улучшенное нагнетающее устройство для подачи топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Нагнетающее устройство для подачи топлива из бака (12) в двигатель внутреннего сгорания, содержащее насос низкого давления (10), насос высокого давления (15), в свою очередь, содержащий тело (20), образующее внутреннюю камеру (23), и по меньшей мере один поршень (42), приводимый в действие управляющим элементом (39), размещенным в упомянутой внутренней камере (23), и двухпозиционный клапан (71), размещенный в соединении между насосом низкого давления (10) и насосом высокого давления (15), причем двухпозиционный клапан (71) содержит элемент (72), приводимый в действие топливом из насоса низкого давления (10) для открывания впускного канала (57) в соединении (13, 14, 54-57) и подачи добавочного топлива во внутреннюю камеру (23), отличающееся тем, что насос низкого давления (10) приводится в действие механическим способом с помощью средства (75), подсоединенного к валу двигателя, при этом элемент (72) имеет такой размер, чтобы приводиться в действие даже при низком числе оборотов вала двигателя во время запуска упомянутого двигателя.

2. Нагнетающее устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент (72) содержит заслонку (76) подвода топлива такого размера, чтобы обеспечивать возможность быстро приводить в действие элемент (72) даже при упомянутом низком числе оборотов вала двигателя при запуске.

3. Нагнетающее устройство по п.2, отличающееся тем, что двухпозиционный клапан (71) содержит отверстие (74), сообщающееся с внутренней камерой (23), так что при приведении в действие элемент (72) обеспечивает также открывание дополнительного отверстия (77), сообщающегося с внутренней камерой (23).

4. Нагнетающее устройство по п.3, отличающееся тем, что тело (20) насоса высокого давления (15) образует также тело двухпозиционного клапана (71), где упомянутое дополнительное отверстие определено дополнительным каналом (77) в теле (20).

5. Нагнетающее устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что элемент (72) выполнен с возможностью скольжения по боковой стенке (63) гнезда (58), впускной канал (57) проходит через боковую стенку (63) и дополнительный канал (77) проходит также через боковую стенку (63).

6. Нагнетающее устройство по п.5, отличающееся тем, что каналы (57, 77) открываются одновременно элементом (72), при этом дополнительный канал (77) сообщается с внутренней камерой (23) через вторую калиброванную заслонку (78).

7. Нагнетающее устройство по п.6, отличающееся тем, что диаметр второй заслонки (78) в три-пять раз больше диаметра впускной заслонки (76).

8. Нагнетающее устройство по п.7, отличающееся тем, что диаметр впускной заслонки (76) составляет порядка 0,2 мм, а диаметр второй заслонки (78) составляет примерно 0,8 мм.

9. Нагнетающее устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что между насосом низкого давления (10) и двухпозиционным клапаном (71) размещен соленоидный клапан (79), который приводится в действие для отключения подачи топлива к двухпозиционному клапану (71) в случае неисправной работы (аварийного режима) двигателя.

10. Нагнетающее устройство по п.9, отличающееся тем, что соленоидный клапан (79) соединен сливным трубопроводом (80) с баком (12) для выпуска топлива из насоса низкого давления (10) в бак (12) в случае повреждения.

11. Нагнетающее устройство по одному из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что насос высокого давления (15) представляет собой радиально-поршневой (42) насос, а управляющий элемент представляет собой эксцентрический элемент (35, 39), вращающийся во внутренней камере (23), причем добавочное топливо смазывает и охлаждает эксцентрический элемент (35, 39).

12. Нагнетающее устройство по п.11, отличающееся тем, что элемент (72) имеет форму чашеобразного поршня, а гнездо (58) является цилиндрическим, гнездо (58) вмещает цилиндрическую нижнюю пластину (70), содержащую первое отверстие (74), а между нижней пластиной (70) и чашеобразным поршнем (72) предварительно нагружается спиральная пружина (73), причем первое отверстие (74) и впускная заслонка (76) расположены внутри витков спиральной пружины (73).

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается улучшенного нагнетающего устройства для подачи топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания, которое содержит насос высокого давления и насос низкого давления, подсоединенный выше по потоку от насоса высокого давления.

Наиболее близким к заявленному изобретению является нагнетающее устройство вышеупомянутого типа, описанное в патенте США 5571243, которое используется в качестве части системы впрыска топлива, содержащей также двухпозиционный клапан, который, в ненагруженном состоянии отсоединяет два насоса, открывается давлением топлива насоса низкого давления для подачи в двигатель и обеспечивает также подачу добавочного топлива во внутреннюю камеру насоса высокого давления для смазывания и охлаждения.

В известном устройстве насос высокого давления является насосом поршневого типа, приводимым в действие приводным валом, насос низкого давления приводится в действие электродвигателем, а двухпозиционный клапан имеет такой размер, чтобы снабжать насос высокого давления и внутреннюю камеру необходимым количеством топлива таким, как на стадии запуска. Однако работа электродвигателя, снабжающего энергией насос низкого давления, обычно ненадежна, и что более важно, создают дополнительную нагрузку на аккумуляторную батарею на стадии запуска.

Замена приводимого в действие электроэнергией насоса низкого давления насосом, приводимым в действие приводным валом, до сих пор была невыполнимой из-за того, что насос низкого давления при низком числе оборотов вала двигателя на стадии запуска не способен снабжать двухпозиционный клапан достаточным для его открывания количеством топлива. С другой стороны, создание двухпозиционного клапана такого размера, чтобы обеспечить возможность ему открываться даже при условии низкой подачи топлива, может привести к высокой установившейся подаче топлива насосом низкого давления, увеличивая, таким образом, давление топлива в контуре низкого давления и, следовательно, требуя наличия регулятора давления между двумя насосами.

Задачей настоящего изобретения является обеспечить весьма простое, надежное устройство нагнетания топлива, сконструированное для преодоления вышеупомянутых недостатков в связи с двухпозиционным клапаном.

В соответствии с настоящим изобретением создано устройство нагнетания для подачи топлива из бака в двигатель внутреннего сгорания, которое содержит насос низкого давления, насос высокого давления, в свою очередь содержащий тело, образующее внутреннюю камеру, и по меньшей мере один поршень, приводимый в действие управляющим элементом, размещенным во внутренней камере, и двухпозиционный клапан, размещенный в соединении между насосом низкого давления и насосом высокого давления, где двухпозиционный клапан содержит элемент, приводимый в действие топливом из насоса низкого давления для открывания впускного клапана в упомянутом соединении и подачи добавочного топлива во внутреннюю камеру, в котором согласно изобретению насос низкого давления приводится в действие механическим способом с помощью средства, подсоединенного к валу двигателя, где упомянутый элемент имеет такой размер, чтобы его можно было приводить в действие даже при низких оборотах коленчатого вала двигателя во время его запуска.

Упомянутый элемент содержит впускную заслонку подвода топлива такого размера, чтобы обеспечивать возможность быстро приводить в действие элемент даже при низком числе оборотов вала двигателя при запуске. Двухпозиционный клапан содержит отверстие, сообщающееся с внутренней камерой, так что при приведении в действие элемент обеспечивает также открывание дополнительного отверстия, сообщающегося с внутренней камерой. Тело насоса высокого давления образует также тело двухпозиционного клапана, где упомянутое дополнительное отверстие определено дополнительным каналом в теле. Элемент выполнен с возможностью скольжения по боковой стенке гнезда, а впускной канал и дополнительный канал проходят через боковую стенку. Каналы открываются одновременно элементом, при этом дополнительный канал сообщается с внутренней камерой через вторую калиброванную заслонку. При этом диаметр второй заслонки в три-пять раз больше диаметра впускной заслонки, предпочтительно диаметр впускной заслонки составляет порядка 0,2 мм, а диаметр второй заслонки составляет примерно 0,8 мм. Между насосом низкого давления и двухпозиционным клапаном размещен соленоидный клапан, который приводится в действие для отключения подачи топлива к двухпозиционному клапану в случае неисправной работы (аварийного режима) двигателя, причем соленоидный клапан соединен сливным трубопроводом с баком для выпуска топлива из насоса низкого давления в бак в случае повреждения. Насос высокого давления представляет собой радиально-поршневой насос, а управляющий элемент представляет собой эксцентрический элемент, вращающийся во внутренней камере, причем добавочное топливо смазывает и охлаждает эксцентрический элемент. Элемент имеет форму чашеобразного поршня, а гнездо является цилиндрическим, гнездо вмещает цилиндрическую нижнюю пластину, содержащую первое отверстие, а между нижней пластиной и чашеобразным поршнем предварительно нагружается спиральная пружина, причем первое отверстие и впускная заслонка расположены внутри витков спиральной пружины.

Ниже будет приведено описание предпочтительного неограничивающего варианта осуществления настоящего изобретения с помощью примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором отчасти схематически показан частичный полуразрез соответствующего изобретению устройства нагнетания для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания.

Позицией 10 на прилагаемом чертеже показан топливный насос низкого давления, который может представлять ротационный механический, например шестеренчатый, насос, и который подсоединен трубопроводом 11 к нормальному топливному баку 12, например, транспортного средства, содержащего двигатель внутреннего сгорания, и в частности дизельный двигатель.

Насос 10 обеспечивает всасывание и подачу топлива из бака 12 по трубопроводу 13 и через патрубок 14 к радиально-поршневому насосу высокого давления 15. Более конкретно насос 15 содержит три цилиндра 21, расположенные в теле 20, соответственные оси которых разнесены на равные расстояния под углом 120^o друг от друга, а в центре тело 20 содержит чашеобразную внутреннюю камеру 23, закрытую фланцем 24.

Насос 15 содержит приводной вал 28, вращающийся внутри отверстия 25 во фланце 24 и внутри глухого отверстия 27 в теле 20, и который для привода насоса 15 вращается ведущим валом дизельного двигателя через средство передачи (не показанное). Вал 28 содержит эксцентрическую часть 35, расположенную внутри камеры 23 и закрепленную вращающимся образом управляющим элементом для управления насосом 15 и содержащую кольцо 39. Ось 36 части 35 смещена на расстояние Е от оси 37 вала 28.

Внешняя поверхность кольца 39 содержит три плоских участка 40 (показан только один), связанных с цилиндрами 21 и перпендикулярных соответственным осям 22 цилиндров. Каждый цилиндр 21 содержит цилиндрическое отверстие 41, коаксиальное с соответственной осью 22, в котором скользит поршень 42, выступающий из цилиндра 21 по направлению оси 37, а выступающая часть каждого поршня 42 снабжена подушкой 43, которая удерживается опирающейся на соответственный плоский участок 40 посредством пружины 44.

При вращении вала 28 кольцо 39 сохраняет свою ориентацию благодаря подушке 43, тогда как ось 36 кольца 39 вращается вокруг оси 37 вала 28, так что плоские участки 40 перемещаются параллельно самим себе по кольцеобразной траектории и совместно с пружинами 44 перемещают поршни 42 взад и вперед внутри отверстий 41.

Поверхность каждого поршня 42 внутри отверстия 41 напротив кольца 39 определяет камеру сжатия 45, объем которой изменяется при перемещении поршня 42, а каждый цилиндр 21 содержит обратный впускной клапан 50 и обратный нагнетательный клапан 51, которые оба установлены в пластине 52, закрывающей соответственный цилиндр 21 и пригнанной к телу 20 соответственной головкой 53. При перемещении поршня 42 радиально внутрь объем камеры сжатия 45 увеличивается и топливо втягивается через впускной клапан 50, а когда поршень 42 перемещается радиально наружу, объем камеры 45 уменьшается, сжимая и направляя топливо под давлением из камеры 45 через нагнетательный клапан 51.

Каждый впускной клапан 50 снабжается топливом по соответственному осевому каналу 54, образованному в соответственной головке 54, и по соответственному радиальному каналу 55, образованному в теле 20 рядом с фланцем 24, причем три канала 55 сообщаются с кольцеобразной канавкой 56, образованной во фланце 24, которая, в свою очередь, сообщается с впускным каналом 57, образованном в теле 20 и сообщающимся с патрубком 14. Каждый из трех нагнетательных клапанов 51 сообщается с осевой полостью 61 по соответственному осевому каналу 59, образованному в соответственной головке 53, и по соответственному радиальному каналу 60, образованному в теле 20. Ниже по потоку от перепускного клапана регулятора давления (не показанного) полость 61 соединена через патрубок 64 с выпускным трубопроводом 65 для выпуска топлива в бак 12.

Между насосом низкого давления 10 и насосом высокого давления 15 смонтирован двухпозиционный клапан 71, который содержит тело, изготовленное за одно целое с телом 20 насоса 15. Для этой цели тело 20 содержит цилиндрическое гнездо 58, ориентированное в радиальном направлении относительно оси 37, и сообщается с внутренней камерой 23. Внешняя часть гнезда 58 размещает патрубок 14 трубопровода 13, в то время как часть гнезда 58, примыкающая к камере 23, размещает нижнюю кольцеобразную пластину 70, опирающуюся на заплечик 62 фланца 24 и содержащую отверстие 74, определяющее первый выпускной трубопровод для выпуска добавочного топлива во внутреннюю камеру 23.

Гнездо 58 содержит боковую поверхность 63, через которую выходит канал 57 и по которой скользит управляющий элемент для управления клапаном 71, содержащий чашеобразную часть 72 с калиброванным отверстием, определяющим впускную заслонку 76 для топлива, поступающего во внутреннюю камеру 23. Ослабленная спиральная пружина 73, работающая на сжатие, расположенная между пластиной 70 и поршнем 72 и соосная с отверстием 74 и калиброванным отверстием, толкает поршень 72 по направлению к патрубку 14 с целью закрывания канала 57 и клапана 71.

Поршень 72 перемещается в направлении открывания клапана 71 под давлением топлива, подаваемого насосом низкого давления 10 по трубопроводу 13. Когда давление подачи топлива превышает усилие, прилагаемое спиральной пружиной 73, поршень 72 перемещается по направлению к пластине 70 с целью открывания канала 57, который снабжается топливом по трубопроводу 13, тогда как добавочное топливо, проходящее через заслонку 76, подается через отверстие 74 во внутреннюю камеру 23 для смазывания элементов, размещенных внутри камеры. В противоположность этому, когда давление топлива падает ниже заданного значения, например вследствие неправильного функционирования насоса 10 или аварийного маневра, пружина 73 толкает поршень 72 к патрубку 14 для закрывания канала 57 и, таким образом, закрывания двухпозиционного клапана 71.

В соответствии с изобретением насос низкого давления 10 приводится в действие механическим способом посредством зубчатой передачи 75, подсоединенной к валу дизельного двигателя транспортного средства, и чтобы дать возможность клапану 71 открываться даже на скорости запуска, когда вал двигателя вращается с низким числом оборотов, заслонка 76 поршня 72 имеет очень маленький диаметр порядка 0,2 мм. Более того, тело 20 содержит второй канал 77, который, с одной стороны, выходит через боковую поверхность 63 гнезда 58, а с другой стороны, содержит калиброванную заслонку 78, по которой она выходит с внутренней стороны внутренней камеры 23 насоса 15. Канал 77 преимущественно может иметь такой же диаметр, как и канал 57, и может выходить с внутренней стороны гнезда 58, чтобы открываться и закрываться поршнем 72 одновременно с каналом 57, а диаметр заслонки 78 может быть в три-пять раз больше диаметра заслонки 76 и может преимущественно составлять примерно 0,8 мм.

Когда вал дизельного двигателя вращается аккумуляторной батареей на стадии запуска, насос низкого давления 10 приводится в действие с помощью средства зубчатой передачи 75. Благодаря малому диаметру заслонки 76, малого количества топлива, снабжаемого насосом 10 на стадии запуска, оказывается достаточно для создания в патрубке 14 давления, необходимого для преодоления действия пружины 73 и перемещения поршня 72 с целью открывания клапана 71. И даже при такой низкой скорости отверстия 74 позволяет элементам внутри камеры 23 смазываться топливом, текущим через заслонку 76.

Как только поршень 72 начинает перемещаться, и когда канал 57 начинает подавать топливо в камеры сжатия 45 насоса 15, заслонка 78 канала 77 снабжает внутреннюю камеру 23 добавочным топливом, снабжаемым насосом 10 в результате увеличения числа оборотов вала двигателя после запуска двигателя, чтобы эффективно охлаждать элементы внутри камеры 23 на установившейся скорости работы двигателя.

Для выключения подачи топлива к двухпозиционному клапану 71 предусмотрен трубопровод 13 между насосом низкого давления 10 и насосом высокого давления 15 с соленоидным клапаном 79, подсоединенным к баку 12 посредством сливного трубопровода 80.

В случае неисправности в дизельном двигателе или любых других дефектов автоматически приводится в действие соленоидный клапан 79, например, посредством электронного центрального блока управления, не останавливая работу насоса 10. Более конкретно в случае неисправности или аварийных ситуаций соленоидный клапан 79 отключает подачу топлива от насоса 10 к насосу 15, и поршень 72 предотвращает подачу топлива из камеры 23 в камеру сжатия 45.

Из вышеприведенного описания становятся ясными преимущества соответствующего изобретению устройства по сравнению с известными устройствами. В частности, насос низкого давления 10 может эффективно приводиться в действие самим дизельным двигателем, решается проблема, вызываемая изменением подачи топлива насосом низкого давления 10 между стадией запуска и установившейся рабочей скоростью двигателя, и наконец, в случае операционных дефектов подача топлива к двухпозиционному клапану 71 прекращается, не останавливая работу насоса низкого давления 10.

Ясно, что можно осуществлять изменения описанного и показанного здесь устройства, однако не выходя при этом за рамки объема настоящего изобретения. Например, средство 75 можно приводить в действие валом 28 насоса высокого давления 15, чтобы можно было оба насоса 10 и 15 объединить в одном и том же теле 20.