Топливный насос
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания. Предложен топливный насос, содержащий корпус 11 насоса, головку цилиндра 12, плунжер 13, установленный с возможностью перемещения в направляющем отверстии 12а головки цилиндра, толкатель 18 плунжера, кулачковый вал 21, установленный с возможностью вращения в камере кулачкового механизма, кулачок 20, выполненный за одно целое с кулачковым валом, и возвратную пружину 15 плунжера. Толкатель 18 плунжера содержит цилиндрический корпус 16 и ролик 17, а в полости 11а цилиндра зафиксировано цилиндрическое направляющее кольцо 26. Корпус 16 толкателя и цилиндрическая часть направляющего кольца 26 имеют направляющие участки 26а и 16а, сопрягаемые в осевом направлении и расположенные по меньшей мере в двух местах, разделенных равными интервалами. Технический результат - повышение равномерности контакта толкателя плунжера со стенкой цилиндра и повышение долговечности топливного насоса. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к топливному насосу, предназначенному для применения в двигателе внутреннего сгорания и содержащему направляющее устройство (направляющую структуру) для направления движения толкателя плунжера с удерживанием толкателя плунжера от проворачивания.
Уровень техники
Из публикаций JP-A-5-195907 или JP-A-2004-204761 известно направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера топливного насоса, используемого в двигателе внутреннего сгорания, таком как дизельный двигатель, с удерживанием толкателя плунжера от проворачивания.
В публикации JP-A-5-195907 раскрыто техническое решение, согласно которому для исключения окружного проворачивания толкателя плунжера, совершающего в осевом направлении возвратно-поступательное движение, во внутренней боковой поверхности полости цилиндра, выполненной в корпусе топливного насоса, расположен установочный паз для направления движения толкателя плунжера, выполненный параллельно осевому направлению, а на толкателе плунжера выполнен сухарь, выступающий в направлении, перпендикулярном оси полости цилиндра, и сопрягаемый с вышеупомянутым пазом с возможностью возвратно-поступательного движения в нем и соответственно с удерживанием толкателя плунжера от проворачивания.
В публикации JP-A-2004-204761 раскрыто техническое решение, согласно которому для исключения проворачивания толкателя плунжера, совершающего в осевом направлении возвратно-поступательное движение в полости цилиндра, выполненной в корпусе топливного насоса, в боковой стенке толкателя выполнено щелевидное сквозное отверстие, в которое снаружи корпуса насоса вставлен направляющий палец, концевая часть которого во взаимодействии с кромками щелевидного отверстия обеспечивает направление движения толкателя плунжера.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Однако направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера топливного насоса, раскрытое в публикациях JP-A-5-195907 или JP-A-2004-204761, имеет одностороннюю конструкцию, в которой скользящий контакт между сухарем или щелевидным сквозным отверстием, с одной стороны, и направляющим пазом или направляющим пальцем, с другой стороны, имеет место с одной стороны толкателя плунжера. Поэтому при совершении толкателем возвратно-поступательного движения силы сопротивления скольжению на той стороне толкателя плунжера, где расположено направляющее устройство, и на другой стороне, где направляющее устройство отсутствует, различаются, что ведет к неуравновешенности движения толкателя. Такая неуравновешенность движения толкателя, обусловленная односторонней конструкцией направляющего устройства, вызывает изнашивание направляющего участка. Кроме того, в современных топливных насосах скорость вращения приводного вала становится все выше, а значит, скорость возвратно-поступательного движения толкателя также возрастает. Следовательно, если вышеупомянутая неуравновешенность движения даже в незначительной мере вызывает односторонний контакт между толкателем плунжера и стенкой полости цилиндра, зона изнашивания не ограничится областью одностороннего контакта, что станет причиной нарушения плавности скольжения толкателя плунжера, например его заедания или заклинивания.
Поэтому в результате интенсивных исследований автором изобретения было предложено решение этой проблемы путем размещения в полости цилиндра направляющего кольца (втулки), используемого в качестве направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера с удерживанием толкателя плунжера от проворачивания, что и явилось основной идеей настоящего изобретения. Таким образом, в основу настоящего изобретения была положена задача создания топливного насоса, в котором за счет исключения одностороннего контакта между толкателем плунжера и стенкой полости цилиндра уравновешенность движения толкателя плунжера обеспечивалась бы даже при движении толкателя с высокой скоростью, что позволило бы достичь повышенной долговечности.
Решение задачи
В соответствии с изобретением описанная выше задача решена в топливном насосе, содержащем корпус, головку цилиндра, установленную на полость цилиндра, выполненную в корпусе насоса, плунжер, установленный с возможностью перемещения в направляющем отверстии, выполненном в головке цилиндра, толкатель плунжера, установленный с возможностью перемещения в полости цилиндра, кулачковый вал, установленный с возможностью вращения в камере кулачкового механизма, выполненной в корпусе насоса так, чтобы сообщаться с полостью цилиндра, кулачок, выполненный за одно целое с кулачковым валом, и возвратную пружину плунжера, расположенную между головкой цилиндра и толкателем плунжера. Толкатель плунжера содержит цилиндрический корпус и ролик, а в полости цилиндра зафиксировано, т.е. неподвижно расположено, цилиндрическое направляющее кольцо. Корпус толкателя и цилиндрическая часть направляющего кольца имеют направляющие участки, сопрягаемые в осевом направлении и расположенные по меньшей мере в двух местах, разделенных равными интервалами.
Кроме того, в конструкции предлагаемого в изобретении топливного насоса предпочтительно предусмотреть средство для фиксации направляющего кольца от проворачивания, расположенное между направляющим кольцом и корпусом насоса и/или головкой цилиндра, или, в качестве альтернативы, между направляющим кольцом, корпусом насоса и головкой цилиндра.
Кроме того, в конструкции предлагаемого в изобретении топливного насоса предпочтительно, чтобы направляющее кольцо имело упорный бортик, который служит седлом для возвратной пружины плунжера и расположен между возвратной пружиной плунжера и головкой цилиндра.
Кроме того, в конструкции предлагаемого в изобретении топливного насоса предпочтительно, чтобы направляющее кольцо было выполнено как единое целое, предпочтительно отформовано за одно целое, с головкой цилиндра.
Кроме того, в конструкции предлагаемого в изобретении топливного насоса предпочтительно, чтобы направляющие участки, находящиеся на стороне толкателя плунжера, имели сужающуюся форму.
Кроме того, в конструкции предлагаемого в изобретении топливного насоса предпочтительно, чтобы направляющие участки, находящиеся на стороне направляющего кольца, были выполнены вогнутой формы, т.е. в виде впадин, а направляющие участки, находящиеся на стороне толкателя плунжера, были выполнены выпуклой формы, т.е. в виде выступов.
Полезные эффекты изобретения
Предлагаемый в настоящем изобретении топливный насос имеет направляющее устройство, обеспечивающее удерживание (фиксацию) толкателя плунжера от проворачивания относительно осевого направления толкателя и использующее структуру, в которой в соответствующих цилиндрических участках цилиндрического корпуса толкателя и цилиндрического направляющего кольца, зафиксированного в полости цилиндра, выполнены направляющие участки, сопрягаемые в осевом направлении и расположенные по меньшей мере в двух местах, разделенных равными интервалами. Таким образом, при совершении толкателем плунжера возвратно-поступательного движения в полости цилиндра обеспечивается равенство сил сопротивления движению. Соответственно, поскольку неуравновешенность движения уменьшается, устраняется неравномерность контакта толкателя плунжера с полостью цилиндра при скольжении толкателя плунжера в указанной полости. В результате даже во время работы топливного насоса с высокой скоростью сохраняется стабильность возвратно-поступательного движения толкателя плунжера. Таким образом можно предотвратить нарушение плавности скольжения толкателя плунжера.
Кроме того, в топливном насосе, предлагаемом в настоящем изобретении, предусмотрено средство для фиксации направляющего кольца от проворачивания, расположенное между направляющим кольцом и корпусом насоса или между направляющим кольцом и головкой цилиндра, или, в качестве альтернативы, между направляющим кольцом, корпусом насоса и головкой цилиндра. Это позволяет при сборке топливного насоса исключить возможность установки направляющего кольца в неправильной ориентации. Кроме того, при приведении в действие топливного насоса это препятствует проворачиванию направляющего кольца вместе с толкателем плунжера.
Кроме того, в топливном насосе, предлагаемом в настоящем изобретении, направляющее кольцо имеет упорный бортик, который служит седлом для возвратной пружины плунжера и расположен между возвратной пружиной плунжера и головкой цилиндра. Это позволяет обойтись без прессовой посадки направляющего кольца в полости цилиндра или фиксации направляющего кольца с помощью штифта или иного подобного фиксатора. Таким образом, это решение облегчает установку направляющего кольца в полости направляющего кольца в полости и извлечение направляющего кольца из полости цилиндра.
Кроме того, в топливном насосе, предлагаемом в настоящем изобретении, направляющее кольцо сформировано как единое целое с головкой цилиндра. Таким образом, отпадает необходимость в установке направляющего кольца как отдельной детали. Поскольку в этом случае не требуется и средство для фиксации направляющего кольца от проворачивания, это позволяет сконструировать направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера, являющееся предметом настоящей заявки, без увеличения числа элементов конструкции.
Кроме того, в топливном насосе, предлагаемом в настоящем изобретении, направляющие участки, находящиеся на стороне толкателя плунжера, имеют сужающуюся форму. Благодаря этому направляющий участок, находящийся на стороне толкателя плунжера, и направляющий участок, находящийся на стороне направляющего кольца, без необходимости не входят в контакт друг с другом. Поэтому даже в том случае, когда топливный насос работает с высокой скоростью, направляющее устройство не препятствует скольжению толкателя плунжера, что также позволяет уменьшить изнашивание направляющих участков, находящихся на стороне толкателя плунжера, и направляющих участков, находящихся на стороне направляющего кольца.
Кроме того, в топливном насосе, предлагаемом в настоящем изобретении, направляющие участки, находящиеся на стороне направляющего кольца, выполнены вогнутой формы, т.е. в виде впадин, а направляющие участки, находящиеся на стороне толкателя плунжера, выполнены выпуклой формы, т.е. в виде выступов. Это исключает возможность уменьшения прочности толкателя плунжера, который подвержен воздействию механических нагрузок. Соответственно, это обеспечивает долговечность толкателя.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема аккумуляторной системы впрыска топлива с применением предлагаемого в изобретении топливного насоса.
На фиг. 2 в продольном сечении представлен предлагаемый в настоящем изобретении топливный насос.
На фиг. 3 представлено перспективное изображение компонентов топливного насоса, иллюстрирующее выполнение направляющего устройства в первом варианте его выполнения.
На фиг. 4 представлены проекции и сечение, иллюстрирующие выполнение направляющего устройства во втором варианте осуществления изобретения.
На фиг. 5 представлены проекции и сечение, иллюстрирующие выполнение направляющего устройства в третьем варианте осуществления изобретения.
На фиг. 6 представлен вид в продольном сечении, иллюстрирующий выполнение направляющего устройства в четвертом варианте осуществления изобретения.
На фиг. 7 представлено перспективное изображение компонентов топливного насоса, иллюстрирующее выполнение направляющего устройства в пятом варианте его выполнения.
На фиг. 8 представлено перспективное изображение компонентов топливного насоса, иллюстрирующее в качестве примера модификацию направляющего устройства в первом варианте его выполнения.
На фиг. 9 представлено перспективное изображение компонентов топливного насоса, иллюстрирующее в качестве примера модификацию направляющего устройства в пятом варианте его выполнения.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже рассматриваются варианты выполнения предлагаемого в настоящем изобретении топливного насоса, поясняемые чертежами. Однако эти варианты осуществления изобретения лишь иллюстрируют сущность изобретения. Они не должны рассматриваться как ограничивающие возможности осуществления настоящего изобретения и объем его охраны, но допускают внесение в них любых изменений, находящихся в пределах объема охраны настоящего изобретение.
На чертежах одни и те же элементы конструкции обозначены одинаковыми номерами позиций, и их повторное описание опускается.
На фиг. 1 схематически представлена аккумуляторная система впрыска топлива с применением предлагаемого в настоящем изобретении топливного насоса. Компоненты аккумуляторной системы впрыска топлива соединены между собой топливопроводом и работают под управлением управляющего устройства (на чертеже не показано).
В показанной на фиг. 1 аккумуляторной системе впрыска топливо, всасываемое низконапорным подкачивающим насосом 5, установленным в топливном баке 4, подается к топливному насосу 1 через фильтр 7. Расход топлива регулируется клапаном 6 регулирования расхода, находящимся внутри топливного насоса 1, после чего топливо подается в насос. Излишек топлива возвращается в топливный бак 4 по сливному трубопроводу (на чертеже не показан). Топливо нагнетается топливным насосом 1 и подается под давлением в топливный аккумулятор 3 (также называемой топливной рампой) в качестве топлива высокого давления. Затем топливо высокого давления, находящееся внутри топливного аккумулятора 3, точно дозируется управляющим устройством (на чертеже не показано) и впрыскивается в двигатель внутреннего сгорания посредством форсунку 2, подключенной к топливному аккумулятору 3.
Низконапорный подкачивающий насос 5 описанной выше аккумуляторной системы впрыска топлива подает топливо к топливному насосу 1 под давлением приблизительно 5 бар, задаваемым клапаном-регулятором или иным аналогичным средством (на чертеже не показано). Поскольку низконапорный подкачивающий насос рассчитан на установку в топливном баке, показанном на фиг. 1, в качестве подкачивающего насоса используется электрический насос, который может приводиться в действие независимо от топливного насоса. Вместе с тем, помимо электрического насоса, в качестве низконапорного подкачивающего насоса 5 также может использоваться механический насос, конструктивно объединенный с топливным насосом и приводимый в действие приводным валом топливного насоса. Например, может использоваться компоновка с применением шестеренного насоса, имеющего ведущую шестерню, соединенную с концевой частью приводного вала топливного насоса, и ведомую шестерню, взаимодействующую с ведущей шестерней, причем топливо, подаваемое к топливному насосу, всасывается из топливного бака за счет разрежения, создаваемого при работе шестеренного насоса.
Кроме того, для очистки топлива от посторонних частиц, примешивающихся к нему в топливном баке 4, между низконапорным подкачивающим насосом 5 и клапаном 6 регулирования расхода, расположенным за фильтром по потоку, расположен фильтр 7, препятствующий поступлению с топливом в топливный насос 1 посторонних веществ и таким образом предотвращающий возникновение неисправностей, например поломок топливного насоса вследствие попадания в топливный насос посторонних веществ.
Кроме того, клапан 6 регулирования расхода может быть выполнен, например, в виде электромагнитного пропорционального клапана-регулятора. Клапан 6 регулирования расхода корректирует свое состояние по приложенному напряжению в соответствии с рабочим режимом двигателя внутреннего сгорания или потребным давлением в топливном аккумуляторе, таким образом обеспечивая регулирование количества топлива, нагнетаемого топливным насосом 1.
Кроме того, топливный аккумулятор 3 может выдерживать давление накапливаемого в нем топлива, составляющее до 2000 бар или более, причем давлением топлива, содержащегося под давлением в топливном аккумуляторе, управляют через подачу топливного насоса 1. Для управления давлением топлива в топливном аккумуляторе 3 также может быть предусмотрен электромагнитный клапан управления давлением.
Кроме того, форсунка 2 имеет рабочую головку, обеспечивающую распыливание топлива под высоким давлением путем открытия и закрытия игольчатого клапана, и монтажную часть, содержащую электромагнитный клапан для управления противодавлением на игольчатом клапане. Топливо высокого давления подается из топливного аккумулятора 3 в камеру противодавления, расположенную в монтажной части, при этом давление подачи топлива является противодавлением на игольчатом клапане. Сообщение между камерой противодавления и каналом слива топлива (на чертеже не показан) блокируется электромагнитным клапаном. Таким образом, управляя противодавлением, приложенным к игольчатому клапану, а также открывая и закрывая игольчатый клапан, можно точно регулировать количество впрыскиваемого топлива.
На фиг. 2 представлен вид предлагаемого в изобретении топливного насоса 1 в сечении плоскостью, проходящей вдоль осевого направления плунжера 13. Топливный насос 1 содержит корпус 11, имеющий камеру 11b кулачкового механизма, в которой с возможностью вращения установлен кулачок 20, и полость 11a цилиндра, выполненную так, чтобы сообщаться с камерой 11b кулачкового механизма, а также головку 12 цилиндра, установленную на полость 11a цилиндра. Плунжер 13 установлен с возможностью перемещения в направляющем отверстии 12a, выполненном в направляющей плунжер части 12 с головки 12 цилиндра, выдающейся из поверхности головки 12 цилиндра, обращенной к корпусу 11 насоса, в сторону камеры 11b кулачкового механизма и расположенной соосно с полостью 11a цилиндра. На конце плунжера 13, расположенном со стороны кулачка 20, закреплено седло 19 возвратной пружины плунжера. Кроме того, в полости 11a цилиндра расположена возвратная пружина 15 плунжера, оба конца которой расположены между седлом 19 возвратной пружины и головкой 12 цилиндра. Таким образом, плунжер 13, соединенный с седлом 19 своей возвратной пружины, поджат пружиной в направлении нижней (на чертеже) стороны, где расположен кулачок 20.
Кроме того, между плунжером 13 и кулачком 20 расположен толкатель 18 плунжера. Во время вращения кулачка 20 толкатель 18 плунжера толкает плунжер 13 вверх (на чертеже), преодолевая силу упругости возвратной пружины 15 плунжера. Толкатель 18 плунжера, используемый в предлагаемом в изобретении топливном насосе 1, выполнен таким образом, что он содержит ролик 17 и корпус 16. Корпус 16 толкателя имеет удерживающую ролик часть, обеспечивающую установку ролика 17 с возможностью его обкатывания по кулачку, и цилиндрическую часть, находящуюся в скользящем контакте с внутренней боковой поверхностью, или стенкой, полости 11a цилиндра.
Возможности выполнения толкателя плунжера не ограничиваются рассматриваемым вариантом. Например, можно использовать толкатель плунжера, у которого ролик снабжен шейками, а удерживающая ролик часть сопряжена с шейками роликами, не соприкасаясь с боковой поверхностью ролика.
В цилиндрической части корпуса 16 толкателя расположены направляющие участки 16a, и в цилиндрической части направляющего кольца 26, зафиксированного в полости 11a цилиндра, расположены направляющие участки 26a. Направляющие участки 16a, находящиеся на стороне толкателя плунжера, и направляющие участки 26a, находящиеся на стороне направляющего кольца, образуют направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера в первом варианте осуществления изобретения. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера подробнее рассматривается ниже.
В головке 12 цилиндра и корпусе 11 насоса расположен канал подачи топлива (на чертеже не показан), по которому топливо подводится к впускному топливному клапану 24, расположенному внутри головки 12 цилиндра. Впускной топливный клапан 24 зажат и зафиксирован резьбовой пробкой 22 таким образом, чтобы перекрывать направляющее отверстие 12a, проходящее внутри головки 12 цилиндра. На внешней боковой поверхности резьбовой пробки 22 и на внутренней боковой поверхности гнезда в головке 12 цилиндра, где расположен впускной топливный клапан 24, выполнена резьба. Резьбовая пробка 22 ввернута в головку 12 цилиндра, причем между этими деталями расположено уплотнительное кольцо 23 для предотвращения просачивания топлива.
Помимо впускного топливного клапан 24, расположенного таким образом, чтобы перекрывать направляющее отверстие 12a, топливный насос содержит выпускной топливный клапан 26, расположенный в выходном топливном канале 12b, выполненном над внутренней боковой поверхностью направляющего отверстия 12a, и плунжер 13 делит направляющее отверстие 12a на разобщенные пространства с образованием напорной камеры 14. Тогда во время движения плунжера 13 вниз (на чертеже) впускной топливный клапан 24 под действием возникающего в напорной камере 14 разрежения открывается, и в напорную камеру 14 поступает топливо низкого давления, подаваемое низконапорным подкачивающим насосом 5. И наоборот, во время движения плунжера 13 вверх (на чертеже) впускной топливный клапан 24 закрыт, в результате чего давление топлива в напорной камере 14 повышается, и открывается выпускной топливный клапан 25. Таким образом, на выходе насоса топливо нагнетается под высоким давлением в топливный аккумулятор 3.
Общая конструкция предлагаемого в изобретении топливного насоса описана на примере насоса, изображенного на фиг. 2. Однако возможности выполнения топливного насоса не ограничиваются этим примером. Например, топливный насос может иметь конструкцию, обеспечивающую возвратно-поступательное движение плунжера за счет вращения кольцевого кулачка. Кроме того, топливный насос может иметь конструкцию, предусматривающую наличие нескольких напорных камер, распределенных в осевом направлении кулачкового вала.
На фиг. 3-7 представлены варианты выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера, реализованные в предлагаемом в настоящем изобретении топливном насосе. Ниже описываются соответствующие варианты осуществления изобретения с первого по пятый.
1. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера в первом варианте осуществления изобретения
На фиг. 3 представлено перспективное изображение толкателя 18 плунжера и направляющего кольца 26, являющихся основными составными частями топливного насоса, показанного на фиг. 2, и направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера в первом варианте осуществления изобретения. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера в первом варианте осуществления изобретения описывается ниже со ссылкой на фиг. 2.
Направляющее кольцо 26 имеет наружный диаметр, по существу равный диаметру полости 11a цилиндра в корпусе 11 насоса, и зафиксировано в полости 11a цилиндра за счет прессовой посадки. На цилиндрической части направляющего кольца 26 имеются направляющие участки 26a, выступающие вертикально вниз от полости 11a цилиндра и расположенные в двух местах, разделенных в окружном направлении равными интервалами, т.е. равномерно распределенных по окружности направляющего кольца. Кроме того, в цилиндрической части корпуса 16 толкателя 18 плунжера имеются направляющие участки 16a, представляющие собой выемки, выполненные вертикально в двух местах с возможностью их сопряжения в осевом направлении с соответствующими направляющими участками 26a, выполненными в двух местах направляющего кольца 26.
Глубина выемки, образующей направляющий участок 16a, находящийся на стороне толкателя плунжера, и длина выступающего направляющего участка 26a, находящегося на стороне направляющего кольца, выбраны таким образом, чтобы превышать длину хода плунжера топливного насоса 1. Таким образом, отрегулировав должным образом положение направляющего кольца 26, в котором оно зафиксировано в полости 11а цилиндра, можно обеспечить постоянное нахождение направляющих участков 16a, находящихся на стороне толкателя плунжера, в скользящем сопряжении с направляющими участками 26a, находящимися на стороне направляющего кольца, в любой фазе движения толкателя 18 плунжера между его нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой.
Соответственно, в первом варианте выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера, в котором направляющие участки 26a, находящиеся на стороне толкателя плунжера, и направляющие участки 16a, находящиеся на стороне направляющего кольца, расположены по меньшей мере в двух местах, разделенных равными интервалами по окружности цилиндрической поверхности направляющего кольца 26 и толкателя 18 плунжера, толкатель имеет лучшую весовую балансировку, чем в случае устройства, направляющего движение толкателя только с одной стороны, а силы сопротивления скольжению, действующие при совершении толкателем плунжера возвратно-поступательного движения в полости цилиндра, в большей степени равны друг другу. Таким образом, уменьшается неуравновешенность движения толкателя плунжера. Это устраняет неравномерность контакта толкателя плунжера с полостью цилиндра при скольжении толкателя в полости цилиндра. Соответственно, возвратно-поступательное движение толкателя плунжера остается стабильным даже во время работы топливного насоса с высокой скоростью. Это предотвращает нарушение плавности скольжения толкателя плунжера.
Кроме того, изобретение позволяет обойтись без направляющего толкатель паза, выполняемого на внутренней боковой поверхности полости 11a цилиндра в корпусе 11 насоса и ориентированного в осевом направлении. Это упрощает форму направляющего устройства. Соответственно, отпадает необходимость в дорогостоящем обрабатывающем оборудовании, которое потребовалось бы для выполнения направляющего толкатель паза. Это позволяет сократить затраты на производство топливного насоса в целом.
Кроме того, в первом варианте выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера отсутствует направляющий палец или штифт, проходящий через корпус насоса, и не требуется выполнение сквозного отверстия в корпусе насоса. Соответственно, исключена возможность просачивания смазки из такого сквозного отверстия наружу насоса.
В первом варианте осуществления изобретения, в котором направляющее кольцо 26 установлено по прессовой посадке, или запрессовано, в полость 11a цилиндра, материал направляющего кольца 26 идентичен материалу корпуса 11 насоса. Поэтому даже если во время работы топливного насоса 1 в корпусе 11 насоса возникает изменение температуры, направляющее кольцо 26, неподвижно установленное в полости 11a цилиндра корпуса 11 насоса за счет прессовой посадки, расширяется и сокращается подобно корпусу 11 насоса, чем обеспечивается постоянство силы зажима направляющего кольца. Соответственно, это позволяет предотвратить ослабление прессовой посадки направляющего кольца 26 или выскальзывание запрессованного направляющего кольца 26 из полости цилиндра.
2. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера во втором варианте осуществления изобретения
На фиг. 4 показано средство 100 для фиксации направляющего кольца 126 от проворачивания, препятствующее повороту направляющего кольца 126 в окружном направлении в полости 111a цилиндра, т.е. относительно стенки этой полости. На фиг. 4(a) и 4(б) показаны горизонтальная и вертикальная проекции направляющего кольца 126, а на фиг. 4(в) представлен местный вид в сечении основной части топливного насоса 1, в которой установлено направляющее кольцо 126.
Средство 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания включает в себя выступы 126b, которые расположены на цилиндрической части направляющего кольца 126 с его обращенной к головке 12 цилиндра стороны, выдаваясь в радиальном направлении, в двух местах, разделенных равными интервалами, и пазы 111c, выполненные в двух местах стенки полости 111a цилиндра у ее отверстия, обращенного к головке 12 цилиндра, и сопрягаемые с выступами 126b.
Выступы 126b направляющего кольца 126 находятся в тех же угловых положениях, что и направляющие участки 126a, выполненные в двух местах на направляющем кольце и выступающие вертикально вниз из цилиндрической части направляющего кольца 126, т.е. расположены "синфазно". Кроме того, пазы 111c, выполненные в двух местах полости 111a цилиндра, расположены на линии, проходящей в зоне отверстия полости 111a цилиндра параллельно осевой линии кулачкового вала 21. Поэтому при сборке топливного насоса выступы 126b направляющего кольца входят в пазы 111c. Это исключает возможность установки направляющего кольца 126 в полость 111a цилиндра в неправильной ориентации. Кроме того, во время работы топливного насоса исключается возможность проворачивания направляющего кольца 126 вместе с толкателем 118 плунжера.
Выступы 126b, входящие в состав средства 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера во втором варианте осуществления изобретения, заперты в ответных пазах 111c за счет геометрического замыкания. Таким образом, направляющее кольцо 126 зафиксировано от смещения в осевом направлении полости цилиндра. Соответственно, при установке направляющего кольца 126 в полости 111a цилиндра направляющее кольцо 126 можно не сажать в полость 111a цилиндра по прессовой посадке (с натягом). Этим достигается легкость извлечения направляющего кольца 126 из полости 111a цилиндра при техническом обслуживании насоса.
Выступы 126b и пазы 111c, входящие в состав средства 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера во втором варианте осуществления изобретения, выполнены соответственно на направляющем кольце 126 и в полости 111a цилиндра в двух местах. Вместе с тем проворачиванию направляющего кольца 126 в окружном направлении в полости цилиндра, т.е. относительно стенки этой полости, можно в общем случае воспрепятствовать, если средство 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания имеет выступ 126b и паз 111c, расположенные по меньшей мере в одном месте.
Кроме того, в рассмотренном варианте средство 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания включает в себя выступ 126b, выдающийся в радиальном направлении направляющего кольца 126. Вместе с тем возможен вариант, в котором в цилиндрической части направляющего кольца выполнен паз или гнездо под шпонку или штифт, входящий в паз 111с, выполненный в стенке полости 111a цилиндра.
3. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера в третьем варианте осуществления изобретения
На фиг. 5 показано направляющее кольцо 226, которое можно устанавливать в полости цилиндра без фиксации за счет прессовой посадки. На фиг. 5(a) и 5(б) показаны горизонтальная и вертикальная проекции направляющего кольца 226, а на фиг. 5(в) представлен местный вид в сечении основной части топливного насоса 1, в которой установлено направляющее кольцо 226.
На обращенной к головке 212 цилиндра концевой части направляющего кольца 226 расположен упорный бортик 226b, который служит седлом (упором) для возвратной пружины 215 плунжера. В упорном бортике 226b имеется установочное отверстие 226c, в которое вставляется направляющая плунжер часть 212 с головки 212 цилиндра.
Направляющее кольцо 226 расположено в соответствующем месте полости цилиндра, исходя из заданного размера и формы, таким образом, чтобы упорный бортик 226b располагался между возвратной пружиной 215 плунжера и головкой 212 цилиндра и устанавливался между ними. Соответственно, направляющее кольцо 226 не требуется фиксировать в полости цилиндра за счет прессовой посадки. Направляющее кольцо 226 можно просто вставить в полость 211a цилиндра.
Кроме того, после установки головки 212 цилиндра направляющее кольцо 226, вставленное в полость 211a цилиндра, также действует в качестве муфтового соединения (обеспечивающего центрирование соединяемых частей). Направляющее кольцо 226 входит в выемку 212d, выполненную под него в головке 212 цилиндра, а именно в поверхности стыковки головки 212 цилиндра с корпуса 211 насоса. Это обеспечивает соосность направляющего отверстия 212a в головке 212 цилиндра и полости 211a цилиндра в корпусе 211 насоса после сборки.
В третьем варианте осуществления изобретения направляющее кольцо 226 выполнено с расчетом на функционирование в качестве муфтового соединения. Вместе с тем, как и в случае головки 12 цилиндра, соответствующей первому варианту осуществления изобретения, муфтовое соединение может быть обеспечено самой головкой цилиндра.
4. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера в четвертом варианте осуществления изобретения
На фиг. 6 показана головка 312 цилиндра, имеющая направляющее кольцо, выполненное за одно целое с ней. Цилиндрическая часть 326 головки цилиндра, образующая направляющее кольцо, расположена соосно с направляющей плунжер частью 312c головки 312 цилиндра, окружая направляющую плунжер часть 312c головки цилиндра. Для размещения возвратной пружины 315 плунжера внутренний диаметр образующей направляющее кольцо части 326 головки цилиндра превышает диаметр возвратной пружины 315 плунжера. Поскольку образующая направляющее кольцо часть 326 головки цилиндра служит центрирующим элементом муфтового соединения при установке головки 312 цилиндра на полость 311a цилиндра в корпусе 311 насоса, наружный диаметр образующей направляющее кольцо части 326 головки цилиндра по существу равен диаметру полости 311a цилиндра.
На образующей направляющее кольцо части 326 головки цилиндра выполнены направляющие участки 326a, имеющие форму, вертикально выдающуюся вниз от полости цилиндра, и расположенные в двух местах, разделенных равными интервалами. Аналогично другим вариантам осуществления изобретения, в толкателе 318 плунжера выполнены направляющие участки 316a, которые во взаимодействии с направляющими участками 326a, находящимися на стороне направляющего кольца, направляют движение толкателя плунжера.
Что касается метода формования образующей направляющее кольцо части 326 головки цилиндра за одно целое с собственно головкой 312 цилиндра, эти элементы предпочтительно изготавливать в виде цельной отливки. Вместе с тем образующую направляющее кольцо часть 326 головки цилиндра и собственно головку 312 цилиндра можно объединять в единое целое, сначала формуя их по отдельности, а затем соединяя друг с другом сваркой.
5. Направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера в пятом варианте осуществления изобретения
На фиг. 7 показано направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера, в котором направляющие участки 416a, находящиеся на стороне толкателя плунжера, и направляющие участки 426a, находящиеся на стороне направляющего кольца, без необходимости не входят в контакт друг с другом. Пример использования пятого варианта выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера в топливном насосе, показанном на фиг. 2, описывается ниже со ссылкой на фиг. 7 и 2.
В пятом варианте выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера направляющие участки 416a, находящиеся на стороне толкателя плунжера, и направляющие участки 426a, находящиеся на стороне направляющего кольца, имеют сужающуюся форму. Таким образом, особенно на начальной стадии движения толкателя 418 плунжера при его подъеме, т.е. движении вглубь полости цилиндра, направляющий участок 416a, находящийся на стороне толкателя плунжера, не входит в контакт с направляющим участком 426a, находящимся на стороне направляющего кольца, если только толкатель 418 плунжера чрезмерно не провернется. Иначе говоря, направляющий участок 426a, находящийся на стороне направляющего кольца, выполнен таким образом, чтобы входить в контакт с направляющим участком 416a, находящимся на стороне толкателя плунжера, и тем самым направлять движение толкателя плунжера только в случае чрезмерного поворота толкателя 418 плунжера.
Если ролик 417 толкателя 418 плунжера, расположенный между корпусом 416 толкателя и кулачком 20, постоянно находится в состоянии контакта качения с ними, на ролик 417 действует момент силы, стремящийся обеспечить контакт ролика с поверхностью кулачка 20 по линии, параллельной осевой линии кулачкового вала 21. Если, например, ролик продолжает оставаться в этом состоянии, даже когда в смазку или иную среду, находящуюся в камере 11b кулачкового механизма, подметались мелкие посторонние частицы, что приводит к мгновенному повороту толкателя 418 плунжера на некоторый угол ввиду попадания этих посторонних частиц между корпусом 416 толкателя и роликом 417, описанный выше момент силы обеспечивает надлежащий возврат толкателя 418 плунжера в его нормальное положение.
Иначе говоря, направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера, должно останавливать лишь проворачивание толкателя 418 плунжера, не поддающееся коррекции за счет описанного выше момента силы. Легкий же поворот толкателя 418 плунжера, который может быть парирован описанным выше моментом силы, может быть допустимым.
Соответственно, направляющему устройству для направления движения толкателя плунжера не обязательно реагировать на малые, мгновенно происходящие повороты толкателя 418 плунжера. Таким образом, благодаря выполнению направляющих участков 416a, находящихся на стороне толкателя плунжера, сужающейся формы, как это предусмотрено в пятом варианте выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера, допускается небольшой поворот толкателя 418 плунжера вблизи нижней мертвой точки, где толкатель 418 плунжера склонен к легкому повороту. Таким образом, направляющие участки 416a, находящиеся на стороне толкателя плунжера, и направляющие участки 426a, находящиеся на стороне направляющего кольца, без необходимости не входят в контакт друг с другом, и таким образом, не препятствуют скольжению толкателя 418 плунжера. Это также уменьшает изнашивание направляющих участков 416a, находящихся на стороне толкателя плунжера, и направляющих участков 426a, находящихся на стороне направляющего кольца.
Кроме того, в пятом варианте выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера, в котором направляющие участки выполнены сужающейся формы, толкатель 418 плунжера надежно приводится к его нормальному положению вблизи верхней мертвой точки, где толкатель 418 плунжера совершает восходящее (на чертеже) движение, и сила, действующая на толкатель 418 плунжера, увеличивается. Таким образом, толкатель 418 плунжера движется без проворачивания, что также предотвращает чрезмерный износ в сопряжении ролика 417 с кулачком 21.
В ситуации, когда направляющий участок 416a, находящийся на стороне толкателя плунжера, скользит по направляющему участку 426a, находящемуся на стороне направляющего кольца, обеспечивая направление движения толкателя плунжера, направляющий участок 426a, находящийся на стороне направляющего кольца, имеет такую же сужающуюся форму, что и направляющий участок 416a, находящийся на стороне толкателя плунжера. Таким образом, сопряженные направляющие участки контактируют друг с другом своими поверхностями, что исключает концентрацию изнашивания в одной точке.
Сужающуюся форму направляющих участков 416a, находящихся на стороне толкателя плунжера, и направляющих участков 426a, находящихся на стороне направляющего кольца, рассчитывают исходя из максимально допустимого угла поворота толкателя 418 плунжера.
Как было указано выше, в предлагаемом в настоящем изобретении топливном насосе направляющее устройство для направления движения толкателя плунжера выполнено таким образом, чтобы обеспечить уравновешенность движения толкателя. Таким образом исключается неравномерность контакта толкателя плунжера с полостью цилиндра при скольжении толкателя. Соответственно, возвратно-поступательное движение толкателя плунжера остается стабильным даже при движении толкателя с высокой скоростью. Это позволяет предотвратить нарушение плавности скольжения.
В описанном выше первом варианте осуществления изобретения направляющее кольцо 26, входящее в состав направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера, зафиксировано в полости цилиндра за счет прессовой посадки. Однако средства и методы фиксации направляющего кольца не ограничиваются прессовой посадкой. Для такой фиксации могут использоваться различные методы, например фиксация с помощью резьбового соединения или штифта и фиксация сваркой или склеиванием.
Кроме того, в описанном выше втором варианте выполнения направляющего устройства для направления движения толкателя плунжера средство 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания расположено между направляющим кольцом 126 и корпусом 111 насоса. Вместе с тем средство 100 для фиксации направляющего кольца от проворачивания также может быть выполнено с использованием установочного штифта, устанавливаемого между направляющим кольцом 126 и головкой 112 цилиндра.
Кроме того, во всех вариантах осуществления изобретения направляющее устройство может быть выполнено таким образом, чтобы выпуклые направляющие участки находились на стороне направляющего кольца, а вогнутые направляющие участки находились на стороне толкателя плунжера. Вместе с тем, поменяв местами вогнутость и выпуклость формы, направляющее устройство можно выполнить таким образом, чтобы на стороне направляющего кольца находились вогнутые направляющие участки, а на стороне толкателя плунжера - выпуклые направляющие участки.
Например, как показано на фиг. 8 и 9, в направляющих кольцах 526 и 626 могут быть выполнены вогнутые направляющие участки 526a и 626a, а на толкателях 518 и 618 плунжера могут быть выполнены выпуклые направляющие участки 518a и 618a. Такая конфигурация исключает возможность ослабления толкателей 518 и 618 плунжера, что касается их прочности. Таким образом можно обеспечить долговечность толкателей 518 и 618 плунжера.
1. Топливный насос, содержащий:
- корпус;
- головку цилиндра, установленную на полость цилиндра, выполненную в корпусе насоса;
- плунжер, установленный с возможностью перемещения в направляющем отверстии, выполненном в головке цилиндра;
- толкатель плунжера, установленный с возможностью перемещения в полости цилиндра;
- кулачковый вал, установленный с возможностью вращения в камере кулачкового механизма, выполненной в корпусе насоса так, чтобы сообщаться с полостью цилиндра;
- кулачок, выполненный за одно целое с кулачковым валом; и
- возвратную пружину плунжера, расположенную между головкой цилиндра и толкателем плунжера;
причем:
- толкатель плунжера содержит цилиндрический корпус и ролик,
- в полости цилиндра зафиксировано цилиндрическое направляющее кольцо и
- корпус толкателя и цилиндрическая часть направляющего кольца имеют направляющие участки, сопрягаемые в осевом направлении и расположенные по меньшей мере в двух местах, разделенных равными интервалами.
2. Топливный насос по п. 1, содержащий средство для фиксации направляющего кольца от проворачивания, расположенное между направляющим кольцом и корпусом насоса и/или головкой цилиндра.
3. Топливный насос по п. 1, в котором направляющее кольцо имеет упорный бортик, который служит седлом для возвратной пружины плунжера и расположен между возвратной пружиной плунжера и головкой цилиндра.
4. Топливный насос по п. 1, в котором направляющее кольцо сформировано как единое целое с головкой цилиндра.
5. Топливный насос по любому из пп. 1-4, в котором направляющие участки, находящиеся на стороне толкателя плунжера, имеют сужающуюся форму.
6. Топливный насос по любому из пп. 1-4, в котором направляющие участки, находящиеся на стороне направляющего кольца, выполнены вогнутой формы, а направляющие участки, находящиеся на стороне толкателя плунжера, выполнены выпуклой формы.
