ПРИВОДНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
DRIVE CONSTRUCTION OF HIGH-PRESSURE FUEL PUMP

Область техники
Настоящее изобретение относится к производству двигателей, в частности к приводной конструкции топливного насоса высокого давления, движимого косозубой шестерней.
Уровень техники
Двигатель широко используется в разных областях, особенно - в автомобилестроении. Теперь, когда в Китае, как и в других странах, ужесточаются правила в отношении вредных выбросов, в дизельных двигателях автомобилей широко используется система впрыска топлива высокого давления с общим нагнетательным трубопроводом. Топливный насос приводится в движение с помощью зубчатой, цепной или ременной передачи системы синхронизации. В последние годы наметилась тенденция к использованию в приводе системы синхронизации не прямозубой, а косозубой шестерни, что позволяет существенно снизить уровень шума. Например, в китайском патенте №201210078678.2 («Система передачи масляного насоса дизельного двигателя», дата регистрации 2012-03-22) в системе синхронизации использована косозубая шестерня.
Так как вал топливного насоса высокого давления не может выдерживать осевого усилия, в принципе, осевое усилие, создаваемое во время передачи, должно быть уравновешено или компенсировано. В китайском патенте №200810107974.4 («Новый механизм передачи топливного насоса высокого давления», дата регистрации 2008-05-06) между валом привода топливного насоса и валом самого топливного насоса использован крестовинный башмак, за счет чего устраняется действие осевой и нормальной сил, улучшается компенсация относительного сдвига между приводным валом и валом насоса и упрощается соединительная конструкция. Однако, при использовании косозубой шестерни в системе синхронизации, косозубой шестерне приходится нести более высокую осевую составляющую усилия по сравнению с прямозубой шестерней, в связи с чем основной проблемой конструкции становятся устранение и компенсация сдвига осевого усилия. Если же использовать для соединения крестовинный башмак, то во время перемещения нагрузки, вызванного ускорением или замедлением вращения двигателя, или при изменении условий вождения, например при езде по неровной дороге, осевое усилие оказывает более значительное влияние. При частом перемещении нагрузки увеличиваются амплитуда и частота продольных движений крестовинного башмака в направлении от вала насоса к валу привода и обратно: это не только вызывает истирание поверхностей и сокращает срок службы устройства, но и приводит к ударному взаимодействию между валом насоса и валом привода, что снижает эффективность применения косозубой шестерни с точки зрения снижения шума.
В китайском патенте №201210042389.7 («Двигатель с насосом для впрыска топлива и насос для впрыска топлива», дата регистрации 2012-02-23) раскрываются применение растачивания внутреннего шлица в поверхности осевого отверстия шестерни насоса для впрыска топлива и создание наружного шлица на распределительном валу для передачи момента вращения за счет взаимодействия внутреннего и наружного шлицев, где для расположения в осевом направлении требуется, чтобы установочный элемент (в частности - установочный болт или установочный штифт) проходил через основание шестерни и втулку подшипника и заходил в паз, выполненный по окружности шестерни насоса для впрыска топлива. Следует отметить, что при использовании косозубой шестерни осевая составляющая действует на установочный элемент, а затем - на основание шестерни и уравновешивается последним. Так как установочный элемент и паз по окружности шестерни насоса для впрыска топлива жестко контактируют друг с другом, со временем это приводит к истиранию поверхностей контакта установочного элемента и паза, в результате чего возникает осевое биение шестерни насоса для впрыска топлива и создается шум.
Описание изобретения
Целью настоящего изобретения является создание конструкции, которая может воспринимать и существенно предотвращать осевое усилие, создаваемое при использовании косозубой шестерни для приведения в движение топливного насоса высокого давления, где косозубая шестерня лучше приспособлена для приводного двигателя топливного насоса высокого давления, за счет чего снижается уровень шума, создаваемого двигателем.
Для достижения указанной цели рассматриваемое изобретение предусматривает следующие технические решения:
Приводная конструкция топливного насоса высокого давления двигателя, в состав которой входят: косозубая шестерня с внутренним шлицем; втулка с наружным шлицем; скользящая муфта; неподвижная муфта; где указанная втулка неподвижно крепится на валу топливного насоса высокого давления, наружный шлиц указанной втулки и внутренний шлиц косозубой шестерни прилегают друг к другу с зазором таким образом, что косозубая шестерня может скользить относительно втулки в продольном направлении, скользящая и неподвижная муфты соосно вставлены друг в друга и могут скользить в продольном направлении относительно друг друга, при этом один конец скользящей муфты упирается в косозубую шестерню, а между скользящей и неподвижной муфтами расположена предварительно сжатая пружина.
В предпочтительном случае, неподвижная муфта крепится в корпусе для закрытия камеры цепного колеса.
В предпочтительном случае, неподвижная муфта представляет собой цельный элемент.
В предпочтительном случае, при установке неподвижной муфты пружину предварительно сжимают.
В предпочтительном случае, втулка неподвижно фиксируется на валу насоса посредством гайки.
В предпочтительном случае, диаметр юбки гайки больше наружного диаметра втулки.
В предпочтительном случае, между косозубой шестерней и фланцевым диском предусмотрена упорная прокладка, причем взаимное положение упорной прокладки и фланцевого диска задается с помощью установочного штифта.
В предпочтительном случае, в торцевой поверхности скользящей муфты, упирающейся в косозубую шестерню, выполнен смазочный паз.
В предпочтительном случае, в скользящей муфте выполнено выпускное отверстие.
В предпочтительном случае, в скользящей муфте выполнено круглое отверстие, в неподвижной муфте выполнено продолговатое отверстие, а через круглое и продолговатое отверстия проходит ограничительный штифт.
В настоящем изобретении, передача движения к валу топливного насоса высокого давления осуществляется за счет взаимного сцепления внутренних шлицев косозубой шестерни и наружных шлицев втулки; когда происходит перемещение нагрузки на косозубой шестерне, осевое усилие, действующее в направлении цилиндра, передается фланцевому диску и далее - цилиндру, в то время как осевое усилие, направленное к камере цепного колеса, стремится вызвать взаимное скольжение косозубой шестерни и втулки в продольном направлении; когда осевое усилие оказывается меньше силы предварительного сжатия пружины, оно уравновешивается указанной силой, а когда осевое усилие оказывается больше силы предварительного сжатия пружины, кинетическая энергия, создаваемая вышеупомянутым взаимным скольжением, преобразуется в потенциальную энергию пружины через скользящую муфту, что существенно уменьшает ударную нагрузку и вибрацию, создаваемые в результате этого взаимного скольжения.
Таким образом, осевое усилие не может быть приложено к валу насоса независимо от направления действия осевого усилия, при этом топливный насос высокого давления нормально взаимодействует с косозубой шестерней. В то же время, конструкция по настоящему изобретению позволяет избежать ударной нагрузки и вибрации, создаваемых в большинстве случаев из-за необходимости компенсации осевого усилия, и таким образом, позволяет в полной мере использовать преимущества применения косозубой шестерни, заключающиеся в плавности передачи и низком уровне шума.
Кроме того, для закрытия камеры цепного колеса неподвижная муфта крепится к корпусу, так как конструкция распределена вдоль вала насоса, в целом, она не мешает работе цепи синхронизации; вся конструкция может в полной мере использовать ограниченное пространство камеры цепного колеса.
Кроме того, неподвижная муфта представляет собой цельный элемент, благодаря чему в случае необходимости для снятия скользящей муфты и пружины достаточно отсоединить неподвижную муфту от корпуса, не разбирая сам корпус, что облегчает техническое обслуживание.
Кроме того, пружину предварительно сжимают одновременно с креплением корпуса для закрытия камеры цепного колеса, что облегчает монтаж.
Кроме того, для крепления втулки к валу насоса используют гайку, что упрощает разборку всей конструкции.
Кроме того, диаметр юбки гайки больше наружного диаметра втулки, за счет чего юбка гайки играет роль ограничителя для косозубой шестерни, что предотвращает соскальзывание косозубой шестерни при чрезмерно большом осевом усилии.
Кроме того, упорная прокладка выступает в качестве буфера для осевого усилия, направленного к цилиндру, и снижает истирание, а использование установочного штифта для фиксации ее положения облегчает разборку.
Кроме того, выполнение смазочного паза в торцевой поверхности скользящей муфты, упирающейся в косозубую шестерню, обеспечивает подачу масла в пространство между косозубой шестерней и скользящей муфтой, что делает поверхности, ограничивающие зазор между косозубой шестерней и скользящей муфтой, более устойчивыми к истиранию.
Кроме того, выпускное отверстие в скользящей муфте может уравновешивать давление воздуха внутри и снаружи скользящей муфты во время ее движения вследствие взаимного скольжения косозубой шестерни и втулки.
Кроме того, за счет установки штифта в круглое отверстие в скользящей муфте и продолговатое отверстие в неподвижной муфте ограничивается ход скользящей муфты (и ход косозубой шестерни); наконец, продолговатое отверстие может использоваться как отверстие для подачи масла между скользящей и неподвижной муфтами.
Описание фигур
Фиг. 1 представляет собой фронтальное сечение приводной конструкции топливного насоса высокого давления двигателя по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет собой фронтальное сечение, аналогичное изображенному на Фиг. 1, но в котором для ясности не показаны окружающие элементы - такие как цилиндр, корпус и т.п.;
Фиг. 3 представляет собой вид с разнесенными деталями приводной конструкции топливного насоса высокого давления двигателя по описываемому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет собой увеличенное изображение фрагмента I изображения на Фиг. 2.
На указанных выше чертежах используются следующие условные обозначения: цилиндр 1, топливный насос высокого давления 2, вал насоса 21, фланцевый диск 3, осевое отверстие 31, втулка 4, косозубая шестерня 5, гайка 6, юбка 61, скользящая муфта 7, концевая часть 71, смазочный паз 711, выпускное отверстие 72, круглое отверстие 73, пружина 8, неподвижная муфта 9, продолговатое отверстие 91, корпус 10, упорная прокладка 11, установочный штифт 12, ограничительный штифт 13.
Способ осуществления изобретения
Ниже более подробно описываются отдельные варианты осуществления настоящего изобретения в связи с прилагаемыми чертежами.
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 3, топливный насос высокого давления 2 устанавливается в цилиндр 1 посредством фланцевого диска 3, в котором предусмотрено осевое отверстие 31, вал 21 топливного насоса высокого давления 2 проходит через осевое отверстие 31 и продолжается до камеры цепного колеса (не показана) двигателя, в которой располагается колесная система синхронизации. В камере цепного колеса втулка 4 надета на вал 21 насоса и зафиксирована гайкой 6 для обеспечения неподвижного соединения втулки 4 с валом 21 насоса.
Специалисту в соответствующей области очевидно, что втулка 4 может также быть надета на вал 21 насоса посадкой с натягом, но использование гайки предпочтительно с точки зрения удобства демонтажа. Втулка 4 имеет наружный шлиц, а косозубая шестерня 5 имеет внутренний шлиц, причем наружный шлиц втулки 4 и внутренний шлиц косозубой шестерни 5 прилегают друг к другу с зазором. Цепь синхронизации (не показана) в камере цепного колеса передает приводное усилие валу 21 насоса через шлицевое соединение между косозубой шестерней 5 и втулкой 4, приводя тем самым в движение топливный насос высокого давления 2. Кроме того, так как втулка 4 и косозубая шестерня 5 прилегают друг к другу с зазором, косозубая шестерня 5 может скользить относительно втулки 4 в продольном направлении. Как показано на чертежах, справа от косозубой шестерни 5, концевая часть 71 скользящей муфты 7 упирается в косозубую шестерню 5.
Неподвижная муфта 9 может быть выполнена в виде цельного элемента (например, кожуха цепного колеса, кожуха маховика и т.п.), крепящегося для изоляции камеры цепного колеса к корпусу 10 с помощью подходящей детали, например болта, заклепки и т.п., либо она может не быть цельным элементом, но крепиться к корпусу 10 неразъемным образом, например литьем. В предпочтительном случае, неподвижная муфта 9 представляет собой цельный элемент, крепящийся к корпусу 10, например, болтом; либо на неподвижной муфте 9 выполняется наружная резьба, а в корпусе 10 выполняется резьбовое отверстие, в этом случае неподвижную муфту 9 приворачивают к камере цепного колеса снаружи, одновременно предварительно сжимая пружину 8. Когда требуется выполнить техническое обслуживание приводной конструкции для снятия скользящей муфты 7 и пружины 8 в камере цепного колеса, достаточно вывернуть болт или неподвижную муфту 9 и разобрать соединение неподвижной муфты 9 с корпусом 10 либо отвернуть гайку 6, чтобы заменить или отрегулировать другие детали, без необходимости снятия самого корпуса 10, что облегчает техническое обслуживание. Разумеется, если неподвижная муфта 9 представляет собой цельный элемент, то между неподвижной муфтой 9 и корпусом 10 должно быть предусмотрено уплотнительное кольцо. Скользящая муфта 7 и неподвижная муфта 9 являются соосными и вставляются одна в другую с зазором, поэтому скользящая муфта 7 может перемещаться относительно неподвижной муфты 9 в продольном направлении. Кроме того, между скользящей 7 и неподвижной 9 муфтами установлена предварительно сжатая пружина.
Как показано на Фиг. 2, в нормальных условиях эксплуатации косозубая шестерня 5 также воспринимает осевое усилие, которое меняется при перемещении нагрузки на косозубую шестерню 5 при повышении или снижении скорости работы двигателя, движении по неровной дороге и т.п. Осевое усилие действует в двух направлениях - одно из них соответствует направлению осевого усилия F1 (в сторону цилиндра), а другое - направлению осевого усилия F2 (в сторону камеры цепного колеса). В описываемом изобретении, так как пружина 8 предварительно сжата, сила предварительного сжатия пружины 8 изначально толкает скользящую муфту 7 к косозубой шестерне 5, в результате чего косозубая шестерня 5 стремится упереться во фланцевый диск 3; когда осевое усилие имеет направление F1 (в сторону цилиндра 1), F1 передается цилиндру 1, не оказывая ударной нагрузки на вал 21 насоса. Так как косозубая шестерня 5 во время эксплуатации вращается, предпочтительно между фланцевым диском 3 и косозубой шестерней 5 размещать упорную прокладку 11.
Кроме того, как видно из Фиг. 3, упорная прокладка 11 и фланцевый диск 3 фиксируются относительно друг друга в определенном положении с помощью установочного штифта 12 для предотвращения вращения упорной прокладки 11. Когда косозубая шестерня 5 испытывает ударное воздействие осевого усилия F2, направленного в сторону камеры цепного колеса, усилие F2 уравновешивается силой предварительного сжатия пружины 8, если усилие F2 меньше этой силы, вследствие чего косозубая шестерня 5 не перемещается в продольном направлении. Даже если усилие F2 больше, чем сила предварительного сжатия пружины 8, так как косозубая шестерня 5 и втулка 4 прилегают друг к другу с зазором, косозубая шестерня 5 слегка перемещается в направлении корпуса 10, толкает скользящую муфту 7, дополнительно надавливая на пружину 8, при этом кинетическая энергия косозубой шестерни 5 преобразуется в потенциальную энергию пружины 8, в результате чего во всей конструкции не создается шума от удара. Наконец, так как скользящая муфта 7 может двигаться в сторону неподвижной муфты 9, предпочтительно в скользящей муфте 7 предусмотреть выпускное отверстие 72 для поддержания в равновесном состоянии давления воздуха внутри и снаружи скользящей муфты 7.
Как показано на Фиг. 3, на торцевой поверхности концевой части 71 скользящей муфты 7, упирающейся в косозубую шестерню 5, выполнено несколько смазочных пазов 711 для подачи смазки в пространство между указанной торцевой поверхностью и косозубой шестерней 5. Как показано на Фиг. 3 и Фиг. 4, в скользящей муфте 7 выполнено круглое отверстие 73, а в неподвижной муфте 9 выполнено продолговатое отверстие 91, через которые проходит ограничительный штифт 13. При скольжении косозубой шестерни 5, ограничительный штифт 13 может скользить только в пределах продолговатого отверстия 91, что ограничивает ход скольжения косозубой шестерни 5 и предотвращает сильный удар, вызываемый чрезмерным осевым усилием F2 и скольжением косозубой шестерни в направлении от втулки 4; кроме того, продолговатое отверстие 91 может также использоваться в качестве канала впуска масла для подачи масла для смазки к контактирующим поверхностям скользящей 7 и неподвижной 9 муфт.
Как показано на Фиг. 4, диаметр D1 юбки 61 гайки 6 больше, чем наружный диаметр D2 втулки 4, за счет чего юбка 61 также может служить для ограничения хода скольжения косозубой шестерни 5 и предотвращения соскальзывания косозубой шестерни 5 с втулки 4.
Обратившись вновь к Фиг. 3, мы видим, что сначала топливный насос высокого давления 2 устанавливают на фланцевом диске 3, в предварительно надетую на вал 21 упорную прокладку 11 вставляют установочный штифт 12 для ее неподвижной фиксации на фланцевом диске 3, после чего на вал 21 надевают втулку 4, на которую надевают косозубую шестерню 5, затем приворачивают гайку 6 для объединения установленных деталей в единое целое, и наконец, топливный насос высокого давления 2 крепят к цилиндру 1 посредством фланцевого диска 3 для облегчения последующих монтажа и регулировки. После этого устанавливают скользящую муфту 7, вставляют пружину 8, неподвижную муфту 9 устанавливают в корпус 10, где, одновременно с установкой неподвижной муфты 9, последняя предварительно сжимает пружину 8.
В случае необходимости разборки для проведения технического обслуживания достаточно отсоединить неподвижную муфту 9 и фланцевый диск 3, после чего можно вынуть фланцевый диск 3, топливный насос высокого давления 2, упорную прокладку 11, втулку 4, косозубую шестерню 5 и гайку 6, образующие единое целое, из камеры цепного колеса, не беспокоясь о том, что во время разборки детали могут упасть в камеру цепного колеса; кроме того, отпадает необходимость в снятии корпуса 10. Если для замены деталей потребуется дополнительная разборка, для того чтобы разобрать всю конструкцию, достаточно вывернуть гайку 6 и снять фланцевый диск 3, что очень удобно.
Настоящее изобретение описано на примере представленных выше вариантов его осуществления; при этом, однако, эти варианты осуществления не ограничивают объем изобретения, который определяется исключительно формулой изобретения. Специалист в соответствующей области может без труда вносить модификации и изменения без отступления от сути, замысла и объема настоящего изобретения.