ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F02M59/44 F04B1/00 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к топливному насосу высокого давления для двигателя внутреннего сгорания (ДВС) согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Подобные насосы высокого давления достаточно хорошо известны из уровня техники. Они используются в автомобилях прежде всего для нагнетания топлива, преимущественно дизельного топлива, в общую топливную магистраль высокого давления (называемую также топливным аккумулятором высокого давления), откуда топливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания в ДВС. Для этого подобный насос высокого давления имеет приводной вал с кулачком или эксцентриком в качестве кулачкового, соответственно эксцентрикового привода, которым плунжер по меньшей мере одной плунжерной пары приводится в возвратно-поступательное движение. При совершении плунжером хода всасывания топливо всасывается из контура низкого давления, а при совершении плунжером хода нагнетания топливо затем нагнетается под высоким давлением в общую топливную магистраль высокого давления.

Проблема, обычно присущая подобным насосам в связи с создаваемым ими высоким давлением нагнетания топлива, состоит в том, что на приводной вал действуют значительные усилия, а именно: направленные радиально относительно его продольной оси, а также вдоль нее осевые усилия, которые должны восприниматься опорами приводного вала. Во избежание возникновения высокого кромочного давления в краевых зонах опор при появлении высоких радиальных усилий и связанного с этим перекоса приводного вала, например, в DE 102006051332 A1 было предложено придавать вставляемому в опорное отверстие опорному участку приводного вала или контуру самого этого опорного отверстия бочкообразную форму, благодаря которой по середине опоры в ней остается меньший зазор, чем в ее краевых зонах. Таким путем удается эффективнее компенсировать определенный перекос приводного вала, обусловленный действием на него радиальных усилий. Для восприятия осевых усилий опора выполнена во фланце, который по меньшей мере одним резьбовым соединением соединен с корпусом насоса высокого давления с геометрическим замыканием.

Исходя из известного насоса высокого давления указанного в начале описания типа в основу настоящего изобретения была положена задача разработать насос высокого давления с усовершенствованной опорой его приводного вала. Такой насос высокого давления должен быть простым и тем самым недорогим в изготовлении.

Краткое изложение сущности изобретения

Указанная задача решается с помощью насоса высокого давления с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Предлагаемый в изобретении топливный насос высокого давления имеет корпус, в котором для приведения в действие по меньшей мере одной расположенной в нем плунжерной пары установлен приводной вал, снабженный кулачком или эксцентриком в качестве кулачкового, соответственно эксцентрикового привода и смонтированный на опорах с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. Для установки приводного вала и его монтажа на опорах с возможностью его вращения корпус насоса имеет корпусную деталь с опорным отверстием. Согласно изобретению корпусная деталь соединена с корпусом насоса с фрикционным замыканием прессовым соединением, для создания которого корпусная деталь имеет по меньшей мере один участок с радиальным избыточным размером относительно размера установочного отверстия в корпусе насоса, в которое вставлена корпусная деталь. Подобное прессовое соединение в предпочтительном варианте рассчитано таким образом, что через него возможно также восприятие осевых усилий от приводного вала. Тем самым отпадает необходимость в резьбовом соединении, а крепление корпусной детали к корпусу насоса возможно без применения винтов. Помимо этого отпадает также необходимость во фланце, благодаря чему в целом сокращается расход материала, идущего на изготовление корпусной детали, и уменьшается ее масса. Кроме того, отпадает также необходимость в трудоемком выполнении отверстий под крепежные винты, благодаря чему в целом упрощается, а тем самым и удешевляется изготовление насоса.

В одном из предпочтительных вариантов для создания прессового соединения с фрикционным замыканием корпусная деталь имеет первый участок и второй участок с радиальным избыточным размером относительно размера установочного отверстия в корпусе насоса, в соответствии с чем образуются два прессовых соединения, которыми корпусная деталь соединена с корпусом насоса с фрикционным замыканием. При этом указанные первый участок и второй участок разнесены друг от друга в направлении продольной оси приводного вала. Разнесение указанных участков на большое осевое расстояние друг от друга позволяет центрировать корпусную деталь на большой длине в осевом направлении и обеспечивает тем самым соосность корпусной детали относительно корпуса насоса. В соответствии с этим осевое расстояние между указанными участками предпочтительно выбирать максимально возможным.

Преимущество, связанное с соединением корпусной детали с корпусом насоса с фрикционным замыканием двумя прессовыми соединениями, разнесенными друг от друга в осевом направлении, состоит, кроме того, в том, что между обоими участками а и b с радиальным избыточным размером можно образовать кольцевое пространство, используемое в качестве отводящей канавки. От этого кольцевого пространства в предпочтительном варианте отходит сливное отверстие для отвода смазки подшипников в обратную магистраль смазочной системы. Такое сливное отверстие может быть выполнено в виде радиального отверстия либо виде отверстия, проходящего наклонно в стенке корпусной детали. Преимущество, связанное с использованием кольцевого пространства в качестве отводящей канавки, т.е. в качестве кольцевой отводящей канавки, состоит в том, что и при различных угловых положениях сливных отверстий в корпусной детали и в корпусе насоса обеспечивается соединение с обратной магистралью смазочной системы. Кольцевую отводную канавку предпочтительно герметично отделять от внутренней полости насоса расположенным глубже внутри него прессовым соединением на первом участке а. Благодаря этому можно отказаться от применения уплотнительного кольца. При возникновении же тем не менее неплотностей не следует ожидать никаких серьезных последствий, поскольку утечка происходит внутри насоса.

В еще одном предпочтительном варианте радиальный избыточный размер первого участка а корпусной детали относительно размера установочного отверстия в корпусе насоса отличен от радиального избыточного размера второго участка b. Предпочтительно далее выбирать радиальный избыточный размер второго участка b больше радиального избыточного размера первого участка а. При соответствующем выполнении участков а и b, во-первых, обеспечивается достаточное прессовое соединение на них обоих, а во-вторых, облегчается процесс запрессовки корпусной детали в корпус насоса.

В следующем предпочтительном варианте прессовое соединение в зоне второго участка также выполняет уплотняющую функцию. В соответствии с этим при применении в насосах с низкими предъявляемыми к ним требованиями, т.е. с низкими действующими на приводной вал усилиями, прессовое соединение может заменять собой уплотнительное кольцо для уплотнения кольцевого пространства относительно внешнего пространства.

Для создания прессового соединения радиальный избыточный размер и осевую протяженность первого участка а и/или второго участка b предпочтительно выбирать такими, чтобы минимальное усилие запрессовки превышало 5 кН и чтобы было возможным восприятие обычного осевого усилия запрессовки, составляющего примерно 1 кН.

По причине избыточного размера, необходимого для создания прессового соединения, в зоне него может возникать нежелательная деформация опорного отверстия, а также примыкающих к нему деталей. Для образования подшипника скольжения, например, в опорное отверстие может быть установлена втулка скольжения, деформацию которой может вызвать избыточный размер, необходимый для создания прессового соединения. В результате этого при определенных условиях может снизиться несущая способность подшипника. Поэтому во избежание подобных деформаций в еще одном предпочтительном варианте в корпусе насоса в зоне по меньшей мере одного прессового соединения предусмотрена кольцевая канавка, которая допускает упругую деформацию корпуса насоса и обеспечивает тем самым устранение жесткой связи в зоне прессового соединения. Таким путем возможно достижение высоких крепежных усилий без пластической деформации примыкающих деталей и без образования напряжений в зоне прессового соединения. Благодаря устранению жесткой связи возможно даже дальнейшее увеличение усилия запрессовки.

В следующем предпочтительном варианте предусмотренная для устранения жесткой связи с корпусом насоса кольцевая канавка расположена предпочтительно соосно установочному отверстию в корпусе насоса, в которое вставлена корпусная деталь. Кольцевая канавка проходит начиная от торца корпуса насоса в основном в осевом направлении и в предпочтительном варианте имеет не чувствительный к концентрации напряжений радиус. Вместо этого или дополнительно к этому для воспрепятствования нежелательным деформациям в торце корпусной детали также может быть выполнена соответствующая кольцевая канавка. В том случае, когда предусмотрено применение втулки скольжения, вставляемой в опорное отверстие в корпусной детали, такая втулка может быть выполнена цилиндрической формы или в виде втулки с буртиком.

При использовании кольцевой канавки для устранения жесткой связи с корпусом насоса ее осевая протяженность предпочтительно должна быть больше осевой протяженности соответствующей зоны прессового соединения, уменьшению нагрузки на которую способствует кольцевая канавка. Сказанное означает, что осевая протяженность кольцевой канавки предпочтительно должна быть больше осевой протяженности соответствующего участка а или b с радиальным избыточным размером. Соблюдение подобного условия позволяет избежать создания неодинакового контактного напряжения в продольном направлении. Предпочтительно далее, чтобы осевая протяженность кольцевой канавки на по меньшей мере 20% превышала осевую протяженность соответствующей зоны прессового соединения.

В еще одном предпочтительном варианте для осевой фиксации корпусной детали по положению внутри установочного отверстия в корпусе насоса дополнительно предусмотрено соединение корпусной детали с корпусом насоса с геометрическим замыканием. Для реализации такого соединения с геометрическим замыканием можно использовать, например, по меньшей мере один винт либо по меньшей мере один штифт. Подобный по меньшей мере один винт или по меньшей мере один штифт предпочтительно располагать перпендикулярно продольной оси приводного вала. В другом варианте для создания соединения с геометрическим замыканием можно также использовать пружинное стопорное кольцо. Благодаря наличию дополнительного соединения с геометрическим замыканием насос высокого давления пригоден также для применения в условиях особо высоких предъявляемых к нему требований.

В еще одном предпочтительном варианте корпусная деталь и корпус насоса выполнены из одинакового материала и поэтому имеют одинаковые значения модуля упругости и коэффициента температурного расширения. Благодаря этому удается практически полностью исключить обусловленное эксплуатационными условиями разъединение по меньшей мере одного прессового соединения. В соответствии с этим необходимость в дополнительном соединении с геометрическим замыканием обычно отсутствует. Помимо этого обеспечивается длительное сохранение возможной уплотняющей функции в зоне прессового соединения. При использовании разных материалов для изготовления из них корпусной детали и корпуса насоса минимальное усилие запрессовки должно быть прежде всего при креплении корпусной детали к корпусу насоса только по меньшей мере одним прессовым соединением достаточным для обеспечения надежности крепления во всем интервале рабочих температур.

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

на фиг.1 - вид в разрезе фрагмента известного насоса высокого давления в зоне опоры приводного вала,

на фиг.2 - увеличенный вид в разрезе фрагмента предлагаемого в изобретении насоса высокого давления в зоне опоры приводного вала и

на фиг.3 - увеличенный вид в разрезе фрагмента, выполненного по другому варианту предлагаемого в изобретении насоса высокого давления в зоне опоры приводного вала.

Показанный на фиг.1 и известный из уровня техники насос высокого давления имеет корпус 1, в котором для установки и крепления приводного вала 2 с возможностью его вращения вокруг своей продольной оси 4 размещена фланцеобразная корпусная деталь 5. Для образования подшипника скольжения (или в более общем случае опоры скольжения) в опорное отверстие 6 в корпусной детали 5 вставлена соответствующая втулка 11 скольжения в качестве вкладыша подшипника скольжения. Приводной вал 2 пропущен через эту втулку 11 скольжения и своим концом установлен в еще одной выполненной в виде подшипника скольжения опоре в корпусе 1 насоса. Между обоими подшипниками скольжения приводной вал 2 имеет кулачковый привод 3 для приведения в действие плунжера (не показан) по меньшей мере одной плунжерной пары (также не показана) для нагнетания топлива.

Корпусная деталь 5 своим фланцем 14 упирается в осевом направлении в корпус 1 насоса. Для крепления фланец 14 по меньшей мере одним винтом 15 привинчивают к корпусу насоса. Обычно, однако, для крепления корпусной детали 5 используют 4 или 6 винтов 15, пропускаемых через соответствующие отверстия во фланце 14, расположенные с равным угловым шагом друг от друга. Винты 15 обеспечивают соединение с геометрическим замыканием, способное воспринимать осевые усилия, создаваемые приводным валом 2. Помимо этого корпусная деталь 5 цилиндрическим выступом на фланце 14 опирается в радиальном направлении в установочном отверстии 8 в корпусе 1 насоса.

Между установочным отверстием 8 в корпусе 1 насоса и корпусной деталью 5 расположено по меньшей мере одно уплотнительное кольцо 13, назначение которого состоит в предотвращении вытекания смазки подшипников скольжения, находящейся в определенном количестве внутри корпусной детали. Аналогичную функцию выполняет и уплотнительное кольцо 16 для уплотнения приводного вала, которое уплотняет имеющийся между приводным валом 2 и корпусной деталью 5 зазор в подшипнике относительно внешнего пространства.

Помимо этого в торце корпусной детали 5 выполнена кольцевая канавка 12, обеспечивающая определенную упругую деформируемость корпусной детали 5 в краевой зоне опоры. Преимущество, связанное с обеспечиваемой кольцевой канавкой 12 упругой деформируемостью, проявляется прежде всего в том случае, когда на приводной вал 2 со стороны кулачкового привода 3 действуют высокие поперечные силы, которые могут приводить к перекашиванию приводного вала 2 относительно его продольной оси 4. В подобном случае краевые зоны опоры подвергаются высокой нагрузке, которую, однако, позволяет снизить соответствующая упругая деформация корпусной детали.

Показанный на фиг.2 и 3 предлагаемый в изобретении насос высокого давления отличается от описанного выше насоса высокого давления тем, что корпусная деталь 5 соединена с корпусом 1 насоса с фрикционным замыканием прессовым соединением 7, для создания которого корпусная деталь 5 на по меньшей мере одном своем участке a, b имеет радиальный избыточный размер относительно размера установочного отверстия 8 в корпусе 1 насоса, в которое вставлена корпусная деталь 5. Тем самым отпадает необходимость в привинчивании корпусной детали 5 к корпусу 1 насоса, а поэтому отпадает также необходимость в выполнении фланца 14. Благодаря этому сокращается расход материала, идущего на изготовление корпусной детали, и уменьшается ее масса. В соответствии с этим корпусная деталь 5 в показанных на фиг.2 и 3 вариантах выполнена в основном в форме полого цилиндра.

Несмотря на то что для крепления корпусной детали 5 к корпусу 1 насоса можно считать вполне достаточным образование одного прессового соединения 7 только на одном участке а путем его выполнения с радиальным избыточным размером, тем не менее по указанным ниже причинам более предпочтительным является создание двух прессовых соединений.

В первом, показанном на фиг.2 варианте корпусная деталь 5 имеет два участка а и b, которые имеют радиальный избыточный размер относительно размера установочного отверстия 8 в корпусе 1 насоса. В соответствии с этим на каждом из участков а и b создается по прессовому соединению 7. Участки а и b разнесены друг от друга на корпусной детали 5 в осевом направлении, и поэтому между ними образуется кольцевое пространство 9. Такое кольцевое пространство 9 служит отводящей канавкой для подачи определенного количества смазки подшипников скольжения через сливное отверстие 10 обратно в смазочную систему по ее обратной магистрали (не показана). В показанном на фиг.2 варианте сливное отверстие 10 выполнено в виде радиального отверстия. Относительно внутренней полости насоса кольцевое пространство 9 уплотнено прессовым соединением 7 на участке а, радиальный избыточный размер которого таков, что прессовое соединение 7 одновременно выполняет уплотняющую функцию. В отличие от этого участок b не имеет достаточного для выполнения им уплотняющей функции радиального избыточного размера, и поэтому кольцевое пространство 9 уплотнено относительно внешнего пространства уплотнительным кольцом 13. Необходимость в подобном уплотнительном кольце 13 отсутствует в том случае, когда и радиальный избыточный размер участка b относительно размера установочного отверстия 8 в корпусе 1 насоса увеличивают на соответствующую величину. Функцию уплотнения приводного вала 2 относительно корпусной детали 5 выполняет уплотнительное кольцо 16.

В показанном на фиг.2 варианте в опорное отверстие 6 в корпусной детали 5 вставлена втулка с буртиком в качестве втулки 11 скольжения. С целью воспрепятствовать деформации втулки 11 скольжения из-за обеспечивающего прессовую посадку избыточного размера участка а корпусная деталь 5 имеет в этой своей части выполненную в ее торце кольцевую канавку 12, благодаря которой краевая зона корпусной детали 5 может упруго деформироваться. Таким путем предотвращается деформация втулки скольжения, благодаря чему подшипник сохраняет свою несущую способность.

Согласно показанному на фиг.3 варианту кольцевая канавка 12 может быть также выполнена в торце корпуса 1 насоса. В данном случае кольцевая канавка 12 компенсирует обеспечивающий прессовую посадку избыточный размер в прессовом соединении 7 на участке b благодаря тому, что она допускает упругую деформацию корпуса 1 насоса.

Показанный на фиг.3 вариант отличается далее от показанного на фиг.2 варианта тем, что втулка 11 скольжения выполнена цилиндрической формы, а не в виде втулки с буртиком. Для фиксации втулки 11 скольжения в ее осевом положении на корпусной детали 5 может быть выполнен буртик 18. Еще одно отличие от рассмотренного выше варианта состоит в том, что сливное отверстие 10 выполнено не в виде радиального, а в виде наклонного отверстия. Через кольцевое пространство 9 сливное отверстие 10 сообщается с отверстием 17 в корпусе, к которому в свою очередь подсоединена обратная магистраль смазочной системы.

Различные, описанные выше со ссылкой на фиг.2 и 3 конструктивные особенности предлагаемого в изобретении насоса высокого давления можно использовать по отдельности в виде их альтернативы либо в любом допустимом сочетании между собой. Поэтому объем настоящего изобретения не ограничен только рассмотренными выше вариантами его осуществления.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи для двигателей внутреннего сгорания. Предложен топливный насос высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, имеющий корпус (1), в котором для приведения в действие, по меньшей мере, одной расположенной в нем плунжерной пары установлен кулачковый или эксцентриковый вал, смонтированный на опорах с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. Для установки и монтажа на опорах с возможностью вращения, приводной вал имеет корпусную деталь (5), которая имеет опорное отверстие (6) и соединена с корпусом (1) насоса с фрикционным замыканием прессовым соединением (7). Для создания прессового соединения (7) с фрикционным замыканием, корпусная деталь (5) имеет первый участок (а) и второй участок (b), выполненные с радиальным избыточным размером относительно размера предусмотренного в корпусе (1) насоса установочного отверстия (8), в которое вставлена корпусная деталь (5) и разнесенные при этом друг от друга в направлении продольной оси приводного вала. Технический результат заключается в упрощении конструкции топливного насоса высокого давления и удешевлении его изготовления. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Топливный насос высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, имеющий корпус (1), в котором для приведения в действие по меньшей мере одной расположенной в нем плунжерной пары установлен приводной вал (2), снабженный кулачком или эксцентриком в качестве кулачкового, соответственно эксцентрикового привода (3) и смонтированный на опорах с возможностью вращения вокруг своей продольной оси (4), и который для установки приводного вала (2) и его монтажа на опорах с возможностью его вращения имеет корпусную деталь (5), которая имеет опорное отверстие (6) и соединена с корпусом (1) насоса с фрикционным замыканием прессовым соединением (7), отличающийся тем, что для создания прессового соединения (7) с фрикционным замыканием корпусная деталь (5) имеет первый участок (а) и второй участок (b), выполненные с радиальным избыточным размером относительно размера предусмотренного в корпусе (1) насоса установочного отверстия (8), в которое вставлена корпусная деталь (5), и разнесенные при этом друг от друга в направлении продольной оси (4) приводного вала.

2. Топливный насос высокого давления по п. 1, отличающийся тем, что между обоими участками (а, b) образуется кольцевое пространство (9) в качестве отводящей канавки, от которой отходит сливное отверстие (10).

3. Топливный насос высокого давления по п. 1, отличающийся тем, что радиальный избыточный размер первого участка (а) и радиальный избыточный размер второго участка (b) корпусной детали (5) относительно размера установочного отверстия (8) в корпусе (1) насоса различны, при этом большей величины предпочтительно выбран радиальный избыточный размер второго участка (b).

4. Топливный насос высокого давления по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что прессовое соединение в зоне второго участка (b) дополнительно выполняет уплотняющую функцию.

5. Топливный насос высокого давления по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что во избежание деформации опорного отверстия (6) в корпусной детали (5) или расположенной в этом опорном отверстии (6) втулки (11) скольжения в корпусе (1) насоса в зоне по меньшей мере одного прессового соединения (7) предусмотрена кольцевая канавка (12), которая допускает упругую деформацию корпуса (1) насоса и обеспечивает тем самым устранение жесткой связи в зоне прессового соединения (7) и которая расположена предпочтительно соосно установочному отверстию (8) в корпусе (1) насоса и имеет не чувствительный к концентрации напряжений радиус.

6. Топливный насос высокого давления по п. 5, отличающийся тем, что осевая протяженность кольцевой канавки (12) в корпусе (1) насоса больше, предпочтительно на по меньшей мере 20% больше осевой протяженности соответствующего участка (а, b) с радиальным избыточным размером.

7. Топливный насос высокого давления по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что для осевой фиксации корпусной детали (5) по положению внутри установочного отверстия (8) в корпусе (1) насоса дополнительно предусмотрено соединение корпусной детали (5) с корпусом (1) насоса с геометрическим замыканием.

8. Топливный насос высокого давления по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что корпусная деталь (5) и корпус (1) насоса выполнены из одинакового материала.