Топливный насос, прежде всего для системы питания поршневого двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить износостойкость деталей насоса. Топливный насос, прежде всего для системы питания поршневого двигателя внутреннего сгорания, имеет корпус и по меньшей мере одну по меньшей мере опосредованно прилегающую к его части и движущуюся при работе насоса деталь. На указанную часть корпуса с ее обращенной к движущейся детали стороны нанесено покрытие из полиэфирэфиркетона, армированного волокнами, а материал по меньшей мере части корпуса, на которую нанесено покрытие, содержит или представляет собой алюминий. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к топливному насосу, прежде всего для системы питания поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
На рынке известны ДВС, например дизельные или бензиновые поршневые двигатели, оснащенные системой питания высокого давления. Такая система питания в свою очередь имеет топливный насос высокого давления (ТНВД), которым топливо высасывается из топливного бака и под высоким давлением подается к одной или нескольким топливным форсункам. В качестве ТНВД обычно используют поршневые насосы, которые со стороны низкого давления имеют, например, шестеренный насос или шиберный насос или в которые топливо подается таким насосом.
В подобных насосах по меньшей мере одна из движущихся при их работе деталей, например, шестерен (если речь идет о шестеренном насосе), соответственно ротор (если речь идет о шиберном насосе) прилегает своей боковой стороной к части корпуса топливного насоса и поэтому скользит по ней при работе насоса. Корпуса известных ТНВД для уменьшения их массы частично изготавливают из алюминия. Для придания той части корпуса насоса, по которой при его работе скользят движущиеся детали, достаточной износостойкости такие называемые также "рабочими поверхностями" части корпуса изготавливают, например, из стали или серого чугуна.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать топливный насос высокого давления, который обладал бы длительным сроком службы и имел бы при этом малую стоимость и компактную конструкцию, под размещение которой требовалось бы небольшое монтажное пространство.
Указанная задача решается в топливном насосе, прежде всего для системы питания поршневого двигателя внутреннего сгорания, имеющем корпус и по меньшей мере одну по меньшей мере опосредованно прилегающую к его части и движущуюся при работе насоса деталь. В предлагаемом в изобретении насосе на указанную часть корпуса с ее обращенной к движущейся детали стороны нанесено покрытие из полиэфирэфиркетона, армированного волокнами, прежде всего углеродными волокнами, а материал по меньшей мере части корпуса, на которую нанесено покрытие, содержит или представляет собой алюминий.
Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении топливного насоса высокого давления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Помимо этого важные для изобретения отличительные особенности представлены в последующем описании и на чертежах. При этом все такие отличительные особенности могут иметь важное значение для изобретения и по отдельности, и в различных сочетаниях между собой даже без явного указания на это в каждом конкретном случае.
Предусмотренное согласно изобретению покрытие обладает исключительно высокой износостойкостью и поэтому наиболее пригодно для применения в качестве рабочей поверхности прежде всего для вращающихся деталей, например, шестерен или роторов насосов соответствующих типов. Благодаря отсутствию отдельной рабочей поверхности, например, из стали, серого чугуна или иного материала с аналогичными свойствами, например, алюминия/никеля или анодированного алюминия, упрощается изготовление насоса, что приводит к экономии на издержках. Помимо этого благодаря отсутствию промежуточной круглой пластины из стали или серого чугуна в качестве рабочей поверхности уменьшается монтажное пространство, необходимое для размещения ТНВД, т.е. он имеет сравнительно небольшие размеры. При нанесении покрытия из пластмассы непосредственно на соответствующую часть корпуса без применения снабженной покрытием промежуточной круглой пластины в качестве рабочей поверхности для движущихся деталей отпадает, кроме того, необходимость в наличии уплотнительной поверхности, герметично отделяющей внутреннее пространство насоса от наружного пространства, благодаря чему упрощается конструкция насоса, снижаются издержки и повышается эксплуатационная надежность насоса.
Полиэфирэфиркетон обладает особо высокой износостойкостью и обеспечивает благодаря этому длительный срок службы ТНВД. Это преимущество дополнительно усилено за счет армирования полиэфирэфиркетона волокнами, прежде всего углеродными волокнами.
Алюминий, используемый по меньшей мере в той части корпуса, на которую нанесено покрытие, сравнительно легко поддается механической обработке, благодаря чему снижаются производственные расходы. Помимо этого алюминий имеет малую массу, благодаря чему и ТНВД имеет небольшую массу. Благодаря предусмотренному согласно изобретению покрытию из пластмассы его износ тем не менее сохраняется на низком уровне, а также обеспечивается длительный срок службы изготовленного большей частью из алюминия ТНВД.
Особенно предпочтителен тот вариант выполнения предлагаемого в изобретении ТНВД, в котором один участок покрытия выполнен в виде уплотнительного участка, который взаимодействует с другой частью корпуса насоса. Предусмотренное согласно изобретению покрытие из пластмассы выполняет в подобном случае двойную функцию, а именно: наряду с функцией по уменьшению износа оно выполняет также функцию уплотнения. Тем самым отпадает необходимость в применении отдельного уплотнения, например, уплотнительного кольца круглого сечения, включая связанную с ним обработку резанием для протачивания соответствующих пазов под подобное уплотнительное кольцо круглого сечения. Благодаря этому, кроме того, упрощается конструкция насоса, упрощается его сборка, сокращается количество источников погрешностей и т.д.
Уплотнительный участок может быть образован круговым уплотнительным выступом или круговой уплотнительной кромкой. Подобные рельефные структуры просты в изготовлении на деталях или элементах из обычных пластмасс, прежде всего термопластов, и обеспечивают надежное уплотнение даже при большой разности давлений.
Простой способ нанесения покрытия из пластмассы может заключаться в наплавлении такого покрытия на соответствующую часть корпуса насоса.
В еще одном варианте на указанной части корпуса насоса, на которую нанесено покрытие, может быть предусмотрена сравнительно тонкая несущая пластина из листового металла, которая закреплена на другой части корпуса насоса, предпочтительно приклеена к ней. Использование такой несущей пластины из листового металла в особых случаях обеспечивает возможность индивидуальной и надежной реализации конструкции в зависимости от иногда сложной геометрии снабжаемой покрытием части корпуса насоса и/или геометрии уплотняемой части.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид системы питания поршневого ДВС, имеющей ТНВД,
на фиг.2 - вид в аксонометрии фрагмента ТНВД, изображенного на фиг.1,
на фиг.3 - схематичный вид в разрезе изображенного на фиг.2 фрагмента ТНВД и
на фиг.4 - аналогичный приведенному на фиг.3 вид выполненного по другому варианту ТНВД.
На фиг.1 показана система питания поршневого ДВС, обозначенная в целом позицией 10. Такая система питания имеет топливный бак 12, топливо из которого подается ТНВД 14 в общую топливную магистраль 16 высокого давления ("rail"), К этой общей топливной магистрали 16 высокого давления подсоединено несколько топливных форсунок 18, которыми топливо впрыскивается непосредственно в соответствующие им камеры сгорания (не показаны) в ДВС.
Со стороны низкого давления ТНВД 14 имеет шестеренный насос 15. В не представленных на чертежах вариантах ТНВД может также иметь со стороны низкого давления шиберный насос или насос любого иного пригодного для применения в этих целях типа. ТНВД 14, включая расположенный со стороны низкого давления шестеренный насос 15, приводится в действие непосредственно и механически от ДВС. В другом, не представленном на чертежах варианте расположенный со стороны низкого давления шестеренный насос может также иметь отдельный привод, например, электродвигатель.
На фиг.2 показан фрагмент шестеренного насоса 15, входящего в состав ТНВД 14, но со снятой крышкой корпуса, которая предусмотрена в нормальном режиме работы насоса. На чертеже показан, в частности, выполненный в виде отливки корпус 20, который в различных местах обработан резанием и внутри которого расположены механические и гидравлические компоненты ТНВД. Корпус 20 изготовлен из алюминия. Корпус имеет часть 22, которой путем соответствующей обработки придана форма ровной поверхности. Часть 22 корпуса служит рабочей поверхностью для двух шестерен 24 и 26, которые при работе ТНВД 14 и его шестеренного насоса 15 вращаются во взаимно противоположных направлениях. Шестерни 24 и 26, таким образом, представляют собой движущиеся в процессе работы насоса детали, которые по меньшей мере опосредованно прилегают к ровной части 22 корпуса.
Как показано на фиг.3, на часть 22 корпуса нанесено покрытие из пластмассы (полимерного материала), например, из термопласта. Такое покрытие показано на фиг.2 разнонаправленной штриховкой и обозначено позицией 28. Покрытие 28 нанесено на часть 22 корпуса с ее обращенной к обеим шестерням 24 и 26 стороны, т.е. обе шестерни 24 и 26 прилегают к покрытию 28. В качестве материала покрытия 28 используется полиэфирэфиркетон. Покрытие 28 наплавлено на часть 22 корпуса. Покрытие дополнительно армировано волокнами, прежде всего углеродными волокнами.
Как показано далее на фиг.3, за пределами рабочей поверхности, с которой контактируют обе шестерни 24 и 26, покрытие 28 имеет круговой уплотнительный выступ 30, который образует уплотнительный участок, который взаимодействует с другой, выполненной в виде крышки 32 частью корпуса 20. Крышка 32 привинчена к части 22 корпуса, при этом при монтаже крышке уплотнительный выступ 30 сжимается и в результате этого герметично отделяет расположенную радиально внутри от него зону от внешнего пространства.
На фиг.4 показан выполненный по другому варианту топливный насос. При этом все те элементы и части, выполняемые которыми функции эквивалентны функциям элементов и частей, уже описанных выше, обозначены теми же позициями. Они повторно детально не рассматриваются.
В отличие от показанного на фиг.2 и 3 варианта на части 22 корпуса, на которую нанесено покрытие 28, предусмотрена сравнительно тонкая несущая пластина 34 из листового металла, которая приклеена к остальной части 36 корпуса ТНВД 14.
1. Топливный насос (15), прежде всего для системы (10) питания поршневого двигателя внутреннего сгорания, имеющий корпус (20) и по меньшей мере одну по меньшей мере опосредованно прилегающую к его части (22) и движущуюся при работе насоса деталь (24, 26), отличающийся тем, что указанную часть (22) корпуса с ее обращенной к движущейся детали (24, 26) стороны нанесено покрытие (28) из полиэфирэфиркетона, армированного волокнами, а материал, по меньшей мере, части (22) корпуса, на которую нанесено покрытие (28), содержит или представляет собой алюминий.
2. Топливный насос (15) по п.1, отличающийся тем, что один участок покрытия (28) выполнен в виде уплотнительного участка (30), который взаимодействует с другой частью (32) корпуса (20) насоса.
3. Топливный насос (15) по п.2, отличающийся тем, что уплотнительный участок образован круговым уплотнительным выступом (30) или круговой уплотнительной кромкой.
4. Топливный насос (15) по п.1, отличающийся тем, что покрытие (28) наплавлено на указанную часть (22) корпуса.
5. Топливный насос (15) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что на указанной части (22) корпуса, на которую нанесено покрытие (28), предусмотрена сравнительно тонкая несущая пластинка (34) из листового металла, которая закреплена на другой части (36) корпуса насоса, предпочтительно приклеена к ней.
6. Топливный насос (15) по пп.1-4, отличающийся тем, что волокнами являются углеродные волокна.
