УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВОДА ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА
ACTUATING DEVICE OF PLUNGER PUMP

Изобретение относится к устройству для привода плунжерного насоса, имеющего по меньшей мере один, расположенный на кулачковом валу кулачок, который для создания возвратно-поступательного движения плунжера взаимодействует с плунжером или расположенным между кулачком и плунжером насоса узлом, при этом кулачок содержит кривую рабочей части кулачка с первым участком для хода вверх и вторым участком для хода вниз.
Плунжерные насосы используются, например, в качестве насосов высокого давления в двигателях внутреннего сгорания. Насос высокого давления нагнетает аккумулируемое в топливной магистрали находящееся под высоким давлением топливо во время работы двигателя. При этом для реализации своей функции во всех рабочих точках максимальная объемная подача насоса высокого давления должна быть существенно выше, чем необходимый для двигателя расход топлива при полной нагрузке. Однако, с другой стороны, в режиме частичной нагрузки или холостого хода требуется лишь незначительная объемная подача насосом. Поэтому используется электронное регулирование объемной подачи при помощи дозировочного модуля, который в зависимости от давления топлива в магистрали устанавливает объем подачи для насоса высокого давления. Так что в магистраль подается лишь фактически необходимое в соответствующей рабочей точке количество топлива и исключается повторная разгрузка через редукционный клапан сопутствующего избыточного объема топлива и отвод его в бак, что связано с высокими энергозатратами и с сильным нагревом топлива.
Насос высокого давления состоит по меньшей мере из одной плунжерной пары, приводимой посредством роликового толкателя или непосредственно от кулачкового вала. На стороне всасывания нагнетающий насос, например шестеренный насос, подает из бака топливо под небольшим давлением. На стороне нагнетания сжатое топливо через коллектор подается в магистраль.
Особое требование при использовании насосов высокого давления с кулачковым приводом для общей топливной магистрали состоит в высоких частотах вращения насоса, которые необходимы соответственно для заданных полезных мощностей насоса. Рабочая часть кулачков этих насосов формируется в целом из различных частичных участков, таких как тангенциальные выступы или дуги окружностей, как с положительным, так и с отрицательным радиусом. Этим создаются заданные кривые ускорения, будь то линейные, синусоидальные или параболические. Кроме того, известна рабочая часть кулачков, которая по всей длине подъема имеет синусоидальную (или косинусоидальную) форму.
Различные кривые рабочей части кулачков известны из ЕР 244340 В1, JP 7133749 A и JP 5263727 А.
Требования к форме кулачков заключаются в том, чтобы они обеспечивали достижение максимально высокой предельной частоты вращения, что призвано создать минимально возможное замедление роликового толкателя в зоне верхней мертвой точки (ВМТ), в связи с чем исключается опасность отрыва роликового толкателя, и, кроме того, остается незначительным кинематическое возбуждение колебаний пружины плунжерной пары. Состоящая из различных частичных участков рабочая часть кулачков может достигать высоких предельных частот вращения, правда по причине изгибов в кривой ускорения они приводят к высоким частотам возбуждения для пружины плунжерной пары, так как в несущей частоте могут возникать высшие гармоники более высокого порядка. С другой стороны, синусоидальная рабочая часть кулачков имеет то преимущество, что допускает незначительное возбуждение колебаний пружины (лишь несущую частоту, никаких высших гармоник), правда с ограниченным потенциалом относительно предельной частоты вращения.
По этой причине целью настоящего изобретения является конструирование кривой рабочей части кулачков с незначительным кинематическим возбуждением колебаний пружины плунжерной пары при одновременном повышении предельной частоты вращения.
Эта задача изобретения решается по существу тем, что кривая рабочей части кулачка, исходя из по существу соответствующей синусоидальной волне формы, изменена таким образом, что по сравнению с формой синусоидальной волны происходит повышение ускорения плунжера в начале хода вверх и снижение замедления плунжера в конце хода вверх, при этом кривая рабочей части кулачка на своем первом участке имеет форму, которая образована из наложения полупериода (полуволны) первой синусоидальной волны со второй синусоидальной волной, при этом вторая синусоидальная волна имеет удвоенную частоту и меньшую амплитуду относительно первой синусоидальной волны. В частности, в результате снижения замедления плунжера в конце хода вверх, то есть вследствие более пологой формы кривой рабочей части кулачка в том месте, где плунжер достигает верхней мертвой точки, составляющая ускорения в направлении отрыва плунжера от кулачка снижается, так что предельная частота вращения может повышаться. Одновременно величина возбуждения колебаний пружины сохраняется низкой, так как кривая рабочей части кулачка формируется, исходя из синусоидальной волны. Чтобы избежать генерирования нежелательных составляющих колебаний, устройство выполнено таким образом, что кривая рабочей части кулачка на своем первом участке имеет форму, которая получена из наложения полупериода (полуволны) первой синусоидальной волны со второй синусоидальной волной, при этом вторая синусоидальная волна имеет удвоенную частоту и меньшую амплитуду относительно первой синусоидальной волны. При таком наложении достигается желательный эффект повышения ускорения плунжера в начале хода вверх и снижение замедления плунжера в конце хода вверх, и одновременно исключается неконтролируемое внесение высших гармоник, которые могли бы привести к отрыву плунжера уже при сравнительно низкой частоте вращения.
Наложение синусоидального колебания с другим синусоидальным колебанием с удвоенной частотой может осуществляться, при этом, преимущественно по всей длине кривой рабочей части кулачка, и в этой связи предпочтительно предусмотрено, что кривая рабочей части кулачка имеет форму, которая получается из наложения полного колебания (периода) первой синусоидальной волны со второй синусоидальной волной, при этом вторая синусоидальная волна имеет удвоенную частоту и меньшую амплитуду относительно первой синусоидальной волны.
Как уже упоминалось, амплитуда второй синусоидальной волны, то есть той синусоидальной волны, которая используется для наложения, должна быть меньше, чем амплитуда первой синусоидальной волны, то есть той синусоидальной волны, которая образует основную форму рабочей части кулачка. В этой связи предпочтительным является вариант исполнения, в котором амплитуда второй синусоидальной волны составляет от 1/5 до 1/15, предпочтительно от 1/8 до 1/12 амплитуды первой синусоидальной волны. В связи с тем что амплитуда второй синусоидальной волны сохраняется ниже амплитуды величиной 1/6 амплитуды первой синусоидальной волны, величина внесения дополнительных колебаний может находиться в пределах допустимых границ, так что пружина не возбуждается нежелательным образом.
Чтобы кривую рабочей части кулачка еще лучше приспособить к достижению более высоких предельных значений, в одном преимущественном варианте осуществления предусмотрено наложение по меньшей мере одной другой синусоидальной волны с частотой гармоники, в частности, четного порядка. При этом, например, в дополнение к наложению с синусоидальной волной, имеющей удвоенную частоту, основное колебание может налагаться с другой синусоидальной волной, имеющей частоту, в четыре раза превышающую частоту основного колебания. При этом гармоники четного порядка особенно хорошо подходят для того, чтобы в кривой рабочей части кулачка не могли образоваться местные изгибы или т.п.
Ниже изобретение поясняется более детально на основании представленного на чертежах примера осуществления. При этом на фиг.1 показана принципиальная конструкция плунжерной пары согласно уровню техники, на фиг.2 - соответствующая изобретению кривая рабочей части кулачка, и на фиг.3 - форма хода и ускорения плунжера насоса.
На фиг.1 показана принципиальная конструкция плунжерной пары согласно уровню техники. Плунжерная пара 1 состоит из цилиндра 2 и плунжера 3, который перемещается в цилиндре в продольном направлении. Приводной от двигателя внутреннего сгорания кулачковый вал 4 перемещает плунжер 3 в цилиндре 2 взад и вперед, при этом пружина 3а плунжера поддерживает контакт между соединенным с плунжером 3 роликовым толкателем 13 и кулачковым валом 4. При ходе вниз плунжера 3 через всасывающий клапан 5 топливо всасывается из всасывающей полости 6 насоса и затем при ходе вверх через нагнетательный клапан 7 подается под давлением в топливную магистраль 8. При этом кулачковый вал 4 состоит из собственно вала 9 и кулачка 10 для каждой управляемой плунжерной пары 1. Контур кулачка 10, который определяет ход плунжерной пары 1, состоит, как правило, из нескольких круговых 11 и тангенциальных участков 12. Альтернативно, форма кулачка может быть образована также синусоидальным колебанием.
Форма кулачка согласно изобретению представлена на фиг.2. При этом видно, что кривая 18 рабочей части кулачка получена из наложения первой синусоидальной волны 19 со второй синусоидальной волной 20, при этом вторая синусоидальная волна 20 по сравнению с первой синусоидальной волной 19 имеет удвоенную частоту и меньшую амплитуду. При этом следует отметить, что понятие “синусоидальная волна” в рамках предлагаемого изобретения означает волну, такую как представлена на фиг.2, и соответствует кривой, которая в строго математическом смысле получается из функции синуса в пределах между -90° и +270°. Такая кривая может быть определена также как косинусоидальное колебание с отрицательным знаком.
На фиг.3 показаны форма хода 14 и ускорения 16 в случае синусоидального кулачка, а также формы хода 15 и ускорения 17 с соответствующим изобретению двойным синусоидальным кулачком, при этом на оси Х нанесен угол кулачка, а на оси Y - ход или соответственно ускорение. Ускорение 16 в случае синусоидального кулачка в начале подачи (0°) меньше, чем ускорение 17 в случае двойного синусоидального кулачка. В верхней мертвой точке (180°) замедление 17 двойного синусоидального кулачка меньше, чем замедление 16 синусоидального кулачка, так что достигается более высокая предельная частота вращения. Как альтернатива, имеется возможность наложения еще других высших гармоник, чтобы таким образом больше повысить отрывную частоту вращения.