электробензонасос

Формула изобретения

Электробензонасос системы впрыска топлива автомобильного двигателя, содержащий корпус, электродвигатель, насосную часть, отличающийся тем, что насосная часть представляет собой лабиринтно-винтовой насос, расположенный непосредственно в полости электродвигателя, при этом канавки вращающейся части насоса выполнены на периферийной цилиндрической поверхности якоря электродвигателя в виде многозаходной резьбы, а канавки невращающейся части насоса выполнены на внутренней цилиндрической поверхности статора в виде многозаходной резьбы, противоположно направленной резьбе на якоре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к насосам системы подачи топлива двигателей внутреннего сгорания. Электробензонасос предназначен для подачи топлива с необходимым напором и расходом в систему впрыска двигателя внутреннего сгорания. Широкое распространение в технике получили насосы, в которых в качестве привода используется электродвигатель. Известен лабиринтный насос с приводом от электродвигателя (А.И.Голубев "Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред". - М.: Машиностроение, 1981, стр. 77). Лабиринтно-винтовой насос имеет оптимальные рабочие параметры для системы подачи топлива двигателя внутреннего сгорания с впрыском в камеру сгорания. Однако применение такого электронасоса приводит к недопустимо большим осевым габаритам конструкции по сравнению, например, с вихревым или центробежным насосом.

Известна также конструкция, состоящая из электродвигателя и центробежного насоса (полезная модель РФ №15762, опубл. 10.11.2000). Применение этого электронасоса в качестве электробензонасоса позволит уменьшить осевые габаритные размеры по сравнению с лабиринтно-вихревым. Использование центробежного насоса для подачи топлива в систему впрыска приводит к значительному снижению его коэффициента полезного действия (КПД). Это объясняется тем, что оптимальные параметры этого насоса находятся в области больших расходов и меньших напоров рабочего тела по сравнению с требуемыми. Для повышения КПД такой конструкции потребуется использование двух либо трех ступеней центробежного насоса или увеличение частоты вращения ротора. Однако увеличение количества ступеней насоса приведет к увеличению габаритных размеров, а возрастание частоты вращения вала - уменьшению ресурса работы электродвигателя, что позволяет сделать вывод о нецелесообразности применения такой конструкции в качестве электробензонасоса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электробензонасос, состоящий из корпуса, установленных в нем коллекторного электродвигателя и вихревого насоса (патент Германии DE №3802057, опубл. 01.09.1988). При этом электродвигатель и крыльчатка вихревого насоса установлены на общем валу. Охлаждение обмотки электродвигателя осуществляется рабочим телом насоса, для чего напорная магистраль системы подачи и выходной канал насоса соединены с внутренней полостью электродвигателя. Такая конструкция электробензонасоса имеет приемлемые габаритные размеры, а вихревой насос имеет близкие к требуемым оптимальные параметры, что обуславливает широкое применение в настоящее время этой конструкции в автомобилестроении. Недостатком рассматриваемого электробензонасоса является сложность конструкции вихревого насоса, заключающаяся в том, что требуется высокая точность в изготовлении. Напор этого насоса обладает высокой чувствительностью к торцевым зазорам (0,02...0,03 мм) между крыльчаткой и боковыми крышками вихревого насоса. В результате чего при изготовлении такого электробензонасоса требуется проведение дополнительных трудоемких доводочных операций. Задачей предлагаемого изобретения является снижение материалоемкости и габаритов конструкции, а также снижение трудоемкости изготовления электробензонасоса.

Указанная задача достигается за счет того, что в известном электробензонасосе системы впрыска топлива автомобильного двигателя, содержащем корпус, электродвигатель, насосную часть, насосная часть представляет собой лабиринтно-винтовой насос, расположенный непосредственно в полости электродвигателя, при этом канавки вращающейся части насоса выполнены на периферийной цилиндрической поверхности якоря электродвигателя в виде многозаходной резьбы, а канавки не вращающейся части насоса выполнены на внутренней цилиндрической поверхности статора в виде многозаходной резьбы, противоположно направленной резьбе на якоре.

Т.е. рабочие элементы лабиринтно-винтового насоса выполнены непосредственно на деталях электродвигателя. При этом многозаходная винтовая нарезка вращающейся части насоса выполнена на периферийной цилиндрической поверхности якоря, а не вращающаяся - на внутренней цилиндрической поверхности статора. При этом полости между магнитами главных полюсов и зазоры для укладки обмотки якоря должны быть заполнены электроизоляционным материалом, не ослабляющим магнитное поле. Направление нарезки (резьбы) на якоре и статоре должно быть противоположным, то есть если на якоре правая резьба, то на статоре - левая. Таким образом, рабочие элементы лабиринтно-винтового насоса выполнены непосредственно на якоре и статоре электродвигателя, что значительно упрощает конструкцию электробензонасоса, так как сокращается количество сборочных единиц и деталей, уменьшаются габаритные размеры изделия в целом и исключаются доводочные операции в процессе производства.

Профиль многозаходной резьбы и его размеры выбираются таким образом, чтобы обеспечивались оптимальные параметры насоса - расход, напор и его КПД, а также наименьший магнитный зазор между якорем и статором электродвигателя. Как показали экспериментальные работы с электробензонасосом предлагаемой конструкции, такой профиль может быть полукруглым, треугольным, трапецеидальным или прямоугольным.

Возможное увеличение магнитного зазора между якорем и главными полюсами магнита приводит к некоторому снижению КПД электродвигателя. Однако оно компенсируется увеличением гидравлического КПД насоса за счет исключения наружной цилиндрической поверхности трения жидкости о поверхности якоря и статора, то есть происходит уменьшение длины проточного тракта электробензонасоса в целом. Выбором геометрических размеров лабиринтно-вихревого насоса можно добиться, чтобы длина якоря электродвигателя была равна длине лабиринтно-винтового насоса. Учитывая, что габаритные размеры якоря определяются по потребляемой мощности насоса, можно сделать вывод, что такая конструкция электробензонасоса будет иметь наименьшие габаритные размеры, определяемые только длиной якоря. Суть технического решения предлагаемого изобретения поясняется на примере электробензонасоса, выполненного совместно с коллекторным электродвигателем постоянного тока, изображенным на фиг.1.

Электробензонасос (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором установлены фитинговая крышка 2, магнит 3 главных полюсов, опора 4. Статор электродвигателя состоит из магнитов 3, установленных во втулку 5, выполненную из полимерного материала. На цилиндрической внутренней поверхности статора выполнены канавки многозаходной резьбы лабиринтно-винтового насоса. Вал 6 якоря установлен с одной стороны в фитинговой крышке 2 через подшипник скольжения 7, а с другой - в опоре 4 с помощью подшипника качения 8. Якорь электродвигателя состоит из вала 6, установленных на него коллектора 9 и сердечника 10, на котором выполнена обмотка электродвигателя, полимерной втулки 11, заполняющей все пустоты между обмоткой, сердечником и коллектором. При этом на наружной цилиндрической поверхности якоря выполнены канавки в виде многозаходной резьбы. Резьбы, выполненные на статоре и якоре, имеют противоположное направления, т.е. если на якоре - правая, то на статоре - левая и наоборот. В фитинговой крышке 2 установлены щетки 12 и соединенные с ними клеммы 13 (фиг.2). В опоре 4 выполнены отверстия 14, являющиеся входными каналами насоса и соединяющие полость топливного бака с входной полостью насоса 15. Выходной канал 16 насоса выполнен в фитинговой крышке 2.

В рабочем положении электробензонасос размещается в топливном баке, поэтому топливо через входные отверстия 14 заполняет внутренние полости электробензонасоса. При подаче напряжения на клеммы 13 в обмотке якоря электродвигателя возникает электрический ток, проходящий через щетки 12, коллекторные пластины коллектора 9. В результате чего создается электромагнитный момент, под действием которого якорь вместе с вращающейся втулкой 11 приводится во вращение. Направление вращения должно быть таким, чтобы втулка 11 "вкручивалась" в сторону всасывающей полости 15 насоса. Кинетическая энергия вращения якоря преобразуется в энергию потока топлива посредством вихрей, образующихся в канавках, выполненных на наружной цилиндрической поверхности якоря и на внутренней неподвижной поверхности статора. Таким образом, созданные лабиринтно-винтовым насосом напор и расход обеспечивают подачу топлива в систему впрыска двигателя внутреннего сгорания из напорной полости 17 электробензонасоса.