CN101688445B - 用于高压流体系统的低泄漏柱塞组件 - Google Patents

Abstract

一种用于高压流体系统的流体控制装置，该装置包括：具有空腔和高压回路的装置本体，定位成能够在空腔中进行往复运动的柱塞，以及安装于柱塞上以减少流体泄流的减漏帽。在一个实施例中，减漏帽包括位于装置本体与柱塞之间的弹性部，并在减漏帽与装置本体之间形成环形间隙。减漏帽的弹性部响应流体压力而径向向外弹性弯曲，以减小环形间隙，从而使通过环形间隙的流体泄流最小化。

Description

用于高压流体系统的低泄漏柱塞组件

相关申请的引用

本PCT申请要求于2007年3月16日提出的美国第60/907,035号专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于流体系统的柱塞和套筒组件，其有效地使通过柱塞和套筒组件之间的间隙的泄漏最小化。

背景技术

发动机设计师们一直在寻求提高发动机效率的发动机设计的改进措施。提高发动机效率的方式之一是提高燃料系统的运行效率。特别地，任何在燃料系统内部的高压燃料的泄漏均意味着能量的损耗，这会降低发动机效率。由于提高了注入压力水平以致力于如近期及即将生效(upcoming)的立法所要求的提高燃料经济性和降低排放量，最近，高压燃料的损失已经成为更加严重的问题。

燃料的不良泄漏通常发生在燃料系统的构件中，该构件具有诸如阀件或燃料柱塞的元件，其可往复运动地安装在形成于本体内的孔(bore)中，并且尺寸适于与本体内表面形成紧密的滑动配合以在相邻表面之间形成局部流体密封。随着燃料压力的增加，沿着元件与形成孔的相对壁之间的密封带(即间隙)的长度产生压力梯度。流过间隙的泄漏的程度主要取决于压力梯度的大小、配合长度、操作间隙的尺寸以及流体粘度。操作间隙的尺寸受燃料压力所导致的形成孔的本体的膨胀或变形的量的影响。减少泄漏的方式之一是设计构件以获得柱塞与套筒之间的更小的间隙。然而，要求更紧密公差(clsoer tolerance)的实践增加了制造成本。减少泄漏的另一方法是通过增加形成孔的本体或壳体的尺寸和/或强度来设计本体以抵抗由压力导致的膨胀。然而，这种方法不利地增加了构件的尺寸和重量，并且因此增加了燃料系统的尺寸和重量。

许多用于现代发动机的燃料系统包括可往复运动的安装的燃料增压柱塞，其被应用于，例如，如在美国第5072709号专利所公开的组合燃料注入器(unit fuel injector)，或是如在美国第4530335号专利所公开的燃料泵组件。通常，每个柱塞或是以机械方式或是以液压方式运行以给压力室中的燃料加压，使其注入发动机汽缸。例如，美国第5096121号和5441027号专利中公开的液压驱动加强柱塞组件(hydraulically actuated intensification plunger assemblies)。然而，这些参考资料都不能减少柱塞与相邻的孔壁之间的泄漏，并且因此，仍存在上面提到的缺点。

授予Loegel，Sr等人的美国第4991495号专利公开了一种抽吸机构，其包括：安装在孔中的柱塞，以及沿着柱塞连续地设置以便密封柱塞与其壳体之间的间隙的多个插入件。这些插入件包括插件(thrust)和密封环，其响应由相邻插入件施加的轴向流体压力而变形和径向地扩张。

授予Kabai等人的美国第5038826号专利公开了一种三通阀，其包括可滑动地设置在阀体内的活塞。通过形成在阀体和活塞内的对准的口部将高压燃料输送至阀。对活塞或阀体的整体部分(integral portion)施加供应燃料压力以减小活塞与阀体之间的间隙，从而减少构件之间的泄漏。虽然整体部分的变形趋向于减小间隙以减少泄漏，但由此产生的紧密公差可能导致阀体或活塞增加的磨损(或者可能导致划伤)，从而随着时间的推移导致过大的间隙。对于Kabai等人的设计，过度磨损将最终导致需要更换整个活塞和/或阀体，从而导致不必要地增加成本。而且，整体部分不利地仅在密封带长度上一段有限的局部提供了压力梯度的减少，并因而不能以最佳方式将泄漏最小化。另外，整体部分是通过在阀体或活塞内制作内部通道而形成的，这不利地增加了制造时间和成本。

授予Houser的美国第3954048号专利公开了一种高压自密封和自润滑的循环泵，其具有一对汽缸(cylinder)，该对汽缸具有均一的薄壁、径向有弹性、平行延伸入泵壳体的相邻空腔中。活塞可在汽缸中滑动。汽缸的外表面形成空腔内的环形空间，空腔与可操作地连接至泵壳体的总管内的压力室连通。因泵内的压缩和抽吸导致的压力变化使薄壁汽缸关于其各自的活塞收缩(colllapse)和膨胀，因此形成压缩期间的高压密封、以及抽吸期间自润滑汽缸。

最后，授予Tarr等人的美国第5899136号专利(其也属于本发明的受让人，并且其内容结合于此作为参考)公开了一种柱塞，其可往复运动地安装在形成于套筒内的空腔中；并且一种泄流减少装置安装于空腔内以减少柱塞周围的流体泄流，因此增加了系统效率。该泄流减少装置包括密封套，其可拆除地安装在空腔内位于柱塞与套筒之间。密封套包括孔，其用于可滑动地容纳柱塞以在柱塞与孔之间形成环形间隙。密封套设计为响应流体压力而弹性弯曲(flex)以减小环形间隙，从而使通过环形间隙的流体泄漏最小化。密封套形成为独立于套筒的单个零件，因此可以简单、经济地更换。

但是，Houser与Tarr的参考资料都公开了一种密封套，其在压力作用下向内偏斜(deflect)以减小柱塞与套筒之间的环形间隙，因此使得在柱塞的压缩冲程期间经过环形间隙的流体泄漏最小化。虽然使用这种向内偏斜的密封套可以提供多种益处，但是仍存在进一步改进流体控制装置的需求，该流体控制装置高效地并最佳地使通过柱塞与套筒之间的间隙的流体泄漏最小化，同时使装置的成本和尺寸最小化。

发明内容

因此，本发明的一个优点在于提出一种改进的流体控制装置，其能够最优化地使柱塞与套筒之间的燃料泄漏最小化，从而提高效率。

本发明的另一优点在于提出一种改进的流体控制装置，其能够适用于阀或泵，以便有效地降低泵或阀件与其形成孔的本体之间的流体泄漏。

本发明的再一优点在于提出一种改进的流体控制装置，其能够适用于燃料泵，包括组合燃料注入器和位于高压燃料系统中的燃料注入器上游的往复柱塞式泵。

本发明的另一优点在于提出这样一种改进的流体控制装置，其不需要增加其内设有该流体控制装置的装置的封装尺寸。

本发明的又一优点在于提出一种改进的流体控制装置，其使得柱塞与套筒之间的操作间隙随着燃料压力的增加而减小。

本发明的另一优点在于提出一种改进的流体控制装置，其包括减漏帽，该减漏帽允许独立于套筒选择帽的材料，以更好地满足对构件的润滑和结构要求。

本发明的再一优点在于提出一种改进的流体控制装置，其包括易于替换的弹性密封帽。

本发明的再一优点在于提出一种用于燃料泵的改进的流体控制装置，其提高了燃料系统的效率并使所需的抽吸容量最小化。

本发明的另一方面在于提出一种用于高压燃料系统的燃料泵。

本发明的再一方面在于提出一种用于减少高压流体系统的流体控制装置内的燃料泄漏的方法。

通过提出一种用于高压流体系统的流体控制装置而获得本发明的这些及其他优点，该流体控制装置包括：具有空腔和高压回路的装置本体，定位成能够在空腔内往复运动的柱塞，以及安装于柱塞用于减少流体泄流的减漏帽。根据一个实施例，减漏帽包括位于装置本体与柱塞之间的弹性部，并在减漏帽与装置本体之间限定环形间隙。减漏帽的弹性部响应流体压力径向向外弹性弯曲，以减小环形间隙，从而使通过环形间隙的泄流最小化。就此而言，减漏帽可由具有比制成装置本体的材料弹性更高的材料制成。

根据另一实施例，减漏帽的弹性部包括内环形表面，流体压力直接作用于该内环形表面以使弹性部径向向外弯曲。可将减漏帽实现为在弹性部与柱塞之间限定环形室。减漏帽可进一步包括至少部分地限定环形室的锥形部。锥形部可设置于弹性部的末端，并且至少部分地由减漏帽的弹性部的内表面限定。柱塞可包括直径减小的区段和凸出部，在运行期间，减漏帽的弹性部的末端密封贴靠于该凸出部。

根据一个实施例，减漏帽还包括弹性部得以延伸出的基座部，并且其尺寸适于在基座部与柱塞之间限定间隙。而且，基座部包括流道，其将高压室与环形室流体连通，从而使环形室中的流体压力与高压室中的压力基本保持一致。另外，柱塞和装置本体至少部分地限定高压室。在这样的实施例中，在运行期间，在环形间隙内的流体压力沿远离高压室的方向减小。根据另一实施例，减漏帽可实现为朝向弹性部的末端厚度增加。减漏帽可由比制成装置本体的材料具有更高弹性的材料制成。在一个实施例中，减漏帽可由涂覆有类金刚石碳的钢制成。

优选地，本发明应用于燃料泵以用于高压流体系统，其中，在周期抽吸冲程中，可操作柱塞使之运动，以给形成于空腔内的高压燃料室内的燃料加压。因此，根据本发明的又一方面，用于高压燃料系统中的燃料泵包括：套筒，其具有空腔和高压燃料回路；高压燃料室，设置于空腔中；柱塞，定位成能够在空腔中往复运动，并可操作使之在周期抽吸冲程中运动，以对高压燃料室内的燃料加压；以及减漏帽，其安装于柱塞上以减少流体泄流，减漏帽包括位于套筒与柱塞之间的弹性部，并在减漏帽与套筒之间限定环形间隙，其中，减漏帽的弹性部响应流体压力而径向向外弹性弯曲，以减小环形间隙，从而使通过环形间隙的流体泄流最小化。

根据一个实施例，柱塞包括直径减小的区段和凸出部，运行期间，减漏帽的弹性部的末端密封贴靠于凸出部。在另一实施例中，减漏帽包括基座部，并且其尺寸适于在基座部与柱塞之间限定间隙，并在弹性部与柱塞之间限定环形室。

在又一实施例中，减漏帽还包括流道，其将高压燃料室与环形室流体连通，从而使环形室中的流体压力与高压燃料室中的压力基本保持一致，并且在运行期间，在环形间隙中的流体压力沿远离高压燃料室的方向减小，从而使减漏帽的弹性部径向向外偏斜。在又一实施例中，减漏帽的弹性部包括位于弹性部末端的锥形部，其至少部分地形成环形室。

根据本发明的又一方面，用于减少高压流体系统的流体控制装置中的燃料泄漏的方法包括：提供装置本体，该装置本体包括空腔，在空腔中安装有可往复运动的柱塞，其中，装置本体和柱塞至少部分地限定高压室；将减漏帽安装在柱塞上以减少流体泄流，其中，减漏帽包括位于装置本体与柱塞之间的弹性部，并在减漏帽与装置本体之间限定环形间隙；以及通过使减漏帽的弹性部响应流体压力而径向向外弹性弯曲从而减小环形间隙，使通过环形间隙的流体泄流最小化。

根据一个实施例，该方法还包括在弹性部与柱塞之间形成环形室。另外，减漏帽包括基座部，该基座部具有流道，该流道将高压室与环形室流体连通，从而使环形室中的流体压力与高压室中的压力基本保持一致，从而在运行期间，环形室中的流体压力使得减漏帽的弹性部径向向外偏斜。

附图说明

本发明的这些和其它优点和特征将在下面结合附图对本发明的优选实施例进行的详细描述中变得更加显而易见。

图1是现有技术的设置有密封套的流体控制装置的局部横截面图；

图2是包括根据本发明的优选实施例的减漏帽的流体控制装置的横截面图；

图3是具有图2中的减漏帽的柱塞和套筒组件的横截面图，其上示出了流体压力分布情况；

图4是具有根据本发明的减漏帽的流体控制装置的泄漏减小效果的图表说明，该效果是与未装配减漏帽的组件相比较的；

图5是具有根据本发明的另一实施例的减漏帽的流体控制装置的局部横截面图；

图6A是安装在柱塞上的图5所示的减漏帽的放大图；

图6B是密封贴靠于柱塞的凸出部的减漏帽的弹性部的末端的进一步放大图。

具体实施方式

提供图1以便清晰地示出当本发明的流体控制装置应用于燃料泵时，其与其它使用已知的密封套的燃料泵相比较的主要区别。图1中所示的现有技术的柱塞和套筒组件被应用于燃料泵30。燃料泵30包括：本体或套筒32，其内形成有空腔34；柱塞36，定位成能够在空腔34中进行往复运动；以及减漏装置38，其安装在柱塞36与套筒32之间。减漏装置38包括密封套40，该密封套具有用以容纳柱塞36的孔42和外围部44，外围部具有用以密封地紧贴形成于套筒32上的环形平台(annular step)48的环形台阶(annular land)46。密封套40在轴向夹紧力50的作用下牢固地保持在空腔34中的适当位置。密封套40还包括内部弹性部52，其内部端部54终止于与空腔34内部端部间隔一定距离的位置处。柱塞36和孔42形成高压流体室56，通过高压燃料回路58给高压流体室供给燃料。

内部弹性部52的尺寸适于形成环形室60，该环形室通过端部间隙61与高压室56连续流体连通。因此，在柱塞36的整个运动期间，环形室60中的燃料压力与高压室56中经受到的燃料压力基本一致。而且，在柱塞36的外表面与密封套40的内表面之间形成环形间隙62，以建立紧密的滑动配合和局部流体密封。在柱塞36的压缩冲程期间，当高压流体室56中的燃料压力增加时，环形室60中的燃料压力大于环形间隙62的至少一部分中的燃料压力，因而造成内部弹性部52向内偏斜、或弯曲从而减小了间隙62的尺寸。相应地，由于间隙62的尺寸减小，因此，通过那里的泄流也减少。

图2示出了根据本发明一个实例的流体控制装置。如下所述，流体控制装置的功能在于使柱塞周围的泄流最小化，从而提高燃料系统的效率，并且降低所需的抽吸容量，同时还在不增加组件的尺寸的情况下允许柱塞的有效往复运动。在这点上，在图2中示出的是本发明的流体控制装置应用于燃料泵130的情况。本发明的燃料泵130能够应用于多种应用，如集成入组合燃料注入器、或者安装于燃料注入器上游的高压燃料系统内的燃料泵。流体控制装置还可应用于液压驱动强化泵装置或另一种流体控制装置，如高压燃料阀，其中柱塞用作阀件，以与形成于诸如套筒上的阀座配合。

如图2中清晰地示出，燃料泵130包括：装置本体或套筒132，其内形成有空腔134；和柱塞136，定位成能够在空腔134中进行往复运动。柱塞136可由任何合适的材料制成，如钢或陶瓷。图示实施例的柱塞136具有位于柱塞136端部直径减小的区段137，因此在柱塞136上形成凸出部138。在这点上，直径减小的区段137设置在柱塞136的端部，其部分地形成空腔134内的高压流体室156。

在图示的本发明的实施例中，在柱塞136的直径减小的区段137上安装有减漏帽140。在运行中，减漏帽140随着柱塞136以下面将进一步描述的方式在空腔134内进行往复运动。减漏帽140优选地实现为可移除的，以便在维修过程中可进行更换。减漏帽140包括孔142，其尺寸适于容纳柱塞136，从而使减漏帽140能够安装在柱塞136的直径减小的区段137上。减漏帽140包括具有允许燃料从其中经过的流道147的基座部146。减漏帽140还包括弹性部148，在当前的实施例中，该弹性部与基座部146一体形成。弹性部148通常成形为圆柱形，并且其尺寸允许减漏帽140被套在柱塞136的端部上，如图2中所清晰示出地，弹性部148在套筒132与柱塞136的直径减小的区段137之间延伸。

减漏帽140的弹性部148的末端149(与基座部146相对)与柱塞136的凸出部138贴靠接触，因此将减漏帽140的外部与减漏帽140的内部密封隔开。减漏帽140的弹性部148具有足够的长度，从而在基座部146与柱塞136的容纳在减漏帽140内的端部之间形成间隙151，当燃料泵130运行时，间隙151内填充有燃料。

在图示实施例中，弹性部148的末端设置有锥形部150。锥形部150位于弹性部148内部，以形成位于减漏帽140内的内环形室160。换句话说，提供锥形部150以使减漏帽140的弹性部148的内径朝着弹性部148的末端149的方向增加，因此在弹性部148与柱塞136的直径减小的部分之间形成内环形室160。

柱塞136可往复运动地安装在孔142内，以在空腔134内形成高压流体室156。可提供压力燃料回路以便向流体控制装置供应燃料，用于通过诸如燃料注入喷嘴组件(未示出)注入发动机。在运行期间，柱塞136回退以增大高压室156，接着前进以压缩高压室156中的燃料。

为使柱塞136往复运动，适当设置减漏帽140的外径和套筒132的空腔134的内径的尺寸以便形成小的环形间隙162，以便建立紧密的滑动配合和局部流体密封。优选地，环形间隙162的径向间隙比传统间隙的径向间隙大。由于通过环形间隙162的压力泄漏，沿着该环形间隙162的燃料压力降低。特别地，在减漏帽140与套筒132之间的环形间隙162中产生的局部流体密封趋向于产生节流效应，其降低了沿着环形间隙162的轴长方向的压力。

如提到的，在柱塞136朝向高压室156的向内或前进冲程期间，在高压室156中的燃料被柱塞136压缩。内环形室160通过设置在减漏帽140的基座部146上的流道147与高压室156连续流体连通。特别地，流道147允许高压室156中的高压燃料经过基座部146在减漏帽的弹性部148与柱塞136的直径减小的区段137之间传送，然后进入环形室160。因此，在柱塞136的整个运动期间，环形室160中的燃料压力与高压室156中经受到的燃料压力基本一致。因此，内部弹性部148的末端149承受与高压室156的燃料压力基本相同的燃料压力。

作为结果，环形室160中的燃料压力将大于环形间隙162的至少一部分中的燃料压力，尤其是在朝向弹性部148的末端149的部分。相应地，这种压力差别导致减漏帽140的弹性部148径向向外弯曲，从而减小间隙162的尺寸以及流经其内的泄流，因此加强了流体控制装置的密封。

减漏帽140的上述操作在图3的横截面图中最清晰地显示出来，其示出了燃料压力分布情况。来自高压室156的燃料压力用来保持住安装在柱塞136上的减漏帽140。特别地，来自高压室156的燃料压力通过流道147流入减漏帽140与柱塞136的端部之间的间隙151。如上所述，减漏帽140的弹性部148的末端149贴靠接触柱塞136的凸出部138，因此提供密封的接触面。弹性部148的末端149与柱塞136的凸出部138环形接触的接触点位于从减漏帽140的最外部边缘略微径向向内的位置处。因此，为了使减漏帽140保持安装在柱塞136上而将燃料压力施加于其上的减漏帽140的总的表面区域略微地大于为了使减漏帽140分离而将燃料压力施加于其上的总的表面。这产生了将减漏帽140保持在其在柱塞136的端部上的安装位置上的净力，如下面参照第二实施例的描述进一步详细说明的。如果减漏帽140略微地离开柱塞136而使得末端149不再接触柱塞136的凸出部138，经过流道147的燃料流允许减漏帽140回到其安装位置。

如图3所示，在减漏帽140的弹性部148的内径与柱塞136的直径减小的区段137之间的基本不变的燃料压力、以及环形室160中的流体压力用箭头170示出。在减漏帽140的外径与套筒132的空腔134的内径之间形成的环形间隙162内的逐渐减小的燃料压力由箭头176示出。如图中所看到的，环形间隙162中的压力大小朝向减漏帽140的末端149逐渐减小。

因此，径向方向的最终结果是：由于与环形间隙162相对的环形室160中的燃料压力保持在与高压室156中的压力基本相同的高压水平上，弹性部148的靠近于环形室160的内表面经受倾向于将弹性部148的该部分径向向外弯曲或弹性变形的流体压力。因此，在流体压力导致的、减漏帽140的向外弯曲的作用下，环形间隙162也减小，从而导致通过环形间隙162的泄流率降低。因此，柱塞和套筒组件的密封和效率提高。

减漏帽140可由任何合适的材料制成，并且弹性部148由具有允许向外弯曲或弹性变形(resiliency)的最佳量以获得对于给定应用来说的增强的泄流减少效果的厚度得材料制成，例如由金属、非金属或复合材料制成。在示出的实施例中，减漏帽140由涂覆有类金刚石碳(DLC)的钢制成，相比其它一般的材料，已发现这种材料非常适合用于减漏帽140所处的环境。通过将弹性部148构造为独立于本体或套筒的减漏帽140的部分，本发明的泄流减少装置可由更能使减漏帽140满足其需求的材料制成，而独立于用于套筒的材料的选择。当然，套筒部140理想的向外位移将取决于环形间隙162的初始未负载径向尺寸以及高压室156中产生的燃料压力。

本发明的流体控制装置具有比传统高压流体控制装置明显的优势。本发明有效地减少了在泵或阀元件与形成元件孔的本体之间的泄流，从而提高了高压流体系统的效率。在燃料泵应用中，本发明还起到了使燃料泵所需的抽吸容量最小化的作用。另外，由于减漏帽140被保持在柱塞136的直径减小的区段137上，这种性能上的优势能够在不象以前讨论过的现有技术设备那样增加燃料泵130的尺寸的情况下实现。因此，该装置的封装尺寸可以保持不变。

在运行中，环形室160区域处的间隙162的径向间隙在朝向减漏帽140的末端149的方向上显著减小。对此，图4示出了图表170，其示出当具有根据本发明的减漏帽140的柱塞和套筒组件被应用于高压燃料泵时与没有减漏帽的类似泵相比较的减漏效果。如从图中看到的，图表170的X轴代表泵每分钟的转速(RPM)，同时图表170的Y轴代表泵的输出，以mg/注入冲程为单位。在获取图4中所示的测试数据时，燃料泵的输出被相对于泵速来测量。具有本发明的新减漏帽140的燃料泵的输出由虚线172示出(具有方形块)，而使用约500小时后的输出由实线174(具有三角形块)示出。本文描述的没有减漏帽的燃料泵的输出由线178(具有菱形块)示出。

可以理解，与这种没有减漏帽的燃料泵相比，具有如上所述的减漏帽的本发明的流体控制装置，在整个泵速范围内提供了大幅增加的泵输出。图中示出的泵输出方面的差距直接归因于由装备了减漏帽140的泵实现的增强的密封效果。在实践中，经过500小时的使用后泵的输出确实有所增加，这说明减漏帽140达到最大密封效果需要一定的磨合期。另外，虽然在约1000RPM时泵的输出有约10％的增加，但这种增加随着RPM的增加而减少。相信这种减少是由于随着泵速的增加通过环形间隙的压力损失减少所致。

考虑到上述的实验数据，应当明确的是本发明的具有减漏帽的流体控制装置通过使柱塞周围的泄流降至最低而大幅增加了泵的输出，这种泄流的减少是通过减漏帽的向外扩张实现的。因此，燃料系统的效能得到提高，并且所需的抽吸容量减小。还应当明确的是本发明的另一优点是，本发明的减漏帽140能够方便地被取下然后用新的减漏帽替换，因此实现了简单、快速且低成本的维护。

图5至6B示出了具有根据本发明另一实施例的减漏帽的燃料泵230的多个视图。如图5中清晰示出的，燃料泵230包括：其内形成有空腔234的装置本体或套筒232，以及可在空腔234内往复运动的柱塞236。柱塞236设置有直径减小的区段237，因而形成凸出部238。高压流体室256形成在柱塞与套筒232之间。

减漏帽240安装在柱塞236上的直径减小的区段237上，并且以前面参照图2的实施例描述的方式随着柱塞236往复运动。在这方面，减漏帽240包括：孔242，其尺寸适于容纳柱塞236；以及基座部246，其具有允许燃料从中经过的流道247。减漏帽240还包括形成孔242的弹性部248，弹性部248在套筒232与柱塞236的直径减小的区段237之间延伸。

减漏帽240的弹性部248的末端249贴靠接触柱塞236的凸出部238，因此形成了密封的接触面，如在图6A和6B的放大图中最清晰地示出的。减漏帽240的弹性部248具有足够的长度，以在基座部246与柱塞236的端部之间留有间隙251，当燃料泵230运行时，该间隙251被燃料填充。

减漏帽240的外径与套筒232的空腔234的内径的尺寸这样确定，使得存在小的环形间隙262以便形成紧密的滑动配合及局部流体密封。如上所述，由于局部流体密封产生节流效应，该效应减少了沿着环形间隙262的轴向长度上的压力，因此沿着该环形间隙262的燃料压力减少。

相较于前面的在弹性部的末端设置有锥形部而形成内环形室的实施例，减漏帽240未设置这样的锥形部。替代地，如图6A中最清晰示出的，减漏帽240被实现为使得弹性部248在朝向远离基座部246的末端249的方向厚度实际上增加。然而，减漏帽240的孔242的尺寸适于形成在弹性部248与柱塞236的直径减小的区段237之间延伸的环形室260。

如前所述的实施例，在燃料泵230的运行期间，减漏帽240受到不同的压力。特别地，内环形室260内的燃料压力基本恒定，而弹性部248临近套筒232的外侧的燃料压力却减少。相应地，如前面参照图3所述，越朝向弹性部248的末端249，压力差越大。该压力差使减漏帽240的弹性部248径向向外弯曲，以减小间隙262的尺寸和经过的泄流，因此增强了间隙262的密封效果。由于朝向弹性部248末端249的厚度增加，相较于前面所描述的实施例中会发生的更为局部化的偏斜，在弹性部248与套筒232之间形成了更宽的、面对面的接触。

还是如前所述，当柱塞在套筒232内往复运动时，燃料压力使得减漏帽240保持安装在柱塞236上。特别地，来自高压室256的燃料压力通过流道247流入减漏帽240与柱塞236的端部之间的间隙251。如图6B的放大视图中最清晰示出的，减漏帽240的弹性部248的末端249贴靠接触柱塞236的凸出部238，因此形成了密封的接触面S。如图所示，弹性部248的末端249与凸出部238环形接触处的密封接触面S位于从减漏帽240的外周P略微地径向向内的位置。因此，由燃料压力施加至其上以保持减漏帽240安装于柱塞236上的减漏帽240的总表面区域比由燃料压力施加至其上以分离减漏帽240的总表面区域稍大。相应地，这产生了净力，其作用是将减漏帽240保持在其在柱塞236端部的安装位置，如图所示。

可以通过适当构造弹性部248的末端249来控制由受压燃料施加的向下作用的力的程度。特别地，通过将密封接触面S更靠近于柱塞236的内环形表面而设置，作用在减漏帽240上的使其安装位置保持在柱塞236端部上的净力增加。反之，通过将密封接触面S朝向减漏帽240的外周P而设置，作用在减漏帽240上的使其安装位置保持在柱塞236端部上的净力减小。

另外，通过改变密封接触面S的位置和末端249的几何形状、以及柱塞236的凸出部238，可调整减漏帽240的末端在响应流体压力而径向向外弹性弯曲的程度。对此，如图6B所示，减漏帽240的末端249与凸出部238可设置有与基本上的平面凸出部238接触的倒角面，或者可以实现为具有不同的几何形状。例如，减漏帽的末端和柱塞的凸出部之间可实现为具有锥面对锥面、锥面对球面，或球面对球面类型的接触面。

应该进一步提到的是，尽管在上述实施例中，减漏帽的外径基本与柱塞的外径相对应，本发明的其它实施例可以实现为使得减漏帽的外径大于或小于柱塞的外径。

尽管已经示出并描述了根据本发明的多种实施例，应当理解的是，本发明不限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行改变、修改及进一步应用。因此，本发明不限于前面示出并描述的细节，而包括所有此类的变化和修改。

工业适用性

包括减漏帽的本发明的流体控制装置可应用于需要有效地使可移动柱塞与相应的孔之间的泄流实现最小化的许多高压流体系统。本发明对应用于处于高压燃料系统中的高压燃料泵特别具有优势，该高压燃料系统诸如任何车辆或工业设备的内燃机。

Claims (20)

1.一种用于高压流体系统的流体控制装置，包括：

装置本体，具有空腔和高压回路；

柱塞，定位成能够在所述空腔中进行往复运动；以及

减漏帽，安装于所述柱塞上以减少流体泄流，所述减漏帽包括：基座部，紧邻所述柱塞的端表面横向地延伸；以及弹性部，从所述基座部延伸并且位于所述装置本体与所述柱塞之间，并在所述减漏帽与所述装置本体之间限定出环形间隙，

其中，所述减漏帽的所述弹性部在流体控制装置的压缩期间响应流体压力而径向向外弹性弯曲，以减小所述环形间隙，从而使通过所述环形间隙的流体泄流最小化。

2.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽的所述弹性部包括内环形表面，所述流体压力直接作用于所述内环形表面以使所述弹性部径向向外弯曲。

3.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽在所述弹性部与所述柱塞之间限定出环形室。

4.根据权利要求3所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽包括至少部分地限定所述环形室的锥形部。

5.根据权利要求3所述的流体控制装置，其中，所述锥形部位于所述弹性部的末端，并且至少部分地由所述减漏帽的所述弹性部的内表面限定。

6.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述柱塞包括直径减小的区段和凸出部，在运行期间，所述减漏帽的所述弹性部的末端密封所述凸出部。

7.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽的尺寸形成为在所述基座部与所述柱塞之间限定出间隙。

8.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽的所述基座部包括流道，所述流道将所述高压室流体连通至所述环形室，从而使所述环形室中的流体压力与所述高压室中的压力基本保持一致。

9.根据权利要求3所述的流体控制装置，其中，所述柱塞与所述装置本体至少部分地限定高压室。

10.根据权利要求9所述的流体控制装置，其中，在运行期间，所述环形间隙中的流体压力沿远离所述高压室的方向减小。

11.根据权利要求3所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽的厚度朝向所述弹性部的末端增加。

12.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述减漏帽由比制成所述装置本体的材料具有更高等级弹性的材料制成。

13.一种用于高压燃料系统的燃料泵，包括：

套筒，具有空腔和高压燃料回路；

高压燃料室，位于所述空腔内；以及

柱塞，定位成能够在所述空腔中进行往复运动，并可操作使之在周期抽吸冲程中运动，以对所述高压燃料室中的燃料加压；以及

减漏帽，安装于所述柱塞上以减少流体泄流，所述减漏帽包括：基座部，紧邻所述柱塞的端表面横向地延伸；以及弹性部，从所述基座部延伸并且位于所述套筒与所述柱塞之间，并在所述减漏帽与所述套筒之间限定环形间隙，

其中，所述减漏帽的所述弹性部在流体控制装置的压缩期间响应流体压力而径向向外弹性弯曲，以减小所述环形间隙，从而使通过所述环形间隙的流体泄流最小化。

14.根据权利要求13所述的燃料泵，其中，所述柱塞包括直径减小的区段和凸出部，在运行期间，所述减漏帽的所述弹性部的末端密封所述凸出部。

15.根据权利要求14所述的燃料泵，其中，所述减漏帽的尺寸形成为在所述基座部与所述柱塞之间限定间隙，并在所述弹性部与所述柱塞之间限定环形室。

16.根据权利要求15所述的燃料泵，其中，所述减漏帽还包括流道，所述流道将所述高压燃料室流体连通至所述环形室，从而使所述环形室中的流体压力与所述高压燃料室中的压力基本保持一致，并且在运行期间，所述环形间隙中的流体压力沿远离所述高压燃料室的方向减小，从而使所述减漏帽的所述弹性部径向向外偏斜。

17.根据权利要求15所述的燃料泵，其中，所述减漏帽的所述弹性部包括位于所述弹性部末端的锥形部，所述锥形部至少部分地形成所述环形室。

18.一种用于减少高压流体系统的流体控制装置中的燃料泄漏的方法，所述方法包括：

提供装置本体，所述装置本体包括空腔，柱塞可往复运动地安装在所述空腔中，所述装置本体与所述柱塞至少部分地限定高压室；

将减漏帽安装在所述柱塞上以减少流体泄流，所述减漏帽包括：基座部，紧邻所述柱塞的端表面横向地延伸；以及弹性部，从所述基座部延伸并且位于所述装置本体与所述柱塞之间，并在所述减漏帽与所述装置本体之间限定环形间隙；以及

通过使所述减漏帽的所述弹性部在流体控制装置的压缩期间响应流体压力而径向向外弹性弯曲，从而减小所述环形间隙，使通过所述环形间隙的流体泄流最小化。

19.根据权利要求18的方法，还包括在所述弹性部与所述柱塞之间形成环形室。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述基座部上具有流道，所述流道将所述高压室与所述环形室连通在一起，从而使所述环形室中的流体压力与所述高压室中的压力基本保持一致，从而在运行期间，所述环形室中的流体压力使得所述减漏帽的所述弹性部径向向外偏斜。

Images