ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к дизельному двигателестроению, а именно к топливным насосам высокого давления топливных систем типа Common Rail (далее - ТНВД).
На практике часто возникает задача уплотнения гидравлических контуров высокого давления.
Патент RU 88096 раскрывает конструкцию разъемного соединения, где применено составное уплотнительное кольцо, наружная часть которого изготовлена из полиамидных материалов, например, из капролона, а внутренняя часть - из стали, причем части кольца установлены соосно друг другу с натягом (пат. RU 88096, 27.10.2009. Бюл. №30). По известному решению, внутренняя часть составного уплотнительного кольца имеет в поперечном сечении ребро жесткости и снабжено кольцевыми упругими губками и коническими уплотнительными поверхностями. Ограничение деформации наружной части составного уплотнительного кольца обеспечивается за счет использования специальной детали - упора, с внутренней поверхностью которого ребро жесткости составного уплотнительного кольца сопрягается по скользящей посадке.
К недостаткам известного решения относится наличие ребра жесткости, являющегося кольцевым выступом на наружной поверхности составного уплотнительного кольца, который легко повредить как перед, так и во время установки. В этом случае обеспечить скользящую посадку составного уплотнительного кольца в упоре будет сложно и, в некоторых случаях, невозможно. Кроме того, к недостаткам известного решения относится использование для уплотнения дополнительного элемента - упора, который должен быть выполнен с точностью, достаточной для обеспечения, во-первых, скользящей посадки по составному уплотнительному кольцу и, во-вторых, необходимого усилия прижатия конических поверхностей в ниппелях к коническим уплотнительным поверхностям составного уплотнительного кольца.
Авторское свидетельство SU 1810689 раскрывает конструкцию составного уплотнительного кольца Гамаюнова, содержащего прокладку круглого сечения и охватывающую его наружные поверхности две металлических шайбы Г-образного поперечного сечения (Авт.св. SU 1810689, 23.04.1993. Бюл. №15). По известному решению, с наружной стороны прокладки круглого сечения выполнено углубление для установки металлических шайб. Упомянутые шайбы имеют прорези и устанавливаются в прокладку симметрично относительно средней плоскости углубления.
К недостаткам известного решения относится сложность конструкции, приводящая к усложнению технологии изготовления составного уплотнительного кольца: пресс-форма для прокладки должна иметь соответствующий выступ, а для изготовления металлических шайб, очевидно, требуется два штампа - вырубной и гибочный либо совмещение двух штамповочных операций в одном штампе, что также представляет определенные трудности.
Патент DE 102014225794 раскрывает конструкцию ТНВД, включающую корпус, втулку плунжера, называемую авторами известного решения головкой цилиндра, нагнетательный клапан и уплотнение стыка между корпусом насоса и втулкой плунжера (пат. DE 102014225, 16.06.2016). Втулка плунжера («головка цилиндра») и корпус насоса имеют сопряжение по плоским поверхностям, прилегающим друг к другу при сборке. На привалочной плоскости корпусе насоса выполнена кольцевая канавка, куда при сборке устанавливают уплотнение стыка между корпусом насоса и втулкой плунжера. Уплотнение стыка выполнено в виде кольца круглого сечения.
К недостаткам известного решения относится риск возникновения течи по стыку корпуса насоса и втулки плунжера, поскольку известно, что для давлений жидкости свыше 20 МПа вместе с кольцами круглого сечения рекомендуется устанавливать защитные шайбы (Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общей ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М: Машиностроение, 1986. - 464 с. С. 127). Известно, что защитные шайбы устанавливаются в дополнение к упругим уплотнительным кольцам в виде отдельных деталей. Из иллюстрации к известному решению видно, что кольца круглого сечения установлены без защитных шайб.
Наиболее близким, по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемой полезной модели - является уплотнительный узел, включающий уплотнительное кольцо и охватывающее его снаружи и соединенное с ним кольцо прямоугольной формы (пат. DE 8513179, 25.07.1985). По известному решению, наружное кольцо имеет кольцевой выступ на внутреннем диаметре, предназначенный для размещения внутреннего кольца. Высота наружного кольца близка к высоте внутреннего кольца так, что при сборке внутреннее кольцо деформируется до высоты наружного кольца.
К недостаткам известного решения относится необходимость выполнения кольцевого выступа на внутреннем диаметре наружного кольца, что усложняет технологию изготовления.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание конструкции ТНВД, имеющего технологичное в изготовлении и надежное в эксплуатации уплотнение по стыку между корпусом насоса и втулкой плунжера.
Техническим результатом осуществления предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции уплотнения места пересечения каналов высокого давления, проходящих в корпусе насоса и во втулке плунжера.
Поставленная задача решается за счет применения для уплотнения стыка между корпусом насоса и втулкой плунжера в зоне каналов высокого давления составного уплотнительного кольца, внутренняя часть которого изготовлена из эластомера, наружная часть - из термопласта, обе части образуют соединение с натягом.
Новизной в ТНВД, предлагаемом в качестве настоящей полезной модели, является применение для уплотнения стыка между корпусом насоса и втулкой плунжера в зоне каналов высокого давления составного уплотнительного кольца, внутренняя часть которого изготовлена из эластомера, наружная часть - из термопласта, обе части образуют соединение по переходной посадке.
Указанный признак является новым, существенным, промышленно выполнимым и направлен на решение поставленной полезной моделью технической задачи.
Согласно полезной модели предложен топливный насос высокого давления системы Common Rail, включающий корпус, по меньшей мере, одну втулку плунжера с установленным в ней нагнетательным клапаном и уплотнительное кольцо, установленное в расточку корпуса. Насос дополнительно содержит составное уплотнительное кольцо, выполненное в виде сочетания двух круглых в плане колец прямоугольного поперечного сечения, из которых внутреннее кольцо изготовлено из упругого эластичного материала, а наружное кольцо изготовлено из термопласта, причем наружное кольцо соединено с внутренним кольцом по переходной посадке и установлено в расточку в корпусе насоса в зоне сообщения каналов высокого давления по переходной посадке.
Внутреннее кольцо составного уплотнительного кольца выполняется из фторсиликонового каучука, а наружное кольцо составного уплотнительного кольца выполняется из полиэфирэфиркетона.
Конструкция ТНВД, предлагаемая в соответствии с заявляемой полезной моделью, поясняется чертежами (фиг. 1-3). На чертежах обозначено:
1 - корпус насоса;
11 - канал высокого давления;
2 - втулка плунжера;
21 - канал высокого давления;
3 - нагнетательный клапан;
4 - составное уплотнительное кольцо;
41 - внутреннее кольцо составного уплотнительного кольца;
42 - наружное кольцо составного уплотнительного кольца;
5 - уплотнительное кольцо;
6 - штуцер;
7 - заглушка.
На фиг. 1 показан разрез ТНВД, иллюстрирующий отвод топлива после нагнетательного клапана 3 через штуцер 5.
В корпус 1 насоса установлена втулка 2 плунжера. Втулка 2 плунжера вместе с плунжером (на фигуре позицией не обозначен) образует узел, который в литературе и на практике иногда называют насосной секцией.
Во втулке 2 плунжера установлен нагнетательный клапан 3. Количество нагнетательных клапанов 3 соответствует количеству насосных секций, которое, в свою очередь, определяется особенностями конструкции конкретного насоса.
На фигуре в качестве примера, не исключающего другие варианты исполнения, показан нагнетательный клапан 3 шарикового типа. После нагнетательного клапана 3, в зависимости от особенностей конструкции ТНВД может быть установлен штуцер 5 или пробка 6. В ряде существующих на практике конструкций, отвод топлива от ТНВД происходит через единственный - имеющийся на одной втулке 2 плунжера - штуцер 5. При этом топливо от остальных насосных секций подводится к штуцеру 5 через сообщающиеся каналы высокого давления 11 и 21, выполненные после нагнетательного клапана 3, смотря по ходу топлива в процессе нагнетания, в корпусе насоса и втулках плунжера, соответственно. Вариант насосной секции без штуцера 5 показан на фиг. 2.
На привалочной плоскости корпуса 1 насоса выполнена расточка для установки уплотнения 5.
В зоне выхода канала 11 высокого давления на привалочную плоскость в корпусе 1 насоса выполнена, расточка, где установлено составное уплотнительное кольцо 4. Составное уплотнительное кольцо 4 выполнено в виде двух колец, установленных одно в другое по переходной посадке. Внутреннее кольцо 41 выполнено из эластичного упругого материала.
Предпочтительным является выполнение внутреннего кольца 41 из фторсиликоновых каучуков.
Наружное кольцо 42 выполнено из термопластичного полимера.
Предпочтительным является выполнение наружного кольца 42 из полиэфирэфиркетона.
Оба кольца - 41 и 42 - имеют прямоугольное поперечное сечение.
Высота наружного кольца 42 близка к высоте внутреннего кольца 41. После сборки втулка 2 плунжера деформирует оба кольца - 41 и 42 - с различной степенью деформации, будучи притянута к корпусу 1 насоса до соприкосновения с его привалочной плоскостью.
Топливный насос высокого давления системы Common Rail, предлагаемый в качестве настоящей полезной модели, работает следующим образом.
В процессе нагнетания топливо открывает нагнетательный клапан 3. Если в ТНВД есть насосные секции с установленными пробками 6, топливо после нагнетательных клапанов 3 в этих секциях по каналам 21 и 11 поступает к насосной секции со штуцером 5. По каналу 21 во втулке 2 плунжера насосной секции с установленным штуцером 5 топливо поступает к штуцеру 5. В насосной секции, где имеется штуцер 5, топливо после нагнетательного клапана 3 сразу поступает к штуцеру 5. Направление движения топлива на фиг. показано стрелкой.
Благодаря наличию составного уплотнительного кольца 4 обеспечивается герметичность стыка между корпусом 1 насоса и втулкой 2 плунжера в зоне сообщения каналов высокого давления 11 и 21.
Пример осуществления полезной модели.
2
Изготавливали опытный радиально-плунжерный ТНВД с тремя насосными секциями. Отводящий штуцер был установлен только на одной секции, на двух других установили заглушки. Внутреннее кольцо составного уплотнительного кольца изготовили из фторсиликонового каучука, наружное кольцо составного уплотнительного кольца изготовили из полиэфирэфиркетона. Максимальное давление топлива на испытаниях составляло 2150 кг/см. Течь не обнаружена.
Предлагаемая конструкция топливного насоса высокого давления готовится к внедрению на Алтайском заводе прецизионных изделий.