топливный насос высокого давления

Формула изобретения

ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус, размещенные в корпусе кулачковый вал с кулачком, гильзу с наполнительным отверстием и пазом, подпружиненные к кулачку толкатель и установленный в гильзе плунжер с отсечным отверстием, дозирующую втулку, размещенную в пазу гильзы коаксиально плунжеру, фазирующую втулку, установленную на хвостовике гильзы коаксиально плунжеру и кинематически связанную с последним, дозирующую рейку, кинематически связанную с дозирующей втулкой, и фазирующую рейку, кинематически связанную с фазирующей втулкой, на цилидрической поверхности плунжера выполнена косая кромка с возможностью перекрытия наполнительного отверстия гильзы, а на внутренней цилиндрической поверхности дозирующей втулки - косая кромка с возможностью перекрытия отсечного отверстия плунжера, эквидистантная косой кромке плунжера, отличающийся тем, что рабочий участок профильной поверхности кулачка, взаимодействующий с толкателем, выполнен криволинейным, описываемым уравнением

h_x=h_o+(_x-_o)h,

где h_x - текущее перемещение плунжера;

h_o - перемещение плунжера в начальной точке рабочего участка;

_x - текущий угол поворота кулачка;

_o - угол поворота кулачка, соответствующий начальной точке рабочего участка;

h₁=const перемещение плунжера, соответствующее одному градусу поворота кулачка на рабочем участке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к топливоподающим системам дизелей и может быть использовано в области двигателестроения в качестве топливного насоса высокого давления.

Известен топливный насос высокого давления, содержащий гильзу с наполнительным и отсечным отверстиями, размещенный в гильзе плунжер с направляющей поверхностью и с косой кромкой, выполненной с возможностью перекрытия отсечного отверстия гильзы, втулку, установленную на гильзе и имеющую направляющую поверхность, взаимодействующую с направляющей поверхностью плунжера, и дозирующую рейку, кинематически связанную с втулкой [1]

Недостатком этого топливного насоса является невозможность регулирования момента впрыскивания (угла опережения впрыскивания топлива) непосредственно плунжерной парой насоса. Функции такого регулирования момента впрыскивания в топливном насосе возложены на дополнительную автоматическую муфту, которая изменяет угол опережения впрыскивания топлива при изменении скоростного режима работы дизеля.

Известен топливный насос высокого давления, содержащий гильзу с размещенным в ней плунжером, выполненным с направляющей поверхностью, наполнитель- ным и отсечным отверстиями, установленную на плунжере подвижную втулку с внутренней косой кромкой, выполненной с возможностью перекрытия отсечного отверстия плунжера, установленную на гильзе поворотную втулку с направляющей поверхностью, взаимодействующую с направляющей поверхностью плунжера, поворотный шток, кинематически связанный с подвижной втулкой и дозирующую рейку, кинематически связанную с поворотной втулкой [2]

Недостатком данного топливного насоса является сравнительно невысокая точность регулирования угла опережения впрыскивания топлива. Это обусловлено повышенным трением в кинематической паре плунжер подвижная втулка, вызванным суммированием усилий от возвратно-поступательно движущегося плунжера с усилием от поступательно движущейся подвижной втулки. Кроме того, поступательное движение подвижной втулки вдоль плунжера приводит к увеличению габаритных размеров топливного насоса по высоте.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является топливный насос высокого давления, содержащий корпус, размещенный в корпусе кулачковый вал с кулачком, гильзу с наполнительным отверстием и пазом, подпружиненные к кулачку толкатель и установленный в гильзе плунжер с отсечным отверстием, дозирующую втулку, размещенную в пазу гильзы коаксиально плунжеру, фазирующую втулку, установленную на хвостовике гильзы коаксиально плунжеру и кинематически связанную с последним, дозирующую втулку, кинематически связанную с дозирующей втулкой, и фазирующую рейку, кинематически связанную с фазирующей втулкой, на цилиндрической поверхности плунжера выполнена косая кромка с возможностью перекрытия наполнительного отверстия гильзы, а на внутренней цилиндрической поверхности дозирующей втулки выполнена косая кромка с возможностью перекрытия отсечного отверстия плунжера, эквидистантная косой кромке плунжера [3]

Однако такой топливный насос имеет недостаточно высокую точность дозирования топлива. Это вызвано тем, что при изменении угла опережения впрыскивание происходит на другом участке профиля кулачка, обеспечивающем другую скорость движения плунжера. В результате даже при неизменном активном ходе плунжера, обеспечиваемом эквидистантностью косых кромок плунжера и дозирующей втулки, разница в скоростях плунжера приводит к различию в цикловых подачах топлива. Кроме того, кулачок профилируется таким образом, чтобы впрыскивание топлива происходило на участке профиля, обеспечивающем наибольшую скорость движения плунжера. При изменении угла опережения впрыскивание смещается на участок профиля кулачка с меньшей скоростью, что приводит к снижению интенсивности впрыскивания и его стабильности.

Целью изобретения является повышение точности дозирования топлива, стабильности процесса впрыскивания и его интенсификации.

Для этого в топливном насосе высокого давления, содержащем корпус, размещенные в корпусе кулачковый вал с кулачком, гильзу с наполнительным отверстием и пазом, подпружиненные к кулачку толкатель и установленный в гильзе плунжер с отсечным отверстием, дозирующую втулку, размещенную в пазу гильзы коаксиально плунжеру, фазирующую втулку, установленную на хвостовике гильзы коаксиальной плунжеру и кинематически связанную с последним, дозирующую рейку, кинематически связанную с дозирующей втулкой, и фазирующую рейку, кинематически связанную с фазирующей втулкой, на цилиндрической поверхности плунжера выполнена косая кромка с возможностью перекрытия наполнительного отверстия гильзы, а на внутренней цилиндрической поверхности дозирующей втулки выполнена косая кромка с возможностью перекрытия отсечного отверстия плунжера, эквидистантная косой кромке плунжера, рабочий участок профильной поверхности кулачка, взаимодействующей с толкателем, представляет собой кривую, описываемую уравнением

h_x= h_o+(_x-_o)h₁, где h_x текущее перемещение плунжера; h_o перемещение плунжера в начальной точке рабочего участка; _x текущий угол поворота кулачка; _о угол поворота кулачка, соответствующий начальной точке рабочего участка; h₁=const перемещение плунжера, соответствующее одному градусу поворота кулачка на рабочем участке.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом выявил в первом новый признак, заключающийся в оптимальной геометрической форме рабочего участка профильной поверхности кулачка. Такое выполнение кулачка обеспечивает постоянство скорости плунжера при работе на рабочем участке профиля. Поэтому при изменении угла опережения впрыскивания топлива впрыскивание происходит с максимальной и постоянной скоростью, что обеспечивает повышение точности дозирования топлива, стабильности процесса впрыскивания и его интенсификации.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемого топливного насоса; на фиг. 2 профили косых кромок на наружной цилиндрической поверхности плунжера и на внутренней цилиндрической поверхности дозирующей втулки; на фиг. 3 диаграммы изменения скорости плунжера по углу поворота кулачкового вала для предлагаемого топливного насоса и для топливного насоса, принятого за прототип.

Топливный насос (фиг. 1) содержит размещенные в корпусе 1 кулачковый вал 2 с кулачком 3 и гильзу 4 с пазом 5 и плунжером 6. На плунжере установлена дозирующая втулка 7, размещенная в пазу гильзы. На хвостовике 8 гильзы коаксиально плунжеру размещена фазирующая втулка 9, имеющая направляющую поверхность 10, взаимодействующую с направляющей поверхностью 11 плунжера. Дозирующая втулка 7 через поводок 12 соединена с дозирующей рейкой 13. Фазирующая втулка 9 через поводок 14 соединена с фазирующей рейкой 15. Плунжер 6 имеет отсечное отвеpстие 16 и косую кромку 17, выполненную на его цилиндрической поверхности с возможностью перекрытия кромкой 17 наполнительного отверстия 18 гильзы 4. Дозирующая втулка 7 имеет косую кромку 19, выполненную на ее внутренней цилиндрической поверхности с возможностью перекрытия кромкой 19 отсечного отверстия 16 плунжера. Профильная поверхность 20 кулачка 3 контактирует с роликом 21 толкателя 22, на который опирается плунжер 6. Плунжер с толкателем подпружинены к кулачку 3 пружиной 23. Гильза 4 и плунжер 6 образуют надплунжерную полость 24, в которой установлен нагнетательный клапан 25, подпружиненный пружиной 26. Подкачивающий насос 27 приводится от эксцентрика 28 кулачкового вала 2.

Топливный насос (фиг. 1) работает следующим образом.

Топливо от подкачивающего насоса 27 поступает к наполнительному отверстию 18 гильзы 4. При нахождении плунжера 6 в нижнем положении наполнительное отверстие 18 сообщено с надплунжерной полостью 24.

Вращение кулачкового вала 2 приводит к набеганию кулачка 3 на ролик 21 толкателя 22 и к перемещению плунжера 6 вверх. В момент перекрытия наполнительного отверстия 18 косой кромкой 17 плунжера надплунжерная полость 24 оказывается изолированной от наполнительного отверстия и при дальнейшем движении плунжера вверх происходит сжатие топлива до давления, определяемого предварительной деформацией пружины 26, и нагнетание топлива. Нагнетание продолжается до тех пор, пока отсечное отверстие 16 в плунжере не откроется косой кромкой 19 дозирующей втулки. При этом происходит отсечка топлива в корпус насоса.

Изменение количества подаваемого в цилиндры двигателя топлива осуществляется в предлагаемом топливном насосе с помощью дозирующей рейки 13. Перемещение дозирующей рейки, например в сторону уменьшения подачи топлива, приводит к повороту дозирующей втулки 7 вокруг оси плунжера 6. При этом косая кромка 19 дозирующей втулки (фиг. 1, 2) сместится относительно отсечного отверстия 16 плунжера таким образом, что окончание подачи топлива, определяемое моментом начала открытия отсечного отверстия 16 косой кромкой 19, произойдет раньше.

В результате активный ход плунжера (ход плунжера, соответствующий периоду нагнетания) и, следовательно, цикловая подача топлива уменьшаются.

Одним из основных параметров топливоподачи, наряду с количеством подаваемого в цилиндры двигателя топлива, является угол опережения впрыскивания топлива, который целесообразно изменять при изменении частоты вращения дизеля, нагрузки на дизель (количества подаваемого топлива) и ряда других показателей работы дизеля. Изменение угла опережения впрыскивания топлива осуществляется в предлагаемом топливном насосе с помощью дозирующей рейки 15. Перемещение дозирующей рейки например, в сторону уменьшения угла опережения впрыскивания топлива приводит к повороту фазирующей втулки 9 вокруг оси плунжера. Одновременно за счет взаимодействия направляющей поверхности 10 фазирующей втулки с направляющей поверхностью 11 плунжера происходит поворот плунжера вокруг своей оси. При этом косая кромка 17 плунжера (фиг. 1, 2) сместится относительно наполнительного отверстия 18 гильзы 4 таким образом, что начало подачи топлива, определяемое моментом окончания закрытия наполнительного отверстия 18 косой кромкой 17, произойдет позже (угол опережения впрыскивания топлива уменьшается). Одновременно при повороте плунжера происходит смещение отсечного отверстия 16 плунжера относительно косой кромки 19 дозирующей втулки. Поскольку косые кромки 17 и 19 выполнены эквидистантными, то при изменении угла опережения впрыскивания топлива активный ход плунжера и, следовательно, цикловая подача топлива не изменяются. Таким образом обеспечивается независимость изменения цикловой подачи топлива и угла опережения впрыскивания топлива.

В топливных насосах, оборудованных муфтой опережения, кулачок профилируется таким образом, что диаграмма изменения скорости плунжера по углу поворота кулачкового вала представляет собой близкую к треугольнику кривую (кривая c-a-b-d на фиг. 3). При таком выполнении кулачка впрыскивание топлива осуществляется на участке профиля a-b с максимальной скоростью плунжера и при изменении угла опережения с помощью муфты участок впрыскивания не изменяется. Это обусловлено тем, что в этих топливных насосах начало подачи топлива (момент окончания закрытия наполнительного отверстия) и окончание подачи топлива (момент начала открытия отсечного отверстия) соответствуют строго определенному положению (ходу) плунжера, т.е. углу поворота кулачкового вала. В этом случае угол опережения изменяется путем изменения взаимного углового расположения коленчатого вала двигателя и кулачкового вала топливного насоса.

В топливном насосе, принятом за прототип, и в предлагаемом топливном насосе отсутствует жесткая взаимосвязь между началом и окончанием подачи и положением (ходом) плунжера. Поэтому при выполнении кулачка с диаграммой изменения скорости плунжера c-a-b-d (фиг. 3) и изменении угла опережения впрыскивания с помощью фазирующей рейки фаза впрыскивания смещается по профилю кулачка. В результате выпрыскивание происходит на участке профиля кулачка, обеспечивающем другую скорость движения плунжера. Поэтому при изменении угла опережения разница в скоростях плунжера приводит к различию в цикловых подачах топлива даже при неизменном активном ходе плунжера. Кроме того, при изменении угла опережения впрыскивание смещается на участок профиля кулачка с меньшей скоростью, что приводит к снижению интенсивности впрыскивания и его стабильности. Так, например, в дизеле 8 ЧН 12/12, устанавливаемом на автомобиле Кам АЗ, на номинальном режиме впрыскивание топлива начинается в точке a при скорости плунжера 1,7 м/с и заканчивается в точке b при скорости плунжера 2,3 м/с (см. фиг. 3, диаграмма c-a-b-d).

При использовании топливного насоса, принятого за прототип, и увеличении угла опережения фаза впрыска смещается, например, на участок a₁-b₁ со скоростями плунжера соответственно 1,4 и 1,9 м/с, а при уменьшении угла опережения на участок a₂-b₂ со скоростями плунжера соответственно 2,2 и 1,7 м/с (см. фиг. 3).

В связи с изложенным для повышения точности дозирования топлива, стабильности процесса впрыскивания и его интенсификации предлагается кулачок профилировать таким образом, чтобы диаграмма изменения скорости плунжера по углу поворота кулачкового вала (кривая c-a₁"-b₂"-d на фиг. 3) имела участок с постоянной скоростью a₁"-b₂".

Этого можно достичь, если рабочий участок профильной поверхности кулачка, взаимодействующей с толкателем, выполнить по зависимости

h_x= h_o+(_x-_o)h₁, где h_x текущее перемещение плунжера; h_o перемещение плунжера в начальной точке рабочего участка; _x текущий угол поворота кулачка; _o угол поворота кулачка, соответствующий начальной точке рабочего участка; h₁=const перемещение плунжера, соответствующее одному градусу поворота кулачка на рабочем участке.

Для диаграммы с-a₁"-b₂"-d, представленной на фиг. 3 и рекомендуемой для дизеля 8 ЧН 12/12, профиль рабочего участка кулачка a₁"-b₂" в соответствии с приведенной выше зависимостью можно описать выражением

h_x=3,249 мм +(_x-137^o) 0,342 мм/град.

Такое выполнение рабочего участка кулачка в предлагаемом топливном насосе по сравнению с прототипом обеспечивает на этом участке постоянство скорости плунжера (с_пл=2,3 м/сconst) при изменении угла опережения впрыскивания, что позволяет повысить точность дозирования топлива с 10% до 4% стабильность процесса впрыскивания и его интенсификацию.

Давление впрыскивания увеличивается с 700 МПа до 800 МПа во всем диапазоне изменения угла опережения впрыскивания топлива.