ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к одноплунжерным насосам высокого давления для впрыска топлива двигателей внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием, в частности, дизельных двигателей, и может быть использовано для комплектации топливных систем тепловозных, судовых и энергетических двигателей.
Известен одноплунжерный топливный насос высокого давления для ДВС, патент на изобретение РФ №2253031, МПК F02M51/04, опубл. 27.05.2005г., бюлл. №15, который содержит корпус насоса с установочными цилиндрическими поверхностями и фланцем, отверстиями для крепления корпуса насоса, плунжер с приводом от роликового толкателя кулачкового вала для нагнетания топлива под высоким давлением, управляющий клапан, расположенный перпендикулярно оси плунжера и взаимодействующий с электромагнитным приводом, возвратной пружиной и упором хода управляющего клапана, а также полости и каналы в корпусе насоса для подвода, отвода и нагнетания топлива. Верхняя часть корпуса насоса с размещенными в ней управляющим клапаном, отверстиями для крепления и полостями для размещения упора управляющего клапана, пружины и тарелки пружины выполнена шириной меньше или равной величине диаметра установочной поверхности корпуса насоса. Расстояние между осями отверстий для крепления насоса в направлении, перпендикулярном оси управляющего клапана, выполнено меньшим диаметра этой же установочной поверхности. Отверстия для крепления в верхней части корпуса выполнены по всей ее высоте. Для уменьшения длины управляющего клапана проставка между корпусами насоса и электромагнита имеет одну торцевую канавку под уплотнительное кольцо, расположенное со стороны электромагнита. Для уплотнения стыка между торцами корпуса насоса и проставкой на торце корпуса насоса выполнена расточка под уплотнительное кольцо, причем со стороны внутреннего диаметра кольцо ограничено тарелкой пружины клапана. При монтаже в корпус многоплунжерного насоса ось его управляющего клапана располагают перпендикулярно продольной оси корпуса многоплунжерного насоса (или кулачкового вала).
Недостатками известного устройства являются:
повышенные габариты и материалоёмкость насоса вследствие размещения топливного штуцера высокого давления соосно плунжеру;
повышенные трудоёмкость изготовления и материалоёмкость насоса вследствие изготовления его корпуса из единой заготовки;
отсутствие ремонтопригодности вследствие невозможности замены прецизионных пар корпус-плунжер и корпус-управляющий клапан при их износе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является одноплунжерный топливный насос высокого давления, патент на изобретение РФ №2247854, МПК F 02 M 59/02, опубл. 10.03.2005 г., бюлл. №7, содержащий корпус с установочными цилиндрической поверхностью и фланцем, плунжер, управляющий клапан с электромагнитным приводом, а также полости и каналы в корпусе для подвода, отвода и нагнетания топлива. Корпус насоса выполнен составным из двух частей, скрепленных резьбовым соединением. В верхней части размещены управляющий клапан, полости низкого давления и каналы для подвода, отвода и нагнетания топлива. В нижней части размещены плунжер, каналы для подвода, нагнетания и отвода дренажного топлива. Резьбовое соединение частей корпуса выполнено с торцевым уплотнением вне зоны размещения плунжера. На верхней части корпуса на ее установочной цилиндрической поверхности выполнены выборки, образующие две разделенные полости низкого давления, одна из которых предназначена для подвода, а другая - для отвода топлива от управляющего клапана. На нижней части корпуса резьбовая часть выполнена вне зоны отверстия для плунжера, а на ее наружной установочной поверхности выполнены лыски под ключ.
Недостатками известного устройства являются:
пониженная надёжность резьбового соединения верхней и нижней частей составного корпуса, а также пониженная надёжность герметизации зазора между ними прокладкой с центральным отверстием, что сокращает срок межремонтной эксплуатации плунжерного насоса;
отсутствие ремонтопригодности вследствие невозможности замены прецизионной пары корпус-управляющий клапан при её износе;
повышенные габариты и материалоёмкость насоса вследствие соосного размещения плунжера и топливного штуцера высокого давления.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надёжности (времени непрерывной работы) плунжерного насоса и электромагнитного управляющего клапана, повышение ремонтопригодности, а также снижение массы и габаритов устройства впрыска топлива.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является повышение надёжности (оцениваемой по времени непрерывной работы) топливного насоса высокого давления.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый топливный насос высокого давления для дизельных двигателей содержит составной корпус с установочными цилиндрической поверхностью и фланцем, плунжер, управляющий клапан с электромагнитным приводом, а также полости и каналы в корпусе для подвода, отвода и нагнетания топлива и отвода утечек топлива. В верхней части корпуса размещён управляющий клапан, расположенный перпендикулярно оси плунжера, включающий электромагнитный привод, возвратную пружину и упор хода управляющего клапана, полости низкого давления и каналы для подвода, отвода и нагнетания топлива. В нижней части корпуса размещены плунжер, каналы для подвода, нагнетания и отвода дренажного топлива. Отличается тем, что верхняя часть насоса включает втулку плунжера, которая содержит расточку и каналы для отвода протечек топлива, причём верхняя часть составного корпуса соединена со втулкой плунжера и втулкой управляющего клапана посредством прессового соединения, а нижняя часть составного корпуса прижимает втулку плунжера к верхней части корпуса, дополнительно фиксируя втулку плунжера от самопроизвольного перемещения. Нижняя часть корпуса содержит отвод утечек топлива. Топливный штуцер высокого давления размещён в верхней части корпуса соосно с управляющим клапаном над его электромагнитным приводом. Канал высокого давления в верхней части корпуса выполнен под углом больше 90 градусов, обеспечивающим снижение гидравлического сопротивления течению дизельного топлива при его подаче в форсунку.
В предложенном техническом решении, нижняя часть насоса включает втулку плунжера, которая содержит расточку и каналы для сбора и отвода утечек топлива через прецизионную пару плунжер - втулка плунжера, причём нижняя часть составного корпуса упирается во втулку плунжера и препятствует её перемещению в случае нарушения прессового соединения, нижняя часть корпуса содержит отвод утечек топлива, а топливный штуцер высокого давления размещён в верхней части корпуса соосно с управляющим клапаном над его электромагнитным приводом.
Повышение эффективности и надёжности (времени непрерывной работы) предлагаемого технического решения, а также снижения массы и габаритов топливного насоса, по сравнению с прототипом, обеспечивается:
повышением надёжности соединения верхней части составного корпуса и втулки плунжера путём прессового соединения, и соответственно, повышением надёжности герметизации зазора между ними, а также исключения самопроизвольной распрессовки за счёт прижатия втулки плунжера к торцевой поверхности верхней части составного корпуса нижней частью составного корпуса. Указанное техническое решение, по сравнению с прототипом, исключает вероятность самопроизвольной разгерметизации составного корпуса и обеспечивает повышение срока межремонтной эксплуатации плунжерного насоса;
наличием отвода в нижней части корпуса для дренажа утечек топлива. Это техническое решение позволяет организованно отводить в топливную систему утечки топлива через прецизионную пару плунжер-втулка плунжера, предотвратив их попадание в систему смазки, что также обеспечивает повышение срока межремонтной эксплуатации двигателя;
возможностью изготовления втулки плунжера и втулки клапана отдельными деталями с последующей запрессовкой в верхнюю часть корпуса. Это техническое решение обеспечивает технологичность изготовления и ремонтопригодность (возможность замены) прецизионных пар при их износе;
размещением топливного штуцера высокого давления в верхней части корпуса соосно с управляющим клапаном над его электромагнитным приводом. При этом существенно уменьшается габарит по высоте верхней части составного корпуса и топливного насоса в целом и, соответственно, уменьшается его материалоёмкость;
выполнением канала высокого давления в верхней части корпуса  под углом больше 90 градусов с возможностью снижения гидравлического сопротивления течению дизельного топлива при его подаче в форсунку.
Благодаря заявленному техническому решению обеспечивается повышение эффективности и надёжности (времени непрерывной работы) плунжерного насоса и электромагнитного управляющего клапана, повышение ремонтопригодности, а также снижения массы и габаритов устройства впрыска топлива.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежом - фиг.
На фиг. представлен общий вид предлагаемого топливного насоса высокого давления для дизельных двигателей, его продольный разрез.
Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - корпус составной, включающий верхнюю часть 2 и нижнюю часть 3; 4 - установочная цилиндрическая поверхность; 5 - установочный фланец; 6 - плунжер; 7 - управляющий клапан, включающий втулку клапана 8 и затвор 9; 10 - упор; 11 - электромагнитный привод; 12 - сердечник; 13 - катушка; 14 - якорь; 15 - возвратная пружина; 16 - проставка; 17 - втулка плунжера; 18 - пружина плунжера; 19 - тарелка; 20 - топливный штуцер высокого давления; 21 - отвод утечек топлива; 22 - расточка для сбора утечек, 23 - канал высокого давления, 24 - полость отвода топлива, 25 - надплунжерная область, 26 - полость подвода топлива, 27 - канал.
Топливный насос высокого давления для дизельных двигателей состоит из корпуса составного 1, включающего верхнюю часть 2 и нижнюю 3 часть, причём его нижняя часть 3 имеет установочную цилиндрическую поверхность 4 и установочный фланец 5, предназначенные для размещения топливного насоса на двигателе.
В верхней части 2 корпуса 1 перпендикулярно оси плунжера 6 размещён управляющий клапан 7, включающий втулку клапана 8 и затвор 9. Упор 10 предназначен для ограничения хода затвора 9. Электромагнитный привод 11 включает сердечник 12, катушку 13, якорь 14, соединённый с затвором 9. В его состав входит также возвратная пружина 15, размещённая между затвором 9 и проставкой 16. Втулка клапана 8 и затвор 9 являются прецизионной парой и обеспечивают в составе управляющего клапана 7 соединение или разобщение линии высокого давления топлива на участке: надплунжерная область 25 (см. фиг.) - топливный штуцер высокого давления 20. Канал высокого давления 23 в верхней части корпуса выполнен под углом больше 90 градусов, обеспечивающим снижение гидравлического сопротивления течению дизельного топлива при его подаче в форсунку.
Надёжное и герметичное соединение верхней 2 и нижней 3 частей корпуса составного 1 обеспечивают напрессовкой втулки плунжера 17 на верхнюю часть 2 (см. фиг.), а затем прижатием втулки плунжера 17 нижней частью 3 корпуса 1 к торцевой поверхности верхней части 2 корпуса 1. Таким образом, по сравнению с прототипом, исключается самопроизвольная разгерметизация составного корпуса. Во втулке плунжера 17 размещают плунжер 6. На участке их взаимного контакта указанные детали являются прецизионной парой. Пружину плунжера 18 размещают соосно плунжеру с опорой крайними витками на нижнюю часть 3 корпуса 1 и на тарелку 19, закреплённую на нижнем торце плунжера 6.
Топливный штуцер высокого давления 20 размещают в верхней части 2 корпуса 1 соосно с управляющим клапаном 7 над его электромагнитным приводом 11. Предлагаемое размещение существенно снижает высоту верхней части 2 составного корпуса 1 и топливного насоса в целом и, соответственно, уменьшает его материалоёмкость. К топливному штуцеру высокого давления 20 подключен топливопровод высокого давления к форсунке (не показан).
В нижней части 3 корпуса 1 размещен отвод утечек топлива 21. Утечки топлива через прецизионную пару плунжер 6 - втулка плунжера 17 собираются в расточке для сбора утечек 22 и по каналам во втулке плунжера 17 и нижней части 3 корпуса 1 отводятся через отвод утечек 21 в топливную систему двигателя. На фиг. показан вариант отвода 21 с внутренней резьбой для подключения дренажной топливной линии (не показана). Наличие отвода утечек топлива 21, обеспечивает увеличение срока межремонтной эксплуатации предлагаемого топливного насоса за счёт исключения попадания топлива в систему смазки двигателя.
Подвод и отвод топлива осуществляют со стороны установочного фланца 5. Подвод топлива в полость подвода топлива 26 осуществляется по каналам (не показаны) в нижней 3 и верхней 2 части корпуса 1. Топливо омывает торец сердечника 12, якорь 14 и управляющий клапан 7, чем обеспечивается их постоянное охлаждение. Топливо по каналу 27 попадает в полость отвода топлива 24 и далее по каналам (не показаны) в нижней 3 и верхней 2 части корпуса 1 отводится в топливную магистраль двигателя (не показана).
Топливный насос высокого давления для дизельных двигателей работает следующим образом. Свежее топливо низкого давления из топливной системы (не показана) по каналам в корпусе 1, а также часть остатков топлива из топливопровода к форсунке (не показаны) поступает при открытом затворе 9 управляющего клапана 7 в надплунжерную область 25 (см. фиг.), которая имеет наибольший объём при крайнем нижнем положении плунжера 6. При воздействии на плунжер 6 толкателя (не показан) и перемещении плунжера 6 вверх часть топлива из надплунжерной области 25 поступает в полость низкого давления через открытый затвор 9 управляющего клапана 7.
Закрытие управляющего клапана 7 осуществляется при подаче на электромагнитный привод 11 управляющего электрического импульсного сигнала с параметрами, определяющими угол опережения подачи и необходимую дозу топлива. Под действием управляющего электрического сигнала в обмотке катушки 13 электромагнитного привода 11 возникает электромагнитное поле, которое намагничивает сердечник 12 и притягивает якорь 14 с затвором 9, обеспечивая посадку затвора 9 во втулке клапана 8. Надплунжерная область 25 разобщается с магистралью подачи топлива. При дальнейшем ходе плунжера вверх начинается нагнетание топлива в топливопровод высокого давления (не показан). Под воздействием давления топлива поднимается игла распылителя форсунки (не показана) и начинается подача топлива в дизель (не показан).
По окончании подачи управляющего электрического импульсного сигнала на электромагнитный привод 11, прекращается его воздействие на затвор 9, который открывается возвратной пружиной 15. Надплунжерная область 25 сообщается с магистралью отвода топлива, давление топлива резко падает. Подача топлива в двигатель прекращается.
Таким образом, предложенный топливный насос высокого давления для дизельных двигателей соответствует заявленной цели и обеспечивает снижение габаритов и материалоёмкости насоса, а также повышение его надёжности (времени непрерывной работы) и надёжности двигателя за счёт уменьшения утечек топлива в систему смазки двигателя.