FI122810B

FI122810B - Fuel pump with design that prevents cavitation damage

Info

Publication number: FI122810B
Application number: FI20077126A
Authority: FI
Inventors: Sang-Hak Ghal; Ji-Soo Ha; Dong-Hun Kim; Ju-Tae Kim
Original assignee: Hyundai Heaby Ind Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2012-07-13
Also published as: CH706191B1; DE112005003302B4; FI20077126A; DE112005003302T5; WO2006071009A1; JP2008525704A

Description

Polttoainepumppu, jolla on kavitaatiovaurioita estävä rakenne Tekninen ala 5 Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti ottaen polttoainepumppuihin, jotka paineistavat polttoaineen suurella paineella ja syöttävät sitä suuttimille suoraruiskutustyyppisten polttomoottoreiden käyttämiseksi, ja tarkemmin ottaen polttoainepumppuun, jolla on parannettu kavitaatiovaurioita estävä rakenne, jolla ratkaistaan ongelma, jossa pumpun elementtejä vaurioituu kavitaation takia, kun tämä ongelma on kasvanut 10 pyrittäessä nostamaan polttoaineen ruiskutuspainetta.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to fuel pumps which pressurize fuel at high pressure and supply it to the nozzles for use in direct injection type internal combustion engines, and more specifically to a fuel pump having a cavity-improving, is damaged due to cavitation as this problem has increased in an attempt to increase the fuel injection pressure.

Tekniikan tasoState of the art

Alan ammattilaisen hyvin tietämällä tavalla polttomoottori tarkoittaa mekaanista 15 konetta, joka muuntaa koneeseen imettyä polttoainetta ja ilmaa sekoittamalla ja polttamalla muodostettua termistä energiaa mekaaniseksi energiaksi. Toisaalta dieselmoottorit luokitellaan polttoaineen syöttömenetelmän mukaan suoraruiskutus-tyyppisiksi moottoreiksi, esipolttokammio-tyyppisiksi moottoreiksi, pyörrekammio-tyyppisiksi moottoreiksi, ja ilmakammio-tyyppisiksi moottoreiksi. Suoraruiskutus-20 tyyppisessä moottorissa käytetään menetelmää, jossa polttoaine suihkutetaan suoraan palokammioon, ja se sisältää polttoainepumpun, polttoaineventtiilin (suutti-men) ja yhdistävän putken. Lisäksi on olemassa yksikkösuutin, jossa polttoaine-pumppu ja suutin on yhdistetty.As is well known to those skilled in the art, an internal combustion engine means a mechanical machine which converts the thermal energy generated by mixing and burning the fuel and air sucked into the machine into mechanical energy. On the other hand, diesel engines are classified according to the method of fuel supply as direct injection engines, pre-combustion chamber type engines, vortex chamber type engines, and air chamber type engines. The direct-injection type 20 engine employs a method that injects fuel directly into the combustion chamber and includes a fuel pump, a fuel valve (nozzle), and a connecting pipe. In addition, there is a unit nozzle where the fuel pump and the nozzle are connected.

25 Polttoainepumppu on laite, joka paineistaa polttoaineen suurella paineella ja syöttää sitä suuttimelle. Viime aikoina polttoaineen painetta on pyritty nostamaan palamis- ^ tuloksen parantamiseksi ja pakokaasujen vähentämiseksi. Tämän johdosta kavitaa- ° tiovaurioiden muodostamat ongelmat polttoainepumpun muodostavan sylinterin 00 ° ulostuloaukon ja männän kohdalla ovat kasvaneet. Vaikka polttoainetta suihkute-25 A fuel pump is a device that compresses the fuel at high pressure and supplies it to the nozzle. Recent efforts have been made to increase fuel pressure to improve combustion performance and reduce exhaust emissions. As a result, problems with cavitation damage at the 00 ° outlet and piston of the cylinder forming the fuel pump have increased. Even if fuel is sprayed

XX

£ 30 taan suhteellisen pienellä paineella, siitä aiheutuu kavitaatiota. Koska kavitaatio täs- sä tapauksessa on heikkoa, vauriot eivät ole vakavia, ja vaurioita syntyy vain satun- £ naisesti. Tämän vuoksi tämä ongelma voidaan ratkaista parantamalla suunnittelua o tai vaihtamalla elementtien materiaali eri tyyppisistä vaurioista saatujen kokemusten perusteella. Koska kuitenkin polttoaineen suihkutuspaine on kasvanut, on myös ka-35 vitaation voimakkuus kasvanut, niin että siitä on aiheutunut sylinterin ulostuloaukon 2 ja männän mutkikasta vahinkoa. Vaurioiden vakavuusaste on myös kasvanut. Kuitenkin kavitaation elementeille aiheuttamien vaurioiden estämiseksi tehdyt toimenpiteet ovat pelkästään perustuneet sellaisiin menetelmiin, kuten suunnittelun muuttamiseen ja materiaalin vaihtamiseen, kokemuksista riippuen, mutta tutkimatta vau-5 rioiden oikeata syytä.At a relatively low pressure of £ 30, it causes cavitation. Because the cavitation in this case is weak, the lesions are not severe and damage occurs only occasionally. Therefore, this problem can be solved by improving the design o or by changing the material of the elements in the light of experience with different types of damage. However, as the fuel injection pressure has increased, the potency of the ka-35 has also increased, resulting in complicated damage to the cylinder outlet 2 and the piston. The severity of the lesions has also increased. However, measures to prevent damage to the elements caused by cavitation have been based solely on methods, such as design changes and material changes, depending on experience, but without investigating the true cause of the Vau-5s.

Esimerkiksi korealaisessa kuulutusjulkaisussa nro 2001-0020139 ehdotettiin polttoainepumppu, jossa sylinterin sivuseinään muodostettu jokainen syvennys on varustettu kalvoelimellä, niin että kalvoelimen ja männän väliin muodostuvaan tilaan koh-10 distuu suhteellisen suuri paine, niin että estetään kavitaation syntyminen männän yläpään lähellä olevassa osassa. Lisäksi japanilaisessa kuulutusjulkaisussa nro Hei-sei. 7-269442 ehdotettiin, olettaen että männän vaurioita aiheutuu riippuen virtauksen ja polttoaineen ulostuloreiän välisestä suhteesta, kavitaation estävää mekanismia polttoainepumppuja varten, joihin muodostuu kuplia murtava reikä lähelle sylin-15 terin polttoaineulostuloaukkoa männän vaurioiden estämiseksi. Japanilaisessa kuulutusjulkaisussa nro Heisei. 7-54735 ehdotettiin myös ulostulon heijastinta poltto-moottoreita varten. Tässä tekniikan tasossa oletettiin, että kuplia syntyy juuri ennen kuin ulostuloaukko suljetaan polttoaineen syöttöprosessissa, ja että kun sen jälkeen ulostuloaukon läpi kulkenut polttoaine osuu heijastimeen syntyy paineaaltoja, jotka 20 osuvat jäljelle jääneisiin kupliin, niin että aiheutuu vaurioita kavitaation takia. Näin ollen heijastimen päähän muodostetaan vastaanottava portti, joka avataan tai suljetaan ulostulevan polttoaineen paineesta riippuen, niin että vastaanottavan portin läpi virtaava polttoaine jakautuu sylinterin ulkopuolelle. Lisäksi japanilaisessa kuulutusjulkaisussa nro Heisei. 5-340322 ehdotettiin polttoaineen suihkutuslaite poltto-25 moottoria varten. Tässä tekniikan tasossa ei selvitetty kavitaation aiheuttamisen o vaurioiden syytä, mutta olettaen että vauriot aiheutuvat sylinterin aukon ympärille LO jäävistä kuplista, muodostettiin suojaava elin, jossa on määrätyn muodon omaava o oo polttoaineen syöttöaukko, niin että kuplat eivät voi jäädä sylinterin portin ympärille,For example, in Korean Announcement No. 2001-0020139, a fuel pump was proposed wherein each recess formed in the cylinder side wall is provided with a diaphragm member so that a relatively high pressure is applied to the space formed between the diaphragm member and the piston to prevent cavitation near the top of the piston. In addition, Japanese Announcement No. Hei-sei. 7-269442 was proposed, assuming that piston damage will occur, depending on the relationship between flow and fuel outlet, a cavitation prevention mechanism for fuel pumps that form a bubble-breaking hole near the piston-15-pound fuel outlet. In Japanese Announcement No. Heisei. 7-54735 was also proposed as an output reflector for combustion engines. In this prior art, it was assumed that bubbles would occur just before the outlet was closed in the fuel supply process, and that after that, fuel passed through the outlet would strike the reflector, causing pressure waves to hit the remaining bubbles, causing damage due to cavitation. Thus, a receiving port is formed at the end of the reflector which is opened or closed depending on the pressure of the outgoing fuel so that the fuel flowing through the receiving port is distributed outside the cylinder. In addition, Japanese Announcement No. Heisei. 5-340322 proposed a fuel injector for a combustion engine. This prior art did not investigate the cause of the damage caused by cavitation, but assuming that the damage is caused by bubbles remaining around the cylinder opening LO, a protective member having a specified fuel delivery opening o o o was formed so that bubbles cannot remain around the cylinder port,

OO

x niin että ulostuleva polttoaine osuu suojaavan elimen polttoaineen syöttöaukon si- cc 30 säpintaan viistossa kulmassa.x so that the outgoing fuel strikes the guard member fuel inlet scc 30 at an oblique angle.

toto

CMCM

^ Näin ollen on ehdotettu erilaisia rakennetta parantavia menetelmiä polttoaineen o ^ suuren paineen sylinterin ulostuloaukon ja männän osalta syntyvän kavitaation ai heuttaman mutkikkaan ongelman ratkaisemiseksi. Koska nämä menetelmät perus- 3 tuvat pelkästään erilaisista vaurioista saatuihin kokemuksiin, vaurion syytä selvittämättä, ongelmana on selvien toimenpiteiden puuttuminen.Thus, various structural improvement methods have been proposed to overcome the complex problem of fuel cavity outlet and piston cavitation. Since these methods are based solely on experience from various types of damage, without explaining the cause of the damage, the problem is the lack of clear measures.

Keksinnön selitys 5Description of the Invention 5

Tekninen ongelma Näin ollen esillä oleva keksintö on tehty pitäen mielessä tekniikan tasossa esiintyvät ongelmat, ja esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada polttoainepumppu, 10 jolla on kavitaatiovaurioita estävä rakenne, jossa heijastimen ja ulostuloaukon rakennetta ja muotoa on parannettu polttoainepumpun kavitaatiovaurioiden syiden ymmärtämisen perusteella, jolloin estetään ulostuloaukon ja männän vaurioituminen.Technical Problem Thus, the present invention has been made in view of the problems encountered in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a fuel pump 10 having a cavitation defect structure, wherein the structure and shape of the reflector and outlet port is improved by understanding the causes of and piston damage.

15 Tekninen ratkaisu15 Technical Solution

Edellä mainitun tavoitteen saavuttamiseksi esillä olevalla keksinnöllä aikaansaadaan patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen polttoainepumppu, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.To achieve the above object, the present invention provides a fuel pump according to the preamble of claim 1, which is characterized by the features set forth in the characterizing part of claim 1.

20 Tämän jälkeen selitetään yksityiskohtaisesti esillä olevan keksinnön suoritusmuotoja oheisiin piirustuksiin viitaten. Tunnettujen toimintojen ja rakenteiden yksityiskohtainen selitys jätetään pois, jotta esillä olevaa keksintöä voitaisiin kuvata tarkemmin.Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. A detailed description of known functions and structures is omitted in order to further illustrate the present invention.

25 Kuviot 1-4 havainnollistavat polttoainepumpun toiminnan yhteydessä esiintyvää kavitaatiota. Kuvioihin 1-4 viitaten suihkutyyppinen kavitaatio 30 ja vesiputous-tyyppinen kavitaatio 40, jotka esiintyvät polttoainepumpun kompressioprosessin o alkuvaiheessa, ovat merkityksettömiä, koska suhteellisen pienen paineen takia muoto dostuvan kavitaation määrä ja voimakkuus ovat heikkoja. Suihkulähdetyyppisen οό 30 kavitaation 10 tapauksessa, joka syntyy juuri ennenkuin polttoainepumpun ulostulo on x aukko avataan, männän sivupinnan ympärille muodostuu suuri määrä kuplia, koska en polttoaineen ruiskutuspaine on suhteellisen suuri. Muodostuneet kuplat jäävät män-Figures 1-4 illustrate cavitation during operation of a fuel pump. Referring to Figures 1-4, the jet-type cavitation 30 and the waterfall-type cavitation 40 that occur during the initial stages of the fuel pump compression process o are insignificant because the amount and intensity of the cavitation due to the relatively low pressure are weak. In the case of fountain type οό 30 cavitation 10, which occurs just before the fuel pump outlet is x opening, a large number of bubbles are formed around the piston side surface because of the relatively high fuel injection pressure. The bubbles formed remain

CDCD

£! nän pinnan ympärille. Sen sijaan suihkutyyppisen kavitaation 20 tapauksessa, joka £5 syntyy sillä hetkellä, jolloin polttoainepumpun ulostuloaukko avataan, kavitaatio on o ^ 35 hyvin voimakasta ja sen virtausnopeus on hyvin suuri, koska se tapahtuu sillä het kellä kun polttoaineen ruiskutuspaine on suurimmillaan. Tämän vuoksi tämä kavitaatio aiheuttaa välittömiä vaurioita ulostuloaukkoon, ja myös kavitaatiovirtauksen osu- 4 essa ulostuloaukkoon siinä syntyy paineen nopea nousu. On vahvistettu, että sellainen paineen nousu aiheuttaa kuplien luhistumisen, jotka suihkulähdetyyppinen kavi-taatio muodosti männän ympärille, ja tällöin mäntä vaurioituu. Näin ollen esillä olevan keksinnön tavoitteena on parantaa ulostuloaukon ja heijastimen rakenteita niin, 5 että estetään juuri ulostuloaukon avaamisen jälkeen syntyvän suihkulähdetyyppisen kavitaation aiheuttamien paineaaltojen eteneminen männän ympärillä oleviin kupliin, ja että estetään ulostuloaukon välitön vaurioituminen suihkutyyppisen kavitaation takia.£! around the surface. In contrast, in the case of jet-type cavitation 20, which occurs at the moment the fuel pump outlet is opened, cavitation is very strong and has a very high flow rate as it occurs at the time when the fuel injection pressure is at its maximum. Therefore, this cavitation causes immediate damage to the outlet, and even when the cavitation flow hits the outlet, a rapid increase in pressure occurs. It has been confirmed that such an increase in pressure causes the bubbles to collapse formed by fountain-type cavitation around the piston, thereby damaging the piston. Accordingly, it is an object of the present invention to improve the structure of the outlet and the reflector by preventing pressure waves caused by fountain-type cavitation just after opening of the outlet to propagate into the bubbles around the piston, and by preventing jet-type cavity damage.

10 Kuvio 5 on poikkileikkauskuva, joka havainnollistaa polttoainepumpun rakennetta erään suoritusmuodon mukaan, joka ei ole keksinnön kohteena. Kuvion 5 mukaiselle polttoainepumpulle on tunnusomaista parannettu heijastimen 110 rakenne, joka on järjestetty estämään sylinterin 100 vaurioituminen jäännöspolttoaineen purkautuessa ulostuloaukkoon 120 suurella nopeudella ja suurella paineella juuri polttoaine-15 pumpun työiskun jälkeen. Edellä mainitut ominaisuudet omaava polttoainepumppu estää juuri polttoainepumpun työiskun jälkeen syntyvää suihkutyyppistä kavitointia osumasta suoraan ulostuloaukkoon 120. Polttoainepumpun rakenne on myös sellainen, että estetään kavitoinnin osuessa ulostuloaukkoon syntyviä paineaaltoja etenemästä männän 130 ympärillä oleviin kupliin.Fig. 5 is a cross-sectional view illustrating the construction of a fuel pump according to an embodiment not subject to the invention. The fuel pump of Figure 5 is characterized by an improved reflector 110 arrangement arranged to prevent damage to the cylinder 100 as the residual fuel discharges to the outlet 120 at high speed and high pressure just after the fuel pump stroke. The fuel pump having the above-mentioned properties prevents jet-type cavitation just after the fuel pump stroke from being hit directly at the outlet 120. The fuel pump is also constructed to prevent pressure waves generated at the outlet from propagating around the piston 130.

2020

Kuvion 6 katsanto havainnollistaa yksityiskohtaisesti heijastimen 110 rakennetta. Kuvioon 6 viitaten heijastin 110 sisältää jatkososan 111 ja heijastavan pinnan 112. Jatkososa 111 lähtee heijastimen 110 päästä, niin että se sijoittuu ulostuloaukkoon 120. Lisäksi jatkososan 111 halkaisija on pienempi kuin heijastimen halkaisija. Hei-25 jastava pinta 112 on tasomainen ja järjestetty jatkososan 111 pään alapuolelle, niin o että juuri ulostuloaukon 120 avaamisen jälkeen esiintyvä suihkutyyppinen kavitaatio uS 20 osuu heijastavaan pintaan 112.Figure 6 illustrates in detail the structure of the reflector 110. Referring to Figure 6, the reflector 110 includes an extension 111 and a reflective surface 112. The extension 111 extends from the end of the reflector 110 so that it is located in the outlet 120. In addition, the diameter of the extension 111 is smaller than the diameter of the reflector. The reflective surface 112 of the hi-25 is planar and arranged below the end of the extension 111 so that the spray-type cavitation uS 20 occurring just after the opening of the outlet 120 hits the reflecting surface 112.

ii

COC/O

o x Suihkutyyppisen kavitaation virtaussuunta muuttuu ulostulosyvennyksen 131 porras- cc 30 tetun osuuden syvyydestä (X) ja pituudesta (Y) riippuen, jolloin syvennys on muoto £! dostettu männän 130 sivupintaan ja jolloin se on yhteydessä ulostuloaukkoon 120 polttoainepumpun työiskun jälkeen, niin että jäljellä oleva polttoaine purkautuu ulos. o ^ Tämän vuoksi männän 130 ulostulosyvennyksen porrastetun osuuden syvyyden (X) ja pituuden (Y) mukaan määritetään jatkososan halkaisija (Dl) ja asennuskohta 35 (LI), koneistussyvyys (dl) johon heijastava pinta 112 muodostetaan, ja heijastavan 5 pinnan 112 pituus (11). Lisäksi niiden täsmälliset mitat määritetään kokeilla tai tietokonesimuloinneilla.o x The flow direction of the jet type cavitation changes depending on the depth (X) and length (Y) of the stepped portion 30 of the exit recess 131, the recess having the shape £! disposed on the side surface of the piston 130 and communicating with the outlet 120 after a fuel pump stroke so that the remaining fuel is discharged. Therefore, according to the depth (X) and length (Y) of the stepped portion of the exit recess of the piston 130, the diameter (D1) and mounting point 35 (L1), the machining depth (d1) at which the reflecting surface 112 is formed ). In addition, their exact dimensions are determined by experiments or computer simulations.

Jatkososan 111 asennuskohta (LI) on erityisesti määritettävä niin, että jatkososa 5 111 sijoittuu sellaiseen kohtaan, joka on riittävän lähellä mäntää 130, niin että este tään suihkutyyppisen kavitaation 20 iskeytyminen jatkososan 111 etupintaan tai yläpintaan. Lisäksi koneistussyvyys (dl), johon heijastava pinta 112 muodostuu, on puolet jatkososan 111 halkaisijasta tai vähemmän laskettuna jatkososan 111 ulkopinnasta, niin ettei heijastimen 110 käyttöikä sen vaihtamiseen saakka ole liian ly-10 hyt.In particular, the location (LI) of the extension 111 must be defined such that the extension 5 111 is located at a location close enough to the piston 130 to prevent jet-type cavitation 20 from impacting the front or upper surface of the extension 111. Further, the machining depth (dl) at which the reflective surface 112 is formed is half the diameter of the extension 111 or less than the outer surface of the extension 111 so that the life of the reflector 110 until it is replaced is not too cold.

Kuvio 7 havainnollistaa paineaaltojen heijastumista heijastimesta 110, jolla on edellä kuvattu parannettu rakenne. Kuvioon 7 viitaten juuri ennen ulostuloaukon 120 avaamista esiintyvä suihkulähdekavitaatio 10 muodostaa suuren määrän kuplia männän 15 130 yläpään sivupinnan ympärille suhteellisen suuresta polttoaineen paineesta joh tuen.Figure 7 illustrates the reflection of pressure waves from a reflector 110 having the improved structure described above. Referring to FIG. 7, fountain cavitation 10 occurring just before opening of outlet 120 generates a large number of bubbles around the side surface of piston 15 130 due to relatively high fuel pressure.

Koska polttoainepumpun polttoaineen paine saavuttaa suurimman arvonsa juuri ulostuloaukon 120 avaamisen jälkeen, syntyy lisäksi suihkutyyppinen kavitaatio 20, 20 joka osuu pumpun heijastimen 110 heijastavaan pintaan 112 suurella nopeudella ja korkealla paineella. Näin ollen suihkutyyppinen kavitaatio 20 osuu heijastavaan pintaan 112, mutta ei suoraan osu ulostuloaukon 120 sivupintaan, niin että estetään ulostuloaukon 120 vaurioituminen. Lisäksi useimmat paineaallot 20a, jotka muodostuvat suihkutyyppisen kavitaation 20 osuessa heijastavaan pintaan 112, heijastuvat 25 polttoaineen virtaussuuntaan, jolloin estetään niiden eteneminen mäntää 130 kohti, o Muut mäntää 130 kohti heijastuvat paineaallot 20b etenevät männän 130 sivupin- uS nan alaosaan, johon on muodostunut pieni määrä kuplia. Tämän vuoksi vähenevät cp oo kuplien luhistumisen aiheuttamat eroosiovauriot männälle, oAs the fuel pressure of the fuel pump reaches its highest value just after opening of the outlet 120, a jet-type cavitation 20, 20 is applied which hits the reflective surface 112 of the pump reflector 110 at high speed and high pressure. Thus, the jet-type cavitation 20 hits the reflective surface 112 but does not directly hit the side surface of the outlet 120 so as to prevent damage to the outlet 120. Further, most of the pressure waves 20a formed by the jet-type cavitation 20 touching the reflective surface 112 are reflected in the direction of fuel flow, thereby preventing their propagation towards the piston 130, while the other pressure waves 20b reflected towards the piston 130 propagate to the lower part of the bubble. As a result, cp oo reduces the erosion damage to the piston caused by bubble collapse, o

XX

!£ 30 Kuvio 8 on poikkileikkauskuva, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaisen polttosi ainepumpun ensimmäisen suoritusmuodon. Kuvioon 8 viitaten esillä olevan keksintö nön mukaiselle polttoainepumpulle on tunnusomaista ulostuloaukon 210 parannettu o muoto, joka on muodostettu sylinteriin 200 jäännöspolttoaineen poistamiseksi polttoainepumpun työiskun jälkeen. Edellä mainitut ominaisuudet omaava polttoaine-35 pumppu on suunniteltu niin, että kavitaation voimakkuus heikkenee ja että estetään 6 paineaaltojen eteneminen männälle 220, koska siinä on kasvatettu etäisyyttä siitä kohdasta, jossa suihkutyyppinen kavitaatio esiintyy juuri polttoainepumpun työiskun jälkeen, siihen kohtaan, jossa suihkutyyppinen kavitaatio osuu ulostuloaukon 210 sivupintaan.Fig. 8 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a combustion material pump according to the present invention. Referring to Figure 8, the fuel pump of the present invention is characterized by an improved? Shape of the outlet 210 formed in the cylinder 200 for removing residual fuel after a fuel stroke of the fuel pump. The fuel-35 pump with the above characteristics is designed to reduce the intensity of cavitation and prevent 6 pressure waves from propagating on piston 220 by increasing the distance from the jet type cavitation just after the fuel pump stroke to where the jet type cavitation hits 210 on the side surface.

55

Kuvio 9 esittää yksityiskohtaisesti ulostuloaukon 210. Kuvioon 9 viitaten ulostuloau-kolle on suunniteltu sellainen muoto, jossa ulostuloaukon 210 ulostulopäähän on muodostettu laajennettu osa 211. Laajennetun osan 211 sisähalkaisija (D2) on suurempi kuin ulostuloaukon 210 sisäänmenopuolen halkaisija (d2), ja se on määritelty 10 ulostuloaukon 210 ulostulopäästä määrättyyn syvyyteen.Figure 9 shows in detail with reference to the outlet opening 210. Figure 9 ulostuloau-bay is designed to such a shape, wherein the outlet opening 210 to the outlet end is formed as an extended part of the portion 211. The extended 211 of the inner diameter (D2) is larger than the outlet opening 210 on the inlet side diameter (d 2), and is defined by 10 outlets 210 from an outlet end 210 to a predetermined depth.

Tässä suoritusmuodossa suihkutyyppisen kavitaation 20 suunta muuttuu ulostu-losyvennyksen 221 porrastetun osuuden syvyydestä (X) ja pituudesta (Y) riippuen, joka on muodostettu männän 220 sivupintaan ja joka on yhteydessä ulostuloauk-15 koon 210 polttoainepumpun työiskun jälkeen niin, että jäännöspolttoaine purkautuu. Tämän vuoksi määritetään laajennetun osan 211 alkamiskohta (L2) ja sisähalkaisija (D2) riippuen männän 220 ulostulosyvennyksen 221 porrastetun osuuden syvyydestä (X) ja pituudesta (Y). Lisäksi niiden tarkat mitat määritetään kokeiden tai tietokoneella tehtyjen simulointien avulla.In this embodiment, the direction of the jet-type cavitation 20 changes depending on the depth (X) and length (Y) of the stepped portion of the outlet recess 221 formed on the sidewall of the piston 220 and communicating with the outlet 210 fuel pump working stroke so that residual fuel. Therefore, the starting point (L2) and inner diameter (D2) of the expanded portion 211 are determined depending on the depth (X) and length (Y) of the stepped portion of the recess 221 of the piston 220. In addition, their exact dimensions are determined by experiments or computer simulations.

2020

Erityisesti laajennetun osan 211 alkamiskohta (L2) on määritettävä niin, että laajennettu osa 211 on lähellä mäntää 220, niin että estetään suihkutyyppisen kavitaation 20 osuminen ulostuloaukon 210 sivupinnan osuuteen muualla kuin laajennetussa osassa 211. Lisäksi se on edullisesti suunniteltu niin, että laajennetun osan 211 sisä-25 halkaisija (D2) on 1,5 kertaa ulostuloaukon 210 sisäpuolen sisähalkaisija tai suu-o rempi, niin että tehokkaasti estetään ulostuloaukon 210 sivupinnan ja männän vau- ιό noituminen kavitaation aiheuttaman eroosion takia, o i 00 o x Kuvio 10 havainnollistaa parannetun ulostuloaukon 210 muuttamien paineaaltojen cc 30 etenemistä. Kuvioon 10 viitaten, juuri ennen ulostuloaukon 210 avaamista syntyväSpecifically, the start point (L2) of the expanded portion 211 must be defined such that the expanded portion 211 is near the piston 220 to prevent jet-type cavitation 20 from touching the portion of the side surface of the outlet 210 other than the expanded portion 211. -25 diameter (D2) is 1.5 times the outlet opening 210 inside of the inner diameter, or the mouth-o greater, so as to effectively prevent the outlet opening 210 side surface and a piston damage ιό due to erosion caused by bad words cavitation, o 00 ox Figure 10 illustrates an improved outlet opening 210 changing the pressure of the waves cc 30 progress. Referring to Fig. 10, it is generated just before opening of outlet 210

CDCD

£! suihkulähteen tapainen kavitaatio 10 muodostaa suuren määrän kuplia männän 220 i^- ^ sivupinnan yläpään ympärille suhteellisen suuresta polttoaineruiskutuksen paineesta o ^ johtuen.£! a fountain-like cavitation 10 generates a large number of bubbles around the upper end of the piston 220 due to the relatively high fuel injection pressure.

77

Koska polttoainepumpun polttoaineruiskutuksen paine savuttaa suurimman arvonsa juuri ulostuloaukon 210 avaamisen jälkeen, syntyy lisäksi suihkutyyppinen kavitaatio 20, joka osuu ulostuloaukon 210 laajennetun osan 211 sivupintaan suurella nopeudella ja suurella paineella. Koska tässä suihkutyyppisen kavitaation 20 syntymiskoh-5 dan ja sen kohdan välillä, jossa suihkutyyppinen kavitaatio osuu laajennetun osan 211 sivuseinään, on suurempi etäisyys, niin kavitaation osumisvoima on heikompi. Lisäksi useimmat paineaallot 20a heijastuvat polttoaineen virtaussuuntaan. Muut, mäntää 220 kohti heijastuvat paineaallot 20b osuvat laajennetun osan 211 pääty-seinään 212, joka muodostuu laajennetun osan 211 ja ulostuloaukon sisäänmeno-10 puolen halkaisijoiden välisestä erosta. Näin ollen estetään mäntää 220 vaurioitumasta männän 220 ympärille muodostuneiden kuplien luhistumisen takia.Since the fuel injection fuel injection pressure exerts its highest value just after opening of the outlet 210, a jet-type cavitation 20 is produced which hits the side surface of the expanded portion 211 of the outlet 210 at high speed and high pressure. Because there is a greater distance between the point of origin of the jet-type cavitation 20 and the point where the jet-type cavitation strikes the side wall of the expanded member 211, the impact force of the cavitation is weaker. In addition, most pressure waves 20a are reflected in the direction of fuel flow. Other components, the plunger 220 towards the reflected pressure waves fall within the extended portion 20b of the end-wall-211 212, which comprises the difference between the extended portion 211 and an outlet opening in the inlet 10 side of the diameters. Thus, the piston 220 is prevented from being damaged by the collapse of bubbles formed around the piston 220.

Kuvio 11 on poikkileikkauskuva, joka havainnollistaa esillä olevan keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista polttoainepumppua. Kuvioon 11 viitaten esillä ole-15 van keksinnön toisen suoritusmuodon mukaiselle polttoainepumpulle on tunnusomaista heijastimen 310 ja ulostuloaukon 320 parannettu rakenne. Edellä mainitut ominaisuudet omaava polttoainepumppu on suunniteltu niin, että juuri polttoaine-pumpun työiskun jälkeen syntyvä suihkutyyppinen kavitaatio kulkee heijastimen 310 ja ulostuloaukon 320 sivupinnan väliin muodostuvan tilan kautta, ja että vaikka 20 suihkutyyppisen kavitaation 20 muodostamat paineaallot osuvat heijastimeen, niin estetään niiden eteneminen mäntään 330.Fig. 11 is a cross-sectional view illustrating a fuel pump according to another embodiment of the present invention. Referring to Figure 11, the fuel pump of the second embodiment of the present invention is characterized by an improved design of reflector 310 and outlet 320. The fuel pump having the above characteristics is designed so that the jet-type cavitation generated just after the fuel pump stroke passes through the space formed between the reflector 310 and the side surface of the outlet 320, and while the pressure waves generated by the jet 20 cavity hit the reflector.

Kuvio 12 esittää yksityiskohtaisesti heijastimen 310 ja ulostuloaukon 320 rakenteen. Kuvioon 12 viitaten heijastin 310 sisältää ensimmäisen kartiomaisen osan 311, ja 25 ulostuloaukon 320 sivupinta sisältää toisen kartiomaisen osan 321, joka vastaa en-£1 simmäistä kartiomaista osaa 311. Ensimmäinen kartiomainen osa 311 on järjestetty ^ heijastimen 310 päähän pienentämällä sen halkaisija etäällä olevassa päässä. Toi- ° nen kartiomainen osa 321 on muodostettu ulostuloaukon 320 ulostulopuolelle niin,Figure 12 shows in detail the structure of the reflector 310 and the outlet 320. Referring to Fig. 12, reflector 310 includes a first conical portion 311, and a side surface of outlet opening 320 includes a second conical portion 321 corresponding to first-first conical portion 311. The first conical portion 311 is disposed at the distal end of the reflector 310. The second conical portion 321 is formed at the outlet side of the outlet 320,

COC/O

° että sen kartiomaisuuden kulma vastaa ensimmäistä kartiomaista osaa 311.° that its conical angle corresponds to the first conical portion 311.

£ 30 Tässä suoritusmuodossa suihkutyyppisen kavitaation virtaussuunta muuttuu ulosvir- tauksen syvennyksen 321 syvyydestä (X) ja pituudesta (Y) riippuen, kun ulosvirta-o ^ uksen syvennys on muodostettu männän 330 sivupintaan, jossa se on yhteydessä ulostuloaukkoon 320 polttoainepumpun työiskun jälkeen, niin että jäännöspolttoaine 35 purkautuu. Tämän vuoksi männän 330 sivupintaan muodostetun ulostulosyvennyk- 8 sen 331 porrastetun osan syvyydestä (X) ja pituudesta (Y) riippuen määritetään ensimmäisen kartiomaisen osan 331 asennuskohta (L3), halkaisija (D3) ja kartiokul-ma (a) sekä toisen kartiomaisen osan 321 muodostamiskohta (13) ja kartiokulma (β). Lisäksi niiden tarkat mitat määritetään kokeiden tai tietokoneella tehtyjen simu-5 lointien avulla.In this embodiment, the flow direction of the jet-type cavitation changes depending on the depth (X) and length (Y) of the outflow recess 321 when the outflow recess is formed on the sidewall of the piston 330 where it communicates with the fuel pump working stroke 35 will be discharged. Therefore, depending on the depth (X) and length (Y) of the stepped portion of the recess 333 formed on the side surface of the piston 330, the mounting location (L3), diameter (D3) and taper angle (a) of the first conical portion 331 are determined. (13) and the cone angle (β). In addition, their exact dimensions are determined by tests or computer simulations.

Erityisesti ensimmäisen kartiomaisen osan 331 kartiokulma (a) on edullisesti suunniteltu kulma-alueelle 60° -120°, niin että suihkutyyppisen kavitaation 20 osuessa ensimmäiseen kartiomaiseen osaan syntyvät paineaallot eivät heijastu mäntää 330 10 kohti, jolloin tehokkaasti estetään männän 330 vaurioituminen kavitaation takia.Specifically, the cone angle (a) of the first conical member 331 is preferably designed to have an angle range of 60 ° to 120 ° so that the pressure waves generated by the jet-type cavitation 20 hit the first conical member are not reflected towards the piston 330.

Kuvio 13 on kuva, joka havainnollistaa paremman rakenteen ja muodon omaavan heijastimen 310 ja ulostuloaukon 320 muuttamien paineaaltojen etenemistä. Kuvioon 13 viitaten juuri ennen ulostuloaukon 320 avaamista muodostuva suihkulähteen 15 tapainen kavitaatio 10 muodostaa suuren määrän kuplia männän 330 sivupinnan yläpään ympärille polttoaineruiskutuksen suhteellisen suuresta paineesta johtuen.Fig. 13 is a view illustrating the propagation of pressure waves altered by a better structure and shape of the reflector 310 and the outlet 320. Referring to Figure 13, cavitation 10 such as a fountain 15 formed just prior to opening of outlet 320 generates a large number of bubbles around the upper surface of the piston 330 due to the relatively high pressure of the fuel injection.

Koska lisäksi pumpun polttoaineen paine saavuttaa maksimiarvon juuri ulostuloaukon 320 avaamisen jälkeen, siinä esiintyy suihkutyyppinen kavitaatio, jolla on suuri 20 nopeus ja suuri paine. Tässä suihkutyyppinen kavitaatio 20 kulkee ensimmäisen ja toisen kartiomaisen osan 311 ja 321 välisen tilan läpi, tai osa siitä osuu ensin ensimmäiseen kartiomaiseen osaan 311. Tällä hetkellä suihkutyyppisen kavitaation 20 osan osuessa ensimmäiseen kartiomaiseen osaan 311 syntyvät paineaallot 20a ja 20b heijastuvat ensimmäisen ja toisen kartiomaisen osan 311 ja 321 väliseen tilaan, 25 eivätkä siten vaikuta männän 330 ympärille muodostuneisiin kupliin, jolloin estetään o männän 330 vaurioituminen kuplien luhistumisen takia.In addition, since the fuel pressure of the pump reaches its maximum just after opening of the outlet 320, it exhibits jet-type cavitation with high speed and high pressure. Here, the jet-type cavitation 20 passes through the space between the first and second conical portions 311 and 321, or part thereof first hits the first conical portion 311. At this time, the pressure waves 20a and 20b generated by the jet 20a and 20b reflected by the first and second conical portions 311. and 321, and thus do not affect the bubbles formed around the piston 330, thereby preventing damage to the piston 330 due to the collapse of the bubbles.

i tn o i oo Vaikka asian havainnollistamiseksi on esitetty esillä olevan keksinnön edullinen suo- o x ritusmuoto, esillä oleva keksintö ei rajoitu edulliseen suoritusmuotoon. Lisäksi alan 30 ammattilainen ymmärtää, että erilaiset muunnelmat, lisäykset ja korvaavat seikatAlthough a preferred embodiment of the present invention has been illustrated, the present invention is not limited to the preferred embodiment. In addition, one of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications, additions, and substitutes

<D<D

£! ovat mahdollisia poikkeamatta keksinnön suoja-alalta ja sen hengestä, joka on esi- i^.£! are possible without departing from the scope of the invention and the spirit of the foregoing.

^ tetty oheisissa patenttivaatimuksissa, ja nämä muunnelmat, lisäykset ja korvaavat o ^ seikat ovat esillä olevan keksinnön puitteissa. 1as defined in the appended claims, and these modifications, additions, and substitutes are within the scope of the present invention. 1

Edulliset vaikutukset 9Beneficial effects

Kuten edellä selitettiin, esillä olevalla keksinnöllä aikaansaadaan polttoainepumppu suoraruiskutustyyppisiä polttomoottoreita varten, joissa polttoainepumpun heijastimen ja ulostuloaukon rakennetta ja muotoa on parannettu polttoainepumpulle aiheutetun kavitaatiovaurion syyn oikean ymmärtämisen pohjalta, jolloin estetään 5 polttoainepumpun sylinterin ulostuloaukon ja männän vaurioituminen kavitaatioilmi-ön takia.As described above, the present invention provides a fuel pump for direct injection type internal combustion engines in which the design and shape of the fuel pump reflector and outlet are improved based on a proper understanding of the cause of the cavitation damage to the fuel pump, thereby preventing

Piirustusten lyhyt selitys 10 Kuvio 1 havainnollistaa suihkutyyppistä kavitaatiota, jota esiintyy polttoainepumpun puristusprosessin alkuvaiheessa;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 illustrates the jet type cavitation that occurs during the initial stages of the fuel pump compression process;

Kuvio 2 havainnollistaa vesiputoustyyppistä kavitaatiota, jota esiintyy polttoaine-pumpun puristusprosessin alkuvaiheessa; 15Figure 2 illustrates the waterfall-type cavitation that occurs during the initial stage of the fuel pump compression process; 15

Kuvio 3 havainnollistaa suihkulähteen tapaista kavitaatiota, jota esiintyy juuri ennen polttoainepumpun ulostuloaukon avaamista;Figure 3 illustrates a fountain-like cavitation that occurs just prior to the opening of the fuel pump outlet;

Kuvio 4 havainnollistaa suihkutyyppistä kavitaatiota, jota esiintyy sillä hetkellä, 20 kun polttoainepumpun ulostuloaukko avataan;Figure 4 illustrates a jet-type cavitation that occurs at the time when the fuel pump outlet is opened;

Kuvio 5 on poikkileikkauskuva, joka havainnollistaa polttoainepumpun rakennetta erään suoritusmuodon mukaan, joka ei ole keksinnön kohteena; 25 Kuvio 6 on yksityiskohtainen kuva, joka esittää kuviossa 5 esitetyn heijastimen c\j rakenteen; δFig. 5 is a cross-sectional view illustrating the construction of a fuel pump according to an embodiment which is not an object of the invention; Figure 6 is a detailed view showing the structure of the reflector cj shown in Figure 5; δ

(M(M

i o Kuvio 7 havainnollistaa paineaaltojen heijastumista kuviossa 5 esitetystä heijas- 0 timesta; 1 30Figure 7 illustrates the reflection of pressure waves from the reflector shown in Figure 5; 1 30

CLCL

to Kuvio 8 on poikkileikkauskuva, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaisenFig. 8 is a cross-sectional view showing the present invention

(M(M

id polttoainepumpun; r-· o oid fuel pump; r- · o o

(M(M

1010

Kuvio 9 on yksityiskohtainen kuva, joka esittää kuviossa 8 esitetyn ulostuloaukon muodon;Fig. 9 is a detailed view showing the shape of the outlet shown in Fig. 8;

Kuvio 10 havainnollistaa paineaaltojen heijastumista kuviossa 8 esitetyn polttoai-5 nepumpun ulostuloaukon sivupinnasta;Figure 10 illustrates the reflection of pressure waves from the side surface of the fuel pump outlet port shown in Figure 8;

Kuvio 11 on poikkileikkauskuva, joka havainnollistaa esillä olevan keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaista polttoainepumppua; 10 Kuvio 12 on yksityiskohtainen kuva, joka esittää kuviossa 11 esitetyn polttoaine-pumpun heijastimen ja ulostuloaukon rakenteen; jaFig. 11 is a cross-sectional view illustrating a fuel pump according to another embodiment of the present invention; Figure 12 is a detailed view showing the structure of the fuel pump reflector and outlet port shown in Figure 11; and

Kuvio 13 on kuva, joka esittää paineaaltojen heijastumista kuviossa 11 esitetyn polttoainepumpun heijastimesta ja ulostuloaukosta.Figure 13 is a view showing the reflection of pressure waves from the reflector and outlet of the fuel pump shown in Figure 11.

1515

Piirustuksissa esitettyjen elementtien selitys 100 sylinteri 110 heijastin 20 111 jatkososa 112 heijastava pinta 120 ulostuloa ukko 130 mäntä 200 sylinteri 25 210 ulostuloaukkoDESCRIPTION OF THE ELEMENTS IN THE DRAWINGS 100 cylinder 110 reflector 20 111 extension 112 reflective surface 120 outlet hub 130 piston 200 cylinder 25 210 outlet

C\JC \ J

5 211 laajennettu osa5 211 extended section

(M(M

220 mäntä220 pistons

LOLO

^ 300 sylinteri ° 310 heijastin ^ 30 311 ensimmäinen kartiomainen osa 320 ulostuloaukko ^ 321 toinen kartiomainen osa o ° 330 mäntä^ 300 cylinder ° 310 reflector ^ 30 311 first conical part 320 outlet ^ 321 second conical part o ° 330 piston

Claims

A fuel pump having a structure which prevents cavitation damage and which is arranged in a direct injection type internal combustion engine, the fuel pump comprising: (210; 320) and the reflector (310) such that the pressure walls formed by the radiation-type cavitation (20) occurring just after opening of the outlet opening and hitting the outlet opening (210; 320) or reflector (310) are obstructed. from advancing into the bubbles remaining around the side surface of the piston (220; 330), characterized in that the means which impede the progress comprise an expanded portion (211; 321), the inside diameter of which is greater than the diameter of the inside of the outlet opening (210; 320) ) and which is disposed on the outlet side of the outlet opening in that the strength of the cavitation 15 decreases and that the pressure waves formed by it just after the opening the cavity (20) cavity (20) of the outlet type which hits the outlet opening (210; 320) or the reflector (310), by means of the end surface of the expanded part, is prevented from advancing into the bubbles remaining around the side surface of the piston.

2. A fuel pump according to claim 1, characterized in that the inner diameter of the extended part (211) is at least 1.5 g of the inner diameter of the inlet side of the outlet opening (210).

3. A fuel pump according to claim 1, characterized in that the enlarged part is constituted as a conical part (321), the means which prevent progressing thereto comprising a first conical part (311) arranged on the reflector (310) is reduced towards its end, which conical portion (311) cone angle is within an area such that the pressure walls formed by the cavity (20) of the beam type hit the first conical portion (311) are prevented from being reflected against the cow ( 330), and CC 30 that the cone angle of the extended portion (321) corresponds to the first conical portion (311) CD so that the radiation type cavitation formed just after the opening of the outlet aperture. preferably through the space delimited by the tapered portions (321, 311) or hit the first tapered portion (311), whereby the pressure paths formed from the impact course are prevented from advancing into the bubbles remaining around the piston (330) lateral surface.