КЛАПАН ТОПЛИВНОГО НАСОСА С НАПРАВЛЯЮЩИМ СТЕРЖНЕМ, СОПРЯЖЕННЫМ С ВЫСТУПАМИ ЕГО КОЛОДЦА

Полезная модель относится к системам питания двигателей внутреннего сгорания, в частности, к конструкциям клапанов топливных насосов.
Известны конструкции всасывающих и нагнетательных клапанов (Маркеев В.В., Акопов В.А. Устройство и работа элементов топливной системы автомобильных карбюраторных двигателей. Ташкент - «Мехнат», 2000 г. стр.13-14), включающие текстолитовую шестигранную запорную пластину, поджимаемую при помощи пружины к седлу, запрессованному в колодец головки топливного насоса. Пружина фиксируются специальным направляющим стержнем, отлитым в головке насоса и расположенным по оси колодца, который одновременно служит ограничителем хода клапана. Колодец имеет форму цилиндра, поверхность которого является направляющей для свободно установленного «плавающего» запорного элемента, а минимальное проходное сечение канала клапана образуется за счет шести сегментов. При такой конструкции колодца клапана достаточна высока вероятность прекоса и заклинивания запорного элемента.
Также известна конструкция клапана топливного насоса с круглым запорным элементом клапана, у которого поперечное сечение канала колодца имеет форму круга с выступами, внутренняя граница которых находится на концентрично расположенной окружности (Локшин А.И. "Системы питания "ЖИГУЛЕЙ и САМАР" Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение СП "РЕТУР" 1990 г. 64 с. с илл.), принятая в качестве прототипа. В предложенной конструкции колодца не определено рациональное расположение выступов в колодце клапана относительно перемычек с помощью которых направляющий стержень крепится к боковой стенке колодца. Поэтому при использовании конструкции колодца с произвольным взаимным расположением выступов и перемычек в колодце клапана в потоке топлива, протекающего через него, повышается вероятность появления возмущений, возникающих между выступами колодца и перемычками, с помощью которых наплавляющий стержень крепится к стенкам колодца. Использования такой конструкции колодца может приводить к появлению кавитации и повышению гидравлического сопротивления в колодце клапана, что снижает производительность топливного насоса, также повышается вероятность перекоса запорного элемента клапана.
Задачей полезной модели является увеличение производительности, повышение надежности в работе клапана топливного насоса.
Вышеуказанная задача решается с помощью клапана топливного насоса, включающего цилиндрический колодец с тремя выступами на внутренней поверхности. При этом по центральной оси колодца расположено седло клапана и специальный направляющий стержень, на который надета пружина, прижимающая к седлу клапана запорный элемент. В соответствии с полезной моделью выступы в колодце выполнены продольными и заглублены во внутрь колодца. Верхнее основание направляющего стержня расположено ниже верхних торцов выступов, при этом сам направляющий стержень соединен с выступами с помощью расположенных ниже по направляющему стержню трех перемычек, служащих опорой для пружины.
Использование колодца с предлагаемым взаимным расположением элементов клапана внутри колодца обеспечивает увеличение производительности за счет снижения гидравлического сопротивления потоку топлива в колодце в результате образования в нем трех полостей, ограниченных внутренней стенкой колодца, поверхностью направляющего стрежня, ограниченных с боковых сторон выступами к которым примыкают перемычки, служащие для крепления направляющего стержня. Соединение направляющего стержня со стенкой колодца через выступы в нем обеспечивает снижение гидравлического сопротивления протеканию топлива через колодец клапана и увеличивает производительность клапана насоса. Наличие выступов повышает надежность крепления седла клапана, кроме того, выполнение их продольными обеспечивает центрирование запорного элемента при закрытии или открытии клапана. Расположение ниже по направляющему стержню трех перемычек, соединенных с выступами, позволяет разместить на направляющем стержне пружину запорного элемента клапана.
Рационально выполнять колодец топливного насоса с выступами, нижние торцы которых вместе с нижними основаниями перемычек находятся в одной плоскости с нижним основанием цилиндрического колодца, что упрощает изготовление колодца и позволяет уменьшить его размеры.
Выступы рационально выполнять шириной Lв, рассчитанной из соотношения 0,7≤Lв/Rк≤1,1, где Lв ширина выступа, a Rк радиус колодца. Экспериментально установлено, что если выступы очень узкие и Lв/Rк меньше чем 0,7, то запорный элемент хуже центрируется и начинает чаще застревать при открытии или закрытии клапана. Выполнение выступов широкими при Lв/Rк большей чем 1,1 приводит к увеличению гидравлического сопротивления и снижению эффективности работы трех полостей колодца.
Наиболее оптимальной высоту выступов Нв рационально выбирать из соотношения 0,14≤Hв/Rк≤0,17, где Rк радиус колодца. Выполнение выступов очень малой высоты, Hв/Rк меньше чем 0,14, приводит к ненадежности крепления седла клапана при запрессовке. Выполнение выступов очень большой высоты, Hв/Rк больше чем 0,17, снижает эффективный размер проходного сечения седла клапана, что существенно ухудшает его производительность.
Радиус направляющего стержня Rс наиболее оптимально выбирать из соотношения 0,35≤Rc/Rк≤0,5, где Rс радиус окружности поперечного сечения направляющего стержня. Если стержень выполняется очень толстым, Rс/Rк больше 0,5, то это будет приводить к существенному увеличению гидравлического сопротивления топливу при прохождении его через клапан. Если стержень выполнять очень тонким, Rс/Rк меньше, чем 0,35, то снижается его механическая надежность и повышается вероятность перекоса запорного элемента.
Радиус запорного элемента Rэ наиболее оптимально выбирать из соотношения 1,05≤Rэ/Rк≤1,1, где Rэ - радиус окружности поперечного сечения запорного элемента, Rк - радиус колодца. Если запорный элемент выполнен большого диаметра и Rэ/Rк меньше чем 1,05, то повышается вероятность застревания запорного элемента в колодце клапана. Если запорный элемент выполнен меньшего диаметра и Rэ/Rк больше чем 1,1, то повышается вероятность перекашивания и заклинивания запорного элемента.
Рисунки и чертежи.
Рис 1. Продольный разрез колодца клапана топливного насоса.
Рис 2. Поперечный разрез колодца клапана топливного насоса А-А с открытым запорным элементом.
Рис 3. Поперечный разрез колодца клапана топливного насоса Б-Б ниже открытого запорного элемента.
Клапан топливного насоса (рис.1, 2, 3), включает цилиндрический колодец 1 с установленным по центральной оси колодца седлом клапана 2, опирающимся на верхние торцы 3 трех заглубленных во внутрь колодца 1 выступов 4. П оси колодца расположен направляющий стержень 5, верхнее основание 6 которого расположено ниже верхних торцов 3 выступов колодца 4. В нижней части колодца с помощью перемычек 7 направляющий стержень 5 прикреплен к выступам 4 боковой стенки колодца 1. Нижние торцы 8 выступов 4, вместе с нижними основаниями 9 перемычек 7 находятся в одной плоскости с нижним основанием 10 цилиндрического колодца 1. Перемычки 7 служат основанием для пружины 11 запорного элемента 12.
Клапан имеет следующие геометрические параметры:
- радиус Rэ запорного элемента равен - 5,3 мм,
- радиус Rк колодца 1 равен - 6,8 мм,
- высота Нв выступов 4 равна - 1,1 мм,
- ширина Lв выступа равна - 6 мм,
- ширина перемычек 7 равна - 2,5 мм,
- радиус Rс направляющего стержня 5 равен - 3 мм.
Клапан топливного насоса работает следующим образом под напором топлива приходит поджатие пружины 11 и открытие запорного элемента топлива 12 до его упора в верхнее основание 6 направляющего стержня 5. При этом топливо через отверстие в седле клапана 13 и щель между запорным элементом 12 и стенкой колодца 1 попадает в три полости 14 образованные стенкой колодца 1 направляющим стержнем 5 и выступами в 4 и перемычками 7. Откуда через выходное отверстие 15 вытекает из клапана.
Колодец топливного насоса вместе с направляющим элементом обычно отливают в головке топливного насоса (не показано).
Использование предлагаемых клапанов в топливных насосах позволило поднять их производительность на 5-7% и повысить наработку на отказ в 1,4 раза.