RU2379542C1

RU2379542C1 - Distributing high pressure fuel pump

Info

Publication number: RU2379542C1
Application number: RU2008119829/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Григорьевич Соколов (RU); Александр Григорьевич Соколов
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2010-01-20
Also published as: RU2008119829A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed pump comprises housing with inner cylindrical chamber closed by cover and accommodating piston separating said chamber into pumping and displacing chambers. There is a cylindrical chamber inside the piston to accommodate a hollow drive shaft spline-jointed with the piston and pump capacity control plunger with central bore. Said plunger seats partially inside drive shaft chamber and locked in housing cover to reciprocate along piston axis. Drive shaft end face surface and plunger form high-pressure combustion chamber in stepped cylindrical chamber of the piston. The piston outer cylindrical surface has lengthwise closed helical groove accommodating dogs with their extending part locked by ring fitted inside the housing to turn therein. Channels communicating with working chambers and comprising suction and bypass valves are arranged inside the housing, in cover and piston.

EFFECT: simplified design, simple fuel control system allowing use with multi-cylinder engines and electronic fuel injection control.

2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам питания дизелей, а также может быть использовано в гидросистемах как насос высокого давления с регулируемой производительностью.The claimed invention relates to the field of engine construction, in particular to diesel power systems, and can also be used in hydraulic systems as a high-pressure pump with adjustable capacity.

Аналогом заявляемого изобретения является топливный насос высокого давления, патент RU №2231671 С1. Аналог содержит корпус, приводной вал, топливоподкачивающий насос, один распределительный плунжер, входящий в цилиндр высокого давления, и втулку управления. Привод распределительного плунжера воздействует на противоположный торец плунжера и приводит его в возвратно-поступательное и вращательное движения вдоль его оси. Привод распределительного плунжера выполнен в виде ползуна, состоящего из цилиндрической части, цилиндра предварительной подкачки и распределительного плунжера. На внешней стороне цилиндрической части ползуна выполнена замкнутая канавка, взаимодействующая с опорами, закрепленными в корпусе. Распределительный плунжер имеет осевой канал, который сообщает цилиндр предварительной подкачки с цилиндром высокого давления. Ползун кинематически связан с приводным валом посредством тел качения, а корпус насоса разделен на две части.An analogue of the claimed invention is a high pressure fuel pump, patent RU No. 2231671 C1. The analogue contains a housing, a drive shaft, a fuel priming pump, one distribution plunger included in the high pressure cylinder, and a control sleeve. The drive of the distribution plunger acts on the opposite end of the plunger and causes it to reciprocate and rotate along its axis. The drive of the distribution plunger is made in the form of a slider consisting of a cylindrical part, a pre-pumping cylinder and a distribution plunger. On the outer side of the cylindrical part of the slider, a closed groove is made, interacting with supports fixed in the housing. The distribution plunger has an axial channel that communicates the pre-charge cylinder with the high-pressure cylinder. The slider is kinematically connected with the drive shaft by means of rolling elements, and the pump casing is divided into two parts.

Аналог работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному валу ползун за счет шлицевого соединения его с приводным валом начинает вращательное движение. При этом за счет набегания берегов канавки на неподвижно закрепленные опоры ползун начинает поступательное движение вдоль оси вала. Когда ползун перемещается в крайнее правое положение, создается разряжение в подкачивающем цилиндре ползуна, всасывающий клапан открывается, и топливо засасывается в подкачивающий цилиндр. Далее ползун перемещается в крайнее левое положение, происходит набегание ползуна на шип вала, который выполняет функцию поршня для подкачивающего цилиндра, происходит возрастание давления, нагнетательный клапан открывается, и топливо под давлением попадает через осевой канал в цилиндр высокого давления. При обратном перемещении ползуна в крайнее правое положение нагнетательный клапан закрывается, в цилиндре высокого давления создается рабочее давление, и топливо по распределительному каналу подается в линии впрыска. При рабочем ходе всасывающий клапан открывается, и топливо засасывается в подкачивающий цилиндр, т.е. цикл повторяется. Благодаря тому, что ползун осуществляет одновременно функции топливоподкачивающего и нагнетательного распределительного насоса, отсутствует холостой ход деталей механизма. Достоинством аналога является то, что ТНВД не содержит упругих элементов, вызывающих ударных нагрузок, что делает его малошумным. Кроме того, ползун может работать как при заполненном маслом картере, так и на консистентной смазке, отсутствие попадания продуктов износа механизма в топливную камеру увеличивает долговечность и надежность конструкции.The analogue works as follows. When torque is applied to the drive shaft, the slider begins to rotate due to its splined connection with the drive shaft. In this case, due to the run-in of the grooves on the fixed supports, the slider starts translational movement along the axis of the shaft. When the slider moves to the far right, a vacuum is created in the ram’s booster cylinder, the suction valve opens, and the fuel is sucked into the booster cylinder. Next, the slider moves to the extreme left position, the slider runs on the shaft spike, which acts as a piston for the booster cylinder, pressure increases, the discharge valve opens, and fuel under pressure enters through the axial channel into the high pressure cylinder. When the slider is moved back to the extreme right position, the discharge valve closes, working pressure is created in the high-pressure cylinder, and fuel is supplied through the distribution channel to the injection line. During the stroke, the suction valve opens and the fuel is sucked into the booster cylinder, i.e. the cycle repeats. Due to the fact that the slider simultaneously performs the functions of the fuel priming and discharge distribution pump, there is no idle movement of the mechanism parts. The advantage of the analogue is that the high-pressure fuel pump does not contain elastic elements that cause shock loads, which makes it low-noise. In addition, the slider can work both with oil filled crankcase and with grease; the absence of the wear of the mechanism in the fuel chamber increases the durability and reliability of the structure.

Недостатком аналога является сложность, материалоемкость конструкции и высокие требования к точности изготовления плунжерной пары. Кроме того, вследствие малого диаметра плунжера затруднено использование данного насоса для двигателей с числом цилиндров более 4-х.The disadvantage of the analogue is the complexity, material consumption of the design and high requirements for the accuracy of manufacturing a plunger pair. In addition, due to the small diameter of the plunger, it is difficult to use this pump for engines with more than 4 cylinders.

Технической задачей заявляемого устройства является создание более простого, компактного и технологичного топливного насоса высокого давления распределительного типа, применимого для многоцилиндровых двигателей, с простой системой управления подачей топлива, обеспечивающего возможность электронного управления этим процессом.The technical task of the claimed device is to create a simpler, more compact and technologically advanced high-pressure fuel pump of the distribution type, applicable for multi-cylinder engines, with a simple fuel supply control system that enables electronic control of this process.

Поставленная задача решается тем, что заявляемый топливный насос высокого давления распределительного типа содержит корпус, имеющий внутреннюю цилиндрическую полость, закрытую крышкой, в цилиндрической полости корпуса расположен поршень, делящий ее на подкачивающую камеру и вытесняющую камеру, внутри поршня выполнена ступенчатая цилиндрическая полость, в которой расположен полый приводной вал, кинематически связанный через шлицевое соединение с поршнем, и плунжер управления производительностью насоса с осевой проточкой, частично находящийся в полости приводного вала и зафиксированный в крышке корпуса, с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси поршня, торцевая поверхность приводного вала, плунжер и ступенчатая цилиндрическая полость поршня образуют камеру высокого давления, на наружной цилиндрической поверхности поршня выполнена продольная замкнутая винтовая канавка, в которой размещены поводки, выступающая часть которых зафиксирована в кольце, установленном в цилиндрической полости корпуса с возможностью проворота в нем, в корпусе, в крышке и в поршне выполнены каналы, которые соединены с рабочими камерами и содержат всасывающий и перепускной клапаны.The problem is solved in that the inventive distribution type high-pressure fuel pump comprises a housing having an inner cylindrical cavity closed by a cover, a piston located in the cylindrical cavity of the housing, dividing it into a booster chamber and a displacement chamber, a stepped cylindrical cavity is made inside the piston, in which a hollow drive shaft kinematically connected through a spline connection to the piston, and an axial groove pump performance control plunger, partially located in the cavity of the drive shaft and fixed in the housing cover, with the possibility of reciprocating movement along the axis of the piston, the end surface of the drive shaft, the plunger and the stepped cylindrical cavity of the piston form a high pressure chamber, a longitudinal closed helical groove is made on the outer cylindrical surface of the piston, in which leashes are placed, the protruding part of which is fixed in a ring mounted in a cylindrical cavity of the housing with the possibility of rotation in it, in the housing, in cr The channel and the piston have channels that are connected to the working chambers and contain suction and bypass valves.

Благодаря новой совокупности признаков заявляемого изобретения получаем компактный, нематериалоемкий, конструктивно простой и технологичный топливный насос высокого давления распределительного типа (ТНВД), который обеспечивает возможность создания высокого давления впрыска топлива с минимальными энергозатратами. При этом насос применим для многоцилиндровых двигателей, имеет простую систему управления подачей топлива, обеспечивающую возможность электронного управления процессом впрыска. Это достигается тем, что в предлагаемой поршневой машине применяется привод с замкнутой продольной винтовой канавкой, выполненной непосредственно на поршне. Такой привод придает поршню возвратно-поступательное и вращательное движения, что обеспечивает нагнетание и распределение топлива по цилиндрам. Непосредственное расположение камеры высокого давления в поршне дает возможность совместить при одном движении поршня процессы подкачки топлива, его нагнетания под высоким давлением в систему топливоподачи и прокачку топлива через насос с целью его охлаждения.Thanks to the new combination of features of the claimed invention, we obtain a compact, non-material-intensive, structurally simple and technologically advanced high-pressure fuel pump of distribution type (TNVD), which makes it possible to create a high fuel injection pressure with minimal energy consumption. At the same time, the pump is applicable for multi-cylinder engines, it has a simple fuel supply control system that provides the possibility of electronic control of the injection process. This is achieved by the fact that the proposed piston machine uses a drive with a closed longitudinal helical groove made directly on the piston. Such a drive gives the piston reciprocating and rotational motion, which ensures the injection and distribution of fuel in the cylinders. The direct location of the high-pressure chamber in the piston makes it possible to combine the processes of pumping fuel, pumping it under high pressure into the fuel supply system and pumping fuel through the pump with one movement of the piston to cool it.

На фигуре 1 схематично представлен вариант выполнения заявляемого топливного насоса высокого давления распределительного типа, на фигуре 2 - поршень.The figure 1 schematically shows an embodiment of the inventive fuel pump of a high pressure distribution type, in figure 2 - piston.

Заявляемый топливный насос высокого давления (ТНВД) содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической полостью, закрытой крышкой 2. В цилиндрической полости корпуса 1 размещен поршень 3 и полый с одной стороны приводной вал 4. В поршне 3 выполнена ступенчатая цилиндрическая полость, в которой частично размещен приводной вал 4, кинематически соединенный с ним шлицевым соединением 5. В ступенчатую цилиндрическую полость поршня 3 и полость приводного вала 4 установлен плунжер 6, на котором выполнена осевая проточка 7. Корпус 1, крышка 2, поршень 3 и плунжер 6 образуют подкачивающую камеру 8. Поршень 3, торец приводного вала 4 и плунжер 6 образуют камеру высокого давления 9. Корпус 1, поршень 3 и приводной вал 4 образуют прокачивающую камеру 10. На наружной цилиндрической поверхности поршня 3 выполнена замкнутая продольная винтовая канавка 11, в которой утоплены поводки 12. Поводки 12 зафиксированы в кольце 13, установленном в корпусе 1, с возможностью проворота в нем. Перекачка, нагнетание и распределение топлива осуществляется через всасывающий канал 14 со всасывающим клапаном 15, перепускной канал 16 с перепускным клапаном 17, нагнетательный канал 18, изготовленный в поршне 3, и нагнетательные каналы 19, выполненные в корпусе 1. Слив утечек и излишков топлива осуществляется через канал 20 приводного вала 4 и канал 21 корпуса 1.The inventive high pressure fuel pump (TNVD) comprises a housing 1 with an inner cylindrical cavity closed by a cover 2. In the cylindrical cavity of the housing 1 there is a piston 3 and a drive shaft 4 hollow on one side. A stepped cylindrical cavity is made in the piston 3, in which the drive is partially located a shaft 4 kinematically connected to it by a spline connection 5. A plunger 6 is installed in the stepped cylindrical cavity of the piston 3 and the cavity of the drive shaft 4, on which an axial groove is made 7. Housing 1, cover 2, piston 3 and plunger Ep 6 form a pump chamber 8. The piston 3, the end face of the drive shaft 4 and the plunger 6 form a high pressure chamber 9. The housing 1, the piston 3 and the drive shaft 4 form a pump chamber 10. On the outer cylindrical surface of the piston 3 there is a closed longitudinal helical groove 11, in which the leashes 12 are recessed. The leashes 12 are fixed in the ring 13 installed in the housing 1, with the possibility of rotation in it. Pumping, injection and distribution of fuel is carried out through the suction channel 14 with the suction valve 15, the bypass channel 16 with the bypass valve 17, the discharge channel 18 made in the piston 3, and the discharge channels 19 made in the housing 1. Drain and excess fuel are discharged through channel 20 of the drive shaft 4 and channel 21 of the housing 1.

Заявляемый ТНВД работает следующим образом. При приложении крутящего момента к приводному валу 4, вызывающего его вращение, приводной вал 4 через шлицевое соединение 5 приводит во вращение поршень 3. При провороте поршня 3 берега винтовой канавки 11 поршня 3 воздействуют на поводки 12, за счет этого поршень 3 помимо вращательного движения начинает совершать и поступательное движение, перемещаясь в подкачивающей камере 8 от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). В результате такого перемещения через канал 14 и клапан 15 происходит всасывание топлива в подкачивающую камеру 8. Одновременно поступательное перемещение поршня 3 вызывает уменьшение объема камеры высокого давления 9. После перекрытия ступенью цилиндрической полости поршня 3 осевой проточки 7 из камеры высокого давления 9 начинается вытеснение из нее под давлением топлива через каналы 18, 19 и через трубопровод к заданной топливной форсунке. Регулировка объема нагнетаемого топлива осуществляется путем перемещения плунжера 6 вдоль его оси. При таком перемещении изменяется период перепуска топлива через осевую проточку 7, а следовательно, и объем впрыскиваемого топлива. Помимо перечисленных процессов при рассматриваемом перемещении происходит вытеснение топлива из прокачивающей камеры 10 в магистраль слива (обратка). После достижения поршнем 3 в подкачивающей камере 8 НМТ поводки 12 переходят в реверсивную ветвь винтовой канавки 11, и поршень 3 начинает обратное поступательное движение в подкачивающей камере 8 от НМТ к ВМТ и проворачивается в направлении следующего канала системы топливоподачи. При таком перемещении поршня 3 топливо из подкачивающей камеры 8 через осевую проточку 7 вытесняется в камеру высокого давления 9, лишний объем топлива через клапан 17 по каналу 16 поступает в прокачивающую камеру 10.The inventive fuel pump operates as follows. When a torque is applied to the drive shaft 4, causing it to rotate, the drive shaft 4 drives the piston 3 through a spline connection 5. When the piston 3 is rotated, the shafts of the screw groove 11 of the piston 3 act on the leads 12, due to this the piston 3 starts to rotate to make translational motion, moving in the booster chamber 8 from the top dead center (TDC) to the bottom dead center (BDC). As a result of such movement through the channel 14 and valve 15, the fuel is sucked into the booster chamber 8. Simultaneously, the translational movement of the piston 3 causes a decrease in the volume of the high-pressure chamber 9. After the step of the cylindrical cavity of the piston 3 closes the axial groove 7 from the high-pressure chamber 9, displacement from it begins under the pressure of the fuel through the channels 18, 19 and through the pipeline to a given fuel nozzle. The adjustment of the volume of injected fuel is carried out by moving the plunger 6 along its axis. With this movement, the period of fuel bypass through the axial groove 7, and therefore the volume of injected fuel, changes. In addition to the above processes, during the considered movement, fuel is displaced from the pumping chamber 10 to the drain line (return). After the piston 3 reaches the BDC in the pumping chamber 8, the leads 12 pass into the reverse branch of the screw groove 11, and the piston 3 starts the reverse translational movement in the pumping chamber 8 from the BDC to the TDC and rotates in the direction of the next channel of the fuel supply system. With this movement of the piston 3, the fuel from the pumping chamber 8 through the axial groove 7 is displaced into the high pressure chamber 9, the excess volume of fuel through the valve 17 through the channel 16 enters the pumping chamber 10.

После достижения поршнем 3 ВМТ в подкачивающей камере 8 поводки 12 переходят в основную ветвь винтовой канавки 11, и поршень 3 вновь меняет направление движения на исходное, и цикл повторяется, но при этом, так как поршень 3 проворачивается, нагнетательный канал 18 поршня 3 совмещается со следующим нагнетательным каналом корпуса 1, и топливо подается к следующей, в соответствии с циклом, форсунке.After the piston 3 has reached the TDC in the booster chamber 8, the leads 12 pass into the main branch of the screw groove 11, and the piston 3 again changes its direction of motion to the original one, and the cycle repeats, but at the same time, as the piston 3 rotates, the delivery channel 18 of the piston 3 is aligned with the next discharge channel of the housing 1, and the fuel is supplied to the next, in accordance with the cycle, nozzle.

Повторение циклов нагнетания топлива и проворот поршня обеспечивают заданную подачу топлива к форсункам ДВС.The repetition of fuel injection cycles and the piston rotation provide a predetermined fuel supply to the internal combustion engine nozzles.

Проворот кольца 13 с зафиксированными в нем поводками 12 в корпусе 1 обеспечивает изменение угла опережения впрыска топлива в цилиндры, т.е. регулировку момента начала впрыска топлива.The rotation of the ring 13 with the leads 12 fixed in it in the housing 1 provides a change in the angle of advance of the fuel injection into the cylinders, i.e. adjustment of the moment the fuel injection starts.

Возможные протечки топлива в месте сопряжения приводного вала и управляющего плунжера удаляются в перекачивающую камеру 10 через канал 20. Из перекачивающей камеры 10 через канал 21 топливо вытесняется в систему возврата топлива в бак (обратка), такая перекачка топлива обеспечивает охлаждение им деталей ТНВД.Possible fuel leaks at the interface between the drive shaft and the control plunger are removed into the pumping chamber 10 through the channel 20. From the pumping chamber 10 through the channel 21, the fuel is displaced into the fuel return system to the tank (return), this fuel pumping provides cooling of the fuel injection pump parts.

Таким образом, за счет введения новой совокупности существенных признаков можно решить поставленную техническую задачу, вытекающую из современного уровня техники.Thus, by introducing a new set of essential features, it is possible to solve the technical problem posed by the current state of the art.

Claims

A distribution type high-pressure fuel pump, characterized in that it comprises a housing having an internal cylindrical cavity closed by a cover, a piston is located in the cylindrical cavity of the housing, dividing it into a booster chamber and a displacement chamber, a stepped cylindrical cavity in which the hollow drive is located a shaft kinematically connected through a spline connection to the piston, and a piston for controlling the capacity of the pump with an axial groove, which is partially located in the drive shaft and is fixed in the housing cover with the possibility of reciprocating movement along the axis of the piston, the end surface of the drive shaft and the plunger in the stepped cylindrical cavity of the piston form a high pressure chamber, a longitudinal closed helical groove is made on the outer cylindrical surface of the piston, in which the leashes are located, the protruding part of which is fixed in the ring mounted in the cavity of the housing with the possibility of rotation in it, in the housing, in the cover and in the piston channels are made, which are connected to the working chambers and contain suction and bypass valves.