НАСОСНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА, ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНО ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА, В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F04B53/10 F02M59/46 F16K15/00 

Настоящее изобретение относится к насосному узлу для подачи топлива, предпочтительно дизельного топлива, в двигатель внутреннего сгорания.

В частности, настоящее изобретение относится к насосному узлу, содержащему корпус, плунжерный насос для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания и шестеренный насос для подачи топлива в плунжерный насос.

Плунжерный насос имеет по меньшей мере один цилиндр, плунжер, находящийся в скользящем контакте со стенкой цилиндра, канал для впуска топлива в цилиндр, канал для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания и обратный клапан, установленный в напорном канале для предотвращения перетекания топлива обратно в цилиндр.

Обычно обратный клапан содержит запорный элемент по существу сферической формы (шарик), подвижно установленный с возможностью перемещения между положением, в котором он закрывает напорный канал, и положением, в котором он открывает напорный канал, и пружину для перемещения запорного элемента в его закрытое положение и для его удержания в этом положении в нормальном состоянии, т.е. при отсутствии давления подачи.

Поскольку запорный элемент опирается только на пружину, он перемещается из своего закрытого положения, в котором он прилегает к кольцевому сферическому седлу, образованному в напорном канале, в свое открытое положение по пути, не являющемуся прямолинейным и не совпадающему с продольной осью напорного канала, запорный элемент под действием топлива, подаваемого по напорному каналу, смещается в радиальном направлении и вращается.

Следовательно, перемещение запорного элемента из его открытого положения в закрытое положение также происходит вдоль непрямолинейного пути, не совпадающего с продольной осью напорного канала, и поэтому запорный элемент непрерывно вращается под действием напора топлива и ударяется в радиальном направлении о боковую стенку вышеупомянутого кольцевого сферического седла. На определенных режимах работы центробежная сила, создаваемая вращением запорного элемента, может быть столь велика, что она способна задержать надлежащее запирание напорного канала или даже воспрепятствовать ему.

Цель настоящего изобретения заключается в создании насосного узла для подачи топлива, предпочтительно дизельного топлива, в двигатель внутреннего сгорания, причем такой насос должен быть лишен описанных выше недостатков, быть простым и недорогим в производстве.

Объектом изобретения является насосный узел для подачи топлива, предпочтительно дизельного топлива, в двигатель внутреннего сгорания, охарактеризованный в прилагаемой формуле изобретения.

Предлагаемый в изобретении насосный узел для подачи топлива, предпочтительно дизельного топлива, в двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, напорный канал, выполненный в корпусе насосного узла для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, и обратный клапан, расположенный в напорном канале и содержащий запорный элемент, подвижно установленный с возможностью перемещения между положением, в котором он открывает напорный канал, и положением, в котором он закрывает напорный канал, и первое седло, образованное в напорном канале для посадки в него запорного элемента после перемещения последнего из открытого положения в закрытое положение. Кроме того, предлагаемый в изобретении насосный узел содержит ограничитель хода, установленный в напорном канале и имеющий второе седло для посадки в него и удержания запорного элемента после перемещения последнего из закрытого положения в открытое положение. При этом ограничитель хода имеет по меньшей мере одну трубчатую часть, имеющую открытый в осевом направлении свободный конец, образующий указанное второе седло, и гидравлически связанную с напорным каналом, когда запорный элемент находится в своем открытом положении, и по меньшей мере одно входное отверстие для входа топлива в трубчатую часть и по меньшей мере одно отверстие для выхода топлива из трубчатой части, причем сила, действующая на запорный элемент со стороны топлива, находящегося в трубчатой части, настолько меньше силы, действующей на запорный элемент со стороны топлива, подаваемого через указанное первое седло, что запорный элемент удерживается в своем открытом положении. Для направления потока топлива через указанное входное отверстие между стенкой напорного канала и ограничителем хода расположено уплотнение. Таким образом, при нахождении запорного элемента в своем открытом положении топливо может проходить в трубчатую часть и выходить из нее только через входные отверстия, создавая усилие, действующее на запорный элемент в направлении закрытия обратного клапана.

Технические результаты: повышение надежности запирания напорного канала, предотвращаются вредные радиальное и/или осевое перемещения запорного элемента в первом и втором седлах с уменьшением изнашивания запорного элемента, седел и пружины, а также сокращением времени перемещения запорного элемента на закрытие обратного клапана.

Ниже рассматривается вариант осуществления изобретения, не ограничивающий возможностей такого осуществления и поясняемый прилагаемым чертежом, представляющим собой продольный разрез с удалением некоторых деталей для наглядности представления.

На прилагаемом чертеже номером 1 обозначен в целом насосный узел для подачи топлива, предпочтительно дизельного топлива, в двигатель внутреннего сгорания (на чертеже не показан).

В рассматриваемом случае насосный узел 1 содержит корпус 2, известный и не показанный на чертеже плунжерный насос для подачи топлива в вышеупомянутый двигатель внутреннего сгорания (на чертеже не показан) и известный и не показанный на чертеже шестеренный насос для подачи топлива к плунжерному насосу (на чертеже не показанному).

Плунжерный насос (на чертеже не показан) содержит по меньшей мере один цилиндр, в скользящем контакте со стенкой которого находится плунжер, установленный с возможностью прямолинейного возвратно-поступательного движения вдоль цилиндра и который сообщается с каналом для впуска топлива в цилиндр и каналом 3 для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания (на чертеже не показан).

Канал 3 имеет заданную продольную ось 4, суженный участок 5, сообщающийся с цилиндром плунжерного насоса (на чертеже не показан), увеличенный (в диаметре) участок 6, сообщающийся с двигателем внутреннего сгорания (на чертеже не показан), и промежуточный участок 7, проходящий между участками 5 и 6 и образующий первое кольцевое коническое седло 8, ось которого по существу совпадает с осью 4.

Седло 8 представляет собой часть обратного клапана 9, который расположен в канале 3 для предотвращения перетекания топлива обратно в цилиндр плунжерного насоса (на чертеже не показан), причем этот клапан также содержит по существу сферический запорный элемент 10, подвижно установленный с возможностью перемещения между положением, в котором канал 3 закрыт, и положением, в котором он открыт, и снабжен ограничителем 11 хода, расположенным на участке 6 напорного канала для остановки перемещения запорного элемента 10 в его открытом положении.

Ограничитель 11 хода выполнен по существу в форме винта и имеет головку 12, ввинченную в корпус 2 насосного узла, и трубчатую часть 13, которая выступает в осевом направлении в напорный канал на участке 6, ось которой совпадает с осью 4 и наружный диаметр которой меньше внутреннего диаметра участка 6 напорного канала. Свободный конец трубчатой части 13, обращенный к запорному элементу 10, открыт в осевом направлении и образует второе кольцевое коническое седло 14 для остановки перемещения запорного элемента 10 в его открытом положении.

Трубчатая часть 13 ограничителя 11 хода в сочетании с участком 6 напорного канала образует кольцевую камеру 15, ось которой по существу совпадает с осью 4, а также имеет внутренний канал 16, ось которого совпадает с осью 4 и который имеет увеличенный (в диаметре) участок 17 со стороны запорного элемента 10 и суженный участок 18 со стороны головки 12.

Во внутреннем канале на участке 17 расположена пружина 19, установленная соосно с напорным каналом, т.е. таким образом, что ее ось совпадает с осью 4, и предназначенная для перемещения запорного элемента 10 в его закрытое положение и удержания его в этом положении в нормальном состоянии, т.е. при отсутствии давления подачи, причем участок 17 сообщается с камерой 15 через несколько выполненных в трубчатой части 13 отверстий 20, равномерно распределенных вокруг оси 4 и проходящих поперек нее, а участок 18 сообщается с кольцевым коллектором 21, который выполнен в корпусе 2 насосного узла и ось которого совпадает с осью 4, через несколько выполненных в трубчатой части 13 отверстий 22, равномерно распределенных вокруг оси 4 и проходящих поперек нее.

Стенка участка 6 напорного канала и трубчатая часть 13 ограничителя 11 хода также герметично соединены между собой за счет установки между ними уплотнения 23, в частности кольцевого уплотнения, в рассматриваемом случае - уплотнительного кольца круглого сечения, которое расположено в промежуточной точке трубчатой части 13 между отверстиями 20 и 22 и ось которого совпадает с осью 4.

Во время работы насосного узла запорный элемент 10 перемещается давлением топлива, подаваемого плунжерным насосом (на чертеже не показан), вдоль канала 3 в положение, в котором запорный элемент открывает канал 3, таким образом позволяя потоку топлива последовательно проходить через промежуточный участок 7, затем вдоль камеры 15, через отверстия 20, по каналу 16, через отверстия 22 и поступать в коллектор 21.

Поскольку диаметр запорного элемента 10 и внутренний диаметр участка 17 подобраны с таким расчетом, чтобы сила, действующая на запорный элемент 10 со стороны топлива, находящегося в канале 3, превышала сумму сил, действующих на запорный элемент 10 со стороны пружины 19 и со стороны топлива, находящегося в канале 16, и поскольку при прохождении топлива вдоль камеры 15 и через отверстия 20 возникает перепад давления топлива, приводящий к тому, что давление в канале 16 ниже, чем в канале 3, запорный элемент 10 перемещается по прямолинейному пути вдоль оси 4 таким образом, что он садится в седло 14 и на протяжении фазы нагнетания плунжерного насоса (на чертеже не показан) по существу удерживается в седле 14 без возможности его осевого и/или радиального смещения.

В конце фазы нагнетания и в течение фазы впуска плунжерного насоса (на чертеже не показан) запорный элемент 10 перемещается по практически прямолинейному пути вдоль оси 4 под действием сил, действующих со стороны пружины 19 и топлива, находящегося в канале 16, таким образом, что он относительно быстро садится в седло 8 и запирает канал 3.

Таким образом, благодаря наличию и форме ограничителя 11 хода и, в частности, его трубчатой части 13 изобретение обеспечивает перемещение запорного элемента 10 в его открытое положение и закрытое положение по практически прямолинейному пути вдоль оси 4, удержание запорного элемента 10 в седле 14 на протяжении фазы подачи плунжерного насоса (на чертеже не показан), предотвращение радиального и/или осевого перемещений запорного элемента 10 в седлах 8 и 14, таким образом уменьшая износ запорного элемента 10, седел 8, 14 и пружины 19, а также сокращая время перемещения запорного элемента 10 на закрытие обратного клапана, что повышает эффективность работы насосного узла 1.

В первом варианте осуществления изобретения, на чертеже не показанном, пружина 19 не используется, а запорный элемент 10 перемещается на закрытие исключительно силой, действующей со стороны топлива, находящегося в канале 16.

Изобретение может быть использовано в топливных насосах высокого давления для подачи топлива в двигатели внутреннего сгорания. Предложен насосный узел для подачи топлива, предпочтительно дизельного топлива, в двигатель внутреннего сгорания, снабженный обратным клапаном (9), расположенным в канале (3) для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания и имеющий запорный элемент (10), подвижно установленный с возможностью перемещения между положением, в котором он открывает напорный канал (3), и положением, в котором он закрывает напорный канал. Предлагаемый в изобретении насосный узел содержит ограничитель (11) хода, установленный в напорном канале (3) с образованием седла (14) для посадки в него и удержания запорного элемента (10) после открытия обратного клапана (9), и уплотнение (23), установленное между стенкой напорного канала (3) и ограничителем (11). Технический результат заключается в повышении надежности запирания напорного канала, предотвращении радиальных и/или осевых перемещений запорного элемента в седлах и уменьшении изнашивания деталей. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Насосный узел для подачи в двигатель внутреннего сгорания топлива, предпочтительно дизельного топлива, содержащий корпус (2), напорный канал (3), выполненный в корпусе (2) насосного узла для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, и обратный клапан (9), расположенный в напорном канале (3) и содержащий запорный элемент (10), подвижно установленный с возможностью перемещения между положением, в котором он открывает напорный канал (3), и положением, в котором он закрывает напорный канал, и первое седло (8), образованное в напорном канале (3) для посадки в него запорного элемента (10) после перемещения последнего из открытого положения в закрытое положение, характеризующийся тем, что он также содержит ограничитель (11) хода, установленный в напорном канале (3) и имеющий второе седло (14) для посадки в него и удержания запорного элемента (10) после перемещения последнего из закрытого положения в открытое положение, причем:
- ограничитель (11) хода имеет по меньшей мере одну трубчатую часть (13), имеющую открытый в осевом направлении свободный конец, образующий указанное второе седло (14), и гидравлически связанную с напорным каналом (3), когда запорный элемент (10) находится в своем открытом положении,
- ограничитель (11) хода имеет по меньшей мере одно входное отверстие (20) для входа топлива в трубчатую часть (13) и по меньшей мере одно отверстие (22) для выхода топлива из трубчатой части (13), причем сила, действующая на запорный элемент (10) со стороны топлива, находящегося в трубчатой части (13), настолько меньше силы, действующей на запорный элемент (10) со стороны топлива, подаваемого через указанное первое седло (8), что запорный элемент (10) удерживается в своем открытом положении,
- между стенкой напорного канала (3) и ограничителем (11) хода расположено уплотнение (23) для направления потока топлива через указанное входное отверстие (20).

2. Насосный узел по п. 1, дополнительно содержащий гидравлический контур (6, 7, 15, 20) для подачи топлива через первое седло (8) в трубчатую часть (13) ограничителя хода, причем гидравлический контур (6, 7, 15, 20) выполнен такой формы, что давление, действующее на запорный элемент (10) со стороны топлива, находящегося в трубчатой части (13), меньше давления, действующего на запорный элемент (10) со стороны топлива, подаваемого через указанное первое седло (8).

3. Насосный узел по п. 1, в котором трубчатая часть (13) имеет заданную продольную ось (4), а входное отверстие (20) проходит по существу поперек этой оси (4).

4. Насосный узел по п. 3, в котором трубчатая часть (13) имеет по меньшей мере первый участок, наружный диаметр которого меньше диаметра соответствующего участка (6) напорного канала (3), и в котором выполнено указанное входное отверстие (20).

5. Насосный узел по п. 1, в котором уплотнение (23) содержит уплотнительное кольцо (23), установленное между стенкой напорного канала (3) и ограничителем (11) хода и между входным отверстием (20) и выходным отверстием (22).

6. Насосный узел по п. 4, в котором трубчатая часть (13) имеет второй участок, который проходит между входным отверстием (20) и выходным отверстием (22) и наружный диаметр которого по существу равен диаметру соответствующего участка (6) напорного канала (3).

7. Насосный узел по любому из пп. 2-6, в котором обратный клапан (9) дополнительно содержит пружину (19), толкающую запорный элемент (10) в направлении его закрытого положения, причем сила, действующая на запорный элемент (10) со стороны топлива, подаваемого через указанное первое седло (8), превышает сумму сил, действующих на запорный элемент (10) со стороны пружины (19) и со стороны топлива, находящегося в трубчатой части (13).

8. Насосный узел по п. 1, в котором ограничитель (11) хода зафиксирован в корпусе (2) насосного узла.