нагнетательный клапан двойного действия топливного насоса высокого давления для дизельного двигателя

Формула изобретения

НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий составной корпус, седло с уплотняющей конической поверхностью и входной канал, выполненные в одной из составных частей корпуса, ступенчатый проходной канал, составной прямой запорный элемент, подпружиненный к седлу с возможностью сопряжения по наружной конической уплотняющей поверхности, выполненной на одной из составных частей, прямого запорного элемента, обратный запорный элемент, выполненный шариковым и установленный в расширенной части проходного канала с зазором к ее поверхностям, обеспечивающим возможность перемещения в направлении продольной оси клапана, причем проходной канал во второй части запорного элемента выполнен ступенчатым, а каналы для прохода топлива образованы продольными пазами, выполненными в одном из элементов клапана и сопряженными с пазами поверхностями, отличающийся тем, что продольные пазы выполнены на поверхности расширенной ступени проходного канала, а торцевые кромки продольных пазов со стороны седла, выполненного в проходном канале, расположены на расстоянии от седла внутри интервала, заданного положениями диаметральной плоскости шарикового обратного запорного элемента в крайних его положениях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания, преимущественно дизелей.

Известен клапан двойного действия топливного насоса высокого давления для дизельного двигателя, содержащий составной корпус, одна из составных частей которого имеет седло основного клапана с конической уплотняющей поверхностью и входной канал, составной прямой запорный элемент, имеющий проходной канал, на одной из составных частей которого выполнена наружная коническая уплотняющая поверхность. Составной прямой запорный элемент установлен с возможностью сопряжения с седлом по уплотняющей поверхности и подпружинен к седлу. В другой составной части прямого запорного элемента проходной канал выполнен ступенчатым с образованием в месте перехода от входной ступени с меньшим диаметром к расширенной его ступени с большим диаметром седла дополнительного клапана с внутренней конической уплотняющей поверхностью, сопряженной с обратным запорным элементом в виде шарика, установленным в расширенной ступени проходного канала с возможностью его перекрытия при контакте шарика с уплотняющей поверхностью. Шарик опирается на подпружиненный в направлении седла опорный элемент, установленный с образованием кольцевого зазора между наружной кольцевой поверхностью опорного элемента и поверхностью проходного канала, необходимого для перепуска топлива в проходной канал (Рекламный проспект фирмы Роберт Бош, ГМБХ, Штутгарт. Производственный отдел К5 4, Системы впрыскивания топлива для экологических совместимых двигателей, с.23, 24).

Выполнение обратного запорного элемента в виде шарика, установленного в выемке опорного элемента, позволяет благодаря большей компактности уменьшить массу, а следовательно, и инерционность подвижных частей дополнительного клапана.

Однако в известном клапане кольцевой зазор между поверхностью опорного элемента и стенкой проходного канала должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить перепуск топлива за малый промежуток времени, что приводит к неустойчивой работе подвижных частей (опорного, запорного элементов, пружины), которые в процессе работы перекашиваются или смещаются от оси клапана. Это является причиной повышенного и неравномерного износа уплотняющих поверхностей, нарушения герметичности дополнительного клапана, снижения его надежности и долговечности. В то же время величина кольцевого зазора в силу указанных выше причин должна быть ограничена для обеспечения работоспособности клапана. Это снижает его надежность при работе двигателя с повышенной нагрузкой, когда объемы перепускаемого топлива резко увеличиваются. В этих условиях топливо через дополнительный клапан своевременно не перепускается, что может привести к нежелательному подвпрыскиванию топлива в цилиндры двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нагнетательный клапан двойного действия топливного насоса высокого давления для дизельного двигателя (заявка Японии N 62-140889, кл. F 02 M 59/46, 05.06.87). Он содержит составной корпус, седло с уплотняющей конической поверхностью, входной канал, выполненные в одной из составных частей корпуса, ступенчатый проходной канал, составной прямой запорный элемент, подпружиненный к седлу с возможностью сопряжения по наружной конической уплотняющей поверхности, выполненной на одной из составных частей прямого запорного элемента, обратный запорный элемент, выполненный шариковым и установленный с возможностью перекрытия ступенчатого проходного канала, подпружиненный опорный элемент, установленный в расширенной части проходного канала с зазором к ее поверхностям, обеспечивающим возможность перемещения в направлении продольной оси клапана, причем проходной канал во второй части запорного элемента выполнен ступенчатым, а каналы для прохода топлива образованы продольными пазами, выполненными в опорном элементе клапана и сопряженными с пазами поверхностями.

Недостатки прототипа обусловлены выполнением каналов для прохода топлива на периферийной поверхности опорного элемента. Это определяет необходимость увеличения его диаметра по отношению к диаметру шарика для обеспечения прохода (перепуска) топлива и, следовательно, увеличение его массы и инерционности, отрицательно влияющей на его быстродействие и на надежность клапана при наиболее тяжелых режимах работы двигателя. Кроме того, вследствие вышеуказанной разницы в диаметрах опорного элемента и шарика возможны поперечные смещения последнего, например при вибрациях двигателя, что вызывает повышенный и неравномерный износ уплотняющих поверхностей, преждевременное нарушение герметичности и снижение надежности.

Другой недостаток связан с возникновением интенсивных колебаний подвижных частей дополнительного клапана при его открывании, сопровождающихся ударами шарика о седло в процессе колебаний. Эти колебания возникают вследствие снижения давления в зазоре между шариком и седлом, обусловленного резким увеличением скорости истечения топлива через этот зазор при открывании клапана. Под воздействием пружины шарик с ускорением садится на седло, а так как давление при этом в линии высокого давления уменьшается незначительно, клапан снова открывается и далее цикл повторяется. Колебания шарика замедляют процесс перепускания топлива, что увеличивает вероятность подвпрыскивания топлива в цилиндры. Кроме того, удары шарика о седло существенно увеличивают его износ, что сокращает срок службы клапана.

Целью изобретения является повышение надежности и срока службы клапана путем демпфирования и устранения смещений шарика от оси клапана в процессе его перемещений.

Цель изобретения достигается тем, что в нагнетательном клапане двойного действия топливного насоса высокого давления для дизельного двигателя, содержащем составной корпус, седло с уплотняющей конической поверхностью и входной канал, выполненные в одной из составных частей корпуса, ступенчатый проходной канал, составной прямой запорный элемент, подпружиненный к седлу с возможностью сопряжения по наружной конической уплотняющей поверхности, выполненной на одной из составных частей прямого запорного элемента, обратный запорный элемент, выполненный шариковым и установленный с возможностью перекрытия ступенчатого проходного канала, подпружиненный опорный элемент, установленный в расширенной части проходного канала с зазором к ее поверхностям, обеспечивающим возможность перемещения в направлении продольной оси клапана, причем проходной канал во второй части запорного элемента выполнен ступенчатым, а каналы для прохода топлива образованы продольными пазами, выполненными в одном из элементов клапана и сопряженными с пазами поверхностями, согласно изобретению продольные пазы выполнены на поверхности расширенной ступени проходного канала, а торцовые кромки продольных пазов со стороны седла, выполненного в проходном канале, расположены на расстоянии от седла внутри интервала, заданного положениями диаметральной плоскости шарикового обратного запорного элемента, в крайних его положениях.

Указанные отличия являются существенными, так как выполнение продольных пазов, служащих для перепускания топлива, на поверхности расширенной ступени проходного канала исключает зависимость объема перепускаемого топлива от разницы диаметров опорного элемента и шарика. Благодаря этому в предлагаемом клапане уменьшен диаметр опорного элемента и расширенной ступени канала. При этом шарик установлен в канале с минимальным зазором к его стенкам, обеспечивающим прямолинейное перемещение шарика вдоль продольной оси и точную посадку его на седло, что исключает неравномерный износ уплотнительных поверхностей. Кроме того, вследствие уменьшения диаметра и площади поперечного сечения опорного элемента уменьшаются его масса, инерционность, давление жидкости на опорный элемент и соответственно увеличивается быстродействие клапана и уменьшается вероятность поломки пружины.

Другое преимущество признаков, касающихся выполнения продольных пазов на поверхности расширенной ступени проходного канала и расположения их торцовых кромок со стороны седла на расстоянии от седла внутри интервала, заданного положениями диаметральной плоскости шарикового обратного запорного элемента, в крайних его положениях, состоит в том, что последние позволяют предотвратить интенсивные колебания подвижных частей дополнительного клапана при его открывании и ускорить затухание колебаний при их появлении. Соответственно это увеличивает объем перепускаемого за единицу времени топлива и, следовательно, надежность клапана. Кроме того, предотвращаются удары шарика о седло благодаря его демпфированию, что дополнительно снижает износ уплотнительных поверхностей дополнительного клапана.

Расстояние от седла до торцовых кромок пазов определяет длину демпфирующей полости, которая образуется между седлом и шариком при отходе последнего от седла. При подходе к седлу шарик, достаточно плотно установленный в канале, перекрывает вход в пазы. Вследствие разности диаметров входной и расширенной ступеней канала при дальнейшем перемещении шарика в полости возникает противодавление, пропорциональное скорости перемещения шарика (эффект демпфирования), предотвращающие его удары о седло, способствуя также быстрому затуханию колебаний подвижных частей дополнительного клапана при их появлении. Повышенное противодавление в упомянутой полости воздействует на центральную часть площади шарика и оказывает на него определяющее воздействие. Это позволяет обеспечить удержание шарика в положении, когда дополнительный клапан открыт, до окончания перепуска топлива и сброса давления до остаточного уровня. Отмеченные выше преимущества существенно увеличивает надежность и срок службы клапана, обеспечивая достижение цели изобретения.

На фиг.1 представлен предлагаемый нагнетательный клапан, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Предложенный нагнетательный клапан содержит составной корпус 1, в одной из составных частей 2 которого выполнены седло 3 с конической уплотняющей поверхностью 4 и входной канал 5, составной прямой запорный элемент 6, имеющий проходной канал 7, на одной из составных частей 8 которого выполнена наружная коническая уплотняющая поверхность 9, подпружиненный к седлу 3 пружиной 10 с возможностью сопряжения по коническим уплотняющим поверхностям 9 и 4. В другой составной части 11 запорного элемента 6 проходной канал 7 выполнен ступенчатым с образованием в месте перехода от суженной части 12 канала с меньшим диаметром к расширенной его части 13 с большим диаметром седла 14 с конической уплотняющей поверхностью 15, сопряженной с обратным запорным элементом 16, выполненным в виде шарика (шарикового обратного запорного элемента). Шарик 16 установлен в расширенной части 13 проходного канала 7 с минимальным зазором к его стенкам, допускающим возможность его перемещения вдоль оси клапана и перекрытия ступенчатого проходного канала 7. Шарик 16 опирается на опорный элемент 17, установленный в расширенной части 13 канала 7 с зазором к ее поверхности, обеспечивающим возможность перемещения в направлении продольной оси клапана, и подпружиненный в направлении седла 14 пружиной 18. На поверхности расширенной части 13 проходного канала с одинаковым шагом по ее периметру выполнены продольные пазы 19, причем торцовые кромки 20 продольных пазов 19 располагаются на расстоянии L от седла 14 внутри интервала О₁О₂, заданного положениями диаметральной плоскости шарика 16, в крайних его положениях. В открытом положении дополнительного клапана между шариком 16 и седлом 14 образуется полость 21.

Предлагаемый нагнетательный клапан работает следующим образом.

При нагнетании топлива плунжером (не показан) давление топлива действует на прямой запорный элемент 6, который, преодолевая усилие пружины 10, движется вверх. Топливо по входному каналу 5 через образовавшийся зазор между коническими уплотняющими поверхностями 4 и 9 движется вверх, поступая в линию высокого давления (не показана). После отсечки топлива давление во входном канале 5 падает, топливо с ускорением движется в сторону прямого запорного элемента 6, приобретая к моменту его посадки на седло большую скорость, и резко тормозится. При торможении кинетическая энергия топлива переходит в потенциальную энергию, давление вблизи элемента 6 повышается и воздействует на шарик 16, который, преодолевая усилие пружины 18, открывается.

Так как шарик 16 установлен в расширенной части 13 проходного канала достаточно плотно, а торцовые кромки 20 продольных пазов 19 располагаются на расстоянии от седла 14, то он перемещается до открывания входа в пазы 19. Топливо, проходя входную часть 12 канала с меньшим диаметром, полость 21, и далее через пазы 19, расширенную ступень 13 проходного канала и проходной канал 7 в части 8 основного запорного элемента 6 перепускается во входной канал 5, снижая давление в линии высокого давления и устраняя тем самым подвпрыскивание топлива в цилиндры двигателя. При открытом дополнительном клапане топливо, ускоряясь в суженной части 12 проходного канала 7, тормозится в расширенной полости 21 между седлом 14 и шариком 16, вследствие чего в ней поддерживается повышенное давление, удерживающее шарик 16 (дополнительный клапан) в открытом положении. После снижения давления в линии высокого давления и соответственно в полости 21 до остаточного уровня шарик 16 под действием пружины 18 перемещается в сторону седла 14. При подходе к седлу шарик перекрывает собой вход в пазы 19. При дальнейшем перемещении шарика 16 в полости 21 в ней возникает противодавление, пропорциональное скорости перемещения шарика 16, которое демпфирует (смягчает) его посадку на седло 14, а стенки расширенной части 13 (полости 21) проходного канала обеспечивают точную посадку шарика 16 на седло 14. В случае возникновения колебаний подвижных частей 16, 17, 18 дополнительного клапана они быстро затухают благодаря демпфированию. Так как шарик 16 при движении его к седлу 14 перекрывает собой вход в продольные пазы 19, через которые перепускается топливо, ранее, чем он коснется седла, он колеблется, не касаясь последнего.