нагнетательный клапан насоса высокого давления для двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Нагнетательный клапан топливного насоса высокого давления для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенным в нем с возможностью осевого перемещения подпружиненным грибковым клапаном, а также пластину с дросселирующим отверстием с возможностью перемещения ее между кольцевым седлом и ограничителем, размещенными в штуцере нагнетательного клапана, отличающийся тем, что он дополнительно содержит размещенный между клапаном и пластиной подпружиненный обратный клапан, седлом которого является пластина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к двигателестроению, и может быть использовано в системах питания дизелей.

Известен нагнетательный клапан топливного насоса высокого давления ДВС, содержащий корпус с размещенным в нем с возможностью осевого перемещения подпружиненным грибковым клапаном, обеспечивающий разобщение полости нагнетания насоса от форсунки после подачи топлива в камеру сгорания двигателя (см. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник. Л.: Машиностроение, 1974, стр. 162).

Недостатком данной конструкции клапана является возможность возникновения обратных волн давления топлива, вызывающего подвпрыскивание его в камеру сгорания, что негативно влияет на рабочий процесс, вызывая повышенный расход топлива, нагарообразование, избыток вредных веществ в отработавших газах и пр.

Известен нагнетательный клапан топливного насоса высокого давления (ТНВД) для ДВС, содержащий корпус с размещенным в нем с возможностью осевого перемещения подпружиненным грибковым клапаном, а также пластину с дросселирующим отверстием с возможностью перемещения ее между кольцевым седлом и ограничителем, размещенными в штуцере нагнетательного клапана (см. Struubel M., Krieqer K. Robert Bosch Co. Distributor Type Injection Pump for Highspecd Diesel Engines wich Direct Injection /SAE Technical Paper Series. - N 872222 - p. 1 - 10).

Недостатком работы этого клапана, выбранного в качестве прототипа, при использовании на высокоскоростных двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива является величина эффекта дросселирования, снижающего получаемые максимальные давления и приводящие к нестабильности в диапазоне малых скоростей, вызывая тем самым большой разброс между ходами. Кроме того, использование в этом клапане (клапан постоянного объема с амортизатором) пластины с дросселирующим отверстием несколько снижает возможность подвпрыскивания топлива, при этом уровень остаточных давлений, за счет которых можно было бы повысить давление впрыскивания, практически отсутствует, что не позволяет эффективно использовать данное устройство в высокоскоростных форсированных дизелях.

Предлагаемое изобретение отличается от известного тем, что в нагнетаемом клапане ТНВД для ДВС, содержащем корпус с размещенным в нем с возможностью осевого перемещения подпружиненным грибковым клапаном, а также пластину с дросселирующим отверстием с возможностью перемещения ее между кольцевым седлом и ограничителем, размещенными в штуцере нагнетательного клапана, между клапаном и пластиной дополнительно размещен подпружиненный обратный клапан, седлом которого является пластина.

Сущность заявляемого технического решения состоит в следующем. Анализ многочисленных конструкций нагнетательных клапанов показывает, что, кроме основной функции клапана - своевременное разобщение полости нагнетания насоса от распылителя, размещенного в камере сгорания, к клапану предъявляются и не менее важные требования: снижение отраженных волн давления топлива для предотвращения подвпрыскивания, а также обеспечение минимального уровня остаточных давлений топлива для повышения стабильности процесса впрыскивания. При этом практика показывает, что снижение отраженных волн сопровождается разгрузкой нагнетательного топливопровода, не позволяя использовать энергию этих волн для увеличения давлений впрыскивания, а разгрузка нагнетательного топливопровода, в свою очередь, не позволяет обеспечить стабильный уровень остаточных давлений.

Таким образом, невозможность одновременного снижения обратных волн и создания остаточных давлений в топливопроводе как раз и сдерживает возможность более эффективного использования энергии сжатого топлива. В заявляемом техническом решении в процессе выравнивания давления топлива после отсечки дополнительный обратный клапан совместно с пластиной является как бы саморегулирующим элементом, обеспечивающим преобразование энергии обратной волны в уровень остаточных давлений. При этом такое самовыравнивание положительно сказалось на стабильности подач топлива в диапазоне малых скоростей и, что особенно важно, устранились потери на избыточное дросселирование топлива.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан нагнетательный клапан в статике. На фиг. 2 - то же, но грибковый клапан и пластина с обратным клапаном подняты в процессе нагнетания топлива. На фиг. 3 - то же, но грибковый клапан, пластина и обратный клапан "посажены" на упор под воздействием обратной волны в процессе отсечки. На фиг. 4 - то же, но грибковый клапан "сидит" в корпусе, а пластина с обратным клапаном в процессе выравнивания "взвешены".

На фигурах обозначено: 1 - корпус нагнетательного клапана; 2 - грибковый клапан; 3 - пружина грибкового клапана; 4 - штуцер нагнетательного клапана; 5 - седло пластины; 6 - упор пластины; 7 - пластина; 8 - дросселирующее отверстие пластины; 9 - перепускающие окна пластины; 10 - обратный клапан; 11 - пружина обратного клапана; 12 - полость нагнетания ТНВД; H₁ - ход разгрузки клапана; H₂ - ход пластины (высота перемещения).

Устройство выполнено следующим образом. В корпусе 1 размещен грибковый клапан 2, нагруженный пружиной 3 и размещенный в нижней части штуцера 4. Внутри штуцера 4 закреплено седло 5, а в верхней части штуцера выполнен упор 6 пластины 7 с дросселирующим отверстием 8. Пластина 7 имеет по периферии перепускные окна 9, а под пластиной 7 размещен обратный клапан 10 с пружиной 11.

Нагнетательный клапан работает следующим образом. При повышении давления топлива в надплунжерной полости 12 клапан 2 (фиг. 2) поднимается из корпуса 1, преодолевая усилие пружины 3, на высоту, превышающую H₁, до посадки на упор (на фиг. не показано). Под давлением топлива пластина 7 отрывается от седла 5, садится на упор 6, при этом топливо проходит через перепускные окна 9 пластины 7 и далее к форсунке (на фиг. не показано). При отсечке давление топлива под клапаном 2 резко снижается (фиг. 3), последний опускается в корпус 1, пластина же 7 под избыточным давлением опускается на седло 5, часть топлива при этом дросселируется через отверстие 8 и окна 9 до тех пор, пока уровни давлений над и под пластиной 7 не выравнятся, после чего обратный клапан 10 под усилием пружины 11 перекроет отверстие 8 пластины 7. Обратная волна от грибкового клапана 2 создает усилие, перемещая пластину 7 совместно с обратным клапаном 10, которые, поднявшись над седлом 5 и демпфируя, погасят эту волну, сохранив при этом уровень остаточного давления в топливопроводе (фиг. 4). Очевидно, что такой саморегулирующий элемент (пластина 7 с клапаном 10) способен эффективно гасить как прямые, так и обратные волны давления, тем самым обеспечивая сохранение энергии сжатого топлива путем сглаживания пиковых значений до уровня остаточных давлений. Такое техническое решение позволило полностью предотвратить возникновение подвпрыскивания топлива и одновременно повысить давление впрыскивания за счет создания уровня остаточных давлений.

Пример конкретного выполнения. Серийный грибковый клапан 2 диаметром 6 мм с разгрузочным объемом 35 мм³, пластина 7 имела дросселирующее отверстие диаметром 0,3 мм и ход H₂ = 3 мм, обратный клапан 10 - от серийно изготавливаемого для насосов тип НД (Вильнюсского завода топливной аппаратуры). В целом клапан прост в обращении, не требует квалифицированной настройки и обеспечивает стабильность подач топлива как по скоростным, так и по нагрузочным характеристикам.

Заявленное устройство может найти широкое применение в различных дизельных топливных системах с непосредственным впрыскиванием топлива на высокоскоростных двигателях.