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CN107208588B - 柱塞组件 - Google Patents

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CN107208588B
CN107208588B CN201580073285.4A CN201580073285A CN107208588B CN 107208588 B CN107208588 B CN 107208588B CN 201580073285 A CN201580073285 A CN 201580073285A CN 107208588 B CN107208588 B CN 107208588B
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Abstract

一种用于高压燃料泵压头(102)的柱塞组件(106)，其中设置在第一柱塞区段(110)中的轴向内部钻孔(116)以及位于第一柱塞区段(110)和第二柱塞区段(120)之间的间隙(140)暴露于泵送燃料压力，并且其中压力梯度沿着第一区段(110)的外壁和所述缸孔(108)以及钻孔和空隙内的压力致使第一区段(110)的变形增大，并由此随着朝向第二区段(120)移动而减小第一区段(110)和所述缸孔(108)之间的空隙，由此提供从柱塞的一端(160)向相反端(162)的密封。

Description

柱塞组件
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的燃料泵，具体而言，涉及一种用于高压燃料喷射系统诸如柴油燃料喷射系统所用的泵压头的柱塞组件。
背景技术
用于高压燃料喷射系统诸如共轨柴油应用的已知燃料泵包括泵压头和柱塞，该柱塞可在缸孔内往复移动由此建立压力差。为了确保实现必要的压力差，设置密封长度，该密封长度包括位于柱塞和缸孔之间的最小空隙。该密封长度以及柱塞和缸孔之间的空隙是限定泵的容积效率(VE)的两个因素。
为了确保OEM能够满足CO2效率目标，燃料喷射系统以较高压力运行。以增强压力运行的泵压头的已知问题是泵压头的VE减小。
图1中示出了已知的液压泵压头的示例。该泵压头2包括：包括转塔部10的泵壳体4；入口阀装置70和出口阀装置80。柱塞6被布置成在设置在壳体4的缸孔8内往复运动。
图1中所示的泵压头2代表适用于诸如2000巴或更高的高压应用的当前泵压头设计。
由于现有技术泵2中的出口端口80的构造，设置了腔室或圆环域42，该腔室或圆环域42在柱塞引导长度上敞开。圆环域42确保由柱塞泵送的燃料不受限制。
当前的液压泵压头设计受到若干因素的约束，这些因素例如有：
·外部包装约束，诸如由于泵高度的限制因而引起的对泄漏长度的限制；
·内部泵包装约束，诸如由于转塔部外径的限制而引起的对转塔部刚度的限制；
·由柱塞和缸孔的制造能力限定的柱塞缸孔空隙。
以上讨论的现有技术泵压头设计表现出在较高压力下VE减少。在以升高压力操作的同时柱塞和缸孔之间的空隙增加导致泄漏增加。
适合于在重载应用中使用的另一个已知泵压头设计在图2中部分地示出。压头柱塞组件的该实施方式并不依赖于具有特定空隙的长泄漏长度来减少泄漏。相反，它利用非紧密空隙的短长度。
在圆筒266内可往复地运动的柱塞206设置有内部中央钻孔248。凹部264设置在该柱塞206中，在柱塞的顶端处留出全直径区段268，该全直径区段与缸孔208具有紧空隙。通过该紧空隙来提供密封，该密封可以位于相对较短长度诸如2mm上。相对较短的密封长度减少钻孔248的必要深度，由此减少死空间。
图2的已知泵压头操作如下：
·燃料压力通过柱塞206的运动来增加；
·中央钻孔248暴露于高压，而全直径区段268和缸孔208之间的空隙经受从位于顶部(在图2的取向中)的最高压力减少到位于凹部264处的凸轮箱或返回线路压力的压力梯度；
·柱塞206的顶端由于所产生的压力差的作用而扩张；
·密封凸台和圆筒266之间的空隙减小；
·通过该空隙的高压燃料流动最小。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的高压泵压头的柱塞组件。
因此，在第一方面中，本发明提供了一种根据第一方面的柱塞组件。
本发明使得能够将有效的柱塞设计集成到例如具有不同的出口阀构造的不同液压泵压头设计中，而不会引起显著的死空间代价。
所述柱塞组件的所述第一区段可以包括扩张区域，其中在所述泵压头的使用过程中，通过所述空隙内的燃料压力致使所述扩张区域扩张，并由此在所述第一区段和所述缸孔之间形成空隙最小区域。
所述柱塞组件的经受泵送燃料压力的内部部分可以包括内部钻孔以及位于所述第一区段和所述第二区段之间的空隙，其中所述内部钻孔在远离所述柱塞组件的第二区段的第一端处向腔室敞开，并且在第二端处向所述空隙敞开。
所述压力减小特征部可以包括径向凹部，该径向凹部在所述柱塞组件的第一区段和第二区段的外部直径的一部分上延伸，并且在所述泵压头的使用过程中该径向凹部经受燃料供送、凸轮箱或返回线路燃料压力。
所述压力减小特征部可以另选地包括轴向凹槽。
在一个实施方式中，所述柱塞组件的第二区段的延伸区段通过沿着所述延伸区段与在圆周上限定所述凹部的环状壁区段之间的干涉区域的干涉配合而保持在设置于所述第一区段中的凹部内。
本发明还包括一种用于车辆的高压燃料泵的泵压头，该泵压头包括以上描述的柱塞组件。
附图说明
现在参照附图以示例方式描述本发明，在附图中：
图1中示出了已知的液压泵压头的示例；
图2示出了另一个已知泵压头的示例；
图3是根据本发明的泵压头的剖视图；
图4是根据本发明的柱塞组件的剖视图；以及
图5是图4的柱塞组件的局部剖视图。
具体实施方式
下面相对于附图的取向来描述本发明的实施方式。诸如上、下、在…上方、在…下方、顶部和底部之类的术语并不是为了进行限制。
参照图3至图5，根据本发明的泵压头102包括泵本体或泵壳体104、入口阀装置170(在图3中示出)和出口阀装置180(在图3中示出)。泵壳体104设置有沿着纵向轴线A延伸的缸孔108。
柱塞组件106位于缸孔108中。腔室或圆环域142(在图3中示出)设置在缸孔108内，位于柱塞106的第一上端160上方。
柱塞组件106可通过从凸轮装置(未示出)传递至柱塞组件106的第二下端162的力而沿着纵向轴线A在缸孔108内往复地移动。
柱塞组件106由引导区域136、138(均在图4中示出)在缸孔内引导。
柱塞组件106包括两个部分：第一上部区段110和第二下部区段120。第二下部区段120的延伸区段122延伸到设置在第一上部区段110中并且在圆周上由环状壁区段114限定的凹部112内(在图4和图5中示出)。如下面更详细地说明的，环状壁区段114包括扩张区域134(在图5中示出)和干涉区域130(图4和图5)。
第一上部区段110和第二下部区段120通过保持装置保持在一起，在图3和图4所示的实施方式中，该保持装置包括在延伸区段122与在圆周上限定凹部112的环状壁区段114之间沿着干涉区域130的干涉配合。
在柱塞组件106的第二下部区段120的延伸区段122的一端124(在图5中示出)与该柱塞组件106的第一上部区段110的凹部112的基部150(在图4和图5中示出)之间是空隙140(在图5中示出)。
中央钻孔116沿着柱塞组件106的纵向轴线A设置在柱塞组件106的第一上部区段110中。该轴向钻孔116在第一上端152处(远离柱塞组件106的第二区段120)向设置在壳体104的缸孔108中的圆环域142敞开；圆环域142确保泵送的燃料不受限制。
中央钻孔116在第二下端154(远离第一端152)处在第一区段110的凹部112的基部150与第二区段120的延伸区段122的一端124之间的空隙140上开口。
在当前实施方式中，压力减小特征部包括位于柱塞组件106的外部直径上的径向凹部126(在图4中示出)。为了图示目的，在图4中夸大了该径向凹部126。该径向凹部126沿着柱塞组件106的第一区段110的外部直径的一部分并且沿着柱塞组件106的第二区段120的外部直径的一部分延伸，并且在泵压头102的使用过程中经受燃料供送、凸轮箱或返回线路压力。
在泵压头102的使用过程中，圆环域142暴露于泵送压力，因此，柱塞组件106的内部空间包括第一区段110中的内部钻孔116以及第一区段110和第二区段120之间的空隙140都通向泵送压力。
沿着柱塞组件106的第一区段110的外壁190发生压力梯度(在图4和图5中由箭头P表示)，即该压力在第一区段110的外壁190的顶部处为其最大值，而随着远离圆环域142(在附图中的取向中向下)朝向径向凹部126(在泵压头102的使用过程中，该径向凹部126经受燃料供送、凸轮箱或返回线路压力)的第一上部边缘196(在图4和图5中示出)移动而减小。
压力梯度P致使在径向凹部126的第一上边缘196上方向柱塞组件106的第一区段110施加径向向内力；该向内力随着压力梯度朝向径向凹部126的上边缘196移动而减小。
空隙140内的高燃料压力致使向环状壁区段114位于干涉区域130上方的部分施加径向向外力。
由于施加至第一区段110的径向向内力和向外力，第一区段110的变形沿着外壁190变化。因而，第一区段110的外部190和缸孔108之间的空隙变化，在附图的取向中，大体随着向下移动而减小。具体而言，壁部114的扩张区域134形成了最小空隙区域192(在图4和图5中大体示出)，在该最小空隙区域192处，第一区段110和缸孔108之间的空隙为最小值。
通过柱塞组件106的第一区段110和缸孔108之间的减小空隙来提供横跨柱塞组件106的密封；该密封保持了柱塞组件的第一上端160与径向柱塞凹部126的第一上边缘196之间的所需压力差。
柱塞的第一区段的扩张区域134的刚度可以被优化以便以所需的不同泵压头压力进行密封。
此外，扩张区域134的位置可以选择成确保引导区域136、138具有足够长度以支撑在泵压头104的使用过程中遇到的径向侧载荷。
如果将图2的现有技术柱塞的内部钻孔组合到诸如图1中所示的液压泵压头之类的液压泵压头中，则由于柱塞中的内部钻孔的必要长度而将会招致大的死空间代价。内部钻孔将需要比密封长度更深，以便确保横跨柱塞壁具有足够大的压力差使其扩张而减少运行空隙，并因此减少泄漏，并且由于出口端口和圆环域的构造和位置，该内部钻孔还将需要足够地深。本发明使得图2的现有技术实施方式的内部钻孔能够集成到诸如在图1中所示的液压泵压头内，而不会招致大的死空间代价。
可以增加第一区段110中的凹部112的深度并相应地增加第二区段120的延伸区段122的长度以适应制造要求，例如，更深的凹部112将使得内部钻孔116容易制造。
此外，第二区段120的延伸区段122的形式以及第一区段110的凹部112的形式可以与附图中所示的那些不同。
尽管在以上描述的实施方式中，压力减小特征部包括径向凹部126，但是在另选实施方式中，可以设置另选的压力减小特征部，诸如轴向凹槽，或者远离圆环域142朝向柱塞组件106的下端减小压力的任何其它特征部。
附图标记
现有技术
图1：
2：泵压头
4：泵壳体
6：柱塞
8：缸孔
10：转塔部
42：圆环域
70：入口阀装置
80：出口阀装置
图2：
206：柱塞
208：缸孔
248：中央钻孔
264：凹部
266：圆筒
268：全直径区段
本发明：
102：泵压头
104：泵壳体
106：柱塞组件
108：缸孔
110：柱塞第一上部区段
112：柱塞第一区段凹部
114：第一区段环状壁区段114
116：第一区段中央钻孔116
120：柱塞第二下部区段
122：柱塞第二区段延伸区段
124：延伸区段一端124
126：柱塞径向凹部
130：干涉区域
134：(第一区段)柔性部分
136、138：引导区域
140：空隙
142：缸孔圆环域/泵送腔室
150：第一区段凹部基部
152：轴向钻孔第一上端
154：轴向钻孔第二下端
160：柱塞第一上端
162：柱塞第二下端
170：入口阀装置
180：出口阀装置
190：第一区段外壁
192：最小空隙区域
196：径向凹部的第一上边缘
A：纵向轴线
P：压力梯度

Claims (7)

1.一种用于在车辆高压燃料泵的泵压头(102)中使用的柱塞组件(106)，该泵压头(102)包括泵壳体(104)，该泵壳体(104)设置有缸孔(108)，所述柱塞组件(106)布置在该缸孔(108)中以便往复运动，以由此从所述柱塞组件(106)接近腔室(142)的第一端(160)到压力减小特征部(126)的第一边缘(196)产生横跨所述柱塞组件(106)的压力差，其中所述腔室(142)设置在所述缸孔(108)内并且位于所述柱塞组件(106)的所述第一端(160)上方；
其中所述柱塞组件(106)至少包括接近所述腔室(142)的第一区段(110)和远离所述腔室(142)的第二区段(120)；
并且其中在所述泵压头(102)的使用当中：
所述第一区段的外壁(190)经受随着远离所述腔室(142)而减小的压力，并且所述柱塞组件(106)的内部部分经受泵送燃料压力；
其中所述第一区段(110)被致使朝向所述壳体(104)的缸孔(108)向外变形，由此减小所述第一区段(110)的外壁与所述缸孔(108)之间的空隙，从而使得所述第一区段(110)的外壁(190)和缸孔(108)之间的空隙减小区域提供所述柱塞组件(106)的第一端(160)和所述压力减小特征部(126)的第一边缘(196)之间的密封，
其中所述柱塞组件(106)的第二区段(120)的延伸区段(122)通过沿着所述延伸区段(122)与在圆周上限定凹部(112)的环状壁区段(114)之间的干涉区域(130)的干涉配合而保持在设置于所述第一区段(110)中的所述凹部(112)内；
并且其中所述第一区段(110)包括第一引导区域(136)，所述第二区段(120)包括第二引导区域(138)，并且其中所述柱塞组件(106)通过所述第一引导区域(136)和所述第二引导区域(138)而在所述缸孔(108)中被引导。
2.根据权利要求1所述的柱塞组件(106)，其中所述第一区段(110)包括扩张区域(134)，其中在所述泵压头(102)的使用过程中，通过位于所述第一区段(110)和所述第二区段(120)之间的空隙(140)内的燃料压力致使所述扩张区域(134)扩张，并由此在所述第一区段(110)和所述缸孔(108)之间形成空隙最小区域(192)。
3.根据权利要求1所述的柱塞组件(106)，其中所述柱塞组件(106)的经受泵送燃料压力的所述内部部分包括内部钻孔(116)以及位于所述第一区段(110)和所述第二区段(120)之间的空隙(140)，其中所述内部钻孔(116)在远离所述柱塞组件(106)的第二区段(120)的第一端(152)处向所述腔室(142)敞开，并且在第二端(154)处向所述空隙(140)敞开。
4.根据权利要求1或2所述的柱塞组件(106)，其中所述压力减小特征部包括径向凹部(126)，该径向凹部(126)在所述柱塞组件(106)的第一区段(110)和第二区段(120)的外部直径的一部分上延伸，并且在所述泵压头(102)的使用过程中该径向凹部(126)经受燃料供送、凸轮箱或返回线路燃料压力。
5.根据权利要求1或2所述的柱塞组件(106)，其中所述压力减小特征部包括轴向凹槽。
6.根据权利要求2所述的柱塞组件(106)，其中所述柱塞组件(106)的经受泵送燃料压力的所述内部部分包括内部钻孔(116)以及位于所述第一区段(110)和所述第二区段(120)之间的所述空隙(140)，其中所述内部钻孔(116)在远离所述柱塞组件(106)的第二区段(120)的第一端(152)处向所述腔室(142)敞开，并且在第二端(154)处向所述空隙(140)敞开。
7.一种用于车辆的高压燃料泵的泵压头(102)，该泵压头(102)包括根据前述权利要求中任一项所述的柱塞组件(106)。
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