Топливный насос высокого давления

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к распределительным насосам высокого давления для двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет устранить кавитацию в полости приводного механизма насоса. В топливном насосе высокого давления для двигателей внутреннего сгорания, в состав которого входит по меньшей мере один плунжер, приводимый кулачковым приводным механизмом в нагнетательно-всасывающее движение, заполненная топливом накопительная полость (29) для подсасывания топлива при всасывающем ходе и для забирания избыточного топлива в конце нагнетательного хода находится под накопительным давлением. Заполненная жидкостью полость (22) приводного механизма находится под смазочным давлением. В полости (22) находится кулачковый приводной механизм. Полость (22) отделена от накопительной полости (29) подвижной стенкой (37) для сглаживания колебаний давления в заполненной жидкостью полости (22) приводного механизма. В этой полости установлена вакуумная камера, которая по меньшей мере частично образована мембраной (39), находящейся под действием смазочного давления. Жесткость мембраны (39) подобрана таким образом, что она действует только при нагружении давлением, которое немного превышает стационарное смазочное давление в полости (22) приводного механизма. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известный уровень техники Изобретение относится к топливному насосу высокого давления, в частности к распределительному топливному насосу высокого давления, для двигателей внутреннего сгорания согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Такой топливный насос высокого давления известен из патента EP 0633396 A1. Отделяющая накопительную полость от полости приводного механизма подвижная стенка, которая может быть выполнена в виде мембраны или поршня, служит для того, чтобы уменьшить импульсное нагружение накопительной полости топливом, подаваемым в эту полость к концу нагнетательного хода и доведенным предварительно до давления впрыска, когда подвижная стенка под действием импульса давления выпучивается в сторону находящейся под более низким давлением полоски приводного механизма, забирая избыточный поток. Одновременно при всасывающем ходе насосного плунжера в результате одновременного изменения объема всасывающей полости и полости приводного механизма оказывается положительное воздействие на процесс заполнения рабочей камеры насоса. Разность давлений в накопительной полости приводного механизма, которая при всасывающем ходе плунжера воздействует на плунжер, передвигает его в направлении всасывающего хода, позволяя обойтись без специальной пружины для возврата плунжера после нагнетательного хода или заполнения из его верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.

Вследствие большой разности давлений между накопительной полостью (накопительное давление) и полостью приводного механизма (смазочное давление) подвижная стенка выполняется оптимально только для колебаний давления в накопительной полости, но не может компенсировать колебания давления в полости приводного механизма, способствуя, наоборот, появлению колебаний давления в этой полости. В результате в смазочной жидкости возникает кавитация, которая приводит к неполному смазыванию приводного механизма.

Преимущества изобретения Топливный насос высокого явления согласно данному изобретению с отличительными признаками, указанными в п. 1 формулы изобретения, имеет в отличие от сказанного выше то преимущество, что посредством заключенной в мембрану вакуумной камеры колебания давления в полости приводного механизма сглаживаются вследствие сжатия и расширения вакуумной камеры, что приводит к устранению кавитации в полости приводного механизма и улучшению ее заполнения смазочной жидкостью. Вакуумная камера встроена в топливный насос высокого давления и не требует дополнительного места.

При помощи мероприятий, указанных в дополнительных пунктах формулы изобретения, возможны целесообразные варианты исполнения и усовершенствования топливного насоса, указанного в п. 1.

Согласно предпочтительной форме исполнения изобретения мембрана образует вакуумную камеру вместе с подвижной стенкой, причем мембрану целесообразно закрепить на подвижной стенке, что при подвижной стенке из металла производится путем пайки. Это имеет преимущество, что процессом пайки для соединения металлической мембраны и подвижной металлической стенки при охлаждении автоматически создается вакуум между обеими соединяемыми деталями. Отверждение мембраны может быть осуществлено в процессе пайки. Конструктивное изменение топливного насоса высокого давления не требуется, поскольку по сравнению с серийными насосами требуется лишь снабдить подвижную стенку мембраной.

Согласно целесообразной форме исполнения изобретения вакуумная камера выполнена из двух совмещенных своими краями и прочно соединенных между собой тарелок, которые образуют единую мембранную коробку с двумя мембранными поверхностями. При таком исполнении вакуумной камеры благодаря двусторонним мембранным поверхностям заметно увеличивается эффективная площадь для сглаживания колебаний давления.

Чертежи Ниже изобретение подробно объясняется при помощи чертежей, на которых изображены примеры исполнения. В частности показаны: на фиг. 1 - продольный разрез по топливному насосу высокого давления в схематическом изображении, на фиг. 2 и 3 - увеличенное изображение части топливного насоса высокого давления согласно фиг. 1 на участке всасывающей полости и полости приводного механизма.

Описание примера исполнения Изображенный на фиг. 1 в продольном разрезе топливный насос высокого давления типа насоса с радиально-плунжерным распределителем для двигателей внутреннего сгорания имеет корпус 10 со встроенной в него цилиндрической втулкой 11, в которой вращается распределитель 12, приводимый во вращение валом 13 в направлении стрелки 14. В радиальных насосных цилиндрах 15 распределителя 12 смонтированы с возможностью радиального перемещения плунжеры 16, между которыми находится рабочая камера 17 насоса. Количество насосных цилиндров 15 и плунжеров 16 определяется числом снабженных данным топливным насосом цилиндров и камер сгорания двигателя. Рабочая камера насоса 17 через осевой канал 18 в распределителе 12 и ответвляющееся от него радиальное отверстие 19, выход которого из распределителя 12 служит питающим отверстием распределителя, во время вращения распределителя 12 последовательно соединяется во время движения плунжеров 16 с одной из нескольких линий впрыска 20, предусмотренных в корпусе 20 топливного насоса и ведущих к отдельным цилиндрам или камерам сгорания двигателя и находящимся там местам впрыска топлива.

Плунжеры 16 приводятся в возвратно-поступательное движение кулачковым приводным механизмом 21, находящимся в полости приводного механизма 22 в корпусе 10. Приводной механизм 21 имеет кулачковое кольцо 23 с направленной радиально к центру профильной поверхностью 231, по которой во время вращения распределителя 12 катятся ролики 24, передающие свое радиальное движение через роликовые толкатели 25 плунжерам 16. Кулачковое кольцо 23 в основном неподвижно и может быть повернуто известным образом для регулировки начала впрыска при помощи цапфы 26, на которую воздействует поршень регулирования опережения впрыска.

Осевой канал 18 из торца распределителя 12 выходит в топливную полость 27, которая через канал 28 в корпусе 10 соединена с имеющейся в корпусе 10 полостью 29 накопления топлива. Соединением осевого канала 18 с топливной полостью 27 управляет магнитный клапан 30 таким образом, что при открытом магнитном клапане 30 рабочая камера насоса 17 во время всасывающего хода плунжера 16 может снабжаться топливом из накопительной полости 29. В начале нагнетательного хода плунжеров 16 магнитный клапан 30 запирается, определяя тем самым начало впрыска, а также длительность периода, в течение которого во время нагнетательного хода плунжеров 16 топливо под высоким давлением нагнетается из рабочей камеры 17 в линию впрыска 20. Следовательно, магнитным клапаном 30 задается начало и расход впрыска.

Для питания накопительной полости 29 топливом подкачивающий насос 31 засасывает топливо по линии 32 из ресивера 33, нагнетая его по линии 34 в накопительную полость 29. От линии 34 ответвляется линия 35, по которой топливо попадает в полость 22 приводного механизма. Полость 22 через клапан 36 удержания давления, который определяет собой давление в полости 22, разгружается в ресивер 33. В линию 35 введен разъединительный дроссель 43 для того, чтобы обеспечить возможность настройки в полости 22 давления, которое гораздо меньше давления топлива в накопительной полости 29. Топливо в полости 22 используется в качестве смазочной жидкости для кулачкового механизма 21. Вместо топлива можно применять и другую обладающую смазочными свойствами жидкость.

Накопительная полость 29 отделена от полости 22 приводного механизма подвижной стенкой 37, которая, с одной стороны, прилегает плотно к внутренней цилиндрической стенке 101 корпуса 10, а с другой стороны, плотно соединена с соосной цилиндрической втулкой 11. Ввиду большой разности давлений топлива в накопительной полости 29 (накопительное давление) и в полости 22 приводного механизма (смазочное давление) можно обойтись без того, чтобы плунжеры 16 во время всасывающего хода прижимались пружинами черех роликовые толкатели 25 и ролики 24 к профилю 231 кулачка; ибо во время всасывающего хода плунжеров 16 магнитный клапан 30 открыт и накопительное давление воздействует на торец плунжеров 16, контактирующий с рабочей камерой 17 насоса, тогда как на такой же по площади торец плунжеров 16, выступающий в полость 22 приводного механизма, воздействует смазочное давление. Этой разностью давлений плунжеры 16 принимаются к роликовому толкателю 25 и во время всасывающего хода следуют за происходящим радиально от центра перемещением роликов 24.

При последующем нагнетательном ходе плунжеров 16, когда они каждый раз перемещаются через ролики 24 и роликовый толкатель 25 радиально к центру, в результате открытия магнитного клапана 30 в конце нагнетания часть нагнетаемого плунжерами 16 топлива вместо прохождения под высоким давлением в линию впрыска 20 проходит обратно по каналу 28 в накопительную полость 29. Под действием вызванных этим в накопительной полости 29 пиков давления подвижная стенка 37 упруго выпучивается в сторону полости 22, вследствие чего, с одной стороны, облегчается быстрый подъем давления в рабочей камере 17 насоса, а с другой стороны, сглаживаются возникающие в накопительной полости 29 колебания давления. Правда, подвижная стенка 37 рассчитана оптимально только на колебания давления в накопительной полости 29 и своим выпучиванием в сторону полости 22 сама создает колебания давления в полости 22. В результате в топливе, находящемся в полости 22, появляется кавитация и эта полость плохо заполняется топливом, что в экстремальных случаях приводит к недостаточной смазке приводного механизма 21. Во избежание этого, как показано в увеличенном виде на фиг. 2, в полости 22 приводного механизма установлена вакуумная камера 28, выполненная в виде мембраны 39, на которую действует смазочное давление. Жесткость мембраны 39 подбирается таким образом, чтобы она могла передвигаться в сторону уменьшения вакуумной камеры 38 только при нагружении давлением, слегка превышающим стационарное смазочное давление в полости 22 приводного механизма. Такой выбор мембраны 39 необходим, чтобы вакуумная камера 38 не разорвалась под действием стационарного давления в полости 22.

В примере, изображенном на фиг. 2, вакуумная камера 38 образована, с одной стороны, подвижной стенкой 37, а с другой стороны, мембраной 39. При этом целесообразно изготовить подвижную стенку 37 и мембрану 39 из металла, припаяв мембрану 39 к подвижной стенке 37. Процессом пайки можно повлиять на жесткость мембраны 39, а вакуум в камере 38 автоматически создается после охлаждения. Колебания давления в топливе внутри полости 22 приводного механизма компенсируются путем более или менее сильного вдавливания мембраны 39 в вакуумную камеру 38 или путем выпучивания мембраны 39 с увеличением объема вакуумной камеры 38. Благодаря этому устраняется нежелательная кавитация и улучшается степень заполнения полости 22, что в целом обеспечивает очень хорошее смазывание приводного механизма 21.

В примере исполнения, изображенном на фиг. 3, вакуумная камера 38 образована двумя тарелками 40, 41, которые совмещены своими краями и прочно соединены друг с другом. Обе тарелки 40, 41 образуют мембранную коробку 42 с двумя активными мембранными поверхностями. Мембранная коробка 42 закреплена своим краем на подвижной стенке 37, причем предусмотрено, чтобы обращенная к подвижной стенке 37 мембранная поверхность не задевала за подвижную стенку 37. Однако мембранную коробку 42 можно закрепить и на других деталях внутри полости 22. Можно также закрепить мембранную коробку 42 внутри полости 22 путем зажима по краю между двумя деталями.

Изобретение не ограничивается описанным примером исполнения. Например, может оказаться целесообразным, как показано на фиг. 1, ввести обратный клапан 44 и линию 34 между подкачивающим насосом 31 и накопительной полостью 29, который следует разместить на участке трубопровода после ответвления линии 35. Посредством этого обратного клапана 44 достигается то, что давление в накопительной полости 29 при открывании осевого канала 18 магнитным клапаном 30 может возрасти выше настроенного давления нагнетания насоса 31, благодаря чему к началу последующего нагнетательного процесса в рабочей камере 17 насоса создается увеличенная разность давлений, улучшающая заполнение рабочей камеры 17.

Формула изобретения

1. Топливный насос высокого давления, в частности, распределительный топливный насос высокого давления, для двигателей внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один плунжер (16), перемещаемый возвратно-поступательно и упирающийся торцом в рабочую камеру (17) насоса, приводной механизм (21), воздействующий на противоположный торец плунжера (16) и приводящий этот плунжер в возвратно-поступательное движение вдоль его оси, охватывающую приводной механизм (21) и заполненную смазочной жидкостью полость (22) приводного механизма, накопительную полость (29), отделенную от полости (22) подвижной стенкой (37) и заполненную топливом, из которой при всасывающих ходах плунжера (16) рабочая камера (17) насоса заполняется топливом и в которую в конце нагнетательного хода плунжера (16) выдается часть топлива, находящегося под давлением впрыска и нагнетаемого при нагнетательном ходе, причем давление топлива в накопительной полости (29) (накопительное давление) существенно превышает давление жидкости в полости (22) приводного механизма (смазочное давление), отличающийся тем, что в полости (22) установлена вакуумная камера (38), которая по меньшей мере частично образована мембраной (39, 40, 41) и находится под действием смазочного давления, и жидкость мембраны (39, 40, 41) подобрана таким образом, что она отклоняется в сторону вакуумной камеры (38) только при нагружении давлением, немного превышающим стационарное смазочное давление в полости (22) приводного механизма.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что мембрана (39) образует вакуумную камеру (38) с подвижной стенкой (37) и прикреплена к подвижной стенке (37).

3. Насос по п.2, отличающийся тем, что подвижная стенка (37) и мембрана (39) изготовлены из металла, а мембрана (39) припаяна к подвижной стенке (37).

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что вакуумная камера (38) выполнена из совмещенных своими краями и прочно соединенных между собой тарелок (40, 41), которые образуют единую мембранную коробку (42), содержащую две активные мембранные поверхности.

5. Насос по п.4, отличающийся тем, что мембранная коробка (42) закреплена по краю на детали топливного насоса высокого давления.

6. Насос по п.5, отличающийся тем, что деталь выполнена в виде подвижной стенки (37) между накопительной полостью (29) и полостью (22) приводного механизма.

7. Насос по п.4, отличающийся тем, что мембранная коробка (42) закреплена по краю между двумя деталями топливного насоса высокого давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3