РАДИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F04B1/04 F04B53/16 F02M59/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к радиально-поршневому насосу высокого давления согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

Подобный радиально-поршневой насос высокого давления известен из DE 10247142 А1. Он предназначен для питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топливом и обычно расположен между подводящим топливопроводом и общей топливной магистралью высокого давления, которую называют также топливным аккумулятором высокого давления или топливной рампой "common rail" и к которой подсоединены отдельные форсунки ДВС.

У известного радиально-поршневого насоса высокого давления его монтажный фланец и корпус выполнены в виде отдельных, привинченных друг к другу деталей, что позволяет изготавливать монтажный фланец из менее качественного материала, чем корпус, с целью снижения производственных затрат, с одной стороны, и с целью учета создаваемого насосом высокого давления, которое должны воспринимать выполненные в корпусе отверстия, с другой стороны. Однако у известного радиально-поршневого насоса высокого давления его монтажный фланец и корпус соединены между собой в заданном взаимном положении, которое невозможно изменить без внесения изменений в корпус, изготовленный из труднообрабатываемого материала, с тем следствием, что подобные радиально-поршневые насосы высокого давления необходимо во всех деталях специально согласовывать с конкретными требованиями, которые с учетом условий применения насоса определяются заказчиком. Сказанное относится к расположению и размерам отверстий под винты, предназначенным для монтажа насоса на определенном ДВС, а также к положению и размещению всех присоединений топливопроводов в соответствии с требованиями заказчика и к внутренней конструкции насоса. В соответствии с этим для каждого заказчика и для каждых конкретных условий применения насоса весь образованный монтажным фланцем и корпусом основной узел необходимо согласовывать с конкретными требованиями, что дополнительно влечет за собой необходимость внесения дорогостоящих изменений в конструкцию входящих в состав такого узла деталей. Все эти факторы в конечном итоге приводят к значительному возрастанию производственных расходов.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущества изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении радиально-поршневого насоса высокого давления с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения, состоит в удешевлении его изготовления, что в свою очередь связано с тем преимуществом, что требующиеся заказчику присоединения топливопроводов расположены близко друг к другу и что даже отпадает необходимость в многократных отдельных согласованиях. Особое преимущество состоит при этом в том, что возможно необходимые согласования можно выполнять в широких пределах без внесения изменений в конструкцию корпуса из труднообрабатываемого, высокопрочного материала и в конструкцию находящихся в нем деталей, поскольку блок низкого давления и/или монтажный фланец можно в соответствующих пределах повернуть вокруг их оси относительно корпуса и закрепить на корпусе с использованием уже стандартно предусмотренных в нем резьбовых отверстий.

Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении радиально-поршневого насоса высокого давления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Преимущество заявленного в п.2 формулы изобретения варианта состоит в том, что блок низкого давления можно изготавливать с применением недорогих материалов, легкообрабатываемых на станках-автоматах, а при необходимости можно также изменять.

Особо простым путем обеспечить уплотнение кольцевых каналов позволяет согласно п.3 формулы изобретения использование уплотнительных колец круглого сечения, вставленных в прямоугольные пазы. Такие уплотнительные кольца круглого сечения требуется лишь вставить в предварительно изготовленные кольцевые пазы блока низкого давления и/или монтажного фланца и/или корпуса по обе стороны каждого кольцевого канала и затем для достижения требуемой герметичности упруго зажать гладкой сопряженной поверхностью соответственно противолежащей детали. В предпочтительном варианте уплотнительные кольца круглого сечения выполнены из длительно сохраняющих свою упругость эластомерных материалов. Подобные уплотнительные кольца можно использовать и в тех случаях, когда кольцевой канал расположен в угловой части, вставив одно уплотнительное кольцо в открытый в осевом направлении в сторону сопряженной поверхности паз, а другое уплотнительное кольцо - в открытый в радиальном направлении в сторону сопряженной поверхности паз.

В заявленном в п.4 формулы изобретения варианте в качестве кольцевого канала используется участок, который в радиальном направлении расположен очень близко к приводному валу. Благодаря этому радиальные размеры радиально-поршневого насоса высокого давления удается сократить до минимума.

Заявленный в п.5 формулы изобретения вариант позволяет до минимума сократить осевые размеры радиально-поршневого насоса высокого давления.

Заявленный в п.6 формулы изобретения вариант позволяет функционально связать между собой кольцевые каналы, расположенные в зоне противоположных торцов или концов радиально-поршневого насоса высокого давления, что в свою очередь позволяет разместить и объединить присоединения низкого давления дополнительно к присоединениям высокого давления, предусмотренным у радиально-поршневого насоса высокого давления, с его обращенной от ДВС стороны.

Заявленный в п.7 формулы изобретения вариант обеспечивает особо простое соединение кольцевого канала со всеми всасывающими отверстиями всасывающих клапанов в каждой из головок цилиндров и с находящимися в головках цилиндров надплунжерными пространствами. Для создания такого соединения необходимо лишь смонтировать головки цилиндров. Для подачи топлива в соответствующий кольцевой канал на передней стороне блока низкого давления предусмотрено присоединение либо непосредственно для нагружаемого при определенных условиях давлением топливопровода, либо для дозатора, которым топливо подается в кольцевой канал в зависимости от фактической потребности.

Заявленный в п.8 формулы изобретения вариант позволяет экономичным путем соединить между собой присоединения высокого давления без пересечений и без переходящих один в другой буферных участков.

Заявленный в п.9 формулы изобретения вариант позволяет особо простым путем соединить между собой дозатор и блок низкого давления. При этом функциональные элементы дозатора, такие, например, как дроссель нулевой подачи, могут быть интегрированы в блок низкого давления, что значительно упрощает конструкцию дозатора.

При использовании топливоподкачивающего насоса для подачи топлива в блок низкого давления такой топливоподкачивающий насос рекомендуется прифланцовывать непосредственно к блоку низкого давления и одновременно использовать приводной вал радиально-поршневого насоса высокого давления для приведения топливоподкачивающего насоса в действие. Таким путем в радиально-поршневые насосы высокого давления можно легко интегрировать прежде всего шестеренные насосы.

Чертежи

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере нескольких вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - вид спереди радиально-поршневого насоса высокого давления,

на фиг.2 - вид в продольном разрезе изображенного на фиг.1 радиально-поршневого насоса высокого давления, находящиеся в корпусе которого каналы высокого давления расположены в раздельных радиальных плоскостях приводного вала,

на фиг.3 - вид в продольном разрезе радиально-поршневого насоса высокого давления, который аналогичен изображенному на фиг.1 и у которого блок низкого давления выполнен с кольцевыми каналами, которые соединены между собой отверстием, проходящим приблизительно параллельно приводному валу,

на фиг.4 - вид в продольном разрезе радиально-поршневого насоса высокого давления, который имеет две оппозитно расположенные цилиндро-плунжерные пары и приводной вал,

на фиг.5 - вид в продольном разрезе радиально-поршневого насоса высокого давления, корпус которого имеет на обеих своих торцевых поверхностях кольцевые каналы, соединенные между собой двумя взаимно пересекающимися отверстиями, и

на фиг.6-9 - виды в поперечном разрезе различных головок цилиндров с различным расположением присоединения высокого давления.

Описание вариантов осуществления изобретения

На всех чертежах одинаковые детали и элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг.1 в виде спереди показан радиально-поршневой насос высокого давления для питания двигателя внутреннего сгорания топливом. Такой насос имеет корпус 1 с установленным в нем и приводимым во вращение вокруг своей оси приводным валом 2 с выступающим в радиальном направлении кулачком или эксцентриком 3. С кулачком или эксцентриком 3 непосредственно и постоянно взаимодействуют три равномерно распределенных в окружном направлении и установленных в цилиндрах 4 плунжера 5, которые кулачком или эксцентриком 3 и соответствующей, взаимодействующей с каждым из них пружиной сжатия последовательно приводятся в возвратно-поступательное движение в радиальном направлении. При использовании схемы с принудительным направлением плунжеров эксцентриком пружины сжатия могут также отсутствовать. При возвратно-поступательном перемещении плунжеров в каждое из надплунжерных пространств 25 отдельных цилиндров через всасывающий клапан 24 попеременно всасывается топливо, давление которого затем повышается в таком надплунжерном пространстве и которое после этого под высоким давлением, превышающим 2000 бар, подается через отдельные клапаны 20 высокого давления и отверстия 14 высокого давления с объединением в общий от всех надплунжерных пространств поток в центральное присоединение 21 высокого давления и через него нагнетается в общую топливную магистраль высокого давления или в топливную рампу "common rail", к которой подсоединены отдельные топливные форсунки соответствующего ДВС.

Корпус 1 насоса для его закрепления на ДВС снабжен монтажным фланцем 6 с выполненными в нем сквозными отверстия под пропускаемые через них крепежные винты.

Три цилиндра 4 соединены топлипроводами, которые выполнены частично в корпусе 1, частично в монтажном фланце 6 и частично в блоке 7 низкого давления или ограничены ими, при этом монтажный фланец 6, блок 7 низкого давления и корпус 1 образованы независимыми деталями, которые закреплены одна на другой с возможностью поворота друг относительно друга и с обеспечением герметичности.

Монтажный фланец 6 и блок 7 низкого давления можно изготавливать из обыкновенной, легкообрабатываемой конструкционной стали или из алюминия, а корпус 1 - из высокопрочной стали.

Частично расположенные в корпусе 1 и частично в головках 11 цилиндров топливопроводы 14, 13 высокого давления предназначены для сбора нагнетаемого отдельными секциями насоса под высоким давлением топлива и его подачи к центральному присоединению 21 высокого давления, к которому подсоединена не показанная на чертеже общая топливная магистраль высокого давления. Топливо в топливопроводы 14, 13 высокого давления может при этом нагнетаться под давлением свыше 2000 бар. Поэтому такие топливопроводы высокого давления выполнены исключительно в деталях, изготовленных из высокопрочных материалов, а именно: в головках 11 цилиндров и в корпусе 1. Топливопроводы высокого давления без пересечений соединяют между собой соседние головки 11 цилиндров. Благодаря этому удается избежать образования зон концентрации напряжений, которые под действием обусловленной рабочими условиями, постоянно возрастающей и снижающейся нагрузки, создаваемой высоким давлением, могут повлечь за собой образование трещин.

В показанном на фиг.1 варианте отсутствие пересечений топливопроводов 13, 14 высокого давления обеспечивается благодаря тому, что их расположенные друг против друга входные и выходные отверстия со стороны головок 11 цилиндров и со стороны корпуса 1 расположены на расстоянии друг от друга. Помимо этого непосредственно соседние между собой топливопроводы 14 высокого давления в корпусе 1 могут быть расположены в разных радиальных плоскостях приводного вала 2, как это показано на фиг.2.

Корпус 1, блок 7 низкого давления и шестеренный насос 17, который в качестве топливоподкачивающего насоса предназначен для предварительной подачи топлива, в показанном на фиг.1 варианте привинчены друг к другу перпендикулярно плоскости чертежа и расположены в ней друг над другом. Монтажный фланец 6 на фиг.1 не виден.

На торцевой стороне одной головки 11 цилиндра предусмотрено центральное присоединение 21 высокого давления, через которое находящееся под высоким давлением топливо поступает в не показанную на чертеже общую топливную магистраль высокого давления.

На фиг.2 монтажный фланец 6 расположен с обращенной от блока 7 низкого давления стороны корпуса 1.

Монтажный фланец 6 и блок 7 низкого давления соединены с корпусом 1 с возможностью поворота друг относительно друга и относительно корпуса 1 и вместе с ним ограничивают кольцевые каналы 8, которые концентрично охватывают приводной вал 2 и которыми частично образованы участки топливопроводов. Поэтому в том случае, когда присоединение монтажного фланца 6 или блока низкого давления оказывается расположено в малоподходящем для заказчика положении, монтажный фланец 6 и/или блок низкого давления можно повернуть относительно корпуса 1 в более подходящее положение и затем привинтить к корпусу 1 с использованием всех тех же его резьбовых отверстий. При этом и кольцевые каналы 8, а также резьбовые отверстия корпуса 1 продолжают использоваться и далее. В соответствии с этим затраты на внесение изменений остаются низкими. Они не требуют трудной обработки высокопрочных материалов.

Блок 7 низкого давления и/или монтажный фланец 6 могут/может быть выполнены/выполнен из алюминия или стали. Они ограничивают только кольцевые каналы 8, которые со стороны всасывания соединены со всасывающими клапанами радиально-поршневого насоса высокого давления и поэтому нагружаются лишь давлением, составляющим максимум 6 бар. Закрепление радиально-поршневого насоса высокого давления на ДВС также не требует никаких значительных усилий, и поэтому для изготовления монтажного фланца можно использовать недорогие и легкообрабатываемые материалы.

Кольцевые каналы 8 в каждой из примыкающих к ним по обе стороны уплотнительных щелей уплотнены уплотнительными кольцами 9 круглого сечения, которые с упругим сжатием в своем поперечном сечении вставлены в прямоугольные пазы согласованного с их диаметром профиля. Такие уплотнительные кольца при простейшем монтаже обеспечивают эффективное уплотнение. В предпочтительном варианте указанные уплотнительные кольца круглого сечения выполнены из длительно сохраняющего свою упругость полимерного материала, прежде всего из резины.

Помимо этого в блоке 7 низкого давления и монтажном фланце 6 находятся опоры приводного вала 2. Благодаря этому не только обеспечивается экономия высокопрочного и поэтому дорогостоящего материала, идущего на изготовление корпуса 1, но и создается дополнительная возможность размещения множества кольцевых каналов 8 в малом объеме и их использования для дальнейшей подачи по ним топлива. Помимо этого улучшаются возможности по точному центрированию приводного вала 2 в корпусе 1. Опоры приводного вала 2 могут быть также размещены в корпусе 1.

Блок 7 низкого давления снабжен на своем нижнем конце присоединением 22 топливопровода, соединенным с топливным баком. В этом присоединении 22 топливопровода может быть предусмотрен топливный фильтр.

К передней стороне блока 7 низкого давления привинчен шестеренный насос 17. Он предназначен для подвода топлива к радиально-поршневому насосу высокого давления.

Как показано далее на фиг.2, приводной вал 2 радиально-поршневого насоса высокого давления выполнен такой длины, что он проходит насквозь через блок 7 низкого давления и одновременно служит приводным валом 2 шестеренного насоса 17. Благодаря этому шестеренный насос 17 не требует применения индивидуального привода и может вместе с радиально-поршневым насосом высокого давления и блоком 7 низкого давления монтироваться за одну единственную рабочую операцию на ДВС и вводиться в эксплуатацию.

На фиг.3 показаны два кольцевых канала 8, которые с трех сторон ограничены блоком 7 низкого давления и с одной стороны ограничены корпусом 1, а также показан кольцевой канал 8, ограниченный с двух сторон монтажным фланцем 6 и корпусом 1. Очевидно, что схему расположения и распределения кольцевых каналов можно также изменить на обратную или ее можно повторять многократно, не выходя при этом за объем изобретения. Помимо этого блок 7 низкого давления с одной стороны выступает за край корпуса 1 с образованием радиального выступа, к которому непосредственно или опосредованно через топливопровод может быть присоединен не показанный на чертеже дозатор. Такой дозатор предназначен для согласования объема топлива, подаваемого в радиально-поршневой насос высокого давления, с фактической потребностью в топливе во избежание работы насоса с максимальной производительностью или максимальной объемной подачей даже в тех случаях, когда питаемый им ДВС работает на холостом ходу или в режиме частичных нагрузок и поэтому потребляет топливо в гораздо меньших количествах. Тем самым благодаря дозатору, промежуточно предусмотренному между радиально-поршневым насосом высокого давления и топливоподкачивающим насосом, который в данном случае образован шестеренным насосом 17, удается избежать бесполезного расходования энергии.

Один частично ограниченный монтажным фланцем 6 и один частично ограниченный блоком 7 низкого давления кольцевые каналы 8 в показанном на фиг.3 варианте соединены между собой отверстием 19, проходящим через корпус 1 между обоими его торцами. Подаваемое шестеренным насосом 17 топливо поступает в блок 7 низкого давления, дозируется присоединенным к нему дозатором и поступает в радиально наружный кольцевой канал 8. Отсюда топливо через отверстие 19 поступает в частично ограниченный монтажным фланцем 6 кольцевой канал 8 и из него - в радиальные отверстия 10, по которым топливо подается к всасывающим клапанам 24 головок 11 цилиндров радиально-поршневого насоса высокого давления. При этом количество радиальных отверстий 10, отходящих от частично ограниченного монтажным фланцем 6 кольцевого канала 8, равно тому, которое охватывают головки 11 цилиндров 4, в каковых головках 11 цилиндров выполнены всасывающие отверстия 12, с которыми соединены, переходя в них, радиальные отверстия 10. Все такие топливопроводы в радиально-поршневом насосе высокого давления относятся к его стороне всасывания и нагружены лишь давлением, составляющим максимум 6 бар. Поэтому имеющиеся в данном месте пересечения между кольцевыми каналами 8 и радиальными отверстиями 10 не создают опасности образования трещин в корпусе 1. Во всасывающих отверстиях 12 в головках 11 цилиндров установлены обратные клапаны 24, проточные только в направлении надплунжерных пространств 25 в цилиндрах 4. Снаружи всасывающие отверстия 12 закрыты резьбовыми заглушками 23.

Головки 11 цилиндров в показанном на фиг.1 варианте имеют по два отверстия 13 высокого давления, при этом такие отверстия 13 высокого давления в соседних между собой головках 11 цилиндров отверстиями 14 в корпусе 1 соединены с отделенными друг от друга присоединениями. Таким путем исключается взаимное пересечение отверстий и каналов внутри корпуса 1, что существенно способствует повышению его долговечности в условиях постоянных пульсирующих знакопостоянных нагрузок, которым он подвергается при его целевом применении.

На фиг.4 в продольном разрезе показан радиально-поршневой насос высокого давления, имеющий только две оппозитно расположенные по обе стороны приводного вала 2 цилиндро-плунжерные пары. Плунжеры таких цилиндро-плунжерных пар прижаты пружинами 18 сжатия к многогранной колодке 24, которая с возможностью относительного поворота установлена на эксцентрике 3 вращающегося приводного вала 2. В остальном подобный насос по своей конструкции и функции соответствует описанным выше вариантам его выполнения.

На фиг.5 в продольном разрезе показан радиально-поршневой насос высокого давления, корпус 1 которого имеет на обеих своих торцевых поверхностях кольцевые каналы 8, которые соединены между собой двумя взаимно пересекающимися отверстиями 19. Таким путем обеспечивается перетекание топлива из одного кольцевого канала в другой в обход внутреннего пространства радиально-поршневого насоса высокого давления.

На фиг.6-9 в поперечном разрезе показаны различные головки 11 цилиндров с различным расположением присоединения 13.1 высокого давления и с обозначением входов непересекающихся отверстий 14 в клапан 20 высокого давления. Не используемые выходы закрыты резьбовыми заглушками 13.2.

Подобные различные конструкции могут использоваться в зависимости от требований заказчика с целью наиболее компактного размещения центрального присоединения 13.1 высокого давления у соответствующего радиально-поршневого насоса высокого давления в часто очень ограниченном пространстве моторных отсеков автомобилей.

Тем самым в сочетании с возможностью объединения всех всасывающих топливопроводов внутри узла, состоящего из шестеренного насоса 17, блока 7 низкого давления, корпуса 1 и монтажного фланца 6, с расположением всех входов и выходов топливопроводов близко друг к другу на одной и той же стороне радиально-поршневого насоса высокого давления удается обеспечить хорошую обзорность в моторном отсеке при оптимальном использовании имеющегося монтажного пространства.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначен для питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топливом. Насос содержит корпус (1), в котором установлен приводимый во вращение вокруг своей оси приводной вал (2) с выступающим в радиальном направлении кулачком или эксцентриком (3), с которым взаимодействуют несколько установленных в цилиндрах (4) плунжеров (5), последовательно перемещаемых кулачком или эксцентриком (3) в радиальном направлении. Корпус (1) для закрепления на ДВС снабжен монтажным фланцем (6). Цилиндры (4) соединены топлипроводами (10), частично расположенными в корпусе (1). Монтажный фланец (6) и корпус (1) образованы независимыми деталями. С обращенной от монтажного фланца (6) стороны корпуса (1) закреплен блок (7) низкого давления. Монтажный фланец (6) и блок (7) низкого давления соединены с корпусом (1) с возможностью поворота друг относительно друга и относительно корпуса (1) и вместе с ним ограничивают кольцевые каналы (8), которые концентрично охватывают приводной вал (2) и которыми частично образованы участки топливопроводов. Удешевляется изготовление. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Радиально-поршневой насос высокого давления для питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топливом, имеющий корпус (1), в котором установлен приводимый во вращение вокруг своей оси приводной вал (2) с выступающим в радиальном направлении кулачком или эксцентриком (3), с которым взаимодействуют несколько установленных в цилиндрах (4) плунжеров (5), последовательно перемещаемых кулачком или эксцентриком (3) в радиальном направлении, при этом корпус (1) для закрепления на ДВС снабжен монтажным фланцем (6), цилиндры (4) соединены топлипроводами (10), частично расположенными в корпусе (1), и монтажный фланец (6) и корпус (1) образованы независимыми деталями, отличающийся тем, что с обращенной от монтажного фланца (6) стороны корпуса (1) закреплен блок (7) низкого давления и монтажный фланец (6) и блок (7) низкого давления соединены с корпусом (1) с возможностью поворота друг относительно друга и относительно корпуса (1) и вместе с ним ограничивают кольцевые каналы (8), которые концентрично охватывают приводной вал (2) и которыми частично образованы участки топливопроводов (10).

2. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.1, отличающийся тем, что блок (7) низкого давления выполнен из алюминия или стали.

3. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.1, отличающийся тем, что кольцевые каналы (8) уплотнены уплотнительными кольцами (9) круглого сечения.

4. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен по меньшей мере один кольцевой канал (8), который с трех сторон ограничен блоком (7) низкого давления или монтажным фланцем (6), а с одной стороны ограничен корпусом (1).

5. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен по меньшей мере один кольцевой канал (8), который с двух сторон ограничен блоком (7) низкого давления или монтажным фланцем (6), а с двух сторон ограничен корпусом (1).

6. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере один частично ограниченный монтажным фланцем (6) и один частично ограниченный блоком (7) низкого давления кольцевые каналы (8) соединены между собой отверстием (19), проходящим через корпус (1) между обоими его торцами.

7. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.6, отличающийся тем, что от кольцевого канала (8) отходят по меньшей мере два радиальных отверстия (10), охватываемых головками (11) цилиндров (4), в каковых головках (11) цилиндров выполнены всасывающие отверстия (12), с которыми соединены, переходя в них, радиальные отверстия (10).

8. Радиально-поршневой насос высокого давления по п.7, отличающийся тем, что головки (11) цилиндров имеют по два отверстия (13) высокого давления, при этом такие отверстия (13) высокого давления в соседних между собой головках (11) цилиндров отверстиями (14) высокого давления в корпусе (1) соединены с отделенными друг от друга присоединениями.

9. Радиально-поршневой насос высокого давления по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что блок (7) низкого давления имеет присоединение (15) для дозатора, которое соединено с кольцевым каналом (8).

10. Радиально-поршневой насос высокого давления по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что приводной вал (2) выполнен такой длины, что он проходит насквозь через блок (7) низкого давления и служит также приводным валом (2) шестеренного насоса (17), который закреплен на блоке (7) низкого давления.