Электроуправляемый топливный насос блочного типа Российский патент 2024 года по МПК F02M59/02 F02M59/44 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС), и применяется на судовых, тепловозных и промышленных ДВС.

Известен блочный многосекционный ТНВД топливной системы для ДВС и способ его эксплуатации RU №2695162. Конструкция позволяет регулировать моменты подачи топлива. При помощи рычагов, механическим путем, возможно изменение угла опережения подачи топлива и величины подачи топлива относительно рабочих процессов в цилиндрах ДВС. Регулирование угла опережения подачи топлива выполняется изменением момента нагнетания. Регулирование цикловой подачи топлива выполняется изменением момента конца нагнетания. Одновременное регулирование начала и конца нагнетания производят при помощи механического привода.

Известен рядный топливный насос высокого давления для сравнительных испытаний плунжерных пар RU №97773. Насос содержит корпус, четыре насосные секции с втулками и плунжерами, топливоподкачивающий насос, причем втулки соединены между собой П-образным каналом, выполненным в верхней части корпуса, на выходе которого установлен перепускной клапан. П-образный канал разделен перегородками на первый и второй П-образные каналы, одинаковые по длине и поперечному сечению, на корпусе установлен дополнительный топливоподкачивающий насос, соединенный топливопроводом низкого давления со вторым П-образным каналом, на выходе из второго П-образного канала установлен дополнительный перепускной клапан.

Известен многосекционный топливный насос высокого давления с электромагнитными клапанами RU №2399785, взятый в качестве прототипа. Насос содержит общий корпус, секции высокого давления с электромагнитными управляющими клапанами. Каждая из секций состоит из корпуса, плунжерной пары и штуцера с нагнетательным клапаном. Электромагнитный управляющий клапан прикреплен к корпусу секции электромагнитом с электрическим разъемом вниз и все секции при рядном их расположении в общем корпусе ТНВД размещены таким образом, что электромагнитные управляющие клапаны направлены попеременно в разные стороны по отношению к оси ТНВД, проходящей через оси секций, и с разворотом их в одну сторону до открытия отверстий для крепления секций на общем корпусе ТНВД и отверстий для крепления ТНВД на ДВС.

Основным недостатком существующих электроуправляемых топливных насосов блочного типа являются каналы для отвода просочившегося топлива от секций в месте плунжер - втулка в полость подвода и отвода топлива. Они приводят к увеличению просочившегося топлива через пару плунжер - втулка в полость кулачкового вала и толкателей, где циркулирует моторное масло, подаваемое в корпус насоса из масляной системы ДВС, что вызывает эффект осоляривания моторного масла.

Из-за малого срока службы существующие конструкции больше подходят для автомобильной или автотракторной техники, ресурс которых составляет несколько тысяч моточасов, и которые не приемлемы для использования на промышленных ДВС, где ресурс работы исчисляется десятками тысяч моточасов.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание максимально технологичной, компактной и достаточно надежной конструкции электроуправляемого топливного насоса блочного типа для многоцилиндрового ДВС для удовлетворения высоких требований по надежности, предъявляемым к топливной аппаратуре ДВС в железнодорожном, стационарном, морском и речном исполнении.

Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемого изобретения, является повышение эффективности рабочих процессов ДВС, стабильная и точная подача топлива в цилиндры ДВС, улучшение экологических показателей работы ДВС, экономии топлива ДВС, а также увеличение срока эксплуатации ДВС за счет точного дозирования топлива.

Поставленная задача решается за счет того, что в электроуправляемом топливном насосе блочного типа, содержащем корпус, с расположенным в нижней части корпуса кулачковым валом с двумя подшипниками качения и минимум одним подшипником трения, причем подшипники качения установлены с двух сторон кулачкового вала, а подшипники трения установлены между кулаками или группой кулаков, согласно заявленному техническому решению, в верхней части корпуса закреплены от двух до двадцати электроуправляемых топливных секций по числу кулаков кулачкового вала с электроуправляемым клапаном управления потоков топлива, плунжером, при этом электроуправляемые топливные секции выполнены с возможностью изменения угла опережения и величины подачи топлива по сигналу внешней системы управления, кроме того в корпусе электроуправляемого топливного насоса расположены толкатели плунжера, гильзы толкателей, имеются каналы подвода и отвода топлива и масла от двигателя внутреннего сгорания, коллектор сбора дренажного топлива, над толкателями плунжеров выполнены полости, соединенные каналом между собой, толкатели плунжеров выполнены с внутренними каналами для подвода масла к роликам толкателей плунжеров и распределения масла по наружной поверхности толкателей плунжеров, подшипники трения выполнены с карманами для сбора масла, оси роликов толкателей плунжеров выполнены с карманами для сбора масла, гильзы толкателей выполнены из антифрикционного материала, на противоположной стороне от привода кулачкового вала закреплены модуляторы преобразователей частоты вращения и углового положения, при этом метки модулятора преобразователя углового положения выполнены с возможностью выдавать информацию о положении вала и о частоте вращения, напротив модуляторов радиально направленно с зазором 0,25-0,75 мм установлены преобразователи частоты вращения и положения кулачкового вала, на корпусе предусмотрены места установки преобразователей температуры и давления топлива.

Предлагаемая конструкция электроуправляемого топливного насоса блочного типа представлена на фиг. 1 - фиг. 9.

Фиг. 1 - вид спереди.

Фиг. 2 - вид справа.

Фиг. 3 - разрез Д-Д.

Фиг. 4 - вид А.

Фиг. 5 - вид Б.

Фиг. 6 - вид В.

Фиг. 7 - разрез Г-Г.

Фиг. 8 - разрез Е-Е.

Фиг. 9 - местный разрез.

Введены следующие обозначения: 1,14,36,40 - винт; 2,3,9,15,16,26,27,41 - шайба; 4 - вал кулачковый; 5 - шпонка; 6,29 - подшипник качения; 7 - фланец передний; 8,25 - гайка; 10 - секция электроуправляемая; 11 - корпус насоса; 12,24 - манжета; 13 -штифт; 17 - модулятор; 18 - корпус модулятора; 19,28,33,39,42,45 - кольцо; 20 - болт стопорный; 21 - прокладка медная; 22 - прокладка крышки модулятора; 23 - крышка модулятора; 30,31,32 - шайбы регулировочные; 34 - болт крепления подшипника трения; 35 - подшипник трения; 37 - крышка; 38 - упор; 43 - электромагнит; 44 - проставок; 46 - гильза толкателя; 47 - стопорное кольцо; 48,54 - пружина; 49 - тарелка; 50 - плунжер; 51 - толкатель плунжера; 52 - ось ролика; 53 - ролик; 55 - фиксатор, 56 - преобразователь частоты вращения, 57 - преобразователь углового положения, 58,59 - модулятор, 60 - преобразователь давления топлива, 61 - место установки преобразователя температуры.

Электроуправляемый топливный насос блочного типа состоит из корпуса 11, с расположенным в нем кулачковым валом 4, с подшипником трения 35 и подшипниками качения 6,29, толкателями плунжеров 51, гильз толкателей 46, электроуправляемых топливных секций 10 в количестве от двух до двадцати по числу кулаков кулачкового вала с парой плунжер - втулка и электроуправляемым клапаном управления потоков топлива, каналами подвода и отвода топлива. На противоположной стороне от привода расположены модуляторы 17 для работы преобразователей частоты вращения и положения кулачкового вала. В корпусе предусмотрены каналы для отвода просочившегося топлива от секций в месте плунжер - втулка в коллектор сбора утечек и последующим отводом дренажного топлива в топливный бак, а не в полость подвода и отвода топлива, где давление выше атмосферного как у прототипа. Данное решение позволяет сократить до минимума количество просочившегося топлива через пару плунжер - втулка в полость кулачкового вала 4 и толкателей, где циркулирует моторное масло, подаваемое в корпус насоса из масляной системы ДВС, что сводит к минимуму эффект осоляривания масла.

Работает электроуправляемый топливный насос блочного типа следующим образом. При вращении кулачкового вала 4, который приводится в движение при помощи привода ДВС, происходит набегание ролика толкателя 53 на кулак, что приводит к поступательному движению толкателя 51, который воздействует на плунжер 50 электроуправляемой секции и передает ей поступательное движение. При подаче электрического сигнала на электроуправляемую секцию в заданный момент происходит нагнетание топлива в выходных штуцерах топливных секций, к которым подсоединяются трубки высокого давления с форсунками ДВС. Момент подачи сигнала определяет угол опережения подачи топлива. При прекращении подачи сигнала завершается нагнетание топлива. Момент окончания подачи сигнала определяет величину подачи топлива. Моменты подачи и длительность сигналов на каждую секцию могут быть разными.

В связи с тем, что в момент срабатывания секции над плунжером 50 создается высокое давление, то на сопряжения деталей ролик 53 - ось ролика 52, ось ролика 52 - толкатель плунжера 51, толкатель плунжера 51 - гильза толкателя 46 возникают большие контактные напряжения, что при недостаточной смазке и плохом локальном отводе тепла от мест трения может произойти преждевременное разрушение вышеуказанных деталей и привести к выходу из строя всего электроуправляемого насоса блочного типа.

Для существенного увеличения срока службы пар трения в отличие от прототипа в электроуправляемом насосе блочного типа присутствуют следующие конструктивные элементы:

- съемная гильза толкателя из антифрикционного материала, например, из бронзы марки БрАЖН10-4-4 или ОЦС5-5-5, оптимально работающая при трении в паре с толкателем плунжера, дает возможность при износе пары толкатель плунжера - гильза толкателя максимально быстро произвести замену пары, не снимая электроуправляемый топливный насос блочного типа с ДВС, а также данное решение позволяет использовать более дешевый материал (без антифрикционных свойств) для изготовления корпуса электроуправляемого насоса блочного типа.

- толкатели плунжеров с наружными каналами, для равномерного распределения масла между гильзой толкателя и толкателем плунжера, и внутренними каналами, для подвода масла к паре ролик - ось ролика.

- в конструкции осей роликов толкателей и промежуточного подшипника трения кулачкового вала введены «лыски» (карманы) для скопления поступающего масла с целью смазки деталей и равномерного распределения по трущимся поверхностям. Такое конструктивное решение позволяет осуществлять подачу масла с более низким давлением в сопрягаемые детали насоса блочного типа.

Форма электроуправляемых топливных секций выполнена максимально технологично, с целью соответствия основному требованию по межсекционному расстоянию от 57,8 до 58,2 мм.

Важным конструктивным решением, отличающим данный насос от прототипов, стала установка преобразователей давления 60 и температуры топлива 61 в корпусе насоса. Данное решение позволяет сократить количество преобразователей, устанавливаемых на ДВС, а также исключить дополнительные работы по ДВС, например, при модернизации.

В отличие от прототипов на противоположной стороне привода кулачкового вала жестко закреплены модуляторы с метками 58 и 59 (фиг. 9). На модуляторе 59 расположены 24 метки, на модуляторе 58 расположены метки, количество которых равно количеству электроуправляемых топливных секций, установленных в электроуправляемом топливном насосе блочного типа либо в два раза меньше. Радиально направлено, напротив модуляторов 59, 58 устанавливаются с зазором 0,25-0,75 мм преобразователь частоты вращения 56 и преобразователь углового положения 57 кулачкового вала 4 соответственно. В зависимости от поворота кулачкового вала 4 и вместе с ним модуляторов 58, 59 вокруг своей оси, преобразователи частоты вращения 56 и углового положения 57 кулачкового вала 4 выдают информацию в электронную систему управления ДВС о частоте вращения и положению кулачкового вала.

Необходимо отметить, что метки модулятора преобразователя углового положения выполнены таким образом, что преобразователь положения вала может выдавать информацию кроме положения вала еще и информацию о частоте вращения. Данная конструкция электроуправляемого насоса блочного типа имеет преимущество при установке системы управления на ДВС, например, при модернизации ДВС путем установки электронной системы управления ДВС, на двигатель, на котором использовалась топливная аппаратура с механическим топливным насосом высокого давления, и мест под установку преобразователей частоты вращения, а также углового положения кулачкового вала не было предусмотрено.

Для существенного снижения паразитного давления, создаваемого толкателями в надтолкательном пространстве, выполнено продольное сверление (канал) для связи надтолкательных полостей между собой, что в свою очередь дает возможность стабилизировать давление в надтолкательной полости в процессе работы электроуправляемого топливного насоса блочного типа и не создавать избыточное давление, в отличие от других конструкций блочных насосов, где сброс давления в надтолкательной полости производится через отверстия в толкателях необходимого проходного сечения, соединяющее надтолкательную полость с полостью кулачкового вала, что в свою очередь приводит к уменьшению ширины ролика толкателя или увеличению межсекционного расстояния.

Предполагаемая конструкция электроуправляемого топливного насоса блочного типа обеспечивает надежную работу ДВС и технологичность изготовления электроуправляемого насоса блочного типа.

Пример реализации:

В соответствии с изобретением были изготовлены три образца электроуправляемых насосов блочного типа - два насоса были изготовлены в восьми секционном исполнении, а один в шести секционном исполнении. Данные насосы прошли стендовые испытания на безмоторных стендах, моторные на ДВС 8ЧН21/21, 6ЧН21/21 тепловозного исполнения, 8ЧН21/26 стационарного исполнения, а также эксплуатационные испытания на ДВС тепловозов ТЭМ9 и ТГМ4, в ходе которых подтверждена работоспособность, надежность предложенной конструкции. За время данных испытаний отказов и неисправностей не зафиксировано.

Изобретение не ограничено описанными выше вариантами его осуществления. Все конструктивные решения, изложенные в данном патенте, имеют силу по отдельности.

Изобретение относится к топливоподающей аппаратуре для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат - стабильная и точная подача топлива в цилиндры ДВС, что способствует повышению эффективности рабочих процессов ДВС улучшению экологических показателей работы ДВС, экономии топлива ДВС, а также увеличение срока эксплуатации ДВС. Предложен электроуправляемый топливный насос блочного типа, содержащий корпус, с расположенным в нижней части корпуса кулачковым валом с двумя подшипниками качения и минимум одним подшипником трения, причем подшипники качения установлены с двух сторон кулачкового вала, а подшипники трения установлены между кулаками или группой кулаков. В верхней части корпуса закреплены от двух до двадцати электроуправляемых топливных секций по числу кулаков кулачкового вала с электроуправляемым клапаном управления потоков топлива и плунжером. Электроуправляемые топливные секции выполнены с возможностью изменения угла опережения и величины подачи топлива по сигналу внешней системы управления. В корпусе электроуправляемого топливного насоса расположены толкатели плунжера, гильзы толкателей, имеются каналы подвода и отвода топлива и масла от ДВС, коллектор сбора дренажного топлива. Над толкателями плунжеров выполнены полости, соединенные каналом между собой. Толкатели плунжеров выполнены с внутренними каналами для подвода масла к роликам толкателей плунжеров и распределения масла по наружной поверхности толкателей плунжеров. Подшипники трения выполнены с карманами для сбора масла. Оси роликов толкателей плунжеров выполнены с карманами для сбора масла. Гильзы толкателей выполнены из антифрикционного материала. На противоположной стороне от привода кулачкового вала закреплены модуляторы преобразователей частоты вращения и углового положения, при этом метки модулятора преобразователя углового положения выполнены с возможностью выдавать информацию о положении вала и о частоте вращения. Напротив модуляторов радиально направленно с зазором 0,25-0,75 мм установлены преобразователи частоты вращения и положения кулачкового вала. На корпусе предусмотрены места установки преобразователей температуры и давления топлива. 9 ил.

Электроуправляемый топливный насос блочного типа, содержащий корпус, с расположенным в нижней части корпуса кулачковым валом с двумя подшипниками качения и минимум одним подшипником трения, причем подшипники качения установлены с двух сторон кулачкового вала, а подшипники трения установлены между кулаками или группой кулаков, отличающийся тем, что в верхней части корпуса закреплены от двух до двадцати электроуправляемых топливных секций по числу кулаков кулачкового вала с электроуправляемым клапаном управления потоков топлива и плунжером, при этом электроуправляемые топливные секции выполнены с возможностью изменения угла опережения и величины подачи топлива по сигналу внешней системы управления, кроме того, в корпусе электроуправляемого топливного насоса расположены толкатели плунжера, гильзы толкателей, имеются каналы подвода и отвода топлива и масла от двигателя внутреннего сгорания, коллектор сбора дренажного топлива, над толкателями плунжеров выполнены полости, соединенные каналом между собой, толкатели плунжеров выполнены с внутренними каналами для подвода масла к роликам толкателей плунжеров и распределения масла по наружной поверхности толкателей плунжеров, подшипники трения выполнены с карманами для сбора масла, оси роликов толкателей плунжеров выполнены с карманами для сбора масла, гильзы толкателей выполнены из антифрикционного материала, на противоположной стороне от привода кулачкового вала закреплены модуляторы преобразователей частоты вращения и углового положения, при этом метки модулятора преобразователя углового положения выполнены с возможностью выдавать информацию о положении вала и о частоте вращения, напротив модуляторов радиально направленно с зазором 0,25-0,75 мм установлены преобразователи частоты вращения и положения кулачкового вала, на корпусе предусмотрены места установки преобразователей температуры и давления топлива.