PL233483B1 - Głowica rotacyjnej pompy paliwa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uniwersalna głowica rozdzielaczowej pompy wtryskowej paliwa do zastosowania w układach zasilania silników, w szczególności wysokoprężnych.

Znane są rozmaite paliwowe układy zasilające, w skład których wchodzą pompy paliwowe. Spośród hydraulicznych pomp paliwa można wyróżnić pompy wtryskowe rzędowe (posiadające rzędowe lub szeregowe ułożenie modułów tłoczących, zazwyczaj wyposażone w cylinder i tłok oraz rozmaite rodzaje popychaczy) oraz pompy rotacyjne (rozdzielaczowe) wyposażone co najmniej w cylinder i wirnik lub układ wirników umiejscowionych osiowo albo mimośrodowo względem osi symetrii cylindra. Aktualnie powszechnie stosuje się układy typu „common raif’ wyposażone w szynę, do której pod bardzo wysokim ciśnieniem tłoczone jest paliwo przez pompę tłoczącą. Układy te wymagają elektronicznego sterowania i bardzo wysoko rozwiniętej techniki materiałowej.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US 3969044(A) pt. „Fuel pump assembly” znany jest zespół pompy paliwowej, w którym podłużna rurowa obudowa otacza pompę paliwową, która ma wlot doprowadzający paliwo na jednym końcu i wylot odpływu paliwa na drugim końcu. Wirnik silnika napędza wirnik pompy za pośrednictwem osiowo równoległych kołków, umieszczonych w gniazdach wirnika. Wirnik pompy obraca się bezpośrednio na wale trwale zamontowanym w obudowie. Paliwo częściowo przepływa od strony tłocznej pompy do pierścieniowej przestrzeni umieszczonej pomiędzy wałem a wirnikiem, a dalej do wylotu.

W innym rozwiązaniu opublikowanym jako zgłoszenie europejskie nr W O2005017360 przedstawiono paliwową pompę wysokiego ciśnienia, wraz z zamontowaną przed nią pompą niskiego ciśnienia, gdzie pompa niskiego ciśnienia podaje paliwo do pompy wysokociśnieniowej, która zawiera wał napędowy napędzający obie pompy.

Z innego rozwiązania opublikowanego pn. UA 91638(C2) pt. „Distributor fuel injection pump of rotary type znana jest pompa wtryskowa typu obrotowego posiadająca korpus, wał napędowy wirnika, sprzęgło napędu wirnika, tuleję rozdzielczą wirnika z adapterami wysokociśnieniowymi, wirnik rozdzielacza z centralną symetrią rozmieszczenia umieszczonych w nim tłoków, urządzenie hydro-mechaniczne do zmiany kąta rozrządu, pompy niskiego ciśnienia i sterownika. Co najmniej jeden tłok ma na powierzchni roboczej okrągły rowek, który jest połączony ze zmniejszającą się przestrzenią promieniowymi i osiowymi kanałami nurnika. Każdy tłok ma kołnierz tworzący zagłębienie bufora hydraulicznego. Każda prowadnica tłoka, która ma okrągły rowek, ma również okrągły rowek połączony z niskociśnieniowym wgłębieniem z kanałami wirnika. Tłok siłowy jest połączony z podkładką napędu tłoka za pomocą sworznia. Mechaniczny czujnik trybu prędkości, w linii ciśnieniowej zainstalowany jest zawór wysokiego ciśnienia i zawór zwrotny o niskiej bezwładności. Mechanizm dźwigniowy wyposażony jest w proporcjonalną dźwignię, która zmienia przewagę dźwigni przy zmianie trybu prędkości. Promieniowy kanał dystrybucji doprowadzania paliwa do adapterów wysokiego ciśnienia jest umieszczony w wirniku jako przelotowy i nachylony w stosunku do płaszczyzny od normalnej do osi obrotu wirnika.

Głowica pompy według wynalazku zbudowana jest z rotora o kształcie walca umieszczonego w cylindrze głowicy. W cylindrze głowicy znajdują się symetrycznie rozmieszczone otwory, korzystnie dwa, trzy lub cztery, w których znajdują się tłoczki tłoczące paliwo do kanału obwodowego w cylindrze głowicy, a stamtąd w kierunku rotora. W rotorze znajdują się co najmniej dwa zasadniczo równoległe do osi rotora kanały wzdłużne, a nadto kanał skośny przebiegający w stosunku do sąsiadującego z nim kanału wzdłużnego pod kątem a (alfa), którego wartość wynosi od 7 do 21 stopni. W rotorze znajduje się też kanał spustowy kierujący paliwo do układu wtryskowego silnika poprzez kanały wylotowe. Ponadto, w rotorze wydrążony jest pierścieniowy kanał, który łączy się z kanałem skośnym, kanałami wzdłużnymi oraz kanałem spustowym, a także drugi pierścieniowy kanał łączący się z kanałem skośnym, kanałami wzdłużnymi oraz kanałem obwodowym w cylindrze głowicy. Pierścieniowy kanał i drugi pierścieniowy kanał stanowią odcinkowe wybrania materiału rotora, gdzie średnica rotora jest mniejsza niż w pozostałych jego częściach. Nad umieszczonymi w otworach tłoczkami znajdują się popychacze, które stykają się z wewnętrzną powierzchnią pierścienia krzywkowego połączonego trwale z wałkiem napędowym przez tarczę. Powierzchnia wewnętrzna pierścienia krzywkowego ukształtowana jest w formie zagłębień i wypukłości. Ruch obrotowy pierścienia krzywkowego wymusza ruch tłoczący popychaczy oraz tłoczków w chwili gdy wypukłości wewnętrznej powierzchni pierścienia krzywkowego znajdują się nad popychaczami. W ten sposób paliwo tłoczone jest w stronę rotora. Następnie popychacze wracają do pierwotnej pozycji. Pierścień krzywkowy połączony jest trwale z tarczą będącą częścią wałka

PL 233 483 B1 napędowego. Na obwodzie cylindra głowicy umieszczone są dwie lub więcej pary kanałów doprowadzających, których przebieg jest zasadniczo prostopadły do osi podłużnej rotora. Korzystnie każdy z kanałów doprowadzających ma przekrój zbliżony do okręgu. Średnica jednego kanału doprowadzającego jest większa od średnicy drugiego kanału doprowadzającego. Przylegające do rotora wyloty obu kanałów doprowadzających umieszczone są tak, że przy odpowiednim ustawieniu rotora krawędzie kanałów skośnych i wzdłużnych są styczne do krawędzi otworów kanałów doprowadzających w głowicy cylindra. W fazie tłoczenia paliwa przez tłoczki do kanału obwodowego, paliwo to poprzez drugi pierścieniowy kanał, kanały wzdłużne i kanał skośny oraz pierścieniowy kanał, wtłaczane jest do kanału spustowego, skąd za pośrednictwem kanałów wylotowych trafia do wtryskiwaczy. W fazie tłoczenia kanały doprowadzające są zamknięte powierzchnią rotora. W kolejnej fazie pracy pompy, gdy następuje równoczesne odsłonięcie kanałów doprowadzających przez kanały wzdłużne, ciśnienie robocze (sterujące) paliwa dociska tłoczki i popychacze do powierzchni roboczych pierścienia krzywkowego, wymuszając w ten sposób ruch tłoczków i popychaczy. W tym czasie paliwo nie wpływa do kanałów spustowego i wylotowego, ponieważ ciśnienie robocze (sterujące) paliwa jest kilkadziesiąt razy mniejsze od ciśnienia otwarcia wtryskiwaczy. Po otwarciu kanałów doprowadzających w cylindrze głowicy przez krawędzie kanałów wzdłużnych, pozostają one otwarte prawie w sposób ciągły, aż do zamknięcia następnej pary kanałów doprowadzających. Od otwarcia kanałów doprowadzających przez krawędzie kanałów wzdłużnych, połączenie kanału spustowego z kanałem wylotowym jest otwarte jeszcze przez najmniej 20 stopni obrotu rotora. W tej fazie pracy pompy paliwo pod ciśnieniem roboczym wtłaczane jest przez pompę ciśnienia roboczego do opisanej powyżej przestrzeni wysokiego ciśnienia.

W korzystnym wariancie rozwiązania, w korpusie rotora znajduje się jeden kanał skośny oraz co najmniej trzy kanały wzdłużne.

Rotor jest ruchomy wzdłużnie względem cylindra głowicy, a niezależnie może zmieniać położenie kątowe w stosunku do wałka napędowego i połączonego z nim w sposób trwały pierścienia krzywkowego. Ruch wzdłużny rotora względem cylindra głowicy jest powodowany przez łącznik, łączący rotor ze sworzniem przesuwnym, przenoszącym ruch z tulei regulatora obrotów na łącznik. Łącznik ma podłużny otwór, który pozwala na przesuw rotora wzdłuż cylindra głowicy bez zmiany położenia wzdłużnego sworznia. W wariancie rozwiązania według wynalazku ruch obrotowy rotora jest regulowany przez połączenie wałka napędowego przez popychacze, zawieszone obrotowo na trzpieniach i dalej przez tuleję przesuwną regulatora kąta i znajdujące się w niej wycięcia kształtowe na sworzeń; następnie na tuleję obrotową i łącznik złączony w sposób trwały z rotorem. Położenie wzdłużne sworznia jest ustalane przez tuleję obrotową, która może się tylko obrócić w stosunku do wałka napędowego. Położenie kątowe sworznia, a tym samym rotora, w stosunku do pierścienia krzywkowego ustalane jest przez wycięcia kształtowe w tulei przesuwnej regulatora kąta. W miarę wzrostu prędkości obrotowej wałka napędowego, zakrzywione końcówki ramion popychaczy, pod wpływem sił odśrodkowych od ciężarków regulatora kąta, przesuwają się na zewnątrz przemieszczając wzdłużnie tuleję przesuwną regulatora kąta. W tulei przesuwnej regulatora kąta wykonane są wycięcia kształtowe, których kształt powoduje zmianę położenia kątowego sworznia w miarę przesuwania się tulei przesuwnej regulatora kąta. Zmiana położenia kątowego sworznia skutkuje zmianą położenia kątowego rotora w stosunku do pierścienia krzywkowego. Kształt wycięć w tulei przesuwnej regulatora kąta może być różny, w zależności od wymagań silnika dotyczących zmian kąta początku tłoczenia w funkcji prędkości obrotowej silnika.

Głowica rotacyjnej pompy paliwa przystosowana jest do pracy w pompach zasilanych i wypełnionych paliwem o ciśnieniu około 0,025 MPa. Ciśnienie paliwa jest podnoszone przez pompę ciśnienia roboczego i stabilizowane przez akumulator hydrauliczny do wysokości powyżej 1 MPa (ciśnienie sterujące).

Pompa według wynalazku przystosowana jest do pracy z silnikami wyposażonymi w 2, 3, 4 lub 6 cylindrów.

Przykład wykonania pompy według wynalazku został przedstawiony na załączonych rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój podłużny całego modułu pompy; fig. 2 - przekrój podłużny głowicy z widocznym rotorem wraz z kanałami rotora; fig. 3 - przekrój poprzeczny wirnika pompy; fig. 4 - przekrój poprzeczny pierścienia krzywkowego z widocznymi popychaczami i tło czkami; rys. 5 - przekrój podłużny fragmentu pompy przedstawiający cylinder, rotor oraz obudowę pompy z kanałami wylotowymi.

W przykładzie wykonania głowicy pompy rotacyjnej, paliwo o ciśnieniu roboczym ok. 1 MPa doprowadzane jest kanałem 1 w tulei głowicy 2, a stąd do kanałów doprowadzających 3 i 4 w cylindrze głowicy 5. Gdy kanały doprowadzające 3 i 4 są otwarte na kanały wzdłużne 7 w obracającym się rotorze 8,

PL 233 483 B1 paliwo przechodzi do drugiego pierścieniowego kanału 25, a stamtąd kanałem obwodowym 26 w cylindrze głowicy 5, do otworów 23 pod tłoczki 14. W otworach 23 pracują tłoczki 14 napędzane ruchem pierścienia krzywkowego 10 połączonego trwale z tarczą 11 wałka napędowego 12. Pierścień krzywkowy wywiera nacisk na popychacze 13 umieszczone w otworach 23. W opisywanym przykładzie głowica wyposażona jest w trzy otwory 23 i po trzy popychacze 13 i tłoczki 14. W rotorze 8 znajdują się trzy podłużne kanały 7 i jeden kanał skośny 6, gdzie każdy z kanałów podłużnych 7 jest równoległy do osi podłużnej rotora 8, natomiast kanał skośny 6 usytuowany jest względem sąsiadującego z nim kanału wzdłużnego 7 pod kątem a o wartości 13 stopni. Kanały podłużne 7 i kanał skośny 6 łączą drugi pierścieniowy kanał 25 z pierścieniowym kanałem 24. W rotorze 8 znajduje się dodatkowo kanał spustowy 15 połączony z pierścieniowym kanałem 24 i kanałami wylotowymi 16. Paliwo, pod wpływem nacisku wewnętrznej powierzchni pierścienia krzywkowego 10 na popychacze 13 tłoczone jest przez tłoczki 14 do kanału obwodowego 26, skąd przez drugi pierścieniowy kanał 25 w rotorze 8 przedostaje się do kanałów 6 i 7, a stamtąd do pierścieniowego kanału 24 i dalej do kanału spustowego 15, z którego za pośrednictwem kanałów wylotowych 16 trafia do układu wtryskowego. W przykładzie wykonania pompy według wynalazku, występuje sześć par otworów kanałów doprowadzających 3 i 4 rozmieszczonych równomiernie co 60° na obwodzie cylindra głowicy 5. Otwory kanałów doprowadzających 3 i 4 mają kształt okręgów, przy czym średnica otworu kanału doprowadzającego 4 jest większa od średnicy otworu kanału doprowadzającego 3. Otwory kanałów doprowadzających 3 i 4 są zamykane przez krawędź kanału skośnego 6 w rotorze 8 i otwierane równocześnie przez wszystkie krawędzie kanałów wzdłużnych 7 po obróceniu się rotora 8 o kąt wynikający z położenia wzdłużnego rotora 8 w cylindrze głowicy 5. Kąt ten może się zmieniać od 0 do 10 stopni, co jest równoznaczne ze zmianą objętości wtryskiwanego paliwa od zera do objętości maksymalnej. Otwory kanałów doprowadzających 3 i 4 pozostają otwarte na kanały wzdłużne 7, aż do zamknięcia kolejnej pary otworów 3 i 4. Rotor 8 połączony jest łącznikiem 9 z regulatorem prędkości obrotowej silnika sterującym położeniem wzdłużnym rotora 8 w cylindrze głowicy 5. W ten sposób regulowana jest zmiana położenia rotora 8 wzdłuż osi cylindra głowicy 5. Pierścień krzywkowy 10 połączony jest w sposób trwały z tarczą 11 wałka napędowego 12, który obraca się w stronę oznaczoną strzałką na fig. 4. Pierścień krzywkowy 10 wymusza ruch popychaczy 13 i tłoczków 14 w stronę osi rotora 8. Ruch popychaczy 13 i tłoczków 14 w kierunku rotora 8, następuje gdy otwory 3 i 4 są zamknięte, a równocześnie kanał 15 jest otwarty na kanał wylotowy 16. Wówczas paliwo tłoczone jest do wtryskiwaczy. Kolejno, obracający się pierścień krzywkowy 10 zwalnia popychacze 13 i tłoczki 14, które pod wpływem ciśnienia roboczego paliwa odsuwają się od osi rotora 8 w stronę wewnętrznej krawędzi pierścienia krzywkowego 10. Ustawienie kątowe pierścienia krzywkowego 10 względem rotora 8 jest zmienne. Ustawienie to regulowane jest przez sworzeń 17 połączony z rotorem 8 i przechodzący przez wycięcie kształtowe 18 w tulei przesuwnej regulatora kąta 19. Wycięcie kształtowe 18 ma kształt zbliżony do rozwartej litery „V”, której ramię od strony rotora 8 jest krótsze niż drugie ramię. W miarę przesuwania się sworznia 17 w wycięciu kształtowym 18 tulei przesuwnej regulatora kąta 19, nacisk krawędzi wycięcia kształtowego 18 wymusza zmianę kąta usytuowania rotora 8 względem pierścienia krzywkowego 10. Ruch wzdłużny tulei przesuwnej regulatora kąta 19 powodowany jest przez parę popychaczy 20 umieszczonych obrotowo na trzpieniach 21, przy czym popychacze 20 mają kształt zbliżony do liter „L”. W miarę wzrostu prędkości obrotowej wałka napędowego 12 zakrzywione końcówki 22 ramion popychaczy 20 pod wpływem działania sił odśrodkowych wywierają nacisk na tuleję przesuwną regulatora kąta 19, powodując jej odsuwanie się od rotora 8, a w konsekwencji obrót trzpienia 17 i zmianę ustawienia kątowego rotora 8 tak, że w miarę wzrostu obrotów wałka napędowego 12 usytuowanie rotora 8 względem pierścienia krzywkowego 10 przestawia się w kierunku przeciwnym do ruchu obrotowego rotora 8. Przy dalszym wzroście obrotów usytuowanie rotora 8 wraca do pierwotnej pozycji, a następnie przestawia się w kierunku zgodnym z ruchem rotora 8 do pozycji jeszcze bardziej wychylonej w tym kierunku względem pozycji pierwotnej.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się stosunkowo prostą konstrukcją i niewielką ilością części. Ciśnienie tłoczenia pompy wyposażonej w zaprezentowaną głowicę może wynosić do 150 MPa.

W porównaniu do pomp rzędowych o porównywalnych parametrach, pompa według przedstawionej konstrukcji charakteryzuje się mniejszą wagą i mniejszą ilością elementów, dzięki czemu jest ona mniej pracochłonna w produkcji, a jednocześnie bardziej bezawaryjna. Ponadto, charakteryzuje się ona możliwością długotrwałej, niezawodnej i stabilnej pracy w trudnych warunkach, ponieważ nie zawiera elementów elektronicznych. Co więcej, przedstawiona konstrukcja głowicy zapewnia możliwość pracy z paliwami o zróżnicowanych parametrach, w tym z paliwami alternatywnymi. Pompę wyposażoną

PL 233 483 B1 w zaprezentowaną głowicę cechuje zrównoważenie sił tłoczenia przy ciśnieniu 150 MPa, eliminujące deformacje elementów, co osiągane jest poprzez zamknięcie sił tłoczenia od promieniowo pracujących tłoczków w pierścieniu krzywkowym osadzonym trwale na wałku napędowym przy zastosowaniu krzywki z wklęsłą częścią zarysu, na którym odbywa się tłoczenie. Głowica umożliwia przestawienia kąta początku tłoczenia w funkcji prędkości obrotowej tak, że można go kształtować według potrzeb, a równocześnie nie dochodzi do przeniesienia momentu napędowego pompy na mechanizmy regulacji, co osiągnięto przez takie ułożenie kanałów 6, 7 i kanału spustowego 15 aby wypadkowa sił od ciśnienia paliwa, działających na rotor 8 była bliska wartości zerowej.

Głowica według przedstawionego rozwiązania może być stosowana uniwersalnie w pompach rozdzielaczowych do silników posiadających 2, 3, 4 lub 6 cylindrów, o mocy od 10 do 50 KM na cylinder.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Głowica pompy rotacyjnej zawierająca cylinder i poruszający się obrotowo wewnątrz cylindra rotor znamienna tym że w cylindrze umieszczone są równomiernie otwory (23), w których znajdują się ruchome tłoczki (14) i popychacze (13) napędzane obrotem pierścienia krzywkowego (10) połączonego z wałkiem napędowym (12), a otwory (23) łączą się z kanałem obwodowym (26) w cylindrze głowicy (5), natomiast rotor (8) wyposażony jest w pierścieniowy kanał (24) i drugi pierścieniowy kanał (25) oraz łączące oba pierścieniowe kanały co najmniej dwa kanały wzdłużne (7) zasadniczo równoległe do osi podłużnej rotora (8) i kanał skośny (6) usytuowany pod kątem względem kanału (7), zaś cylinder głowicy (5) posiada pary kanałów doprowadzających (3) i (4), których otwory znajdują się na odcinku cylindra głowicy (5) stykającym się z rotorem (8) w miejscu gdzie umieszczone są kanały (7) i kanał skośny (6), a nadto głowica pompy posiada kanał spustowy (15) połączony z pierścieniowym kanałem (24).
2. 2. Głowica pompy rotacyjnej według zastrz. 1 znamienna tym, że rotor (8) jest ruchomy wzdłużnie względem cylindra głowicy (5), a ruch wzdłużny rotora (8) powodowany jest przez łącznik (9) łączący rotor (8) ze sworzniem przesuwnym (27) przenoszącym ruch z tulei regulatora obrotów (30), na łącznik (9), przy czym łącznik (9) posiada podłużny otwór (29).
3. 3. Głowica pompy rotacyjnej według jednego z powyższych zastrzeżeń znamienna tym, że wartość kąta a pod którym kanał skośny (6) usytuowany jest względem jednego z kanałów (7) wynosi od 7 do 21°.
4. 4. Głowica pompy rotacyjnej według jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że średnica kanału doprowadzającego (3) jest mniejsza od średnicy kanału doprowadzającego (4) tak, że krawędzie kanału wzdłużnego (7) oraz kanału skośnego (6) są styczne do krawędzi otworów kanałów doprowadzających (3) i (4).
5. 5. Głowica pompy rotacyjnej według jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że rotor (8) ma trzy kanały wzdłużne (7), zaś w cylindrze głowicy (5) znajduje się sześć par kanałów doprowadzających (3) i (4) rozmieszczonych równo co 60° na obwodzie cylindra głowicy (5).
6. 6. Głowica pompy rotacyjnej według jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że usytuowanie kątowe rotora (8) względem pierścienia krzywkowego (10) regulowane jest przez dodatkowy samodzielny regulator odśrodkowy, poprzez zmianę pozycji połączonego z rotorem (8) sworznia (17), który przechodzi przez kanał kształtowy (18) w tulei przesuwnej regulatora kąta (19).
7. 7. Głowica pompy rotacyjnej według zastrz. 6 znamienna tym, że kanał kształtowy (18) utworzony jest z dwóch odnóg tworzących kąt rozwarty, z których jedna odnoga jest krótsza od drugiej.