CN101968017A - 低压差液力密封式高压共轨燃油泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低压差液力密封式高压共轨燃油泵，主要包括泵体、柱塞、出油单向阀、进油单向阀、低压差控制阀、同步压力升降器和进润滑油单向阀。低压差控制阀与同步压力升降器控制柱塞与工作油缸的配合间隙的润滑端与燃油端的油压同步升高与降低，并保持润滑油油压高于燃油油压一个小的压差，用以阻止燃油流入柱塞与工作油缸的配合间隙。本发明解决了高压燃油泄漏问题，燃油油压高于2200bar，保证了柱塞与工作油缸之间的精密滑动配合面的润滑，提高了工作可靠性与耐久性，超高压燃油喷射系统可进一步降低燃油消耗率与排放，并可用于柴油机燃用二甲醚等低粘度替代燃料。

Description

低压差液力密封式高压共轨燃油泵

技术领域：

本发明属于内燃机技术领域。主要涉及柴油机高压共轨喷油装置，具体为一种低压差液力密封高压共轨燃油泵。

技术背景：

柴油机热效率高，已成为广泛使用的发动机。柴油机燃油喷射系统是影响柴油机燃油消耗率与排放的关键部件，为降低燃油消耗率与排放，各国都在不断对其进行改进，柴油机自1892年诞生以来，其燃油喷射系统已由机械燃油喷射系统、第一代凸轮压油位置控制式电控燃油喷射系统和第二代凸轮压油电磁阀控制式电控燃油喷射系统发展到现在的第三代电控高压共轨燃油喷射系统。由于世界能源不足，价格大幅上涨以及各国的排放法规日益严厉，为适应当前及将来的排放法规与降低燃油消耗率的市场需求，柴油机需要更高喷射压力的高压燃油泵，使喷入燃烧室的柴油与空气更均匀地混合及充分燃烧，并进一步降低耗油率和排放污染。石油资源减少还需要柴油机燃油喷射系统能够喷射二甲醚等低粘度替代燃料。

现有的高压共轨电控喷油系统都是采用柱塞式高压燃油泵，柱塞与柱塞套的滑动配合间隙依靠燃油润滑与密封，现有高压燃油共轨泵解决泄漏的方法是在与柱塞配合的柱塞套上加一个环形的卸压回油槽，使泄漏的燃油从回油槽经回油道流回油箱，间隙中燃油泄漏量随泵油压力提高增大，严重的燃油泄漏导致不能建立2000bar以上的超高燃油压力，当前高压共轨高压燃油泵的油压力在1600～1800bar范围，达到2000bar的很少。随着燃油压力增高，高压燃油泵燃油过量泄漏所致难以建立超高压燃油压力的问题一直是高压共轨燃油系统研制中的技术难题，也是燃用二甲醚等低粘度替代燃料需要解决的技术难题。

本申请人的实用新型专利(专利号：ZL 2006 1 0127615.1)《多种燃料柴油机喷油泵》采用在柱塞套上开油槽用高压润滑油密封与润滑柱塞与柱塞套之间的间隙，由于柱塞下行吸油与上行泵油时柱塞顶面的油缸内燃油油压不断升高与降低变化，交变变化的压差超过1000bar，恒压的高压润滑油油压高于变化的燃油油压时润滑油进入燃油出现烧机油、堵喷油嘴喷油孔的问题，润滑油油压低于变化的燃油油压时，二甲醚等低粘度燃料进入柱塞与柱塞套配合间隙，出现磨损与燃料泄漏问题。

发明内容：

本发明的目的就是要克服上述高压共轨燃油泵燃油泄漏的问题，提供一种无燃油泄漏、泵油压力更高的高压共轨燃油泵。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种低压差液力密封式高压共轨燃油泵，包括泵体1、柱塞2、出油单向阀4、进油单向阀5、润滑油单向阀7、低压差控制阀6，其特征在于：还包括同步压力升降器3；所述的泵体1内设有工作油缸1.1，工作油缸1.1上端经出油道R1与出油单向阀4连通，出油单向阀4与共轨高压油管接口R2相连通；所述的工作油缸1.1上端经工作油缸油道R3分别与压力同步升降器3及进油单向阀5相连通，进油单向阀5经燃油道R5分别与低压差控制阀6及低压燃油管接口R4相连通，柱塞2装在工作油缸1.1内，并与工作油缸1.1呈精密的滑动配合，在与柱塞2滑动配合的工作油缸1.1的配合面上设有环形的润滑油槽R10，润滑油槽R10经润滑油槽油道R9分别与所述的同步压力升降器3及润滑油单向阀7连通；所述的润滑油单向阀7经低压差润滑油道R7、低压差控制阀6、润滑油道R6与压力润滑油管接口R8相连通；所述的柱塞2的上部与工作油缸1.1的配合间隙J1的上端与工作油缸1.1连通、下端与润滑油槽R10连通。

所述的同步压力升降器3包括同步压力油缸3.5、压力平衡活塞3.2、压力平衡弹簧3.4；所述的压力平衡活塞3.2装在同步压力油缸3.5内与同步压力油缸呈精密的滑动配合，压力平衡活塞3.2的上端面与压力平衡弹簧3.4的下端相接，压力平衡弹簧3.4的上端与同步压力油缸3.5的上端面相接；所述的压力平衡活塞3.2将同步压力油缸3.5分隔为上部同步压力燃油缸3.3与下部同步压力润滑油缸3.1，上部同步压力燃油缸3.3经工作油道油缸R3分别与工作油缸1.1及进油单向阀5相连通，下部同步压力润滑油缸3.1经润滑油槽油道R9分别与润滑油槽R10及进润滑油单向阀7相连通。

本发明的有益效果：

1、本发明效地解决了现有高压共轨喷油装置中的高压燃油泵随泵油压力提高燃油泄漏量增大、燃油泄漏制约泵油压力提高的问题，实现了高压燃油泵无燃油泄漏超高压泵油，并保证了柱塞与工作油缸之间的精密滑动配合面的润滑，提高了工作可靠性与使用寿命，泵油油压可达2200bar以上，高于现有高压共轨燃油泵的泵油压力，更高的燃油压力可使喷入燃烧室的柴油与空气更均匀地混合、更充分地燃烧，进一步降低燃油消耗率与排放污染。

2、本发明有效地阻止了燃油进入柱塞与工作油缸的配合间隙，保证了润滑与密封，可喷射二甲醚等低粘度替代燃料。

附图说明：

图1为一本发明的低压差液力密封高压共轨燃油泵的结构示意图。

图1中：1、泵体；1.1工作油缸；2、柱塞；3、同步压力升降器；3.1、同步压力润滑油缸；3.2、压力平衡活塞；3.3、同步压力燃油缸；3.4、压力平衡弹簧；3.5、同步压力油缸；4、出油单向阀；5、进油单向阀；6、低压差控制阀；6.1、燃油缸；6.2、低压差弹簧；6.3压差阀；6.4、低压差阀孔；6.5、环形进油槽；6.6、润滑油缸；6.7、油缸；7、进润滑油单向阀；8、柱塞驱动机构；8.1、驱动凸轮；8.2、滚轮、8.3、滚轮轴；8.4、挺杆；8.5、弹簧座；8.6、柱塞回位弹簧；8.7、凸轮轴箱；R1、出油道；R2、共轨高压油管接口；R3、工作油缸油道；R4、低压燃油管接口；R5、燃油道；R6、润滑油道；R7、低压差润滑油道；R8、压力润滑油管接口；R9、润滑油槽油道；R10、润滑油槽；R11、回油管接口；J1、柱塞2与工作油缸1.1的配合间隙的上端；J2、柱塞2与工作油缸的配合间隙的下端；J3、挺杆与泵体的配合间隙；K1挺杆室；K2、凸轮轴箱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。

如图1所示，本发明低压差液力密封高压共轨燃油泵。它主要包括泵体1、柱塞2、柱塞驱动机构8、出油单向阀4、进油单向阀5、低压差控制阀6、同步压力升降器3和润滑油单向阀7。

所述的泵体1内设有工作油缸1.1，工作油缸1.1上端经出油道R1与出油单向阀4连通，出油单向阀4与共轨高压油管接口R2相连通，工作油缸1.1上端还经工作油缸油道R3分别与压力同步升降器3及进油单向阀5相连通，进油单向阀5经燃油道R5分别与低压差控制阀6及低压燃油管接口R4相连通，柱塞2装在工作油缸1.1内，与工作油缸1.1呈精密的滑动配合，配合间隙在0.002～0.004毫米范围，在与柱塞2滑动配合的工作油缸1.1的配合面上设有环形的润滑油槽R10，润滑油槽R10经润滑油槽油道R9分别与同步压力升降器3及进润滑油单向阀7连通，进润滑油单向阀7经低压差润滑油道R7、低压差控制阀6、润滑油道R6与压力润滑油管接口R8相连通；柱塞2的与工作油缸1.1的配合间隙J1的上端与工作油缸1.1连通、配合间隙J1的下端与润滑油槽R10连通；柱塞2的下部与工作油缸1.1的配合间隙J2的上端与润滑油槽R10连通、下端经弹簧室K1、挺杆8.4与泵体1的配合间隙J3、凸轮轴室K2与回油管接口R11相连通。

所述的低压差控制阀6包括油缸6.7、环形进油槽6.5、压差阀6.3、低压差弹簧6.2，压差阀6.3装在油缸6.7内，与油缸6.7呈精密的滑动配合，配合间隙在0.002～0.004毫米范围，在与压差阀6.3配合的油缸6.7的配合面上设有环形的进油槽6.5，环形进油槽6.5经润滑油道R6与压力润滑油管接口R8相连通，压差阀6.3的上端面与低压差弹簧6.2的下端连接、低压差弹簧6.2的上端与油缸6.7的顶面连接，压差阀6.3将油缸6.7分隔为上端的燃油缸6.1及下端的润滑油缸6.6，压差阀6.3内的低压差阀孔6.4与润滑油缸6.6相连通，低压差阀孔6.4还与环形油槽6.5相连通，低压差阀6上部的燃油缸6.1与燃油道R5相连通、下部的润滑油缸6.6经低压差润滑油道R7与进润滑油单向阀7相连通。

所述的同步压力升降器3包括同步压力油缸3.5、压力平衡活塞3.2、压力平衡弹簧3.4，压力平衡活塞3.2装在同步压力油缸3.5内与同步压力油缸呈精密的滑动配合，配合间隙在0.002～0.004毫米范围，压力平衡活塞3.2的上端面与压力平衡弹簧3.4的下端连接，压力平衡弹簧3.4的上端与同步压力油缸3.5的上端面连接，压力平衡活塞3.2将同步压力油缸3.5分隔为上部的同步压力燃油缸3.3与下部的同步压力润滑油缸3.1，同步压力燃油缸3.3经工作油道油缸R3与工作油缸相连通，同步压力润滑油缸3.1经润滑油道油槽R9与润滑油槽R10相连通；

本发明中所用低压差液力密封工作原理为：

在柱塞(2)的与工作油缸(1.1)的配合间隙(J1)的上端与工作油缸(1.1)连通，，配合间隙J1的下端经润滑油槽R10、润滑油槽油道R9与同步压力润滑油缸3.1相连通，配合间隙J1下端的润滑油油压与同步压力润滑油缸3.1中的润滑油油压Pj3相等，配合间隙J1的上端经工作油缸1.1、工作油缸油道R3与同步压力燃油缸3.3相通，配合间隙J1上端的燃油油压与同步压力燃油缸3.3中的燃油油压Pr2相等；进入压力润滑油管接口R8的润滑油压Pj大于进入低压燃油管接口R4的燃油压力Pr，即Pj＞Pr+4bar；低压差阀6控制从压力润滑油管接口R8经润滑油道R6通过低压差阀6经低压差润滑油道R7进入进润滑油单向阀7的润滑油压Pj2高于从低压燃油管接口R4经燃油道R5进入进油阀5的燃油压Pr一个微小的压差，即Pj2＞Pr，Pj2＝Pr+1bar；进油单向阀5在柱塞2上行油缸1.1中的油压Pr2≥Pr时关闭，进润滑油单向阀7在润滑油槽油道R9中润滑油压Pj3≥Pj2时关闭；同步压力升降器3上端经工作油缸油道R3与工作油缸1.1连通、下端经润滑油槽油道R9与润滑油槽R10连通，在柱塞2上下运行泵油与进油的工作过程中，同步压力升降器3保持润滑油槽R10中(间隙J1的下端)的润滑油压Pj3与工作油缸1.1中(间隙J1的上端)的燃油油压Pr2同步升降并保持一个低的压差，即Pj3＞Pr2、Pj3＝Pr2+1bar，阻止了油压相对低1bar的燃油进入间隙J1，因而无燃油泄漏。

本发明低压差液力密封高压共轨燃油泵的工作过程为：

经压力润滑油管接口R8、润滑油道R6进入环形进油槽6.5的润滑油油压Pj大于从低压燃油管接口R4经燃油道R5进入低压差控制阀6的燃油缸6.1的燃油油压Pr，即Pj＞Pr，Pj＞Pr+4bar；

润滑油从环形进油槽6.5经低压差阀孔6.4进入润滑油缸6.6，作用在低压差阀6.3下端润滑油油压大于上端低压燃油油压，低压差阀6.3上行压缩低压差弹簧6.2至低压差阀孔6.4与环形进油槽6.5的连接断开停止进润滑油，低压差阀6.3停止上行；所选用的低压差弹簧6.2此时的弹力作用于低压差阀6.3在润滑油缸6.6产生的油压为1bar，当润滑油缸6.6中的油压下降时低压差弹簧推动低压差阀6.3下行、低压差阀孔6.4又与环形进油槽6.5连通，润滑油又从环形进油槽6.5经低压差阀孔6.4进入润滑油缸6.6，润滑油缸6.6中的润滑油压又上升至低压差阀6.3上行低压差阀孔6.4与进油槽6.5断开停止进油、油压达到润滑油压Pj2为止，即Pj2＝Pr+1bar；此时低压差控制阀控制低压差润滑油道R7的中润滑油油压Pj2比燃油道R5中的燃油油压Pr高1bar；工作油缸1.1中的燃油油压为Pr2，润滑油槽中润滑油油压为Pj3，柱塞驱动机构8驱动柱塞2上下往复运动，当柱塞2下行工作油缸1.1进油时，进油单向阀5开通，此时Pr2≤Pr；油道短流动阻力小，不计流动压力损失时Pr2＝Pr。其中：

润滑油压Pj，润滑油压为Pj2，润滑油槽中润滑油油压为Pj3；

燃油缸的燃油油压为Pr，工作油缸中的燃油油压为Pr2。

同时低压差润滑油道R7中的润滑油油压Pr2经过进润滑油单向阀7与润滑油槽油道R9传递到同步压力润滑油缸3.1和润滑油槽R10，此时配合间隙J1下端机油油压Pj3等于润滑油压Pj2，即Pj3＝Pj2＝Pr+1bar；同时柱塞2与工作油缸1.1的配合间隙J1的下端的润滑油油压大于上端的燃油油压，即Pj3＝Pr+1bar＝Pr2+1bar，Pj3＞Pr2，阻止了燃油进入配合间隙J1，无燃油泄漏；试验证实在柱塞2与工作油缸1.1配合间隙J1在0.002～0.004毫米范围、配合间隙J1的最小长度大于5毫米、间隙J1两端的油压差小于5bar的条件下，间隙J1中的润滑油无流动现象，即润滑油也不会流入到工作油缸1.1；此时同步压力升降器3中压力平衡活塞3.2下端面油压(Pj3)大于上端面油压(Pr2)，压力平衡活塞受1bar压差作用上行压缩压力平衡弹簧3.4至压力平衡弹簧3.4弹力增大到与1bar油压作用于平衡活塞3.2的下端面的压力平衡时，即压力平衡弹簧3.4的弹力作用于压力平衡活塞3.2在同步压力润滑油缸3.1中产生的油压为1bar时，压力平衡活塞3.2停止上行；当柱塞2上行泵油时，工作油缸1.1油压升高，进油单向阀阻断工作油缸1.1中油压向燃油道R5传递，同步压力燃油缸3.3中油压随着工作油缸1.1中油压Pr2同步升高，压力平衡活塞3.2将同步压力燃油缸3.3中的燃油压力与压力平衡弹簧3.4的弹力传递到同步压力润滑油缸3.1与润滑油槽R10，进润滑油单向阀7阻断升高的油压向润滑油道R8传递，此时润滑油槽R10中的润滑油油压Pj3高于燃油油压Pr2，有一个小的压差，即Pj3＝Pr2+1bar；柱塞2与工作油缸1.1的配合间隙J1下端的润滑油油压Pj3大于配合间隙J1上端工作油缸1.1中的燃油压油压Pr2，即Pj3＝Pr2+1bar，Pj3＞Pr2，阻止了燃油进入配合间隙J1，柱塞2上行泵油时也无燃油泄漏；存留在间隙J1中的润滑油起密封与润滑的作用，间隙J2中的润滑油起润滑作用，由于润滑油粘度大，J2间隙极小(小于4μm)，从间隙J2中泄出的润滑油很少，泄出的润滑油经挺杆室K1、挺杆8.4与泵体1的配合间隙J3、凸轮轴箱K2从回油管接口R11流回润滑油箱。工作油缸1.1中的油压高于高压燃油管中的油压时，高压燃油经出油道R1、高压燃油管接口R2泵入高压燃油管；柱塞2上行至上止点时出油单向阀4关闭，停止泵油，柱塞2开始下行又重复进油过程。

本发明的低压差液力密封式高压共轨燃油泵在进油与高压泵油的过程中，柱塞2与工作油缸1.1配合间隙J1的润滑油端的润滑油油压随燃油端燃油油压同步升降，并保持润滑油油压Pj3高于燃油油压Pr2，有一个小的压差，即Pj3＝Pr2+1bar；润滑油油压阻止了油压相对低1bar的高压燃油泄漏，使泵油油压可高于2200bar，高于现有共轨高压喷油泵泵油油压，并保证了柱塞2与工作油缸1.1精密滑动配合面的润滑，提高了工作可靠性与耐久性。并可用于柴油机燃用二甲醚等低粘度燃料。

Claims (2)

1.一种低压差液力密封式高压共轨燃油泵，包括泵体(1)、柱塞(2)、出油单向阀(4)、进油单向阀(5)、润滑油单向阀(7)、低压差控制阀(6)，其特征在于：还包括同步压力升降器(3)；所述的泵体(1)内设有工作油缸(1.1)，工作油缸(1.1)上端经出油道R1与出油单向阀(4)连通，出油单向阀(4)与共轨高压油管接口(R2)相连通；所述的工作油缸(1.1)上端经工作油缸油道(R3)分别与压力同步升降器(3)及进油单向阀(5)相连通，进油单向阀(5)经燃油道(R5)分别与低压差控制阀(6)及低压燃油管接口(R4)相连通，柱塞(2)装在工作油缸(1.1)内，并与工作油缸(1.1)呈精密的滑动配合，在与柱塞(2)滑动配合的工作油缸(1.1)的配合面上设有环形的润滑油槽(R10)，润滑油槽(R10)经润滑油槽油道(R9)分别与所述的同步压力升降器(3)及润滑油单向阀(7)连通；所述的润滑油单向阀(7)经低压差润滑油道(R7)、低压差控制阀(6)、润滑油道(R6)与压力润滑油管接口(R8)相连通；所述的柱塞(2)的与工作油缸(1.1)的配合间隙(J1)的上端与工作油缸(1.1)连通，配合间隙(J1)的下端与润滑油槽(R10)连通。

2.根据权利要求1所述的低压差液力密封式高压共轨燃油泵，其特征在于：所述的同步压力升降器(3)包括同步压力油缸(3.5)、压力平衡活塞(3.2)、压力平衡弹簧(3.4)；所述的压力平衡活塞(3.2)装在同步压力油缸(3.5)内与同步压力油缸呈精密的滑动配合，压力平衡活塞(3.2)的上端面与压力平衡弹簧(3.4)的下端相接，压力平衡弹簧(3.4)的上端与同步压力油缸(3.5)的上端面相接；所述的压力平衡活塞(3.2)将同步压力油缸(3.5)分隔为上部同步压力燃油缸(3.3)与下部同步压力润滑油缸(3.1)，上部同步压力燃油缸(3.3)经工作油道油缸(R3)分别与工作油缸(1.1)及进油单向阀(5)相连通，下部同步压力润滑油缸(3.1)经润滑油槽油道(R9)分别与润滑油槽(R10)及进润滑油单向阀(7)相连通。

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