НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
HIGH PRESSURE PUMP

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к насосу высокого давления для устройства впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Подобный насос высокого давления известен, например, из DE 102006041673 А1. Описанный в этой публикации насос высокого давления имеет приводной вал с по меньшей мере одним кулачком или эксцентриком и по меньшей мере одну плунжерную пару с плунжером, который приводится кулачком или эксцентриком приводного вала в возвратно-поступательное движение. Между плунжером и кулачком или эксцентриком приводного вала расположены опорный элемент и перекатывающийся по кулачку или эксцентрику опорный ролик. Опорный элемент имеет со своей обращенной к приводному валу стороны углубление, в котором с возможностью вращения установлен опорный ролик. Для повышения износостойкости опорного элемента в зоне его контакта с опорным роликом в указанной публикации предлагается снабжать опорный элемент в этой зоне покрытием из материала, обладающего высокой износостойкостью.
Из DE 102005042598 А1 известен далее сборный толкатель, имеющий опорный элемент для частичного размещения и охвата опорного ролика, при этом такой опорный элемент выполнен без возможности невыпадающего удержания им опорного ролика в углублении. Сказанное означает, что опорный элемент охватывает опорный ролик по дуге угловой протяженностью не более 180°. Поэтому для невыпадающего удержания опорного ролика в опорном элементе сборный толкатель дополнительно имеет защитную накладку (крышку) со стопорными выступами, которые, если смотреть в поперечном сечении, заходят за опорный ролик. Поскольку угол обхвата опорного ролика опорным элементом не превышает 180°, зона контакта опорного элемента с опорным роликом уменьшается, в результате чего уменьшаются силы трения, а тем самым и снижается износ трущихся деталей. Помимо этого в указанной публикации предлагается выполнять согласованную с опорным роликом полуцилиндрическую полость, соответственно полуцилиндрическое углубление опорного элемента большего радиуса по сравнению с радиусом опорного ролика. Благодаря этому опорный элемент прилегает к опорному ролику только на отдельном участке, т.е. достигается дальнейшее уменьшение зоны контакта опорного элемента с опорным роликом. При этом, однако, по обе стороны от опорного ролика образуются радиальные зазоры, в которые возможно попадание частиц грязи. Данный фактор может привести к увеличению механической нагрузки на сопряженные поверхности, а тем самым и к увеличению их износа.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать насос высокого давления указанного в начале описания типа, который имеет по меньшей мере одну плунжерную пару и у которого обеспечивалось бы улучшенное опирание в ней плунжера на кулачок или эксцентрик приводного вала через толкатель и опорный ролик. При этом прежде всего должно обеспечиваться крепление опорного ролика в толкателе или вставленном в него дополнительном опорном элементе со сниженным до минимально возможного износом.
Указанная задача решается с помощью предлагаемого в изобретении насоса высокого давления для устройства впрыскивания топлива в двигатель внутреннего сгорания с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Краткое изложение сущности изобретения
Предлагаемый в изобретении насос высокого давления имеет по меньшей мере одну плунжерную пару с плунжером, приводимым кулачком или эксцентриком приводного вала в возвратно-поступательное движение и опирающимся опосредованно через толкающий элемент толкателя и опорный ролик на кулачок или эксцентрик приводного вала. При этом предусмотрен опорный башмак с в основном цилиндрическим углублением для частичного размещения и охвата опорного ролика в толкающем элементе толкателя. Согласно изобретению в основном цилиндрическое углубление опорного башмака образует с его торцевой поверхностью продольные кромки, которые для размещения покрытия, проходящего от углубления опорного башмака за их пределы, выполнены закругленными или с фаской. Покрытие расположено в основном на стенке углубления опорного башмака и при этом проходит за пределы указанных продольных кромок. Благодаря предлагаемому образованию продольных кромок и их выполнению закругленными или с фаской улучшается сцепление покрытия с поверхностью в зоне этих продольных кромок. Благодаря этому в свою очередь удается значительно снизить износ в зоне продольных кромок, обусловленный, например, нанесением недоброкачественного покрытия.
В одном из предпочтительных вариантов покрытие предназначено для образования антифрикционного слоя и/или износостойкого слоя и предпочтительно выполнено из углерода или углеродного соединения. Поскольку опорный башмак предназначен прежде всего для крепления, соответственно опирания опорного ролика, перекатывающегося по кулачку или эксцентрику приводного вала, нанесение соответствующего покрытия на стенки углубления позволяет придать ему функцию опоры скольжения. В качестве особенно предпочтительных в этом отношении зарекомендовали себя покрытия из углерода, соответственно углеродных соединений. При использовании же покрытия из материала, который, кроме того, обладает еще и высокой износостойкостью, достигается дальнейшее снижение износа в зоне контакта между опорным башмаком и опорным роликом. Поскольку подобные покрытия обычно образуют твердые слои, выполнение продольных кромок закругленными или с фаской позволяет практически полностью предотвратить отслаивание покрытия. Прочность сцепления покрытия с поверхностью имеет важное значение прежде всего в зоне продольных кромок, поскольку они подвергаются воздействию особо высокой динамической нагрузки. При этом нагрузка возрастает, когда в основном частично цилиндрическое углубление опорного башмака охватывает опорный ролик по дуге угловой протяженностью более 180°.
В еще одном предпочтительном варианте по меньшей мере одна выполненная закругленной или с фаской продольная кромка расположена с радиальным отступом от опорного ролика. Вследствие этого в поперечном сечении профиль в основном цилиндрического углубления опорного башмака по меньшей мере на отдельном участке отличается от профиля опорного ролика в его поперечном сечении. Так, например, цилиндрическое углубление в поперечном сечении может иметь больший диаметр, чем ролик. Помимо этого цилиндрическое углубление может иметь в поперечном сечении эллиптический профиль, расширяющийся к продольным кромкам. Расположение продольной кромки с радиальным отступом от опорного ролика обеспечивает ее разгрузку, в связи с чем и данная мера способствует снижению износа опорного башмака, а также опорного ролика.
Однако наличие радиального зазора между опорным башмаком и опорным роликом одновременно связано с опасностью попадания в этот зазор частиц грязи, которые могли бы повреждать выполненное внутри углубления покрытие. Поэтому для воспрепятствования попаданию частиц грязи в углубление опорного башмака в еще одном предпочтительном варианте предлагается снабжать опорный башмак защитной накладкой, которая закрывает по меньшей мере часть его торцевой поверхности и проходит за пределы по меньшей мере одной продольной кромки таким образом, что образуется проходящая параллельно продольной оси опорного ролика кромка, расположенная с малым зазором от опорного ролика. В соответствии с этим снабжение опорного башмака защитной накладкой позволяет защитить имеющийся между опорным башмаком и опорным роликом радиальный зазор от проникновения в него частиц грязи, благодаря чему обеспечивается дальнейшее снижение износа в зоне контакта между опорным башмаком и опорным роликом. При расположении обеих продольных кромок в основном цилиндрического углубления опорного башмака с радиальным отступом от опорного ролика защитная накладка предпочтительно должна располагаться по обе стороны от него. При необходимости же защитить только одну продольную кромку и имеющийся между ней и опорным роликом радиальный зазор соответствующей защитной накладкой ее предпочтительно располагать с входной в направлении вращения опорного ролика стороны, поскольку обычно именно с этой стороны в указанный радиальный зазор проникают частицы грязи. Расположенная параллельно продольной оси опорного ролика кромка защитной накладки в предпочтительном варианте проходит по всей длине продольной кромки, которую требуется закрыть. Сказанное означает, что осевая протяженность кромки защитной накладки по меньшей мере равна осевой протяженности закрываемой продольной кромки углубления. Соблюдение подобного условия позволяет обеспечить успешную и эффективную защиту имеющегося между продольной кромкой и опорным роликом радиального зазора по всей его осевой протяженности от попадания в него частиц грязи.
В следующем предпочтительном варианте отстоящая с малым зазором от опорного ролика кромка защитной накладки выполнена проходящей наклонно и/или вогнуто закругленной. Сказанное означает, что кромка защитной накладки образует с ее наружной поверхностью острый угол α, который предпочтительно составляет не более 45°. Выполнение отстоящей с малым радиальным зазором от опорного ролика кромки защитной накладки остроугольной и тем самым предпочтительно острой позволяет придать защитной накладке функцию грязесъемника. Изготовление защитной накладки из приемлемого, прежде всего износостойкого материала позволяет исключить разрушение ее служащей грязесъемником кромки.
В еще одном предпочтительном варианте защитную накладку предлагается соединять с опорным башмаком резьбовым, клеммовым или стопорным соединением. Благодаря этому обеспечивается надежное закрепление защитной накладки на опорном башмаке. Особо простую сборку обеспечивают клеммовые или стопорные соединения, для реализации которых на защитной накладке можно предусмотреть стопорные элементы, вставляемые в соответствующие им выемки на опорном башмаке. Надежное закрепление защитной накладки на опорном башмаке имеет особое значение прежде всего в том случае, когда защитная накладка наряду с выполнением функции грязезащитного щитка, соответственно грязесъемника выполняет также крепежную или удерживающую функцию. Подобное имеет место в том случае, когда лишь защитная накладка заходит, если смотреть в поперечном сечении, за опорный ролик и тем самым только она одна обеспечивает невыпадающее удержание опорного ролика в опорном башмаке. Однако в объем изобретения включены также варианты, в которых углубление опорного башмака имеет в поперечном сечении профиль, заходящий за опорный ролик или обхватывающий его. Сказанное означает, что угол обхвата опорного ролика углублением опорного башмака может также составлять более 180°.
В еще одном предпочтительном варианте защитная накладка опорного башмака выполнена составной, а более предпочтительно выполнена состоящей из двух частей, каждая из которых образует по проходящей параллельно продольной оси опорного ролика кромке, расположенной с малым радиальным зазором от него. Преимущество, связанное с выполнением защитной накладки, состоящей из двух частей, состоит в упрощении вставки опорного ролика в опорный башмак, поскольку прежде всего при использовании одной рассчитанной на невыпадающее удержание опорного ролика защитной накладки ее необходимо выполнять с учетом того, что она заходит за опорный ролик.
Для дальнейшего упрощения сборки опорный башмак и толкающий элемент толкателя можно также выполнять за одно целое.
Отличительной особенностью настоящего изобретения являются прежде всего наличие прочного и надежного в эксплуатации покрытия, позволяющего улучшить антифрикционные свойства роликовой опоры в опорном башмаке и/или ее характеристики износостойкости, а тем самым и сниженный износ в зоне контакта опорного ролика с опорным башмаком. При этом дополнительно сохраняется грязезащитная функция.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид в продольном разрезе плунжерной пары предлагаемого в изобретении насоса высокого давления в зоне роликовой опоры, при этом в левой половине чертежа представлен первый вариант, а в правой половине - второй вариант, и
на фиг.2 - увеличенный фрагмент насоса высокого давления в зоне крепления защитной накладки к опорному башмаку, в котором установлен опорный ролик.
На фиг.1 схематично показана плунжерная пара предлагаемого в изобретении насоса высокого давления в зоне роликовой опоры, которая при этом имеет предлагаемое в изобретении исполнение. Плунжерная пара имеет плунжер 1, который через опорный ролик 4 опирается на кулачок 2 приводного вала (не показан), вращательное движение которого, соответственно кулачка 2 преобразуется тем самым в возвратно-поступательное движение плунжера 1. Опорный ролик 4 при этом перекатывается по наружной боковой поверхности кулачка 2, которая перемещается относительно опорного башмака 5, который частично охватывает установленный в нем опорный ролик 4. Опорный башмак 5 в свою очередь удерживается в толкающем элементе 3 толкателя плунжерной пары.
Опорный башмак 5 для возможности размещения в нем опорного ролика 4 имеет в основном цилиндрическое углубление 6, профиль которого в его поперечном сечении по меньшей мере на отдельном участке согласован с профилем опорного ролика 4 в его поперечном сечении. По меньшей мере на этом отдельном участке опорный башмак 5 и опорный ролик 4 контактируют между собой, и поэтому при работе насоса этот отдельный участок подвергается динамической нагрузке. Для снижения сил трения на этом отдельном участке стенка углубления 6 снабжена покрытием 9, которое предназначено для образования опоры скольжения для опорного ролика 4. Благодаря выполнению углубления 6 в виде опоры скольжения уменьшаются силы трения, а тем самым и снижается износ в зоне контакта стенки углубления 6 с опорным роликом 4. В показанных на чертеже вариантах (левая половина, а также правая половина изображения на фиг.1) углубление 6 имеет в поперечном сечении больший диаметр, чем опорный ролик 4, и поэтому зона контакта стенки углубления с опорным роликом ограничена отдельным участком стенки углубления 6, благодаря чему удается дополнительно снизить износ опорного башмака 5 и/или опорного ролика 4. По причине большего диаметра углубления 6 между его стенкой и опорным роликом 4 по обе стороны от него образуется радиальный зазор, который в зоне каждой из продольных кромок 7, образуемых в местах перехода стенки углубления 6 в торцевую поверхность 8 опорного башмака 5, имеет наибольшую радиальную протяженность (ширину). Такой радиальный зазор, с одной стороны, разгружает продольные кромки 7, но с другой стороны, позволяет проникать в него частицам грязи, которые могли бы привести к повреждению покрытия 9 внутри углубления 6. Поэтому на торцевой поверхности 8 опорного башмака 5 для защиты покрытия предусмотрена защитная накладка 10 с отверстием (или прорезью) для опорного ролика 4. При этом образуются кромки 11, которые расположены с малым радиальным зазором от опорного ролика 4. Такая защитная накладка при этом практически полностью закрывает продольные кромки 7 и радиальный зазор между стенкой углубления 6 и опорным роликом 4. Благодаря малому радиальному зазору между защитной накладкой 10 и опорным роликом 4 эффективно предотвращается проникновение грязи в радиальный зазор между стенкой углубления и опорным роликом. Одновременно с этим кромки 11 защитной накладки 10 выполнены острыми, и поэтому защитная накладка 10 выполняет, кроме того, функцию грязесъемника. Защитная накладка 10 выполняет далее функцию по невыпадающему удержанию опорного ролика 4 в углублении 6 опорного башмака 5. Сам опорный башмак 5 не может выполнять подобную функцию, поскольку углубление 6 выполнено с таким поперечным сечением, что опорный башмак 5 не заходит за опорный ролик 4, соответственно не обхватывает его. Защитная накладка 10 в свою очередь соединена с опорным башмаком 5 винтами 13.
Существенный вклад в обеспечение защиты покрытия 9 внутри углублении 6 вносит предлагаемое в изобретении выполнение продольных кромок 7 углубления 6 в месте пересечения ее стенки с торцевой поверхностью 8. В первом варианте, представленном в левой половине изображения на фиг.1, продольная кромка 7 выполнена с фаской. Скошенная поверхность фаски образует переход между стенкой углубления 6 и торцевой поверхностью 8, что позволяет избежать образования острых кромок. Обусловлено это тем, что фаска образует с каждой из примыкающих к ней поверхностей угол явно более 90°. Предложенный вариант выполнения продольной кромки 7 позволяет, таким образом, улучшить сцепление покрытия 9 с опорным башмаком 5, которое проходит за пределы продольной кромки 7.
1
В правой половине изображения на фиг.1 представлен другой вариант. Он отличается от представленного в левой половине чертежа тем, что продольная кромка 7 выполнена закругленной. Закругление имеет радиус R, величина которого выбрана такой, что исключается образование острых краев. Выполнение продольной кромки 7 не остроугольной позволяет дополнительно улучшить сцепление покрытия 9 с поверхностью опорного башмака 5. В том случае, если несмотря на наличие защитной накладки 10, служащей грязесъемником, частицы грязи все же попадут в пространство за защитной накладкой 10, выполнение продольных кромок 7 не остроугольными позволяет эффективно предотвращать отслаивание покрытия 9 из-за отсутствия так сказать уязвимых поверхностей, образуемых остроугольными кромками и острыми краями. Таким путем обеспечивается эффективная защита покрытия 9, а тем самым и снижается износ в зоне опоры скольжения.
Как показано на фиг.2, защитная накладка 10 может также крепиться к опорному башмаку 5 клеммовым, соответственно стопорным соединением. В этом случае необходимость в применении винтов 13 может отпасть. В показанном на чертеже варианте клеммовое, соответственно стопорное соединение образовано стопорным выступом 14 на боковом загнутом кверху крае защитной накладки 10 и пазом 15, который выполнен ответным по отношению к стопорному выступу 14 в боковой поверхности опорного башмака 5. Помимо этого возможны различные варианты реализации клеммовых, соответственно стопорных соединений. Вместо соединения с опорным башмаком 5 защитная накладка 10 может быть также соединена с толкающим элементом 3 толкателя.
2
На фиг.2 также показаны два варианта. В левой половине изображения на фиг.2 показан первый вариант выполнения кромки 11 защитной накладки 10, которая вогнуто закруглена и образует с наружной поверхностью 12 защитной накладки 10 острый угол. Закругление выполнено с радиусом R. В правой половине изображения на фиг.2 показан второй вариант выполнения кромки 11 защитной накладки 10, каковая кромка в отличие от показанного в левой половине чертежа варианта выполнена проходящей наклонно (скошенной). Кромка 11 образует при этом с наружной поверхностью 12 защитной накладки 10 острый угол α, который в данном случае составляет 45°. Тем самым сохраняется выполнение функции грязесъемника защитной накладкой.
Различные, показанные на фиг.1 и 2 варианты выполнения продольных кромок 7 и кромок 11 можно использовать в любых сочетаниях между собой. В этом отношении конкретное конструктивное исполнение можно согласовывать с конкретными требованиями и/или с конкретно применяемыми материалами.