НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F02M59/10 F04B1/04 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к насосу высокого давления, прежде всего радиально-поршневому или рядному поршневому насосу. Изобретение относится прежде всего к топливным насосам для систем впрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с самовоспламенением от сжатия (дизельные двигатели).

Из DE 102005046670 A1 известен насос высокого давления для устройства впрыскивания топлива в ДВС. Такой известный насос высокого давления имеет корпус, в котором расположена плунжерная пара, имеющая приводимый приводным валом в возвратно-поступательное движение плунжер. Плунжер установлен в цилиндрическом отверстии в одной из корпусных деталей насоса с возможностью направленного перемещения в этом отверстии и ограничивает в нем надплунжерное пространство. Плунжер опосредованно через выполненный в виде полого цилиндра толкатель опирается на приводной вал и при этом установлен в отверстии одной из корпусных деталей насоса с возможностью направленного перемещения в этом отверстии вдоль продольной оси плунжера. В толкатель со стороны его, обращенной к приводному валу концевой части, вставлен опорный элемент, в котором с возможностью вращения установлен опорный ролик, который перекатывается по кулачку приводного вала. Ось вращения опорного ролика при этом приблизительно параллельна оси вращения приводного вала. Опорный элемент имеет со своей обращенной к приводному валу стороны углубление, в котором установлен опорный ролик. На толкатель или на плунжер воздействует предварительно сжатая возвратная пружина, опирающаяся на корпусную деталь насоса. Усилием такой возвратной пружины плунжер и толкатель нагружаются в направлении кулачка приводного вала, благодаря чему прилегание ролика к кулачку обеспечивается даже при перемещении плунжера на его ходе всасывания в направлении приводного вала, а также при высокой частоте вращения приводного вала. Плунжер может быть связан с толкателем по меньшей мере в направлении его продольной оси. В другом варианте плунжер может быть также не соединен с толкателем, и в этом случае прилегание плунжера к толкателю обеспечивается возвратной пружиной. В одном из возможных вариантов возвратная пружина, например, через свою опорную тарелку воздействует на увеличенное в диаметре основание плунжера, которое благодаря этому удерживается в контакте с выступающим на толкателе внутрь от его боковой стенки фланцем, который в свою очередь удерживается в контакте с опорным элементом, благодаря чему вся система из плунжера, толкателя и опорного элемента с опорным роликом нагружена в направлении приводного вала.

Недостаток такого известного из DE 102005046670 A1 насоса высокого давления состоит в том, что между служащим в качестве опорного башмака опорным элементом и основанием плунжера может возникать люфт. При работе насоса высокого давления такой люфт выбирается, из-за чего основание плунжера ударяет в опорный башмак. По этой причине возникает шум, который нежелателен.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении насоса высокого давления с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения, заключается в возможности предотвратить возникновение нежелательного шума или по меньшей мере уменьшить его. Предлагаемое в изобретении решение позволяет, в частности, воспрепятствовать появлению люфта между опорным башмаком и плунжером или по меньшей мере избежать появления такого люфта.

В зависимых пунктах формулы изобретения приведены различные предпочтительные варианты выполнения насоса высокого давления, заявленного в п.1 формулы изобретения.

В одном из таких предпочтительных вариантов поводковый элемент имеет центральное сквозное отверстие, через которое проходит плунжер, имеющий буртик, расположенный между поводковым элементом и обращенной к нему поверхностью опорного башмака, а также поводковый элемент имеет по меньшей мере одну прорезь, расположенную около этого его центрального сквозного отверстия. Предпочтительно далее выполнять расположенную около центрального сквозного отверстия прорезь в виде щелевидной прорези, которая по меньшей мере приблизительно проходит дугообразно в окружном направлении. Благодаря этому можно целенаправленно задавать упругую деформируемость поводкового элемента. Благодаря этому улучшаются условия увлечения плунжера в движение поводковым элементом. При необходимости может быть задано определенное, действующее в исходном состоянии усилие предварительного натяга, с которым поводковый элемент прижимает плунжер к опорному башмаку.

В этом отношении предпочтительно далее выполнять поводковый элемент с несколькими прорезями, которые расположены радиально вокруг центрального сквозного отверстия с распределением вокруг него и между которыми имеются упругодеформирующиеся перемычки. Тем самым поводковому элементу удается целенаправленно придать упругую деформируемость именно в зоне указанных перемычек. Другие участки поводкового элемента можно целенаправленно выполнять в виде опорных участков для прилегания плунжера к возвышению или для прилегания пружины плунжера либо иных аналогичных элементов. Тем самым конструктивное исполнение поводкового элемента можно оптимизировать с учетом существующих различных требований.

Предпочтителен также вариант, в котором плунжер имеет буртик, расположенный между поводковым элементом и обращенной к нему поверхностью опорного башмака, а около сквозного отверстия в поводковом элементе предусмотрено его возвышение, к которому при этом прилегает буртик плунжера. В этом отношении предпочтительно также выполнять предусмотренное около сквозного отверстия возвышение по меньшей мере частично кольцевым. Возможен также вариант, в котором предусмотренное около сквозного отверстия возвышение кольцом окружает это сквозное отверстие. Тем самым в зоне сквозного отверстия обеспечивается возможность оптимального прилегания плунжера его буртиком к поводковому элементу. В этом случае в находящейся радиально несколько дальше наружу зоне поводкового элемента могут быть предусмотрены сквозные отверстия (прорези), благодаря которым обеспечивается требуемая гибкость, соответственно упругость, поводкового элемента. В подобном случае в радиально наружной зоне поводкового элемента в предпочтительном варианте дополнительно может быть выполнена опорная поверхность для опирания не нее, например, пружины плунжера.

Предпочтителен также вариант, в котором возвышение поводкового элемента имеет опорную поверхность, к которой прилегает буртик плунжера, а поводковый элемент имеет торцевую сторону, обращенную от опорной поверхности возвышения и выполненную в виде по меньшей мере в основном плоской торцевой стороны. Предпочтительно далее, чтобы расстояние между опорной поверхностью возвышения и обращенной от нее торцевой стороной поводкового элемента составляло не менее 0,2 мм. Тем самым, во-первых, обеспечивается оптимальное прилегание буртика плунжера к возвышению, которое надежно удерживает плунжер прижатым к опорному башмаку. Во-вторых, поводковый элемент можно выполнять сравнительно тонким для обеспечения требуемой его упругости. Помимо этого, поводковый элемент может благодаря этому иметь сравнительно малую массу, что благоприятно сказывается на ускоряемой при работе насоса общей массе насосного узла. Поэтому возвышение в предпочтительном варианте выполнено таким образом, что буртик плунжера удерживается в контакте с поверхностью опорного башмака. Благодаря отчасти упругому выполнению поводкового элемента к плунжеру может при этом прикладываться также определенное усилие предварительного натяга.

Предпочтителен также вариант, в котором предусмотрена пружина плунжера, а поводковый элемент имеет со своей торцевой стороны, обращенной от опорного башмака, по меньшей мере приблизительно кольцеобразную опорную поверхность, на которую опирается пружина плунжера. Благодаря этому поводковый элемент может выполнять несколько функций. Во-первых, удается добиться надежного увлечения плунжера в движение поводковым элементом с обеспечением при этом прилегания плунжера к опорному башмаку. Во-вторых, удается добиться оптимального опирания пружины плунжера для перемещения толкателя совместно с другими элементами, прежде всего с опорным башмаком. В результате упрощается конструкция толкателя.

Опорный башмак и толкатель, в который вставлен этот опорный башмак, предпочтительно выполнять в виде двух отдельных деталей. Однако возможен также вариант с выполнением опорного башмака и толкателя за одно целое и с образованием ими тем самым одной детали.

Сквозное отверстие предпочтительно выполнять в виде круглого сквозного отверстия. Однако такое сквозное отверстие может быть также выполнено в виде щелевидного сквозного отверстия. Помимо этого, сквозное отверстие может быть выполнено в виде удлиненного сквозного отверстия.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями и на которых показано:

на фиг.1 - схематичный вид в разрезе фрагмента насоса высокого давления согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

на фиг.2 - поводковый элемент изображенного на фиг.1 насоса высокого давления согласно вышеуказанному варианту осуществления изобретения и

на фиг.3 - вид в аксонометрии изображенного на фиг.2 поводкового элемента.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 схематично в разрезе показан фрагмент насоса 1 высокого давления согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Такой насос 1 высокого давления может быть выполнен прежде всего в виде радиально-поршневого или рядного поршневого насоса. Подобный насос 1 высокого давления наиболее пригоден для применения в качестве топливного насоса в системах впрыскивания топлива в ДВС с самовоспламенением от сжатия (дизельные двигатели). Предпочтительной областью применения насоса 1 высокого давления является так называемая система "common rail", т.е. система впрыскивания топлива с топливораспределительной магистралью, называемой также общей топливной магистралью высокого давления, в которой аккумулируется дизельное топливо под высоким давлением. Однако предлагаемый в изобретении насос 1 высокого давления пригоден и для применения в иных системах.

Насос 1 высокого давления имеет составной корпус с корпусной деталью 2. В этой корпусной детали 2 расположен приводной вал 3, который соответствующим образом установлен на опорах в корпусе насоса высокого давления. Приводной вал 3 может при этом приводиться двигателем внутреннего сгорания во вращение вокруг оси 4. На приводном валу 3 предусмотрен кулачок 5. Такой кулачок 5 может быть при этом выполнен в виде одно- либо многопрофильного кулачка. Помимо этого кулачок 5 может быть также образован эксцентричным участком приводного вала 3. Кулачок 5 функционально связан или взаимодействует с насосным узлом 6 насоса 1 высокого давления.

Насос 1 высокого давления имеет головку 7 цилиндра, соединенную с корпусной деталью 2. Головка 7 цилиндра имеет выступ 8, который проходит в отверстие 9 под толкатель, выполненное в корпусной детали 2. Выступ 8 имеет цилиндрическое отверстие 10.

Насосный узел 6 имеет плунжер 11, который частично расположен в отверстии 10 и который установлен в этом отверстии 10 с возможностью направленного перемещения вдоль его продольной оси 12. Эта продольная ось 12 по меньшей мере приблизительно направлена на ось 4 вращения приводного вала 3. Плунжер 11 может при этом перемещаться в направлении 13 своего приведения в действие и в направлении, противоположном этому направлению 13.

Своим торцом 14 плунжер 11 ограничивает в цилиндрическом отверстии 10 надплунжерное пространство 15. При этом предусмотрены впускной (или всасывающий) клапан 16 и выпускной (или нагнетательный) клапан 17, назначение первого из которых состоит в обеспечении первоначального поступления находящегося под низким давлением топлива в надплунжерное пространство 15, а второго - в обеспечении последующего нагнетания вытесняемого плунжером 11 и находящегося под высоким давлением топлива по топливопроводу 18 в топливораспределительную магистраль или иное аналогичное устройство.

В отверстии 9 расположен выполненный по меньшей мере в основном в виде полого цилиндра толкатель 20. Такой толкатель 20 установлен при этом в отверстии 9 с возможностью направленного перемещения в нем вдоль его продольной оси 12. Толкатель 20 имеет обращенный радиально внутрь выступ 21. В толкатель 20 вставлен опорный башмак 22, опирающийся на выступ 21 толкателя 20.

Такой опорный башмак 22 служит для установки в нем опорного ролика 23, который при вращении приводного вала 3 вокруг оси 4 перекатывается по рабочей поверхности 24 кулачка. Тем самым соответственно периодическому подъему кулачка 5 на опорный башмак 22 через опорный ролик 23 передается приводное усилие.

В толкатель 20 вставлен частично тарелкообразный поводковый элемент 25. При этом такой поводковый элемент 25 со своей обращенной к опорному башмаку 22 стороны 26 прилегает к выступу 21.

Плунжер 11 имеет основание 27, на котором предусмотрен концевой буртик 28. Торец 29 буртика 28 плунжера 11 при этом прилегает к поверхности 30 опорного башмака 22. Поводковый элемент 25 нагружен при этом усилием пружины 31 плунжера. Эта пружина 31 расположена в отверстии 9 и при этом частично охватывает выступ 8 головки 7 цилиндра.

Поводковый элемент 25 имеет кольцеобразную опорную поверхность 35, обращенную от его вышеуказанной стороны 26. На эту кольцеобразную опорную поверхность 35 поводкового элемента 25 с одной своей стороны опирается пружина 31. С другой своей стороны пружина 31 опирается на нижнюю сторону 36 головки 7 цилиндра.

Тем самым приводное усилие, передаваемое кулачком 5 через опорный ролик 23 на опорный башмак 22, передается им далее на плунжер 11. Таким путем топливо нагнетается из надплунжерного пространства 15 через выпускной клапан 17. По завершении хода нагнетания, затем под действием усилия пружины 31 плунжера обеспечивается возвратное перемещение толкателя 20 в направлении, противоположном направлению 13 приведения в действие плунжера. При этом пружина 31 плунжера нагружает своим усилием толкатель 20 через поводковый элемент 25. Таким путем и опорный башмак 22 вместе со вставленным в него опорным роликом 23 нагружаются усилием пружины плунжера в направлении кулачка 5, благодаря чему обеспечивается постоянный контакт опорного ролика 23 с рабочей поверхностью 24 кулачка 5.

При прохождении, в частности, верхней мертвой точки и нижней мертвой точки существует та проблема, что из-за смены направления перемещения на обратное и изменяющегося соотношения сил обусловленные производственными допусками погрешности формы и размеров и возможные люфты в кинематической цепи между кулачком 5 и плунжером 11 могут приводить к скачкообразным перемещениям подвижных элементов и в результате к возникновению ударных нагрузок. Сказанное особенно относится к прилеганию основания 27 плунжера 11 к поверхности 30 опорного башмака 22.

Поводковый элемент 25 насосного узла 6 имеет со своей стороны 26 обращенное к опорному башмаку 22 возвышение 37. На это возвышение 37 поводкового элемента 25 опирается буртик 28 основания 27 плунжера. Помимо этого, поводковый элемент 25 выполнен отчасти упругим. Благодаря этому исключается или по меньшей мере уменьшается люфт между основанием 27 плунжера и поверхностью 30 опорного башмака 22. Тем самым даже при высокой частоте вращения приводного вала насоса 1 высокого давления предотвращается возникновение нежелательных шумов. При этом по меньшей мере уменьшается шум, который может возникать прежде всего при прохождении верхней мертвой точки или нижней мертвой точки в результате удара основания 27 плунжера о поверхность 30 опорного башмака 22. При этом удается прежде всего существенно сократить длину пути перемещения основания 27 плунжера относительно опорного башмака 22. Наличие возвышения 37 позволяет отрегулировать расстояние между кольцеобразной опорной поверхностью 35, которая образует плоскость приложения усилия пружины 31 плунжера, служащей его возвратной пружиной, и образованной возвышением 37 опорной поверхностью 39 для буртика 28, которая образует плоскость приложения усилия для увлечения плунжера 11 в движение, на требуемое значение, которое в предпочтительном варианте составляет по меньшей мере 0,2 мм.

В рассматриваемом варианте поводковый элемент 25 имеет предпочтительно центральное сквозное отверстие 40, через которое проходит плунжер 11. Однако возможны и иные варианты выполнения такого сквозного отверстия 40. Буртик 28 плунжера 11 расположен между поводковым элементом 25 и обращенной к нему поверхностью 30 опорного башмака 22. Возвышение 37 поводкового элемента 25 предусмотрено около сквозного отверстия 40, при этом буртик 28 плунжера 11 прилегает к возвышению 37.

Ниже со ссылкой на фиг.2 и 3 более детально рассмотрено конструктивное исполнение поводкового элемента 25.

На фиг.2 поводковый элемент 25 изображенного на фиг.1 насоса 1 высокого давления показан в виде сбоку. Кольцеобразная опорная поверхность 35 поводкового элемента 25 выполнена на его торцевой стороне 38. При этом такая кольцеобразная опорная поверхность 35 образует оптимальную опорную поверхность для пружины 31 плунжера. Торцевая сторона 38 в исходном состоянии выполнена преимущественно в основном плоской. На возвышении 37, обращенном от торцевой стороны 38 поводкового элемента, выполнена опорная поверхность 39. Эти опорная поверхность 39 и кольцеобразная опорная поверхность 35 на торцевой стороне 38 поводкового элемента обращены друг от друга. В смонтированном состоянии на опорную поверхность 39 своим буртиком 28 опирается основание 27 плунжера. При этом буртик 28 основания 27 плунжера по меньшей мере частично заходит под опорную поверхность 39 возвышения 37. Кольцеобразная опорная поверхность 35 на торцевой стороне 38 поводкового элемента и опорная поверхность 39 расположены на заданном расстоянии 32 друг от друга. Конкретная величина этого расстояния 32 задается в зависимости от конкретного применения.

На фиг.3 изображенный на фиг.2 поводковый элемент 25 показан в аксонометрии.

Поводковый элемент 25 имеет центральное сквозное отверстие 40. Через это центральное сквозное отверстие 40 в смонтированном состоянии проходит основание 27 плунжера 11. Буртик 28 плунжера 11 в таком смонтированном состоянии находится между поводковым элементом 25 и поверхностью 30 опорного башмака 22. Возвышение 37 в данном варианте выполнено в виде кольцеобразного возвышения 37. Наличием кольцеобразной формы у возвышения обусловлено и наличие кольцеобразной формы у опорной поверхности 39.

Возвышение 37 окружено несколькими щелевидными прорезями 41, 42, 43. В соответствии с этим такие прорези 41-43 расположены около центрального сквозного отверстия 40. Щелевидные прорези 41-43 проходят дугообразно в окружном направлении вокруг центрального сквозного отверстия 40. Между щелевидными прорезями 41-43 выполнены упругодеформирующиеся перемычки 44, 45, 46. Помимо этого поводковый элемент 25 имеет (радиально) наружное кольцо 47, на котором выполнена кольцеобразная опорная поверхность 35 для опирания пружины 31 плунжера. Наружное кольцо 47 перемычками 44-46 соединено с (радиально) внутренним кольцом 48. Возвышение 37 при этом выполнено на внутреннем кольце 48.

Благодаря упругому выполнению перемычек 44-46 обеспечивается возможность упругого относительного перемещения между наружным кольцом 47 и внутренним кольцом 48. Такое перемещение может происходить в направлении 13 приведения плунжера в действие или в противоположном ему направлении.

В собранном состоянии насоса 1 высокого давления поводковый элемент 25 может создавать определенное, прикладываемое к основанию 27 плунжера усилие предварительного натяга, с которым основание плунжера прижимается к опорному башмаку 22. Возникающие при работе насоса высокого давления ударные силы или аналогичные нагрузки могут при этом оптимально восприниматься поводковым элементом 25 благодаря его выполнению упругим и/или пружиной 31 плунжера. Таким путем удается реализовать надежную в работе конструкцию насоса 1 высокого давления, которая позволяет предотвратить возможное возникновение шумов или по меньшей мере уменьшить их.

Преимущество предлагаемого в изобретении насоса высокого давления состоит в том, что предусмотрена пружина 31 плунжера и что поводковый элемент 25 имеет торцевую сторону 38, обращенную от опорного башмака 22 и имеющую по меньшей мере приблизительно кольцеобразную опорную поверхность 35, на которую опирается пружина 31 плунжера.

Изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления, на примере которых оно рассмотрено.

Изобретение может быть использовано в топливных насосах высокого давления двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Предложен насос (1) высокого давления, имеющий по меньшей мере один насосный узел (6) и один приводной кулачковый вал (3), функционально связанным с насосным узлом (6). Насосный узел (6) имеет опорный башмак (22), в котором установлен опорный ролик (23), перекатывающийся по рабочей поверхности (24) кулачка (5), толкатель (20), в который вставлен опорный башмак (22) и плунжер (11). Согласно изобретению насосный узел (6) имеет упруго деформирующийся поводковый элемент (25), имеющий по меньшей мере одно обращенное к опорному башмаку (22) возвышение (37), на которое опирается плунжер (11), и несколько прорезей, расположенных вокруг центрального сквозного отверстия поводкового элемента, между которыми имеются упругодеформирующиеся перемычки. Технический результат заключается в уменьшении люфта между плунжером (11) и опорным башмаком (22), благодаря чему удается уменьшить нежелательные шумы. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Насос (1) высокого давления, прежде всего радиально-поршневой или рядный поршневой насос для систем впрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением от сжатия, имеющий по меньшей мере один насосный узел (6) и один приводной вал (3) с по меньшей мере одним кулачком (5), функционально связанным с насосным узлом (6), который имеет перекатывающийся по рабочей поверхности (24) кулачка (5) опорный ролик (23), опорный башмак (22), в котором установлен опорный ролик (23), плунжер (11), приводимый в действие в соответствующем направлении (13) кулачком (5) через опорный ролик (23) и опорный башмак (22), и поводковый элемент (25), увлекающий с собой в движение плунжер (11) в направлении, противоположном направлению (13) его приведения в действие, отличающийся тем, что поводковый элемент (25) выполнен частично в виде упругого деформирующегося поводкового элемента (25) и имеет по меньшей мере одно обращенное к опорному башмаку (22) возвышение (37), на которое опирается плунжер (11), и несколько прорезей (41-43), которые расположены радиально вокруг, предпочтительно центрального, сквозного отверстия (40) с распределением вокруг него и между которыми имеются упругодеформирующиеся перемычки (44-46).

2. Насос высокого давления по п.1, отличающийся тем, что прорези (41-43) выполнены в виде щелевидных прорезей (41-43), которые по меньшей мере приблизительно проходят дугообразно в окружном направлении.

3. Насос высокого давления по п.1, отличающийся тем, что плунжер (11) проходит через сквозное отверстие (40) в поводковом элементе (25) и имеет буртик (28), расположенный между поводковым элементом (25) и обращенной к нему поверхностью (30) опорного башмака (22), а возвышение (37) поводкового элемента (25) предусмотрено около сквозного отверстия (40), к каковому возвышению (37) при этом прилегает буртик (28) плунжера (11).

4. Насос высокого давления по п.3, отличающийся тем, что предусмотренное около сквозного отверстия (40) возвышение (37) по меньшей мере частично выполнено кольцевым и/или кольцом окружает это сквозное отверстие (40).

5. Насос высокого давления по п.3, отличающийся тем, что возвышение (37) поводкового элемента (25) имеет опорную поверхность (39), к которой прилегает буртик (28) плунжера (11), а поводковый элемент (25) имеет торцевую сторону (38), обращенную от опорной поверхности (39) возвышения (37) и выполненную в виде по меньшей мере в основном плоской торцевой стороны (38).

6. Насос высокого давления по п.5, отличающийся тем, что расстояние (32) между опорной поверхностью (39) возвышения (37) и обращенной от нее торцевой стороной (38) поводкового элемента (25) составляет не менее 0,2 мм.

7. Насос высокого давления по одному из пп.3-6, отличающийся тем, что возвышение (37) поводкового элемента (25) выполнено таким образом, что буртик (28) плунжера (11) удерживается в контакте с поверхностью (30) опорного башмака (22).