала с осью 40 выполнены в виде подшипников. Коромысло 35 прижато к кулачку 36 посредством пружины 41 и зафиксировано от продольных перемещений рычагом 42, а от поперечных перемещений - упорами 43. Ползун 39 установлен в направляющей 44 с возможностью продольного перемещения по ней и зафиксирован ей от поперечных перемещений. Ход ползуна 39 по направляющей 44 ограничен регулировочными гайками 45 и винтом 46, упирающимися в выступ 47. Перемещение ползуна 39 осуществляет посредством штока 48, жестко с ним соединенного.

Предлагаемый насос позволяет определить максимальную величину амплитуды хода вытеснителя при его возвратно-поступательного перемещения по следующей зависимости:

где H_кул - высота профиля кулачка;
l_кул - расстояние между осью кулачкового вала и линией контакта ползуна и коромысла;
l_выт - расстояние между осью вытеснителя и линией контакта ползуна и коромысла.

Для достижения поставленной технической задачи с вышеуказанными изменениями конструкции насоса были оптимизированы также размеры обеих насосных камер, а именно соотношение диаметров второй камеры и торца вытеснителя, ограничивающего эту камеру, может быть принято равным /5-10/:1. Снижение величины указанного соотношения ниже /5-10/:1 не позволит достичь быстрого запуска топливоподачи и высокой точности дозирования, а также не позволит разместить в дне второй камеры надежную армированную металлом манжету, снабженную кольцевым буртом. Чрезмерное повышение соотношения выше /5-10/:1 увеличит время передачи, снижая точность дозирования.

Соотношение объемов топливной камеры 12, кольцевой проточки 25 и кольцевой пластины 30 также оптимизировано для достижения поставленной задачи. Отклонение величины этого соотношения от оптимальной 5:1:/0,5-0,7/ будет препятствовать легкости срабатывания всасывающего клапана и надежности его примыкания к кольцевой проточке 25, а следовательно, снизит точность дозирования топлива.

Многотопливный дозирующий насос, в частности бензомаслоподающий, предназначен для впрыскивания на такте сжатия цикловой подачи бензина непосредственно в цилиндр, например, малогабаритного двухтактного двигателя внутреннего сгорания и дозирования подачи масла к трущим деталям двигателя.

Осуществляют осевое перемещение вытеснителя 8 за счет качательного движения коромысла 35 на опоре ползуна 39 при обегании носка коромысла 35 профиля кулачка 34.

Бензин из бака /не показан/ поступает по всасывающей магистрали во входной топливный штуцер 27 и далее по подводящему каналу 26 проходит в кольцевую проточку 25, заполняя ее. Далее топливо нажимает на кольцевую пластину 30 обратного всасывающего топливного клапана, сжимает пружину 31 и поступает в топливную камеру 18. Из камеры 12 бензин по центральному каналу 23 через прямой нагнетательный клапан 28 поступает в выходной топливный штуцер 24.

Начало и окончание топливоподачи происходит при постоянных углах поворота коленчатого вала. Объем подаваемого в двигатель масла автоматически поддерживается пропорциональным частоте вращения коленчатого вала и цикловой подаче топлива /нагрузке/.

Масло из бака /не показан/ поступает по всасывающей масляной магистрали во входной масляный штуцер 14, обратный всасывающий масляный клапан 15, сжимает его пружину 16 и попадает в масляную камеру 11, откуда через прямой нагнетательный масляный клапан 18, сжимая его пружину 19, поступает в выходной масляный штуцер 17, а далее - в нагнетательную масляную магистраль.

Рассмотрим взаимодействие элементов привода насоса при его работе.

В положении ползуна 39, когда ось 37 вытеснителя 8 совпадает с линией 38 контакта ползуна 39 с коромыслом 35 движение вытеснителя не происходит, как это показано на фиг. 2,а.

Такое положение ползуна 39 соответствует прекращению топливоподачи и фиксируется с помощью регулировочных гаек 45.

При перемещении ползуна 39 вправо вытеснитель 8 начинает совершать осевые движения, амплитуда H_выт которых связана с высотой профиля кулачка H_кул, и плечами коромысла l_выт и l_кор /фиг. 2,б/ следующей зависимостью:

Максимальную амплитуду хода вытеснителя и соответственно максимальную цикловую подачу топлива устанавливают с помощью регулировочного винта 4.

Осевые перемещения вытеснителя 8, входящего своей более тонкой ступенью диаметром d₁ в камеру 12, заполненную бензином, вызывают циклические изменения объема этой камеры

При перемещении вытеснителя 8 вниз, за счет увеличения объема, в камере 12 создается разрежение и топливо, проходя через кольцевую пластинку 30 обратного клапана, заполняет топливную камеру 18. При движении вытеснителя 8 вверх объем топлива вытесняется через нагнетательный клапан 28 в нагнетательную топливную магистраль высокого давления, по которой бензин поступает в цилиндр двигателя.

Подача масла осуществляется аналогичным образом, однако объем масла ΔV_м, подаваемого вытеснителем 8 за один рабочий ход, не равен объему топлива ΔV_т. Известно, что в двухтактных двигателях внутреннего сгорания при раздельной системе смазывания расход масла составляет - 1/50 - 1/100 от расхода топлива.

Для обеспечения такой производительности предложен дифференциальный вытеснитель 8 со ступенчатой частью меньшего диаметра d₁ и большего диаметра d₂. При его перемещении на величину H_выт объем масляной полости изменяется на величину

причем для выполнения соотношения между расходом топлива и расходом масла, равного A, вытеснитель 8 выполняют со значением разности диаметров Δd = d₂-d₁, вычисляемым из соотношения

решение которого относительно Δd дает

Таким образом, предлагаемый многокомпонентный насос при очевидной простоте конструкции и отсутствии прецизионных деталей позволяет достичь высокой точности дозирования одновременно и топлива, и масла в одном малогабаритном корпусе, а следовательно, быстро найдет применение для портативных устройств на базе двухтактных двигателей, в частности с впрыском бензина в цилиндр двигателя.

Устройство предназначено для систем топливоподачи и смазки к бензомаслоподающим насосам для впрыскивания на такте сжатия цикловой подачи бензина непосредственно в цилиндр, например малогабаритного двухтактного двигателя внутреннего сгорания, и дозированной подачи масла к его трущимся деталям. Насос содержит цилиндрический вытеснитель, выполненный с двумя ступенями различных диаметров, установленный в осевом сверлении корпуса с возможностью поступательного перемещения при взаимодействии с приводным элементом и образованием двух разделенных герметичным уплотнением, снабженных всасывающими и нагнетательными клапанами и подключенных к двум всасывающим и нагнетательным магистралям насосных камер. Первая камера ограничена стенками осевого сверления и кольцевой торцевой частью ступени большего диаметра, а вторая - торцевой частью ступени меньшего диаметра. Магистрали насоса выполнены в виде масляной и топливной. Одна камера насоса сообщена с масляной магистралью, а другая камера - с топливной магистралью. Оптимизированы конструкция топливной камеры, а также соотношение площадей торцев вытеснителя первой и второй камер в пределах 1 : (20 - 50). Оптимизирован приводной элемент вытеснителя, а также представлена зависимость определения максимальной амплитуды хода вытеснителя

Н_кул - высота профиля кулачка; l_кул - расстояние между осью кулачка и линией контакта ползуна и коромысла; l_выт - расстояние между осью вытеснителя и линией контакта ползуна и коромысла. Существенно повышается точность дозирования. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Многокомпонентный дозирующий насос, содержащий цилиндрический вытеснитель, выполненный с двумя ступенями различных диаметров, установленный в осевом сверлении корпуса с возможностью поступательного перемещения при взаимодействии с приводным элементом и образованием двух разделенных герметичным уплотнением, снабженных всасывающими и нагнетательными клапанами и подключенных к всасывающим и нагнетательным магистралям насосных камер, первая из которых ограничена стенками сверления и кольцевой частью ступени большего диаметра, а вторая - торцевой частью ступени меньшего диаметра, отличающийся тем, что магистрали насоса выполнены в виде масляной и топливной, первая насосная камера сообщена с масляной магистралью, а вторая - с топливной, корпус насоса выполнен в виде закрепленной на основании нагнетательной секции и ее головки, установленной на резьбе соосно с вытеснителем, осевое сверление размещено в нагнетательной секции корпуса и выполнено с расширением сверху в виде цилиндрической выемки, а герметичное уплотнение размещено в дне ее, головка снабжена центральным каналом, соосным с осевым сверлением нагнетательной части и сообщенным с топливной нагнетательной магистралью, и топливоподводящим каналом по периферии, а нижний торец головки снабжен кольцевой проточкой, соосной с вытеснителем, сообщенной с топливоподводящим каналом и всасывающей топливной магистралью с одной стороны и со второй камерой - с другой, причем всасывающий клапан этой камеры выполнен в виде подпружиненной кольцевой пластины и установлен с примыканием к проточке, соотношение площадей торцев ступеней вытеснителя первой и второй камер принято равным 1 : (20 - 50), а приводной элемент вытеснителя выполнен в виде постоянно контактирующего с кулачком коромысла, установленного на оси, размещенной перпендикулярно оси вытеснителя, и в виде ползуна, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения перпендикулярно оси вытеснителя при постоянном в виде линии контакте с коромыслом, а величину максимальной амплитуды хода вытеснителя при его возвратно-поступательном перемещении определяют по следующей зависимости:

где H_кул - высота профиля кулачка;
l_кул - расстояние между осью кулачка и линией контакта ползуна и коромысла;
l_вых - расстояние между осью вытеснителя и линией контакта ползуна и коромысла. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что уплотнение между камерами выполнено в виде армированной металлом манжеты, снабженной кольцевым буртом. 3. Насос по пп.1 и 2, отличающийся тем, что входной топливный штуцер выполнен в виде "банжо". 4. Насос по пп.1 - 3, отличающийся тем, что соотношение диаметров второй камеры и ее торца вытеснителя принято равным (5 - 10) : 1. 5. Насос по пп.1 - 4, отличающийся тем, что соотношение объемов второй камеры, кольцевой проточки и кольцевой пластины принято равным 5 : 1 : (0,5 - 0,7).