ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ТИПА
DISTRIBUTING HIGH PRESSURE FUEL PUMP

Заявляемое изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам питания дизелей, а также может быть использовано в гидросистемах как насос высокого давления с регулируемой производительностью.
Аналогом заявляемого изобретения является топливный насос высокого давления, патент RU №2231671 С1. Аналог содержит корпус, приводной вал, топливоподкачивающий насос, один распределительный плунжер, входящий в цилиндр высокого давления, и втулку управления. Привод распределительного плунжера воздействует на противоположный торец плунжера и приводит его в возвратно-поступательное и вращательное движения вдоль его оси. Привод распределительного плунжера выполнен в виде ползуна, состоящего из цилиндрической части, цилиндра предварительной подкачки и распределительного плунжера. На внешней стороне цилиндрической части ползуна выполнена замкнутая канавка, взаимодействующая с опорами, закрепленными в корпусе. Распределительный плунжер имеет осевой канал, который сообщает цилиндр предварительной подкачки с цилиндром высокого давления. Ползун кинематически связан с приводным валом посредством тел качения, а корпус насоса разделен на две части.
Аналог работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному валу ползун за счет шлицевого соединения его с приводным валом начинает вращательное движение. При этом за счет набегания берегов канавки на неподвижно закрепленные опоры ползун начинает поступательное движение вдоль оси вала. Когда ползун перемещается в крайнее правое положение, создается разряжение в подкачивающем цилиндре ползуна, всасывающий клапан открывается, и топливо засасывается в подкачивающий цилиндр. Далее ползун перемещается в крайнее левое положение, происходит набегание ползуна на шип вала, который выполняет функцию поршня для подкачивающего цилиндра, происходит возрастание давления, нагнетательный клапан открывается, и топливо под давлением попадает через осевой канал в цилиндр высокого давления. При обратном перемещении ползуна в крайнее правое положение нагнетательный клапан закрывается, в цилиндре высокого давления создается рабочее давление, и топливо по распределительному каналу подается в линии впрыска. При рабочем ходе всасывающий клапан открывается, и топливо засасывается в подкачивающий цилиндр, т.е. цикл повторяется. Благодаря тому, что ползун осуществляет одновременно функции топливоподкачивающего и нагнетательного распределительного насоса, отсутствует холостой ход деталей механизма. Достоинством аналога является то, что ТНВД не содержит упругих элементов, вызывающих ударных нагрузок, что делает его малошумным. Кроме того, ползун может работать как при заполненном маслом картере, так и на консистентной смазке, отсутствие попадания продуктов износа механизма в топливную камеру увеличивает долговечность и надежность конструкции.
Недостатком аналога является сложность, материалоемкость конструкции и высокие требования к точности изготовления плунжерной пары. Кроме того, вследствие малого диаметра плунжера затруднено использование данного насоса для двигателей с числом цилиндров более 4-х.
Технической задачей заявляемого устройства является создание более простого, компактного и технологичного топливного насоса высокого давления распределительного типа, применимого для многоцилиндровых двигателей, с простой системой управления подачей топлива, обеспечивающего возможность электронного управления этим процессом.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый топливный насос высокого давления распределительного типа содержит корпус, имеющий внутреннюю цилиндрическую полость, закрытую крышкой, в цилиндрической полости корпуса расположен поршень, делящий ее на подкачивающую камеру и вытесняющую камеру, внутри поршня выполнена ступенчатая цилиндрическая полость, в которой расположен полый приводной вал, кинематически связанный через шлицевое соединение с поршнем, и плунжер управления производительностью насоса с осевой проточкой, частично находящийся в полости приводного вала и зафиксированный в крышке корпуса, с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси поршня, торцевая поверхность приводного вала, плунжер и ступенчатая цилиндрическая полость поршня образуют камеру высокого давления, на наружной цилиндрической поверхности поршня выполнена продольная замкнутая винтовая канавка, в которой размещены поводки, выступающая часть которых зафиксирована в кольце, установленном в цилиндрической полости корпуса с возможностью проворота в нем, в корпусе, в крышке и в поршне выполнены каналы, которые соединены с рабочими камерами и содержат всасывающий и перепускной клапаны.
Благодаря новой совокупности признаков заявляемого изобретения получаем компактный, нематериалоемкий, конструктивно простой и технологичный топливный насос высокого давления распределительного типа (ТНВД), который обеспечивает возможность создания высокого давления впрыска топлива с минимальными энергозатратами. При этом насос применим для многоцилиндровых двигателей, имеет простую систему управления подачей топлива, обеспечивающую возможность электронного управления процессом впрыска. Это достигается тем, что в предлагаемой поршневой машине применяется привод с замкнутой продольной винтовой канавкой, выполненной непосредственно на поршне. Такой привод придает поршню возвратно-поступательное и вращательное движения, что обеспечивает нагнетание и распределение топлива по цилиндрам. Непосредственное расположение камеры высокого давления в поршне дает возможность совместить при одном движении поршня процессы подкачки топлива, его нагнетания под высоким давлением в систему топливоподачи и прокачку топлива через насос с целью его охлаждения.
На фигуре 1 схематично представлен вариант выполнения заявляемого топливного насоса высокого давления распределительного типа, на фигуре 2 - поршень.
Заявляемый топливный насос высокого давления (ТНВД) содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической полостью, закрытой крышкой 2. В цилиндрической полости корпуса 1 размещен поршень 3 и полый с одной стороны приводной вал 4. В поршне 3 выполнена ступенчатая цилиндрическая полость, в которой частично размещен приводной вал 4, кинематически соединенный с ним шлицевым соединением 5. В ступенчатую цилиндрическую полость поршня 3 и полость приводного вала 4 установлен плунжер 6, на котором выполнена осевая проточка 7. Корпус 1, крышка 2, поршень 3 и плунжер 6 образуют подкачивающую камеру 8. Поршень 3, торец приводного вала 4 и плунжер 6 образуют камеру высокого давления 9. Корпус 1, поршень 3 и приводной вал 4 образуют прокачивающую камеру 10. На наружной цилиндрической поверхности поршня 3 выполнена замкнутая продольная винтовая канавка 11, в которой утоплены поводки 12. Поводки 12 зафиксированы в кольце 13, установленном в корпусе 1, с возможностью проворота в нем. Перекачка, нагнетание и распределение топлива осуществляется через всасывающий канал 14 со всасывающим клапаном 15, перепускной канал 16 с перепускным клапаном 17, нагнетательный канал 18, изготовленный в поршне 3, и нагнетательные каналы 19, выполненные в корпусе 1. Слив утечек и излишков топлива осуществляется через канал 20 приводного вала 4 и канал 21 корпуса 1.
Заявляемый ТНВД работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному валу 4, вызывающего его вращение, приводной вал 4 через шлицевое соединение 5 приводит во вращение поршень 3. При провороте поршня 3 берега винтовой канавки 11 поршня 3 воздействуют на поводки 12, за счет этого поршень 3 помимо вращательного движения начинает совершать и поступательное движение, перемещаясь в подкачивающей камере 8 от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). В результате такого перемещения через канал 14 и клапан 15 происходит всасывание топлива в подкачивающую камеру 8. Одновременно поступательное перемещение поршня 3 вызывает уменьшение объема камеры высокого давления 9. После перекрытия ступенью цилиндрической полости поршня 3 осевой проточки 7 из камеры высокого давления 9 начинается вытеснение из нее под давлением топлива через каналы 18, 19 и через трубопровод к заданной топливной форсунке. Регулировка объема нагнетаемого топлива осуществляется путем перемещения плунжера 6 вдоль его оси. При таком перемещении изменяется период перепуска топлива через осевую проточку 7, а следовательно, и объем впрыскиваемого топлива. Помимо перечисленных процессов при рассматриваемом перемещении происходит вытеснение топлива из прокачивающей камеры 10 в магистраль слива (обратка). После достижения поршнем 3 в подкачивающей камере 8 НМТ поводки 12 переходят в реверсивную ветвь винтовой канавки 11, и поршень 3 начинает обратное поступательное движение в подкачивающей камере 8 от НМТ к ВМТ и проворачивается в направлении следующего канала системы топливоподачи. При таком перемещении поршня 3 топливо из подкачивающей камеры 8 через осевую проточку 7 вытесняется в камеру высокого давления 9, лишний объем топлива через клапан 17 по каналу 16 поступает в прокачивающую камеру 10.
После достижения поршнем 3 ВМТ в подкачивающей камере 8 поводки 12 переходят в основную ветвь винтовой канавки 11, и поршень 3 вновь меняет направление движения на исходное, и цикл повторяется, но при этом, так как поршень 3 проворачивается, нагнетательный канал 18 поршня 3 совмещается со следующим нагнетательным каналом корпуса 1, и топливо подается к следующей, в соответствии с циклом, форсунке.
Повторение циклов нагнетания топлива и проворот поршня обеспечивают заданную подачу топлива к форсункам ДВС.
Проворот кольца 13 с зафиксированными в нем поводками 12 в корпусе 1 обеспечивает изменение угла опережения впрыска топлива в цилиндры, т.е. регулировку момента начала впрыска топлива.
Возможные протечки топлива в месте сопряжения приводного вала и управляющего плунжера удаляются в перекачивающую камеру 10 через канал 20. Из перекачивающей камеры 10 через канал 21 топливо вытесняется в систему возврата топлива в бак (обратка), такая перекачка топлива обеспечивает охлаждение им деталей ТНВД.
Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.