Плунжерный насос

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к производству топливных насосов высокого давления (ТНВД), преимущественно для аккумуляторных топливных систем, но может быть использовано в поршневых компрессорах и вакуумных насосах.

ТНВД для аккумуляторных топливных систем широко известны. Обычно они выполнены в виде насосов плунжерного типа и различаются между собой в основном по конструкции привода плунжера и по конструкции и расположению впускных и выпускных клапанов. Общим недостатком всех конструкций является наличие мертвого объема камеры сжатия, что снижает коэффициент подачи ТНВД.

Например, известен ТНВД по патенту RU 2369767, содержащий корпус, в котором смонтированы кулачковый вал, толкатель, корпус секции с плунжерной парой и штуцером высокого давления, клапаны систем низкого и высокого давления, а также электромагнитный дозатор топлива. Клапан низкого давления (впускной клапан) смонтирован на боковой стороне корпуса секции, являющейся одновременно втулкой плунжера, а нагнетательный клапан расположен в верхней части втулки соосно с плунжером. Недостатком такой конструкции является значительная величина мертвого объема надплунжерной полости и каналов, соединяющих эту полость с впускным и нагнетательным клапанами.

Задачей изобретения является значительное сокращение мертвого объема камеры сжатия, вплоть до полного его исключения.

Указанная задача решается в плунжерном насосе высокого давления, содержащем корпус, плунжерную втулку, нагнетательный клапан, плунжер, полость низкого давления, каналы высокого давления и привод плунжера, Согласно изобретению диаметр нагнетательного клапана превышает диаметр плунжера, при этом нагнетательный клапан установлен с возможностью полного перекрытия плунжерного отверстия.

Предпочтительно нагнетательный клапан установлен с возможностью совместного перемещения с плунжером в конце его хода нагнетания.

Возможно, обращенная в сторону плунжера поверхность нагнетательного клапана выполнена плоской, а его толщина выбрана так, что под действием давления нагнетаемой среды нагнетательный клапан имеет возможность прогиба в пределах упругой деформации. При больших диаметрах плунжера (поршня) прогиб позволяет максимально сократить массу нагнетательного клапана.

Посадочная поверхность нагнетательного клапана и седло на плунжерной втулке могут иметь форму усеченного конуса, при этом диаметр обращенной в сторону плунжера поверхности нагнетательного клапана равен диаметру плунжера.

Предпочтительно для ТНВД топливоподающей аппаратуры непосредственного действия, нагнетательный клапан установлен с возможностью совместного перемещения с плунжером в конце его хода нагнетания на величину, обеспечивающую разгрузку линии высокого давления при обратном движении плунжера.

Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из описания преимущественных вариантов его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

На фиг. 1 представлен топливный насос высокого давления, общий вид в разрезе;

на фиг. 2 – вариант выполнения нагнетательного клапана с конической частью, вид в разрезе в увеличенном масштабе;

на фиг. 3 – вариант выполнения нагнетательного клапана для плунжера большого диаметра, вид в разрезе в масштабе, соответствующем масштабу фиг. 2.

Как показано на фиг. 1, в корпусе 1 ТНВД смонтирован кулачковый вал 2, кулачки которого 3 контактируют с роликом 4 толкателя 5, поджимаемого возвратной пружиной 6, ограниченной сверху плунжерной втулкой 7, образующей с плунжером 8 прецизионную пару (насос высокого давления). На боковой части плунжерной втулки 7 расположен впускной клапан 9, соединенный с электромагнитным дозатором (не показан) каналами 10 и 11 и с надплунжерной полостью 12 каналом 13. Надплунжерная полость 12 сверху перекрыта плоским нагнетательным клапаном 14, находящимся под действием пружины 15. Пружина 15 упирается своей верхней частью в проставку 16 с каналом 17 высокого давления. Проставка 16 служит также упором для резьбового штуцера 18 высокого давления, ввинченного во плунжерную втулку 7. Штуцер 18 прижимает трубопровод высокого давления 19 к проставке 16, обеспечивая герметичность канала высокого давления 17. Плунжерная втулка 7 присоединена к корпусу 1 посредством средств 20 крепления, например, резьбовых.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения нагнетательного клапана 14 с конической посадочной поверхностью 21. Диаметр плоской поверхности 22, обращенной в сторону плунжера 8, равен диаметру плунжера 8. Седло на плунжерной втулке 7 также, соответственно, выполнено коническим.

На фиг. 3 изображен вариант выполнения нагнетательного клапана 14 для плунжерного насоса с большим диаметром плунжера 8. В этом случае нагнетательный клапан 14 выполнен в виде пластины малой массы, прижатой к седлу на плунжерной втулке 7 тарельчатой пружиной 15. Это позволяет при больших диаметрах плунжера 8 минимизировать ударные нагрузки при посадке нагнетательного клапана 14 на плунжер 8 за счет минимальной массы нагнетательного клапана 14.

ТНВД работает следующим образом.

Приведенный во вращение двигателем (не показан) вал 2 (фиг. 1) кулачками 3 через ролик 4 и толкатель 5 перемещает вверх плунжер 8. К этому моменту надплунжерная полость 12 уже заполнена топливом от электромагнитного дозатора (не показан) через каналы 10 и 11 и открытый низким давлением впускной клапан 9. Возможно также исполнение ТНВД без впускного клапана 9, т.к. канал 13 перекрывается плунжером 8 при его перемещении.

При движении плунжера 8 вверх давление топлива в надплунжерной полости 12 повышается, при этом впускной клапан 9 закрывается (в конструкции без клапана плунжер 8, перекрывая канал 13, запирает надплунжерную полость 12). При достижении давления, превышающего давление за нагнетательным клапаном 14 на величину предварительного сжатия пружины 15, нагнетательный клапан 14 открывается, пропуская топливо в канал 17 высокого давления. В конце хода плунжера 8 нагнетательный клапан 14 под действием пружины 15 садится на торец плунжера 8, вытесняя топливо из зазора между ними.

Достигнув верхней мертвой точки, плунжер 8 под действием возвратной пружины 6 начинает движение вниз. При этом нагнетательный клапан 14 под действием пружины 15 перемещается вместе с плунжером 8 до посадки на седло в плунжерной втулке 7. Дальнейшее движение плунжера 8 отрывает его торец от клапана 14, увеличивая объем надплунжерной полости 12, в которой образуется разрежение до тех пор, пока торец плунжера 8 не пересечет кромку канала 13. При этом доза топлива, объем которой определяет электромагнитный дозатор, под действием разрежения и давления в системе низкого давления топлива, открыв клапан 9 (при его наличии), попадает в надплунжерную полость 12, и цикл повторяется.

Конструкция плунжера 8 и плоского нагнетательного клапана 14 значительно уменьшает мертвый объем нагнетательной камеры, вплоть до нулевого значения, увеличивая коэффициент подачи ТНВД практически до единицы, кроме этого позволяет в случае попадания в систему воздуха обеспечить его прокачку через систему высокого давления в камеру сгорания двигателя. Это снижает требования по исключению попадания воздуха в топливную систему и обеспечивает быстрое удаление воздуха из системы после попадания в нее воздуха при полной выработке топлива из топливного бака.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Плунжерный насос, содержащий корпус, плунжерную втулку, нагнетательный клапан, плунжер, полость низкого давления, каналы высокого давления и привод плунжера, отличающийся тем, что диаметр нагнетательного клапана превышает диаметр плунжера, при этом нагнетательный клапан установлен с возможностью полного перекрытия плунжерного отверстия.

2. Плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что нагнетательный клапан установлен с возможностью совместного перемещения с плунжером в конце его хода нагнетания.

3. Плунжерный насос по п. 2, отличающийся тем, что обращенная в сторону плунжера поверхность нагнетательного клапана выполнена плоской, а его толщина выбрана так, что под действием давления нагнетаемой среды нагнетательный клапан имеет возможность прогиба в пределах упругой деформации.

4. Плунжерный насос по п. 3, отличающийся тем, что посадочная поверхность нагнетательного клапана и седло на плунжерной втулке имеют форму усеченного конуса, при этом диаметр обращенной в сторону плунжера поверхности нагнетательного клапана равен диаметру плунжера.

5. Плунжерный насос по п. 2, отличающийся тем, что нагнетательный клапан установлен с возможностью совместного перемещения с плунжером в конце его хода нагнетания на величину, обеспечивающую разгрузку линии высокого давления при обратном движении плунжера.

РЕФЕРАТ

Плунжерный насос преимущественно предназначен для использования в топливных насосах высокого давления (ТНВД) для аккумуляторных топливных систем, но может быть использован также и в поршневых компрессорах и вакуумных насосах. Плунжерный насос содержит корпус, плунжерную втулку, нагнетательный клапан, плунжер, полость низкого давления, каналы высокого давления и привод плунжера. Согласно изобретению, диаметр нагнетательного клапана превышает диаметр плунжера, при этом нагнетательный клапан установлен с возможностью полного перекрытия плунжерного отверстия и возможностью совместного перемещения с плунжером в конце его хода нагнетания. Изобретение позволяет значительно уменьшить мертвый объем камеры сжатия, вплоть до нулевого значения.

Фиг. 1

Фиг. 2

Фиг. 3