ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к производству топливных насосов высокого давления.
Уровень техники.
Из уровня техники известно техническое решение по патенту на изобретение GB2578166(A), DELPHI TECH IP LTD [BB], F02M 55/04, F02M 63/00, F02M 63/02, F02M 55/02, опубл. 22.04.2020 г., относящегося к топливному насосу, в котором представлено описание узла топливного насоса для управления потоком топлива под давлением в объеме топлива Common Rail, содержащего: корпус насоса, в котором сформированы впускной и выпускной каналы; седло клапана, образованное в корпусе насоса; клапан, расположенный в корпусе насоса и имеющий закрытое положение для контакта с седлом клапана, чтобы предотвратить прохождение топлива через выпускное отверстие; упор клапана, выполненный с возможностью взаимодействия с клапаном, когда клапан находится в открытом положении; пружина, выполненная с возможностью прижимать клапан к седлу клапана; и демпфер, выполненный с возможностью демпфирования движения клапана, когда он движется к упору клапана; причем демпфер образован за одно целое с клапаном. Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: узел топливного насоса (или насосная секция), входящий в состав топливного насоса, для управления потоком топлива под давлением; корпус насоса, в котором сформированы впускной и выпускной каналы; седло клапана, образованное в корпусе насоса; клапан, расположенный в корпусе насоса и имеющий закрытое положение для контакта с седлом клапана, чтобы предотвратить прохождение топлива через выпускное отверстие; упор клапана, выполненный с возможностью взаимодействия с клапаном, когда клапан находится в открытом положении; пружина, выполненная с возможностью прижимать клапан к седлу клапана.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является техническое решение по патенту РФ на изобретение №2559095, РОБЕРТ БОШ ГМБХ (DE), F02M 59/36, F02M 59/46, F16K 31/06, опубл. 10.08.2015 г., в котором представлено описание насоса (1) высокого давления, прежде всего радиально-поршневого или рядного поршневого насоса для систем впрыскивания топлива в двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением от сжатия, имеющего, по меньшей мере, одну головку (2) цилиндра и один насосный узел (6), при этом головка (2) цилиндра имеет цилиндрическое отверстие (4), в котором с возможностью направленного перемещения установлен плунжер (5) насосного узла (6) и в котором этот плунжер (5) ограничивает надплунжерное пространство (12), а также предусмотрен интегрированный в головку (2) цилиндра впускной клапан (20), который позволяет подавать через него топливо в надплунжерное пространство (12) и путем управления которым возможно дозирование подаваемого в надплунжерное пространство (12) топлива. Общими признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: насос высокого давления для впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания; насосный узел (насосная секция); головка цилиндра (втулка плунжера), имеющая цилиндрическое отверстие, в котором с возможностью направленного перемещения установлен плунжер, ограничивающий надплунжерное пространство; впускной клапан, предусмотренный в головке цилиндра (втулка плунжера), который позволяет подавать через него топливо в надплунжерное пространство.
Общей технической проблемой, которая не могла быть решена при использовании вышеописанных аналога и прототипа является высокая интенсивность износа контактирующих рабочих поверхностей впускного клапана и седла впускного клапана вследствие соударений, возникающая из-за высокоцикличного характера работы клапана (частота циклов порядка 100 Гц) при работе топливного насоса высокого давления, вследствие того, что седло впускного клапана установлено во втулке плунжера таким образом, что запорная поверхность впускного клапана в вышеописанных конструкциях находится в полости впускного клапана, совмещенной с надплунжерным пространством, направления движения впускного клапана при закрытии и волны давления, создаваемой плунжером, при этом совпадают, что приводит к чрезмерному ускорению движения впускного клапана в процессе его закрытия и, как следствие, к удару клапана о седло с чрезмерно высокой скоростью.
Раскрытие сущности полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является снижение интенсивности износа контактирующих рабочих поверхностей впускного клапана и седла впускного клапана, возникающей при работе топливного насоса высокого давления. Технический результат достигается за счет выполнения конструкции топливного насоса высокого давления, содержащего, по меньшей мере, одну насосную секцию, которая включает втулку плунжера, плунжер, ограничивающий надплунжерное пространство, впускной клапан, седло впускного клапана, установленное во втулке плунжера, выпускной клапан, при этом седло впускного клапана в насосной секции установлено таким образом, что запорная поверхность седла находится в отдельно расположенной полости впускного канала, отделенной от надплунжерного пространства одним или несколькими сквозными каналами, выполненными в седле, суммарное проходное сечение которых меньше площади поперечного сечения плунжера, а впускной клапан выполнен с возможностью однонаправленного движения при его закрытии навстречу волне давления, создаваемой плунжером и исходящей из сквозных каналов в полость впускного клапана.
Снижение интенсивности износа контактирующих рабочих поверхностей впускного клапана и седла впускного клапана, возникающей при работе топливного насоса высокого давления, обеспечивается за счет установки седла впускного клапана во втулке плунжера таким образом, что запорная поверхность седла находится в отдельно расположенной полости впускного канала, отделенной от надплунжерного пространства одним или несколькими сквозными каналами, выполненными в седле, суммарное проходное сечение которых меньше площади поперечного сечения плунжера, и выполнения впускного клапана с возможностью однонаправленного движения при его закрытии навстречу волне давления, создаваемой плунжером и исходящей из сквозных каналов в полость впускного клапана, за счет чего впускной клапан в процессе закрытия движется навстречу волне давления, создаваемой плунжером, и процесс посадки клапана не интенсифицируется выше описанной волной, в процессе закрытия впускного клапана создается эффект дросселирования потока топлива, поступающего из надплунжерного пространства в полость впускного клапана, что способствует гашению волны давления в полости впускного клапана и более плавной посадке клапана на седло, уменьшению силы удара и контактных напряжений в зоне контакта рабочих поверхностей впускного клапана и седла впускного клапана.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен фрагмент топливного насоса высокого давления в разрезе (включая насосную секцию и механизм привода плунжера), на фиг. 2 представлен выносной элемент А - фрагмент топливной секции в зоне впускного клапана в разрезе в увеличенном масштабе.
Позициями на фигурах обозначены:
1 - корпус насоса,
2 - насосная секция,
3 - механизм привода плунжера,
4 - втулка плунжера,
5 - плунжер,
6 - седло впускного клапана,
7 - впускной клапан,
8 - пружина впускного клапана,
9 - пробка впускного клапана,
10 - выпускной клапан,
11 - пружина выпускного клапана,
12 - регулировочная втулка выпускного клапана,
13 - упор выпускного клапана,
14 - штуцер,
15 - надплунжерное пространство,
16 - центральное глухое отверстие,
17 - запорная поверхность седла,
18 - полость впускного клапана,
19 - сквозные каналы,
20 - радиальные каналы,
21 - подводящий канал,
22 - центральное глухое цилиндрическое отверстие со ступенью,
23 - канавки,
24 - вал,
25 - толкатель плунжера,
26 - пружина толкателя плунжера,
27 - кулачок,
28 - полость выпускного клапана.
Осуществление полезной модели.
Топливный насос высокого давления (далее насос) содержит корпус насоса 1 с установленной в нем, по меньшей мере, одной насосной секцией 2 и механизмом привода плунжера 3. Насосная секция 2 включает втулку плунжера 4, плунжер 5, седло впускного клапана 6, впускной клапан 7, пружину впускного клапана 8, пробку впускного клапана 9, выпускной клапан 10, который при движении плунжера 5 вниз закрыт высоким давлением, постоянно действующим в полости выпускного клапана 28, пружину выпускного клапана 11, регулировочную втулку выпускного клапана 12, упор выпускного клапана 13, штуцер 14. Впускной клапан 7, выполнен в виде диска с плоской запирающей торцовой поверхностью, имеющий цилиндрическую боковую поверхность со ступенью. Участок меньшего диаметра, сопряженный с нерабочим торцом впускного клапана 7, служит для установки пружины впускного клапана 8 на впускной клапан 7. Седло впускного клапана 6, установленное во втулке плунжера 4, и ограничивающее надплунжерное пространство 15, выполнено в виде плоской шайбы с центральным глухим отверстием 16, выходящим к плоской торцовой запорной поверхности седла 17. Седло впускного клапана 6 в насосной секции 2 установлено таким образом, что запорная поверхность седла находится в отдельно расположенной полости впускного канала 18, отделенной от надплунжерного пространства 15. В седле впускного клапана 6 для соединения полости впускного клапана 18, находящейся над седлом 6, с надплунжерным пространством 15, выполнен один или несколько дополнительных сквозных каналов 19, имеющих суммарную площадь проходного сечения меньше, чем площадь поперечного сечения плунжера 5. Впускной клапан 7 выполнен с возможностью однонаправленного движения при его закрытии навстречу волне давления, создаваемой плунжером 5 и исходящей из сквозных каналов 19 в полость впускного клапана 18. В седле впускного клапана 6 выполнены также один или несколько радиальных каналов 20, через которые топливо по соединенному с ними подводящему каналу 21, попадает в центральное глухое отверстие 16, расположенное в седле впускного клапана 6. В пробке впускного клапана 9 выполнено центральное глухое цилиндрическое отверстие со ступенью 22. Участок меньшего диаметра, сопряженный с дном отверстия, служит для центрирования возвратной пружины впускного клапана 8. Участок большего диаметра служит для центрирования впускного клапана 7 относительно седла впускного клапана 6. На цилиндрической поверхности большего диаметра выполнены одна или несколько канавок 23, выравнивающих давление над и под впускным клапаном 7 при его движении. В состав механизма привода плунжера 3 входит вал 24, толкатель плунжера 25 с пружиной толкателя плунжера 26. Вал 24, который может быть выполнен кулачковым или эксцентриковым, смонтирован в корпусе 1 на подшипниках (на чертеже не показаны), кулачок 27 вала 24 контактируют с толкателем плунжера 25, установленным в направляющей корпуса 1 и поджимаемым пружиной толкателя плунжера 26.
Топливный насос высокого давления работает следующим образом.
В процессе работы топливного насоса высокого давления, содержащего корпус насоса 1 с установленной в нем, по меньшей мере, одной насосной секцией 2 и механизмом привода плунжера 3 при вращении вала 24 (кулачковый или эксцентриковый) в соответствии с профилем кулачка 27, который контактирует с толкателем плунжера 25, под действием пружины толкателя плунжера 26 происходит циклическое движение толкателя 25 и связанного с ним плунжера 5 вверх и вниз, при этом происходят чередующиеся процессы открытия и закрытия впускного клапана 7 и выпускного клапана 10. При движении плунжера 5 вниз происходит открытие впускного клапана 7 за счет разрежения, создаваемого плунжером 5, и избыточного давления (порядка 0,3 МПа), создаваемого внешним подкачивающим насосом (на чертеже не показан) в подводящем канале 21 перед впускным клапаном 7, и наполнение топливом надплунжерного пространства 15, через открытый впускной клапан 7 и сквозные каналы 19. Выпускной клапан 10 при движении плунжера 5 вниз закрыт высоким давлением, постоянно действующим в полости выпускного клапана 28. При движении плунжера 5 вверх он начинает сжимать топливо в надплунжерном пространстве 15, при этом происходит закрытие впускного клапана 7 пружиной впускного клапана 8. Волна давления, создаваемая движущимся вверх плунжером 5, ускоряет процесс посадки впускного клапана 7 незначительно. Кинетическая энергия впускного клапана 7 в момент посадки на седло 6 снижается за счет меньшей скорости движения впускного клапана 7, что обеспечивается установкой седла впускного клапана 6 во втулке плунжера 4 таким образом, что выполненное в нем центральное глухое отверстие 16 выходит к плоской торцовой запорной поверхности седла 17, которая находится в отдельно расположенной полости впускного канала 18, отделенной от надплунжерного пространства 15 одним или несколькими дополнительными сквозными каналами 19, снижающими интенсивность волны давления. Суммарная площадь проходного сечения сквозных каналов 19 меньше, чем площадь поперечного сечения плунжера 5, за счет чего в процессе закрытия впускного клапана 7 создается эффект дросселирования потока топлива, поступающего из надплунжерного пространства 15 в полость выпускного клапана 18, что способствует гашению волны давления в полости впускного клапана 18 и более плавной посадке впускного клапана 7 на седло впускного клапана 6. Интенсивность волны давления, создаваемой движущимся вверх плунжером 5, снижается и разгрузочными канавками 23, выполненными на цилиндрической поверхности центрального глухого цилиндрического отверстия 22, расположенного в пробке впускного клапана 9. Впускной клапан 7 в процессе закрытия движется навстречу волне давления, создаваемой плунжером, и процесс посадки впускного клапана 7 не интенсифицируется указанной волной, а происходит более плавно, главным образом, под действием пружины впускного клапана 8 (запорной пружины), вследствие чего уменьшается сила удара и контактные напряжения, превышение которых сверх допустимых пределов приводит к интенсивному износу впускного клапана 7 и седла впускного клапана 6. Топливо по соединенному с ними подводящему каналу 21 попадает в центральное глухое отверстие 16, расположенное в седле впускного клапана 6, через радиальные каналы 20 (один или несколько), выполненные в седле впускного клапана 6. Когда давление в надплунжерном пространстве 15 превышает давление в полости выпускного клапана 28 за выпускным клапаном 10, происходит открытие выпускного клапана 10 и вытеснение плунжером 5 топлива из надплунжерного пространства 15 в полость выпускного клапана 28, откуда через отверстия в регулировочной втулке 12, упоре 13 и штуцере 14 топливо поступает в аккумулятор высокого давления (на чертеже не показан). При уменьшении скорости движения плунжера 5 в соответствии с профилем кулачка 27 давление топлива в надплунжерном пространстве 15 становится равным давлению топлива в полости выпускного клапана 28, вследствие чего происходит закрытие выпускного клапана 10 пружиной выпускного клапана 11, при этом плунжер 5 в соответствии с профилем кулачка 27 и под действием пружины толкателя плунжера 26 начинает движение вниз, и весь цикл повторяется снова.