НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F02M59/46 

Настоящее изобретение относится к насосу высокого давления для системы впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего для системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления (системы "common rail"), согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

Из уровня техники известны насосы высокого давления, которые предназначены, например, для применения в системах "common rail" и приводной вал которых установлен в подшипниках скольжения, в которые под давлением подается обеспечивающее их оптимальное смазывание и охлаждение топливо. Помимо этого в гидравлическом контуре могут быть предусмотрены расположенные по ходу потока после подшипников последовательно с ними клапаны, назначение которых состоит в том, чтобы препятствовать протеканию топлива через подшипники при пуске двигателя.

Так, например, из DE 102006048356 А1 известен предназначенный для ДВС топливный насос высокого давления, у которого через подшипники его приводного вала принудительно пропускается топливо, благодаря чему значительно повышается механическая и термическая нагрузочная способность подшипников, а тем самым и всего топливного насоса высокого давления. Для крепления приводного вала при этом предусмотрены первый и второй подшипники скольжения. Для ускорения повышения давления в топливном насосе высокого давления и в общей топливной магистрали высокого давления (топливном аккумуляторе высокого давления), входящей в состав системы "common rail", по ходу потока после первого подшипника последовательно с ним расположен первый обратный клапан. Соответственно по ходу потока после второго подшипника последовательно с ним расположен второй обратный клапан. Однако давление открытия обоих таких обратных клапанов подобрано таким, что при пуске ДВС они остаются закрытыми и открываются лишь при работе ДВС.

Давление открытия обратных клапанов, используемых согласно уровню техники, составляет более 1,0 бар. Подобное давление открытия имеет столь большую величину, что обратные клапаны открываются только после открытия всасывающих клапанов топливного насоса высокого давления, в связи с чем, например, при пуске ДВС через подшипники не просачивается никакое топливо, что, однако, является для них отрицательным фактором.

Помимо этого давление возрастает и перед клапанами с обращенной по ходу потока стороны подшипников. При размещении в этом месте уплотнения приводного вала нагрузка на такое уплотнение может возрастать до недопустимых значений. По этой причине для подобных подшипников обычно нельзя предусматривать никакой клапан.

Недостаток известных конструкций состоит также в том, что при нарушенной подаче топлива, когда возникает нарушение количественного баланса, топливо, как и ранее, продолжает поступать в общую топливную магистраль высокого давления, тогда как клапаны у подшипников уже закрываются. В этом случае более не обеспечивается смазывание и охлаждение подшипников.

Исходя из вышеизложенного существует необходимость в разработке топливного насоса высокого давления, который был бы пригоден для применения в системе впрыскивания топлива, прежде всего в системе "common rail", и который характеризовался бы лучшей ситуацией с количественным балансом прежде всего при пуске ДВС без проявления указанных выше недостатков.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущества изобретения

Согласно изобретению в нем предлагается насос высокого давления для системы впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания, прежде всего для системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления (системы "common rail"), имеющий приводной вал, установленный в по меньшей мере одном подшипнике, который расположен в ведущей от него сливной гидролинии и по ходу потока после которого расположен по меньшей мере один клапан, давление открытия которого составляет от 0,1 до 0,8 бар. Предлагаемый в изобретении насос высокого давления, который имеет по меньшей мере один клапан с низким давлением открытия, позволяет улучшить ситуацию с количественным балансом прежде всего при пуске ДВС. Такой клапан уменьшает просачивание топлива через по меньшей мере один подшипник при пуске ДВС и тем самым повышает мощность, развиваемую ДВС на пусковой частоте вращения (необходимая частота вращения или продолжительность пуска). Клапан с низким давлением открытия, которое составляет не более 0,8 бар, открывается достаточно заблаговременно, благодаря чему давление, приложенное к обычно предусмотренному уплотнению приводного вала, не превышает допустимого уровня, что в свою очередь не сокращает до недопустимого срок службы уплотнения.

Помимо этого подобный клапан не закрывается и при нарушении количественного баланса в контуре низкого давления, благодаря чему протекание топлива через подшипник обеспечивается во всех рабочих ситуациях. Поэтому насос высокого давления в целом надежнее в работе с точки зрения его функциональности, а также с точки зрения его долговечности.

Преимущество клапана с давлением открытия в пределах от не более 0,8 до не менее 0,1 бар состоит далее в том, что такой клапан, с одной стороны, как уже указывалось выше, значительно сокращает просачивание топлива через подшипник на малых частотах вращения и прежде всего в период пуска ДВС, но, с другой стороны, уже при пуске ДВС тем не менее обеспечивает минимальное просачивание топлива через подшипник. Поэтому даже при существенном нарушении количественного баланса в находящемся под низким давлением контуре системы впрыскивания топлива обеспечивается минимальное просачивание топлива через по меньшей мере один подшипник.

В одном из предпочтительных вариантов по меньшей мере один клапан выполнен в виде обратного клапана, прежде всего шарикового обратного клапана.

В еще одном предпочтительном варианте по меньшей мере один подшипник выполнен проточным для топлива.

В еще одном предпочтительном варианте по меньшей мере один подшипник выполнен в виде подшипника скольжения. В соответствии с этим при прохождении топлива через подшипник образуется гидростатический смазочный клин, благодаря чему существенно повышается нагрузочная способность (грузоподъемность) подшипника.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении насоса высокого давления в нем для крепления его приводного вала предпочтительно предусматривать первый подшипник и второй подшипник.

В еще одном предпочтительном варианте по ходу потока после первого подшипника в ведущей от него сливной гидролинии предусмотрен первый клапан, а по ходу потока после второго подшипника в ведущей от него сливной гидролинии предусмотрен второй клапан.

В следующем предпочтительном варианте первый клапан расположен последовательно с первым подшипником, а второй клапан расположен последовательно со вторым подшипником.

В зависимости от места установки подшипников в каждой из ведущих от них сливных гидролиний может быть предусмотрено по клапану, прежде всего шариковому обратному клапану, либо в общей ведущей от подшипников сливной гидролинии, в которой оканчиваются отдельные или все ведущие от подшипников сливные гидролинии, может быть предусмотрен общий клапан, прежде всего шариковый обратный клапан. Дальнейшая схема расположения ведущих от подшипников сливных гидролиний для слива топлива при этом несущественна.

В еще одном предпочтительном варианте каждая из сливных гидролиний, ведущих от первого подшипника и второго подшипника, оканчивается в общей ведущей от подшипников сливной гидролинии, в которой при этом предусмотрен общий клапан.

В еще одном предпочтительном варианте приводной вал выполнен в виде кулачкового или эксцентрикового вала, расположенного во внутреннем пространстве корпуса насоса высокого давления.

В еще одном предпочтительном варианте сливная гидролиния и внутреннее пространство корпуса насоса высокого давления гидравлически сообщаются между собой.

Предлагаемый в изобретении насос высокого давления может с достижением особых преимуществ использоваться во всех системах впрыскивания топлива с механическим топливоподкачивающим насосом на входе насоса высокого давления, а наиболее предпочтительно его использовать в системах, в которых в сливном топливопроводе не предусмотрены никакие другие потребители (например, устанавливаемые в топливных баках струйные насосы, термовыключатели и иные устройства), поскольку в этом случае может использоваться максимальный потенциал, т.е. наибольшее давление открытия, лежащее в предлагаемых в изобретении пределах от 0,1 до 0,8 бар.

Краткое описание чертежей

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

на фиг.1 - схема системы впрыскивания топлива с насосом высокого давления, известным из уровня техники,

на фиг.2 - схема фрагмента системы впрыскивания топлива с предлагаемым в изобретении насосом высокого давления, выполненным по одному из вариантов, и

на фиг.3 - схема фрагмента системы впрыскивания топлива с предлагаемым в изобретении насосом высокого давления, выполненным по другому варианту.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 показана схема системы 1 впрыскивания топлива типа "common rail" с насосом 2 высокого давления, основными компонентами которой являются бак 3, топливоподкачивающий насос 4 с ограничителем 5 расхода, фильтр 6, общая топливная магистраль 7 высокого давления ("rail") и клапан 8 ограничения давления, соответственно регулирующий давление клапан. К общей топливной магистрали 7 высокого давления подсоединены топливные форсунки, которые на фиг.1 не показаны.

Ограничитель 5 расхода выполнен в виде дросселя, который расположен непосредственно на входе топливоподкачивающего насоса 4. Такой дроссель ограничивает количество всего топлива, нагнетаемого насосом 2 высокого давления. Помимо этого таким путем в соответствии с характеристикой регулирующего давление клапана 10 ограничивается давление, создаваемое во внутреннем пространстве 9 насоса 2 высокого давления. От клапана 8 ограничения давления отходит сливной топливопровод 11, в который отводится также просачивающееся топливо из не показанных на чертеже топливных форсунок. Сливной топливопровод 11 оканчивается в баке 3, а топливо, возвращаемое по сливному топливопроводу в бак, при определенных условиях приводит в нем в действие струйный насос (не показан).

Внутри насоса 2 высокого давления, кроме того, может быть расположен датчик Т температуры. Насос 2 высокого давления гидравлически сообщается с баком 3 через подающий топливопровод 12, фильтр 6 и топливоподкачивающий насос 4. Подающий топливопровод 12 соединяет напорную сторону топливоподкачивающего насоса 4 с внутренним пространством 9 корпуса насоса высокого давления, и поэтому весь поток топлива, нагнетаемого топливоподкачивающим насосом 4, попадает в это внутреннее пространство 9.

Топливоподкачивающий насос 4 выполнен в виде шестеренного насоса. В топливоподкачивающем насосе 4 между его вращающимися деталями и его корпусом имеется зазор, обусловливающий утечку топлива и условно показанный на фиг.1 в виде дросселя (позиция 29). Просачивающееся через этот зазор топливо отводится по дренажному топливопроводу 30. Такой дренажный топливопровод 30 оканчивается в точке перед первым клапаном 27 в топливопроводе (без позиции), по которому через первый клапан 27 в сливной топливопровод 11 поступает протекающее через первый подшипник 23 топливо.

Для гидравлического соединения между собой внутреннего пространства 9 корпуса насоса высокого давления, с одной стороны, и дозатора 14 и сливного топливопровода 11, с другой стороны, предназначен обратный топливопровод 13. Между этим обратным топливопроводом 13 и сливным топливопроводом 11 расположен регулирующий давление клапан 10.

Дозатор 14 предназначен для регулирования количества топлива, всасываемого плунжерными парами 15 насоса высокого давления, и тем самым для регулирования его объемной подачи. Для этого плунжерные пары 15 со своих всасывающих сторон гидравлически сообщаются через распределительный топливопровод с выходом дозатора 14.

Основными компонентами плунжерных пар 15 являются всасывающие клапаны 16, расположенные со стороны высокого давления обратные клапаны 17 и плунжеры 18, которые совершают возвратно-поступательное движение в соответствующих цилиндрических отверстиях (не показаны). Плунжеры 18 плунжерных пар 15 приводятся в движение через роликовые толкатели 19 кулачками 20 приводного вала 21. Плунжерные пары 15 подают находящееся под высоким давлением топливо по топливопроводу 22 высокого давления в общую топливную магистраль 7 высокого давления.

Кулачки 20 являются частью приводного вала 21, который по обе стороны от кулачков 20 установлен с возможностью вращения в первом подшипнике 23 и втором подшипнике 24 (каждый из которых условно показан на чертеже в виде дросселя) в (не показанном) корпусе насоса высокого давления. Приводной вал 21 расположен во внутреннем пространстве 9 корпуса насоса высокого давления.

Помимо этого регулирующий давление клапан 10 расположен по ходу потока после внутреннего пространства 9 насоса 2 высокого давления. От регулирующего давление клапана 10 отходит дренажный топливопровод 25, в котором необязательно может быть предусмотрен дроссель 26. Поскольку регулирующий давление клапан 10 расположен по ходу потока после внутреннего пространства 9, в нем преобладает практически такое же давление, что и с напорной стороны топливоподкачивающего насоса 4.

Преобладание повышенного внутреннего давления во внутреннем пространстве 9 корпуса насоса высокого давления приводит в зависимости от преобладающего в этом внутреннем пространстве 9 давления, от вязкости топлива и гидравлического сопротивления первого подшипника 23 и второго подшипника 24 приводного вала 21 к вытеснению или выдавливанию топлива через эти подшипники 23 и 24 в определенном количестве. Благодаря этому значительно повышается грузоподъемность первого подшипника 23 и второго подшипника 24.

Поскольку первый подшипник 23 и второй подшипник 24 выполнены в виде подшипников скольжения, в результате принудительного прохождения топлива через подшипники 23 и 24 в одном и/или другом из них образуется гидростатический смазочный клин. Благодаря этому существенно повышается грузоподъемность первого подшипника 23 и второго подшипника 24 и одновременно с этим улучшается также отвод тепла от них.

Для ускорения повышения давления в топливном насосе 2 высокого давления и в общей топливной магистрали 7 высокого давления по ходу потока после первого подшипника 23 последовательно с ним расположен первый клапан 27, выполненный в виде обратного клапана. Соответственно по ходу потока после второго подшипника 24 последовательно с ним расположен второй клапан 28, также выполненный в виде обратного клапана. Эти первый клапан 27 и второй клапан 28 сообщаются со сливным топливопроводом 11. Давление открытия клапанов 27 и 28 согласно уровню техники составляет более 1 бар и подобрано таким, что при пуске ДВС они остаются закрытыми и открываются лишь при работе ДВС.

На фиг.2 показана схема фрагмента системы впрыскивания топлива, которая выполнена в основном аналогично показанной на фиг.1 системе 1 впрыскивания топлива и имеет предлагаемый в изобретении насос 2 высокого давления, выполненный по одному из вариантов. Расположенный во внутреннем пространстве 9 и не показанный на чертеже приводной вал смонтирован в первом подшипнике 23 и втором подшипнике 24 по обе стороны внутреннего пространства 9. Первый подшипник 23 и второй подшипник 24 выполнены в виде подшипников скольжения, и каждый из них расположен в ведущей от него сливной гидролинии 31, соответственно 31'. По ходу потока после первого подшипника 23 последовательно с ним расположен первый клапан 27, выполненный в виде обратного клапана, соответственно в виде шарикового обратного клапана. По ходу потока после второго подшипника 24 последовательно с ним расположен второй клапан 28, также выполненный в виде обратного клапана, соответственно в виде шарикового обратного клапана. Действие и принцип работы этих клапанов в основном аналогичны тем, которые ранее уже рассмотрены выше в описании первого и второго клапанов 27, 28, показанных на фиг.1, но с тем лишь отличием, что давление открытия первого клапана 27 и/или второго клапана 28 в данном варианте составляет не более 0,8 бар и не менее 0,1 бар, поэтому первый клапан 27 и/или второй клапан 28 в отличие от показанных на фиг.1 первого и второго клапанов 27, 28 остаются при пуске ДВС открытыми.

На фиг.3 показана еще одна схема фрагмента системы впрыскивания топлива с насосом 2 высокого давления, выполненным по другому варианту. В отличие от показанного на фиг.2 варианта в данном случае предусмотрен только один общий клапан 32, выполненный в виде обратного клапана, соответственно в виде шарикового обратного клапана. При этом такой общий клапан 32 расположен в ведущей от подшипников общей сливной гидролинии 31", в которой оканчиваются отдельные ведущие от подшипников сливные гидролинии 31, 31'. Давление открытия общего клапана 32 и в данном варианте составляет не более 0,8 бар и не менее 0,1 бар, и поэтому при пуске ДВС этот общий клапан 32 остается открытым.

В целом предлагаемое в изобретении решение позволяет получить насос 2 высокого давления, который обладает улучшенной функциональностью, а также надежнее в работе с точки зрения его долговечности.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет обеспечить минимальное просачивание топлива через по меньшей мере один подшипник. Насос высокого давления для системы впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания, прежде всего для системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления (системы "common rail"), имеет приводной вал, установленный в по меньшей мере одном подшипнике, который расположен в ведущей от него сливной гидролинии и по ходу потока после которого расположен по меньшей мере один клапан. Давление открытия указанного по меньшей мере одного клапана составляет от 0,1 до 0,8 бар. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Насос (2) высокого давления для системы (1) впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания, прежде всего для системы впрыскивания топлива с общей топливной магистралью высокого давления (системы "common rail"), имеющий приводной вал (21), установленный в по меньшей мере одном подшипнике (23, 24), который расположен в ведущей от него сливной гидролинии (31, 31', 31") и по ходу потока после которого расположен по меньшей мере один клапан (27, 28, 32), отличающийся тем, что давление открытия указанного по меньшей мере одного клапана (27, 28, 32) составляет от 0,1 до 0,8 бар.

2. Насос (2) высокого давления по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один клапан (27, 28, 32) выполнен в виде обратного клапана, прежде всего шарикового обратного клапана.

3. Насос (2) высокого давления по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один подшипник (23, 24) выполнен в виде подшипника скольжения.

4. Насос (2) высокого давления по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один подшипник (23, 24) выполнен проточным для топлива.

5. Насос (2) высокого давления по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что для крепления приводного вала (21) предусмотрены первый подшипник (23) и второй подшипник (24).

6. Насос (2) высокого давления по п.5, отличающийся тем, что по ходу потока после первого подшипника (23) в ведущей от него сливной гидролинии (31) предусмотрен первый клапан (27), а по ходу потока после второго подшипника (24) в ведущей от него сливной гидролинии (31') предусмотрен второй клапан (28).

7. Насос (2) высокого давления по п.6, отличающийся тем, что первый клапан (27) расположен последовательно с первым подшипником (23), а второй клапан (28) расположен последовательно со вторым подшипником (24).

8. Насос (2) высокого давления по п.5, отличающийся тем, что каждая из сливных гидролиний (31, 31'), ведущих от первого подшипника (23) и второго подшипника (24), оканчивается в общей ведущей от подшипников сливной гидролинии (31"), в которой при этом предусмотрен общий клапан (32).

9. Насос (2) высокого давления по п.1, отличающийся тем, что приводной вал (21) выполнен в виде кулачкового вала, расположенного во внутреннем пространстве (9) корпуса насоса высокого давления.

10. Насос (2) высокого давления по п.9, отличающийся тем, что сливная гидролиния (31, 31', 31") и внутреннее пространство (9) корпуса насоса высокого давления гидравлически сообщаются между собой.