Топливный насос высокого давления

 

Изобретение относится к топливоподающим системам дизелей и может быть использовано в области двигателестроения в качестве топливного насоса высокого давления. Топливный насос высокого давления включает кулачковый вал 2 с кулачком 3 и гильзу 4. На кулачок 3 опирается толкатель 6 плунжера 8, размещенного гильзе 4. Гильза 4 выполнена с наполнительным отверстием 9, а плунжер 8 - с отверстием 10, кольцевой канавкой 11, прямой кромкой 12 и косой кромкой 13. На хвостовике гильзы 4 установлена поворотная втулка 16, кинематически связанная с дозирующей рейкой 17. Поворотная втулка 16 взаимодействует с плунжером 8. Толкатель 6 выполнен с направляющей частью 20, опорной частью 21, поворотным диском 22 и втулкой 23. Опорная часть 21 толкателя 6 выполнена с конусной поверхностью 24, направляющая часть 20 толкателя 6 - с радиальными канавками 25, а поворотный диск 22 - со сквозными пазами 26. В пазах 26 и канавках 25 размещены шары 27. Втулка 23 толкателя 6, установленная в корпусе 1 насоса, кинематически связана с фазирующей рейкой 28. Втулка 23 имеет направляющую поверхность 29, взаимодействующую с направляющей поверхностью 30 поворотного диска 22. Изобретение позволяет повысить точность регулирования топливоподачи путем введения регулирования угла опережения впрыскивания топлива. 2 ил.

Изобретение относится к топливоподающим системам дизелей и может быть использовано в области двигателестроения в качестве топливного насоса высокого давления.

Известен топливный насос высокого давления, содержащий корпус, размещенные в корпусе кулачковый вал с кулачком и гильзу, подпружиненный к кулачку толкатель, топливоподающий плунжер, опирающийся на толкатель, размещенные на плунжере втулки регулирования начала и окончания подачи топлива, сопрягающиеся друг с другом по торцам, выполненным в виде винтовых поверхностей, фазирующую и дозирующую рейки, кинематически связанные соответственно с втулками регулирования начала и окончания подачи топлива /1/.

Недостатком описанного топливного насоса является сложность уплотнения фазирующей и дозирующей реек, так как они размещены соответственно в наполнительной и отсечной полостях насоса.

Известен топливный насос высокого давления, содержащий корпус, размещенные в корпусе кулачковый вал с кулачком и гильзу, подпружиненный к кулачку толкатель, топливоподающий плунжер, опирающийся на толкатель, размещенную на хвостовике гильзы поворотную втулку, кинематически связанную с плунжером, дозирующую рейку, взаимодействующую со втулкой, вращающийся дроссель, кинематически связанный с коленчатым валом дизеля, толкатель, выполненный с поршнем, взаимодействующим с плунжером и образующим в толкателе полость, сообщающуюся с масляным насосом и с вращающимся дросселем /2/.

Недостатком описанного топливного насоса является невысокая точность регулирования угла опережения впрыскивания топлива, поскольку при высоких давлениях впрыскивания давление топлива в надплунжерной полости оказывает влияние на положение поршня в толкателе и настройка угла опережения впрысиквания нарушается.

Наиболее близким по техническому результату к предлагаемому топливному насосу является топливный насос высокого давления, содержащий корпус, установленные в корпусе кулачковый вал с кулачком и гильзу, подпружиненный к кулачку толкатель, топливоподающий плунжер, размещенный в гильзе и опирающийся на толкатель, поворотную втулку, установленную на хвостовике гильзы и кинематически связанную с плунжером, дозирующую рейку, взаимодействующую со втулкой /3/.

Недостатком описанного топливного насоса является невысокая точность регулирования топливоподачи из-за невозможности регулирования угла опережения впрыскивания топлива непосредственно плунжерной парой насоса. Функции такого регулирования в топливном насосе, как правило, возложены на дополнительную автоматическую муфту, которая изменяет угол опережения впрыскивания топлива только в зависимости от скоростного режима работы дизеля.

Техническим результатом заявляемого топливного насоса является повышение точности регулирования топливоподачи путем введения регулирования угла опережения впрыскивания топлива.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что топливный насос высокого давления, содержащий корпус, установленные в корпусе кулачковый вал с кулачком и гильзу, подпружиненный к кулачку толкатель, топливоподающий плунжер, размещенный в гильзе и опирающийся на толкатель, поворотную втулку, установленную на хвостовике гильзы и кинематически связанную с плунжером, дозирующую рейку, взаимодействующую со втулкой, снабжен установленной в корпусе фазирующей рейкой, втулкой толкателя, взаимодействующей с фазирующей рейкой, толкатель выполнен с направляющей частью, опорной частью и поворотным диском, размещенным между направляющей и опорной частями толкателя, опорная часть толкателя выполнена с конусной торцевой поверхностью, обращенной к поворотному диску, последний имеет сквозные пазы, параллельные осям диска, направляющая часть толкателя выполнена с радиальными канавками на торцевой поверхности, обращенной к поворотному диску, а в пазах поворотного диска и канавках направляющей части толкателя установлены шары, прилегающие к конусной поверхности опорной части толкателя.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом выявил в первом новый признак, заключающийся в том, что топливный насос высокого давления снабжен установленной в корпусе фазирующей рейкой, втулкой толкателя, взаимодействующей с фазирующей рейкой, толкатель выполнен с направляющей частью, опорной частью и поворотным диском, размещенным между направляющей и опорной частями толкателя, опорная часть толкателя выполнена с конусной торцевой поверхностью, обращенной к поворотному диску, последний имеет сквозные пазы, параллельные осям диска, направляющая часть толкателя выполнена с радиальными канавками на торцевой поверхности, обращенной к поворотному диску, а в пазах поворотного диска и канавках направляющей части толкателя установлены шары, прилегающие к конусной поверхности опорной части толкателя. Такое конструктивное выполнение заявляемого топливного насоса высокого давления позволяет обеспечить регулирование угла опережения впрыскивания топлива и повысить тем самым точность регулирования топливоподачи. В связи с этим можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Анализ известных технических решений в области топливоподающих систем дизелей не позволил выявить известность выполнения толкателя с направляющей частью, опорной частью и поворотным диском, выполненным с установленными в его пазах шарами и кинематически связанным через втулку толкателя с фазирующей рейкой. Анализ характеристик дизеля показал, что толкатель целесообразно выполнить именно по такой схеме, как она заявлена в формуле, что до сих пор не было известно, и что, в свою очередь, позволяет обеспечить регулирование угла опережения впрыскивания топлива непосредственно плунжерной парой насоса. Таким образом, можно сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критерию "Изобретательский уровень".

Предложенное техническое решение может найти широкое применение в таких отраслях промышленности, как транспортное и автотракторное машиностроение, малая энергетика и др. Описание заявки с достаточной полнотой содержит сведения о том, как использовать предложенный насос с достижением того положительного эффекта, который указан в техническом результате. Приведенный пример практической реализации топливного насоса подтверждает достижимость технического результата и еще раз доказывает возможность его использования. Это говорит о соответствии предложенного топливного насоса критерию "Промышленная применимость".

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого топливного насоса высокого давления, на фиг. 2 - конструктивная схема толкателя.

Топливный насос высокого давления (фиг. 1, 2) включает корпус 1, кулачковый вал 2 с кулачком 3 и гильзу 4. На кулачок 3 опирается ролик 5 толкателя 6, подпружиненного пружиной 7. В гильзе 4 размещен топливоподающий плунжер 8, связанный с толкателем 6. Гильза 4 выполнена с наполнительным отверстием 9, а плунжер 8 - с отверстием 10, кольцевой канавкой 11, прямой кромкой 12 и косой кромкой 13. Гильза 4 и плунжер 8 образуют надплунжерную полость 14, в которой размещен нагнетательный клапан 15. На хвостовике гильзы 4 установлена поворотная втулка 16, кинематически связанная с дозирующей рейкой 17. Поворотная втулка 16 имеет направляющую поверхность 18, взаимодействующую с направляющей поверхностью 19 плунжера 8.

Толкатель выполнен с направляющей частью 20, опорной частью 21, поворотным диском 22 и втулкой 23. Опорная часть 21 толкателя 6 выполнена с конусной поверхностью 24, направляющая часть 20 толкателя 6 - с радиальными канавками 25, а поворотный диск 22 - со сквозными пазами 26. В пазах 26 и канавках 25 размещены шары 27. Втулка 23 толкателя 6, установленная в корпусе 1, кинематически связана с фазирующей рейкой 28. Втулка 23 имеет направляющую поверхность 29, взаимодействующую с направляющей поверхностью 30 поворотного диска 22.

Топливный насос высокого давления (фиг. 1, 2) работает следующим образом. Топливо от топливоподающего насоса (на фиг. 1, 2 топливоподающий насос не показан) через сверление в корпусе 1 насоса поступает к наполнительному отверстию 9 гильзы 4 под давлением p_т. При нахождении плунжера 8 в нижнем положении наполнительное отверстие 9 сообщено с надплунжерной полостью 14.

Вращение кулачкового вала 2 приводит к набеганию кулачка 3 на ролик 5 толкателя 6, деформации пружины 7 и к перемещению толкателя 6 и плунжера 8 вверх. В момент перекрытия наполнительного отверстия 9 прямой кромкой 12 плунжера 8 надплунжерная полость 14 оказывается изолированной от наполнительного отверстия 9 и при дальнейшем движении плунжера 8 вверх происходит сжатие топлива до давления, определяемого предварительной деформацией пружины нагнетательного клапана 15 (на фиг. 1, 2 пружина не показан), и нагнетание топлива. Нагнетание продолжается до тех пор, пока наполнительное отверстие 9 не откроется косой кромкой 13 плунжера 8. При этом надплунжерная полость 14 через отверстие 10 в плунжере 8 и кольцевую канавку 11 сообщается с наполнительным отверстием 9 гильзы 4 и происходит отсечка топлива.

Изменение количества подаваемого в цилиндры двигателя топлива осуществляется в заявляемом топливном насосе с помощью дозирующей рейки 17. Перемещение дозирующей рейки 17, например в сторону уменьшения подачи топлива, приводит к повороту втулки 16, которая через направляющие поверхности 18 и 19 соответственно втулки 16 и плунжере 8 поворачивает плунжер 8 вокруг его оси. При этом косая кромка 13 плунжера 8 смещается относительно наполнительного отверстия 9 гильзы 4 и окончание подачи топлива, определяемые моментом начала открытия наполнительного отверстия 9 косой кромкой 13, произойдет раньше. В результате активный ход плунжера (ход плунжера, соответствующий периоду нагнетания) и, следовательно, цикловая подача топлива уменьшается.

Изменение угла опережения впрыскивания топлива осуществляется в заявляемом топливном насосе с помощью фазирующей рейки 28. Перемещение фазирующей рейки 28, например в сторону увеличения угла опережения впрыскивания топлива, приводит к повороту втулки 23, которая через направляющие поверхность 29 и 30 соответственно втулки 23 и поворотного диска 22 поворачивает диск 22 вокруг оси толкателя 6 против часовой стрелки. При этом за счет пазов 26 в поворотном диске 22 шары 27 перемещаются по радиальным канавкам 25 направляющей части 20 толкателя 6 в сторону от его оси (на больший радиус), контактируя с конусной поверхностью 24 опорной части 21 толкателя 6 и перемещая ее вверх. В результате начало подачи топлива, определяемое моментом окончания закрытия наполнительного отверстия 9 прямой кромкой 12 плунжера 8, произойдет раньше (угол опережения впрыскивания топлива увеличивается). Активный ход плунжера и, следовательно, цикловая подача топлива при этом не изменяются. Таким образом обеспечивается независимость изменения угла опережения впрыскивания топлива и величины цикловой подачи топлива.

Как показывает анализ характеристик дизеля Д-240 Минского моторного завода (ММЗ) для повышения топливной экономичности дизеля и улучшения его экологических показателей целесообразно при уменьшении частоты вращения коленчатого вала от номинальной до минимальной и нагрузки на дизель от полной до холостого хода уменьшать угол опережения впрыскивания топлива от 30 до 18^o поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки /4/. Как показывают расчетные исследования, такое изменение угла опережения впрыскивания топлива обеспечивается при перемещении плунжера вниз на 1,5 мм. При выполнении конусной поверхности 24 опорной части 21 толкателя 6 с углом конуса, равным 20^o, такое перемещение плунжера происходит при перемещении шаров 27 по радиальным канавкам 25 направляющей части 20 толкателя 6 на 4 мм в сторону к оси толкателя 6. В свою очередь, такое изменение положения шаров 27 происходит при повороте поворотного диска 22 толкателя 6 на угол 45^o по часовой стрелке, что при диаметре зацепления втулки 23 толкателя 6 с фазирующей рейкой 28, равном 40 мм, обеспечивается перемещением фазирующей рейки 28 на 12 мм.

Применение предлагаемого топливного насоса в указанном дизеле позволяет повысить точность регулирования топливоподачи и, тем самым, снизить эксплуатационный расход топлива на 5 - 7% и уменьшить эмиссию наиболее токсичного компонента отработавших газов - окислов азота - на 15...20%, по сравнению с этим же дизелем, не оснащенным устройством регулирования угла опережения впрыскивания топлива.

Формула изобретения

Топливный насос высокого давления, содержащий корпус, установленные в корпусе кулачковый вал с кулачком и гильзу, подпружиненный к кулачку толкатель, топливоподающий плунжер, размещенный в гильзе и опирающийся на толкатель, поворотную втулку, установленную на хвостовике гильзы и кинематически связанную с плунжером, дозирующую рейку, взаимодействующую со втулкой, отличающийся тем, что он снабжен установленной в корпусе фазирующей рейкой, втулкой толкателя, взаимодействующей с фазирующей рейкой, толкатель выполнен с направляющей частью, опорной частью и поворотным диском, размещенным между направляющей и опорной частями толкателя, опорная часть толкателя выполнена с конусной торцевой поверхностью, обращенной к поворотному диску, последний имеет сквозные пазы, параллельные осям диска, направляющая часть толкателя выполнена с радиальными канавками на торцевой поверхности, обращенной к поворотному диску, а в пазах поворотного диска и канавках направляющей части толкателя установлены шары, прилегающие к конусной поверхности опорной части толкателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2