Шестеренный подающий насос
Изобретение относится к шестеренному подающему насосу. Насос имеет корпус (10, 12) с образованной в нем рабочей камерой, в которой расположена пара приводимых во вращение находящихся в зацеплении между собой шестерен (16, 18), нагнетающих перекачиваемую среду из соединенной с расходной емкостью полости (44) всасывания в полость (46) нагнетания по нагнетательным каналам (48), которые образованы промежутками между боковыми поверхностями шестерен (16, 18) и окружающими их стенками рабочей камеры насоса. Предусмотрен приводной вал (30), который через связующее звено (40), расположенное в полости (41) его установки в корпусе (10, 12), соединен с одной из шестерен (16) с геометрическим замыканием, обеспечивающим передачу на нее вращения. Полость (41) установки связующего звена сообщается с полостью (46) нагнетания через соединительный канал (54, 56), в котором расположен напорный клапан (60), который открывает этот соединительный канал только после повышения давления в полости (46) нагнетания до величины, соответствующей заданному давлению открытия этого напорного клапана. Уменьшается износ связующего звена. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к шестеренному подающему насосу для нагнетания перекачиваемой среды.
Шестеренный подающий насос подобного типа известен из заявки DE 19638332 А1. Такой шестеренный подающий насос имеет корпус с образованной в нем рабочей камерой насоса, в которой расположена пара приводимых во вращение находящихся в зацеплении между собой шестерен, нагнетающих перекачиваемую среду из соединенной с расходной емкостью (топливным баком) полости всасывания в полость нагнетания по нагнетательным каналам, которые образованы промежутками между боковыми поверхностями шестерен и окружающими их стенками рабочей камеры насоса. Шестеренный подающий насос имеет далее приводной вал, который через связующее звено, расположенное в полости его установки в корпусе насоса, соединен с одной из шестерен с геометрическим замыканием, обеспечивающим передачу на нее вращения. В этом известном шестеренном насосе имеющееся в нем связующее звено работает без смазки и поэтому при определенных условиях подвержено достаточно интенсивному износу.
Для устранения этой проблемы предлагается усовершенствование конструкции шестеренного подающего насоса рассмотренного выше типа, заключающееся в том, что полость установки связующего звена сообщается с полостью нагнетания через соединительный канал, в котором расположен напорный клапан, который открывает этот соединительный канал только после повышения давления в полости нагнетания до величины, соответствующей заданному давлению открытия этого напорного клапана.
Преимущество предлагаемого в изобретении шестеренного подающего насоса состоит по сравнению с известным из уровня техники насосом в том, что связующее звено смазывается перекачиваемой средой, благодаря чему уменьшается его износ, при этом технический результат изобретения заключается в том, что объемная подача шестеренного подающего насоса при его пуске не уменьшается, а некоторая часть от всего количества перекачиваемой насосом жидкости начинает отводиться в полость установки связующего звена для смазывания находящихся в ней деталей лишь после создания насосом достаточно высокого напора.
В частных вариантах конструкции насоса напорный клапан может быть образован радиально пружинящей втулкой, которая с натягом вставлена в имеющееся в корпусной детали корпуса отверстие и у наружной боковой поверхности которой в указанном отверстии оканчивается участок соединительного канала, ведущего в полость нагнетания. В этом случае для обеспечения радиального пружинения втулка может иметь по меньшей мере одну продольную прорезь. Преимущество такого варианта состоит в простом конструктивном исполнении напорного клапана.
Напорный клапан может быть образован радиально пружинящим кольцом, которое с натягом вставлено в кольцевую канавку, которая выполнена в имеющемся в корпусной детали корпуса отверстии и в которой оканчивается участок соединительного канала, ведущего в полость нагнетания. В этом случае для фиксации пружинящего кольца в имеющееся в корпусной детали отверстие может быть вставлен упорный элемент, который стопорит кольцо в осевом направлении, исключая возможность его выскакивания из кольцевой канавки.
Имеющееся в корпусной детали корпуса отверстие может быть выполнено в виде глухого отверстия, в которое выступает конец приводного вала.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере трех вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - шестеренный подающий насос в виде в плане в направлении показанной на фиг.2 стрелки I,
на фиг.2 - шестеренный подающий насос в продольном разрезе плоскостью II-II по фиг.1,
на фиг.3 - фрагмент конструкции шестеренного подающего насоса в продольном разрезе, иллюстрирующий устройство напорного клапана в одном варианте его выполнения,
на фиг.4 - фрагмент конструкции шестеренного подающего насоса в продольном разрезе, иллюстрирующий устройство напорного клапана в другом варианте его выполнения.
Показанный на фиг.1-4 шестеренный подающий насос встроен в не показанный на чертеже подающий трубопровод, ведущий от расходной емкости, в данном случае топливного бака, к топливному насосу высокого давления (ТНВД), установленному на двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Такой ДВС представляет собой дизель, а средой, перекачиваемой шестеренным подающим насосом, является соответственно дизельное топливо. Шестеренный подающий насос имеет корпус в сборе, обозначенный на чертежах в целом позициями 10, 12 и состоящий из корпусной детали 10 и крышки 12. Между корпусной деталью 10 и крышкой 12 образована рабочая камера насоса, в которой расположена пара находящихся в зацеплении между собой шестерен 16, 18. Для образования рабочей камеры насоса в корпусной детали 10 имеется два углубления 20, 22, от дна каждого из которых выступает по опорной цапфе 24, 26. Эти опорные цапфы 24, 26 выполнены за одно целое с корпусной деталью 10 и ориентированы по меньшей мере примерно параллельно друг другу. Шестерня 16 имеет отверстие 17, которым оно установлено на опорную цапфу 24 с возможностью вращения на ней. Аналогичным образом шестерня 18 имеет отверстие 19, которым оно установлено на опорную цапфу 26 с возможностью вращения на ней. Крышка 12 прилегает к торцу корпусной детали 10 и жестко соединена с ней, например привинчена к ней несколькими винтами, пропущенными через отверстия 28. Шестерни 16, 18 не имеют возможности перемещения в направлении их продольных осей будучи зафиксированы между крышкой 12 и дном углублений 20, 22. Опорные цапфы 24, 26 могут быть выполнены полыми.
Шестеренный подающий насос имеет далее приводной вал 30, который с возможностью вращения установлен на соответствующие опоры в корпусной детали 10 и/или в крышке 12. Приводной вал 30 установлен по меньшей мере примерно соосно с опорной цапфой 24, которая при этом имеет глухое отверстие 32, в которое выступает конец приводного вала 30. В крышке 12 имеется отверстие 34, через которое проходит приводной вал 30, при этом между стенкой этого отверстия 34 и боковой поверхностью приводного вала 30 расположен сальник 36, уплотняющий зазор между приводным валом и корпусом насоса. Помимо этого между корпусной деталью 10 и крышкой 12 установлено уплотнительное кольцо 38.
Опорная цапфа 24 не доходит до крышки 12, а заканчивается с некоторым осевым отступом от нее, при этом в промежутке между торцом опорной цапфы 24 и крышкой 12 расположено соединенное с приводным валом 30 связующее звено 40. Это связующее звено 40 соединено с геометрическим замыканием в направлении вращения с приводным валом 30. Подобное соединение связующего звена 40 с приводным валом 30 можно обеспечить, например, за счет придания приводному валу 30 некруглой в поперечном сечении формы, для чего на его боковой поверхности можно выполнить, например, одну или несколько лысок. В этом случае связующее звено 40 имеет соответствующее отверстие, форма которого в поперечном сечении согласована с указанной формой поперечного сечения вала. Измеренная в осевом направлении длина отверстия 17 в шестерне 16, установленной на опорной цапфе 24, примерно соответствует высоте или длине этой опорной цапфы 24. Шестерня 16 с ее обращенной к крышке 12 стороны имеет отверстие 42, которое в поперечном сечении имеет некруглую форму и в которое утоплено связующее звено 40. Наружный контур связующего звена 40 по его поперечному сечению и внутренний контур отверстия 42 по его поперечному сечению имеют взаимно сопряженную форму, соответственно дополняют друг друга по форме, благодаря которой между связующим звеном 40 и шестерней 16 образуется соединение с геометрическим замыканием, обеспечивающее передачу вращения от одной из этих детали другой. Так, например, связующее звено 40 и отверстие 42 могут иметь в поперечном сечении многогранную форму или могут иметь радиальные выступы и соответствующие им радиальные выемки, в которые входят эти выступы. Пространство, которое расположено в осевом направлении между опорной цапфой 24 и крышкой 12 и в котором размещено связующее звено 40, образует полость 41 установки этого связующего звена, сообщающуюся с глухим отверстием 32.
В процессе работы шестеренного подающего насоса его шестерня 16 приводится во вращение приводным валом 30 и передает это вращательное движение через ее зубчатый венец на находящуюся с ней в зацеплении шестерню 18, также имеющую зубчатый венец. При этом шестерни 16, 18 за счет их зубчатого зацепления подразделяют рабочую камеру насоса на две отдельные части, одна из которых образует полость 44 всасывания, а другая образует полость 46 нагнетания. При этом вокруг каждой из шестерен проходит по нагнетательному каналу 48, которые образованы соответственно промежутками между впадинами между зубьями, расположенными по окружности шестерен 16, 18 на их боковых поверхностях, и окружающими их верхней и нижней стенками рабочей камеры насоса и через которые полость 44 всасывания сообщается с полостью 46 нагнетания. Полость 44 всасывания и полость 46 нагнетания имеют по присоединительному отверстию, которые выполнены в стенке корпусной детали 10, соответственно в крышке 12 и через которые полость 44 всасывания не показанным на чертеже всасывающим трубопроводом соединяется с топливным баком, а полость 46 нагнетания также не показанным на чертеже нагнетательным трубопроводом соответственно соединяется с камерой всасывания, имеющейся у ТНВД. Присоединительное отверстие, ведущее в полость 44 всасывания, образует впускное отверстие 50, а присоединительное отверстие, ведущее из полости всасывания, образует выпускное отверстие 52.
На фиг.2 показана общая конструкция шестеренного подающего насоса, выполненного в соответствии с изобретением, как это поясняется ниже со ссылкой на фиг.3. Полость 41, в которой установлено связующее звено 40, сообщается с полостью 46 нагнетания. С этой целью в корпусной детали 10 выполнен соединительный канал, обозначенный на чертежах в целом позициями 54, 56 и состоящий из двух участков. Первый участок 54 соединительного канала отходит от полости 46 нагнетания и проходит наклонно к продольной оси 31 приводного вала 30 и глухого отверстия 32 таким образом, что этот участок 54 соединительного канала по мере его удаления от крышки 12 приближается к указанной продольной оси 31. Второй участок 56 соединительного канала отходит от первого его участка 54 и оканчивается в глухом отверстии 32. Этот второй участок 56 соединительного канала проходит наклонно к продольной оси 31 приводного вала 30 и глухого отверстия 32 таким образом, что этот участок 54 соединительного канала по мере его приближения к крышке 12 приближается к указанной продольной оси 31. Оба участка 54, 56 соединительного канала могут, например, проходить примерно под прямым углом друг к другу. Тем самым полость 41 установки связующего звена через соединительный канал, состоящий из участков 54, 56, и глухое отверстие 32 сообщается с полостью 46 нагнетания. В соединительном канале для ограничения расхода через него жидкости, в данном случае топлива, на одном из его участков 54, 56 можно предусмотреть дроссель 58, образованный за счет локального сужения поперечного сечения соединительного канала. В другом варианте дросселирование в соединительном канале и ограничение расхода жидкости через него можно обеспечить также за счет выполнения одного или обоих его участков 54, 56 уменьшенного поперечного сечения на всем их протяжении.
Ниже рассмотрен принцип работы шестеренного подающего насоса. В процессе работы шестеренного подающего насоса его приводной вал 30 приводится во вращение с частотой, предпочтительно пропорциональной частоте вращения коленчатого вала ДВС, в который подается топливо. Вращение приводного вала 30 передается через связующее звено 40 на шестерню 16, которая в свою очередь приводит во вращение находящуюся с ней в зацеплении шестерню 18. При вращении обеих находящихся в зацеплении между собой шестерен 16, 18 топливо захватывается ими из полости 44 всасывания и по нагнетательным каналам 48 нагнетается ими в полость 46 нагнетания. При этом в полости 44 всасывания создается разрежение, которого достаточно для всасывания следующего количества топлива из топливного бака по всасывающему трубопроводу. С выходной стороны насоса топливо под действием его создаваемого в полости 46 нагнетания давления нагнетается через выпускное отверстие 52 в нагнетательный трубопровод, ведущий к ТНВД.
Из полости 46 нагнетания находящееся под давлением топливо попадает по состоящему из участков 54, 56 соединительному каналу в глухое отверстие 32, а из него - в полость 41 установки связующего звена. Попадающее в эту полость 41 топливо обеспечивает смазывание установленного в ней связующего звена 40, смазывая при этом и места контакта между связующим звеном 40 и приводным валом 30, и места контакта между связующим звеном 40 и шестерней 16. Дизельное топливо обладает вязкостью, которой вполне достаточно для подобного смазывания соприкасающихся между собой деталей насоса. Благодаря дросселированию, которое обеспечивается за счет дросселя 58, предусмотренного в соединительном канале на одном из его участков 54, 56, либо за счет выполнения самих этих участков соединительного канала малого поперечного сечения на всем их протяжении, топливо отбирается из полости 46 нагнетания в полость 41 установки связующего звена для смазывания находящихся в ней трущихся деталей насоса только в небольшом количестве, на которое соответственно уменьшается объемная подача шестеренного насоса. Полость 41 установки связующего звена может сообщаться с полостью 44 всасывания через дополнительный соединительный канал, по которому топливо может перетекать из полости 41 установки связующего звена обратно в полость 44 всасывания.
На фиг.3 иллюстрируется конструкция предлагаемого шестеренного подающего насоса, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата. Как показано на фиг.3, в конструкцию насоса включен напорный клапан 60, управляющий соединением между полостью 41 установки связующего звена и полостью 46 нагнетания в зависимости от преобладающего в этой полости 46 нагнетания давления. Такой напорный клапан 60 открывает соединение между полостью 41 установки связующего звена и полостью 46 нагнетания лишь после повышения давления в полости 46 нагнетания до величины, соответствующей заданному давлению открытия этого напорного клапана. В рассматриваемом варианте выполнения шестеренного насоса напорный клапан 60 образован вставленной в глухое отверстие 32 втулкой 62, которая выполнена пружинящей (упруго деформируемой) в радиальном направлении. Такая втулка 62 может быть выполнена из металла или пластмассы. Радиальное пружинение втулки 62 достигается за счет наличия у нее предпочтительно по меньшей мере одной или нескольких продольных прорезей 64. Эти продольные прорези отходят от обращенного к приводному валу 30 торца втулки 62 и проходят на части ее длины в сторону дна глухого отверстия 32. Участок 56 соединительного канала оканчивается в глухом отверстии 32 в той его части, где расположены выполненные во втулке 62 продольные прорези 64. В исходном состоянии втулка 62, которая вставлена в глухое отверстие 32 с натягом за счет ее упругой деформации в радиальном направлении, стремится разжаться и поэтому плотно прилегает к стенке этого глухого отверстия 32, перекрывая оканчивающееся в нем выходное отверстие участка 56 соединительного канала. При повышении давления в полости 46 нагнетания втулка 62 упруго деформируется, сжимаясь радиально внутрь под действием давления, приложенного к ней со стороны выходного отверстия участка 56 соединительного канала, и открывая в результате это выходное отверстие участка 56 соединительного канала, благодаря чему топливо может перетекать в глухое отверстие 32 и в полость 41 установки связующего звена. В момент пуска шестеренный подающий насос из-за небольшой частоты вращения еще не создает полного давления нагнетания, вследствие чего выходное отверстие участка 56 соединительного канала перекрыто втулкой 62, и тем самым из полости 46 нагнетания не отбирается топливо для смазывания находящихся в полости 41 установки связующего звена деталей, и поэтому весь объем перекачиваемого шестеренным насосом топлива нагнетается в ТНВД. Лишь по достижении преобладающим в полости 46 нагнетания давлением величины, соответствующей давлению открытия, втулка 62 открывает выходное отверстие участка 56 соединительного канала, по которому топливо начинает поступать в полость 41 установки связующего звена для смазывания находящихся в ней деталей. Давление открытия в полости нагнетания, по достижении которого открывается напорный клапан 60, может составлять, например, примерно 2 бара. Ограничить расход жидкости при открытом напорном клапане 60 можно путем дросселирования потока, которое можно обеспечить, предусмотрев в соединительном канале на одном из его участков 54, 56 дроссель 58 либо выполнив сами эти участки соединительного канала соответствующего малого поперечного сечения на всем их протяжении.
На фиг.4 показан альтернативный вариант конструктивного исполнения напорного клапана 60. Как показано на фиг.4, этот напорный клапан 60 образован радиально пружинящим кольцом 72, которое в предварительно сжатом состоянии (с натягом) вставлено в кольцевую канавку 76, выполненную в глухом отверстии 32. Такое кольцо 72 может быть изготовлено из проволоки круглого сечения, при этом кольцевая канавка 76 соответственно также должна иметь согласованное с поперечным сечением этой проволоки круглое поперечное сечение, чтобы кольцо 72 могло плотно прилегать к поверхности этой кольцевой канавки 76. Кольцо 72 предпочтительно выполнено из стали и для придания ему свойства радиального пружинения имеет поперечную прорезь 74. В этом варианте участок 56 соединительного канала оканчивается в кольцевой канавке 76, при этом поперечная прорезь 74 кольца 72, когда оно вставлено в кольцевую канавку, смещена в окружном направлении относительно указанного участка 56 соединительного канала. В глухое отверстие 32 можно, кроме того, запрессовать втулку 78, которая служит для стопорения кольца 72 в направлении продольной оси 31, исключая возможность его выскакивания из кольцевой канавки 76, и перемещения в глухом отверстии 32 в сторону приводного вала 30. При небольшом давлении топлива в полости 46 нагнетания кольцо 72 благодаря его предварительному сжатию прилегает по окружности к поверхности кольцевой канавки 76, перекрывая выходное отверстие участка 56 соединительного канала. После повышения давления топлива в полости 46 нагнетания до величины, соответствующей давлению открытия напорного клапана, кольцо 72 упруго деформируется, сжимаясь радиально внутрь и открывая в результате выходное отверстие участка 56 соединительного канала, благодаря чему топливо начинает поступать в глухое отверстие 32 и из него через втулку 78 в полость 41 установки связующего звена.
1. Шестеренный подающий насос, имеющий корпус (10, 12) с образованной в нем рабочей камерой насоса, в которой расположена пара приводимых во вращение находящихся в зацеплении между собой шестерен (16, 18), нагнетающих перекачиваемую среду из соединенной с расходной емкостью полости (44) всасывания в полость (46) нагнетания по нагнетательным каналам (48), которые образованы промежутками между боковыми поверхностями шестерен (16, 18) и окружающими их стенками рабочей камеры насоса, при этом предусмотрен приводной вал (30), который через связующее звено (40), расположенное в полости (41) его установки в корпусе (10, 12) насоса, соединен с одной из шестерен (16) с геометрическим замыканием, обеспечивающим передачу на нее вращения, отличающийся тем, что полость (41) установки связующего звена сообщается с полостью (46) нагнетания через соединительный канал (54, 56), в котором расположен напорный клапан (60), который открывает этот соединительный канал только после повышения давления в полости (46) нагнетания до величины, соответствующей заданному давлению открытия этого напорного клапана.
2. Шестеренный подающий насос по п.1, отличающийся тем, что напорный клапан (60) образован радиально пружинящей втулкой (62), которая с натягом вставлена в имеющееся в корпусной детали (10) корпуса отверстие (32) и у наружной боковой поверхности которой в указанном отверстии (32) оканчивается участок (56) соединительного канала, ведущего в полость (46) нагнетания.
3. Шестеренный подающий насос по п.2, отличающийся тем, что втулка (62) имеет, по меньшей мере, одну продольную прорезь (64).
4. Шестеренный подающий насос по п.1, отличающийся тем, что напорный клапан (60) образован радиально пружинящим кольцом (72), которое с натягом вставлено в кольцевую канавку (76), которая выполнена в имеющемся в корпусной детали (10) корпуса отверстии (32) и в которой оканчивается участок (56) соединительного канала, ведущего в полость (46) нагнетания.
5. Шестеренный подающий насос по п.4, отличающийся тем, что в имеющееся в корпусной детали отверстие (32) вставлен упорный элемент (78), который стопорит кольцо (72) в осевом направлении, исключая возможность его выскакивания из кольцевой канавки (76).
6. Шестеренный подающий насос по любому из пп.2-5,отличающийся тем, что имеющееся в корпусной детали (10) корпуса отверстие (32) выполнено в виде глухого отверстия, в которое выступает конец приводного вала (30).
