CN101578451B - 单柱塞燃料泵及燃料泵的柱塞组件 - Google Patents

单柱塞燃料泵及燃料泵的柱塞组件 Download PDF

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Abstract

一种用于将柱塞套筒固定至单柱塞燃料泵的泵壳体的夹紧技术及密封装载技术。这是通过在套筒保持器及套筒之间设置集索环来实现的，以使在将保持器装配及连接至壳体的柱塞镗壁期间，由保持器施加的轴向力更均匀地分布在套筒和邻近泵室的套筒紧靠壳体的密封面上。该力的均匀分布使套筒的错位减至最小，因此维持了套筒与柱塞之间的同轴度。

Description

单柱塞燃料泵及燃料泵的柱塞组件
技术领域
本公开通常涉及燃料泵，尤其涉及一种新的改进的单柱塞燃料泵。 
背景技术
在典型的高压往复式柱塞燃料供给泵中，柱塞在固定在柱塞镗孔中的包覆套筒内往复运动。套筒被支撑在泵壳体中的台肩或者其它安装面上。为了实现理想性能及长使用寿命，柱塞外径及套筒内径必须以紧公差精确地定尺寸，并且以保持精确配合的方式安装。 
虽然可以制造出具有该精度的套筒和柱塞，但是二者在泵壳体中的装配仍会有柱塞在套筒内轻微的错位的产生。该错位会导致柱塞的过度或者不均匀的磨损，并且还会影响套筒与壳体之间的液封，引起过度的泄漏。这种错位是由于施加于套筒周围以对准壳体的安装面的轴向力的不平衡或不对称造成的。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于将柱塞套筒固定至单柱塞燃料泵的泵壳体的改进的夹紧技术及密封装载技术； 
该目的是通过在套筒保持器与套筒之间提供集索环来实现的，以使在装配期间由保持器施加的轴向力更均匀地分布在套筒和壳体的安装面上。 
在优选的实施例中，本发明针对单柱塞燃料泵，其包括：泵壳体，其具有内部泵室及为泵室提供燃料的进料阀；在泵壳体中的柱塞组件安装镗，其限定了镗壁及端壁，端壁具有与泵室流体连通的开口；及在柱塞组件安装镗中邻近泵室的柱塞套筒。柱塞套筒的一端具有密封端面，密封端面对准并且密封安装镗的端壁处的密封面。抽动式柱塞能够在所述柱塞套筒中向内朝向以及向外远离所述泵室往复运动。柱塞套筒保持器固定至安装镗镗壁并沿轴向支撑套筒。柱塞复位弹簧被卡在所述柱塞的外端处的弹簧座与所述套筒保持器上的台肩之间。集索环位于所述套筒保持器及所述套筒之间，将所述套筒以足够的力向内推进以维持柱塞在套筒内的同轴度并且使所述套筒的密封端面密封地压在所述镗的端壁处的密封面上。 
在可选的形式中，本发明针对燃料泵的柱塞组件，其包括柱塞套筒，柱塞套筒具有上端及下端、限定泵送轴线的大体管状的本体及沿径向延伸的外部台肩。大体管状的套筒保持器同轴地容纳套筒的本体，带有正对所述套筒上的台肩的第一沿径向延伸的外部台肩。抽动式柱塞同轴地设置在所述柱塞套筒及保持器中，此时上端邻近所述套筒的上端而下端从所述保持器突出。柱塞复位弹簧卡在所述柱塞下端处的弹簧座与所述套筒保持器上的第二台肩之间。集索环位于所述套筒保持器第一台肩与所述套筒台肩之间。 
优选的，所述套筒在所述集索环上浮动，直到所述套筒保持器在所述镗中被前移足够距离并固定在所述镗内以在一端处的密封端面形成密封，所述密封面对准并密封所述安装镗的端壁处的密封面。集索环位于所述套筒保持器的内端及所述套筒上的台肩之间，将所述套筒以大体恒力向内推进以使所述套筒的密封端面密封地压在所述镗的端壁处的密封面上。 
无论保持器是通过螺纹啮合还是静配合相对套筒前移，套筒均由保持器相对壳体安装面均匀推进，因此维持柱塞在套筒内的对齐及套筒与壳体之间密封的整体性。 
附图说明
在附图中，相似的元件标以相似的附图标记。 
图1为一个单柱塞燃料泵的立体图，其具有大体为立方体的壳体或本体，带有从右侧突出的燃料进料接头、从左侧突出的单柱塞驱动组件及从顶部突出的进料控制阀； 
图2为图1的泵的穿过进料控制阀、抽动式柱塞及卸料接头的阶梯剖视图，示出了用于将柱塞套筒固定至泵壳体的改进的夹紧技术及密封装载技术的一个实施例； 
图3A及图3B是图2示出的集索环的细节放大图，图3B是沿着图3A的剖面线A-A截取的视图； 
图4为用于将柱塞套筒固定至泵壳体的改进的夹紧技术及密封装载技术的一可选实施例的放大图；及 
图5为结合图4所示的实施例的图1的泵的分解图。 
具体实施方式
图1示出一个单柱塞燃料泵10，其具有大体上为立方体的壳体或本体12，带有从右侧突出的燃料进料接头14、从左侧突出的单柱塞驱动组件16以及从顶部突出的进料控制阀18。 
现在参照图1及图2，易于理解的是，发动机传动轴装有突块式凸轮(未示出)，突块式凸轮使抽动式柱塞22的远端20在固定至壳体的泵送套筒24内在装料(进料)与卸料(出料)阶段之间往复运动。柱塞的另一个泵送端26位于泵室28中，在装料阶段泵室在大约4巴的进料压力下充满燃料，并且优选的受到初始溢出控制，将泵室中的燃料增压至大约200巴以经由卸料接头30传送至例如共轨(未示出)。通过电磁铁操纵的进料阀18将燃料直接供给至泵室28。如此处使用的，“内”及“外”分别指代朝向及离开泵室的方向。 
大体上圆柱状的抽动式柱塞22被同轴地装在柱塞套筒24中，柱塞套筒24的一端32对准壳体中的柱塞组件安装镗36的端壁34或者以其它方式密封端壁34，并且柱塞套筒24必须沿侧面直接或间接的装配至安装镗。为此目的，柱塞套筒保持器38压配合或者螺纹固定至安装镗壁40。柱塞22同轴地设置在套筒24的内壁40及保持器38中。柱塞复位弹簧42卡在柱塞的从动端20处的弹簧座44与套筒保持器上的台肩46之间。柱塞套筒保持器的外端48向内弯曲以卡住用于将燃料密封在泵内的唇形密封件50。保持器的上端形成台肩52。 
柱塞套筒24的内端32周围的泄漏物进入间隙54和套筒保持器38的管状主体的内径，并且经由保持器中的漏泄口56及穿过壳体的内部通道58在进料阀18处被导引回低压。 
在图1至图3的实施例中，套筒24具有邻近泵室28的加宽的内端部60及延伸至外端64的管状本体部62。该内端具有密封 缘或者卷边66，密封缘或者卷边66被推进紧靠壳体中的容纳套筒保持器及套筒的镗的端壁34处的密封面。该密封面围绕邻近泵室的柱塞，并且当其被适当的密封时，其阻止被泵送的燃料沿着套筒保持器及套筒的外表面泄漏。套筒的本体62位于套筒保持器的圆柱状内壁68内，而套筒的内端处的加宽部60形成有整体凸缘或者以其它方式限定朝下的台肩70，台肩70与保持器的内端52轴向对齐，并且与保持器的内端52隔开72。 
集索环74位于保持器的内端52与套筒上的台肩70之间。套筒24在集索环74上浮动，直到保持器38在壳体镗36内被前移足够距离以将套筒的密封缘或者卷边66压在镗的端壁处的密封面34上。当在装配期间达成此条件时，保持器相对于镗被固定。这可以通过在保持器与镗之间的螺纹连接来实现，或者保持器可以是压配合(静配合)。集索环的形状为将保持器有效定位在镗内提供了相当大的公差。集索环不同于传统的螺纹夹或者压配合设计的原因在于，减少了套筒在与柱塞外径的临界分界面处的内径变形。集索环施加了非常一致的可预测的负荷。 
图3示出了优选的集索环74，而图4示出了在整体式台肩凸缘70的可选实施例中的这种环，整体式台肩凸缘70典型的具有用于与集索环相互作用的机械面。根据图4的实施例，机械面由开口环76及垫圈80代替。套筒24′具有环状槽82以容纳及保持开口环。在之后的实施例中，制造套筒需要更少的材料。 
集索环74优选的为开式环或者C形环，其具有大致类似字母“W”的横断面(平行于轴线84截取的)。然而，集索环可以为完整的环。优选的，每个外支腿86、88(在轴端处)大体上垂直于轴线84，同时所有转角90、92、94为波状的而不是尖的。当环未受载时两支腿隔开净高度H，但是在被套筒保持器38加载期间，两支腿朝向彼此移动至较短的压缩高度H′。在典型的应用中，集索环可以是最大直径(在92处)为20-25mm，而最小直径(在90、94处)比最大直径少4-5mm，用于在由支腿限定的0.0001m2至0.0002m2范围的表面区域内沿轴向传送750-1500lbs的目标密封负荷。作为一个示例性的但不是限定的示例，集索环的净高度H可以为大约4.0mm，而用于传递目 标负荷的压缩高度H′可以在大约2.0mm至3.0mm的范围之间(即，压缩了大约1-2mm)。 
如以上参照图2所述的，在66处透过密封的泄漏物处于低压并且经过保持器38中的口56进入通道58，导致诸如在进料阀处出现低压。其它任何可能的泄漏由位于保持器外表面漏泄口56的加宽直径部与壳体镗的相似加宽部之间的O型密封环98等阻止。 
图5为图4实施例的分解图，相似的附图标记指示相似的结构。进料接头组件14未形成本发明的部分，但是优选的具有诸如在优先权专利申请中描述的波纹管式进料压力衰减器。进料阀组件18可以为任意的常规类型，优选的为电磁铁操纵的。除了之前结合图1至图4描述的结构外，图5示出了过压检验阀组件100。示出了柱塞的外端处的唇形密封件50与柱塞的保持器102分开。在本领域的现有技术中适宜的是，可以在泵室28与卸料接头30之间选择适合的检验阀组件。在图2及图5所示的方案中，弹簧104具有弹簧帽106及底座108，与球110及另一底座112排成一列。还示出了放置在壳体的颈部上的槽中的另一个O型密封环114，在壳体的颈部处壳体安装至发动机。 
尽管为了说明的目的而阐述了优选实施例，但是以上描述不应认为是对此处公开的限定。因此，本领域技术人员可以做出不脱离本公开的精神及范围的各种改进、修改及替换。 

Claims (21)

1.一种单柱塞燃料泵，包括：
泵壳体，其具有内部泵室及通向为所述泵室提供燃料的进料阀的加压进料管路；
泵壳体中的柱塞组件安装镗，其限定了镗壁及端壁，所述端壁具有与泵室流体连通的开口；
柱塞组件安装镗中邻近所述泵室的柱塞套筒，所述柱塞套筒的一端具有密封端面，所述密封端面对准并且密封安装镗的端壁处的密封面；
抽动式柱塞，其能够在所述柱塞套筒中沿着泵送轴线向内朝向所述泵室以及向外远离所述泵室往复运动；
柱塞套筒保持器，其固定至所述安装镗的镗壁并且沿轴向支撑所述套筒且与所述套筒具有径向间隙；
柱塞复位弹簧，其被卡在所述柱塞的外端处的弹簧座与所述套筒保持器上的台肩之间；及
弹性集索环，其位于所述套筒保持器及所述套筒之间，以均匀分布的足够的力沿着所述轴线向内推进所述套筒以使所述套筒的密封端面密封地压在所述镗的端壁处的密封面上，其中所述套筒由密封面关于所述轴线沿径向成角度地松弛地约束以补偿密封面垂直度的变化。
2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述集索环具有平行于集索环轴线截取的大致类似字母“W”的横截面。
3.根据权利要求2所述的泵，其中，所述集索环的轴端处的每一外支腿大体上与集索环轴线垂直，同时所有转角是波状的。
4.根据权利要求1所述的泵，其中，当以足够的力使所述套筒保持器在所述镗中被前移足够距离并固定在所述镗内以在一端处的密封端面形成密封时，所述套筒在所述集索环上浮动，从而抵靠所述端壁关于所述套筒的轴线进行径向成角度地自动调节，所述密封端面对准并密封所述安装镗的端壁处的密封面。
5.根据权利要求1所述的泵，其中，所述集索环位于所述套筒保持器的内端及所述套筒上的台肩之间，以大体恒定且可预计的力向内推进所述套筒以使所述套筒的密封端面密封地压在所述镗的端壁处的密封面上。
6.根据权利要求1所述的泵，其中，所述套筒保持器螺纹固定至所述柱塞组件安装镗。
7.根据权利要求1所述的泵，其中，所述套筒保持器压配合至所述柱塞组件安装镗。
8.根据权利要求1所述的泵，其中，所述套筒呈具有内端及外端的大体管状，所述保持器呈具有内端及外端的大体管状，且所述套筒的外端同轴地位于所述保持器内，相比所述保持器的内端所述套筒的外端更靠近所述保持器的外端。
9.根据权利要求1所述的泵，其中，所述套筒装有至少部分形成所述套筒上的所述台肩的开口环，开口环与所述保持器的内端向内隔开，且集索环插在开口环与保持器上的台肩之间。
10.根据权利要求9所述的泵，其中，所述套筒上的台肩包括在所述开口环及集索环之间的垫圈，所述集索环被压缩在所述垫圈及所述保持器的台肩之间。
11.根据权利要求1所述的泵，其中，所述集索环在750-1500lbs的装配负荷下能够在净高度与最终压缩高度之间回弹大约1-2mm。
12.根据权利要求11所述的泵，其中，所述集索环具有大约4.0mm的净高度，而最终压缩高度在大约2.0-3.0mm之间。
13.根据权利要求1所述的泵，其中
所述保持器具有位于集索环外的漏泄口，并且具有与间隙流体连通的径向内端；及
所述漏泄口具有与泵的低压区域流体连通的径向外端。
14.一种单柱塞燃料泵，包括：
泵壳体，其具有内部泵室及通向为泵室提供燃料的进料阀的加压进料管路；
泵壳体中的柱塞组件安装镗，其限定了镗壁及端壁，所述端壁具有与泵室流体连通的开口；
柱塞组件安装镗中邻近所述泵室的柱塞套筒，所述柱塞套筒的一端具有密封端面，所述密封端面对准并且密封安装镗的端壁处的密封面；
抽动式柱塞，其能够在柱塞套筒中向内朝向所述泵室以及向外远离所述泵室往复运动；
柱塞套筒保持器，其固定至所述安装镗的镗壁并且沿轴向支撑所述套筒；
柱塞复位弹簧，其被卡在所述柱塞的外端处的弹簧座与所述套筒保持器上的台肩之间；及
部分可压缩式集索环，其位于所述套筒保持器及所述套筒之间，以足够的力向内推进所述套筒以使所述套筒的密封端面密封地压在所述镗的端壁处的密封面上；其中
所述套筒呈具有内端及外端的大体管状，所述保持器呈具有内端及外端的大体管状，且所述套筒的外端同轴地位于所述保持器中，相比所述保持器的内端所述套筒的外端更靠近所述保持器的外端，
所述集索环位于所述套筒保持器的内端与所述套筒上的台肩之间，且
所述套筒在所述集索环上浮动，直到所述套筒保持器在所述镗中被前移足够距离并固定在所述镗内以压缩所述集索环，从而抵着所述镗的端壁以大体恒力向内推进所述套筒，因而使所述套筒与柱塞同轴对齐。
15.根据权利要求14所述的泵，其中
所述套筒装有至少部分形成所述套筒上的所述台肩的开口环，开口环与所述保持器的内端向内隔开，且集索环插在开口环与保持器上的台肩之间；
所述套筒上的台肩包括在所述开口环及集索环之间的垫圈，所述集索环被压缩在所述垫圈及所述保持器的台肩之间；且
所述集索环在750-1500lbs的装配负荷下在净高度与最终压缩高度之间是具有弹性的。
16.根据权利要求14所述的泵，其中，所述柱塞套筒的密封端面包括环状的密封缘。
17.一种燃料泵的柱塞组件，包括：
柱塞套筒，其具有上端及下端、限定泵送轴线的大体管状的本体及沿径向延伸的外部台肩；
大体管状的套筒保持器，带有正对所述套筒上的台肩的沿径向延伸的第一台肩，套筒的本体同轴地容纳在所述套筒保持器内且所述套筒保持器与套筒的本体具有径向间隙；
抽动式柱塞，其同轴地设置在所述柱塞套筒及保持器中，其上端邻近所述套筒的上端而其下端从所述保持器突出；
柱塞复位弹簧，其被卡在所述柱塞的下端处的弹簧座与所述套筒保持器上的第二台肩之间；及
弹性集索环，其位于所述套筒保持器的第一台肩与所述套筒的台肩之间，从而所述套筒在所述集索环上沿径向及轴向浮动。
18.根据权利要求17所述的柱塞组件，其中，所述集索环具有平行于集索环轴线截取的大致类似字母“W”的横截面。
19.根据权利要求17所述的柱塞组件，其中，所述集索环的轴端处的每一外部支腿大体上与集索环轴线垂直，同时转角是波形的。
20.根据权利要求17所述的柱塞组件，其中，所述集索环具有抵靠所述套筒的台肩的在0.0001m2至0.0002m2范围内的正对面积，且所述集索环在750-1500lbs的装配负荷下在净高度与最终压缩高度之间是具有弹性的。
21.根据权利要求17所述的柱塞组件，其中，所述套筒保持器具有包括环状密封缘的上端面。
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