CN102852667B

CN102852667B - 密封组件

Info

Publication number: CN102852667B
Application number: CN201210229754.5A
Authority: CN
Inventors: B·R·陶尔
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: DE102012013117A1; CN102852667A; US20130001891A1

Abstract

本发明涉及一种具有栓塞部件和负荷部件的两件式密封组件。栓塞部件包括能够形成金属对金属密封的突出部或咬边。负荷部件被旋转就位，使得其提供对栓塞部件的轴向力并提高金属对金属密封的质量。来自负荷部件的旋转力因零力矩接合部没有被传递给栓塞部件。因此，本发明的密封组件能够在高压下密封并避免在密封区域形成泄漏路径。

Description

密封组件

技术领域

本发明总体涉及一种高压密封组件，更特别地涉及一种用在高压燃料轨、接线盒、泵头或需要密封高压流体的其他高压部件上的非旋转式高压密封组件。

背景技术

发动机，包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机和现有技术中已知的其他发动机，将与燃烧有关的组分的复杂混合物排出。所述组分可以是气态的和固态的物质，包括氮氧化合物(NOx)和微粒物质。由于越来越注重环境，废气排放标准已变得更加严格，可根据发动机类型、发动机规格和/或发动机等级对发动机排放的NOx和微粒物质的量进行控制。

工程师已意识到达到与NOx和微粒物质排放有关的严格标准的一种方式可能是通过增加燃料喷射压力。对于现代共轨燃料系统而言，达到超出250Mpa(2500Bar)的喷射压力并不是不寻常的。燃料系统部件，包括共轨和密封件在内，必须能够安全地承受这些增大的压力。

共轨传统上利用旋转咬边金属对金属密封件进行密封。这些密封件被旋转到形成密封的位置。例如，授予Haas的美国专利6,129,359示出了一种具有外螺纹的密封件，在其远端部上具有刀刃或咬边。当该密封件被旋转就位时，可形成金属对金属密封。但在压力增大的燃料系统中，由于咬边相对于配合部件的旋转而形成泄漏路径的危险明显更高。

发明内容

公开的密封组件的目的在于克服上文所述的一项或多项问题。

在一个方面，提出了一种密封件，其包括具有密封表面和负荷承受表面的栓塞部件。还包括具有负荷表面的负荷部件，该负荷表面被构造为与负荷承受表面接合，使得负荷部件对栓塞部件施加轴向力，并使施加给栓塞部件的旋转力最小化。

在另一方面，提出一种用于内燃机的燃料系统，该燃料系统包括燃料源。还包括与所述燃料源流体连通的至少一个燃料泵，其被构造为使燃料增压。还包括与所述至少一个燃料泵流体连通的共轨。共轨也包括密封件，该密封件包括具有密封表面和负荷承受表面的栓塞部件。密封件还包括具有负荷表面的负荷部件，该负荷表面被构造为与负荷承受表面接合，使得负荷部件对栓塞部件施加轴向力，并使施加给栓塞部件的旋转力最小化。燃料系统还包括与共轨流体连通的至少一个燃料喷射器，其被构造为将燃料喷射到内燃机的气缸中。

在又一方面，提出一种密封孔(span)的方法，包括提供具有密封表面和负荷承受表面的栓塞部件的步骤。还包括放置栓塞部件使得所述密封表面覆盖所述孔的步骤。所述方法还包括提供具有负荷表面的负荷部件的步骤，该负荷表面被构造为与负荷承受表面接合。还包括对负荷部件施加旋转力使得将轴向力施加到所述栓塞部件上并且使施加给所述栓塞部件的旋转力最小化的步骤。

附图说明

图1是具有共轨和所公开的密封组件的燃料系统的示意图；

图2是一部分共轨和所公开的密封组件的详细截面图；

图3是所公开的密封组件的第一实施例的立体视图；以及

图4是所公开的密封组件的第二实施例的截面图。

具体实施方式

参照图1，示出了利用共轨燃料喷射器22的燃料系统。贮存器10容纳有环境压力下的燃料。输送泵12经过燃料供应线路13吸取低压燃料并将其提供给高压泵14。然后高压泵14将燃料加压至所希望的燃料喷射压力水平并将燃料输送至燃料轨16。燃料轨16可包括至少一个密封组件30。燃料轨16中的压力部分地由安全阀18控制，如果燃料轨16中的压力在所希望的压力之上，那么该安全阀使燃料溢出到燃料返回线路20。燃料返回线路20将燃料返回到贮存器10。

燃料喷射器22从燃料轨16吸取燃料并且将其喷射到(未示出的)发动机的燃烧缸内。未由燃料喷射器22喷射的燃料溢出到燃料返回线路20。电子控制模块(ECM)24为系统提供总的控制。ECM24接收各种输入信号，例如从连接至燃料轨16的压力传感器26和温度传感器28接收的输入信号，以确定操作条件。然后ECM24给包括输送泵12、高压泵14和燃料喷射器22在内的各种部件发出各种控制信号。

所公开的密封组件30的第一实施例在图2和图3中示出。图2示出了所公开的密封组件30和一部分燃料轨16的详细截面图，图3示出了密封组件30的立体视图。密封组件30包括具有密封表面34和负荷承受表面36的栓塞部件32。密封表面34还可以包括改进密封表面效力的一个或多个突出部35。在图3中，可以看到突出部35为已知为“刀刃”或“咬边”的环的形状。燃料轨16可以限定一个具有内部部分40的膛孔38，该内部部分被构造为积聚增压的燃料。膛孔38也可以包括朝向燃料轨的端部扩宽的部分42。在内部部分40和扩宽部分42相遇的接合处，燃料轨16限定一台肩44。栓塞部件32被插入扩宽部分42，使得密封表面34与台肩44接合。当密封表面34与台肩44接合时，在内部部分40和扩宽部分42之间的流体连通被阻断。更特别地，当突出部35与台肩接合时，形成密封件45。

密封组件30也包括负荷部件46。负荷部件46包括至少一个负荷表面48。负荷部件46还可以包括外螺纹50。外螺纹50可以设计成与位于膛孔38的扩宽部分42中的匹配螺纹52啮合。如在图2中所示，负荷部件还可以包括工具接合表面54。工具接合表面54可以由(未示出的)扳手或用于旋转负荷部件46的类似工具夹住。在负荷部件46被转动时，外螺纹50和匹配螺纹52相啮合，使得负荷部件46沿轴向移到扩宽部分42中。因此，负荷部件46对栓塞部件32施加轴向力。更具体地，负荷部件46的负荷表面48与栓塞部件32的负荷承受表面36接合，由此施加轴向力。施加给栓塞部件32的负荷承受表面的轴向力越大，由突出部35和台肩44接合所形成的密封作用越大。

尽管施加给栓塞部件32的轴向力通过将负荷部件46旋转到位实现，但施加给栓塞部件32的旋转力由于在负荷表面48和负荷承受表面36之间的零力矩接合部56而最小化。例如在图2至图3所示的实施例中，负荷承受表面36包括至少部分形状为凹的或球形的至少一个部分，而负荷表面48大致是平的。因此，当将负荷部件46旋转到位时，在负荷表面48和负荷承受表面36之间形成零力矩接合部56。在零力矩接合部56处负荷表面48和负荷承受表面36之间的表面面积接触最小化。因此，在零力矩接合部处的摩擦力也最小化。由于在零力矩接合部56处摩擦力减小，来自负荷部件46的轴向力被传递到栓塞部件32，而旋转力被最小化。

图4示出了公开的密封组件130的第二实施例。在该第二实施例中，密封组件130包括具有密封表面134和负荷承受表面136的栓塞部件132。密封表面134还可以包括一个或多个改进密封表面134效力的突出部135。密封组件130也包括负荷部件146。负荷部件146包括至少一个负荷表面148。负荷部件146还可以包括外螺纹150。负荷部件146还可以包括工具接合表面154。工具接合表面154可由(未示出的)扳手或用于旋转负荷部件146的类似工具夹住。

在运转中，公开的密封组件130的第二实施例以类似于第一实施例的方式起作用。负荷部件146被旋转到位，其中外螺纹150与匹配螺纹(未示出)啮合并对栓塞部件132施加轴向力。类似于第一实施例，尽管施加给栓塞部件132的轴向力通过将负荷部件146旋转到位实现，施加给栓塞部件132的旋转力因零力矩接合部156而最小化。第一实施例和第二实施例之间的关键区别如下。在第一实施例中，零力矩接合部56通过大致平的负荷表面48和至少部分为凹的或球形的负荷承受表面36来实现。在第二实施例中，正好相反。零力矩接合部156由包括凹的或球形的至少一个部分的负荷表面148和大致为平的负荷承受表面136形成。类似于第一实施例，在第二实施例的零力矩接合部156处负荷表面148和负荷承受表面136之间的表面面积接触最小化。因此，在零力矩接合部156处的摩擦力最小化。由于在零力矩接合部156处摩擦力减小，来自负荷部件146的轴向力被传递到栓塞部件132，而旋转力被最小化。

本领域普通技术人员易于理解，可存在不脱离本发明的范围或精神的其他实施例。关键是在零力矩接合部处的表面面积最小化。这可通过为凹的、球形的或甚至为圆锥形的负荷承受表面和负荷表面中的一者或两者实现。

工业实用性

现代共轨燃料系统在不断增大的压力下工作。在这些压力增大时，燃料轨的金属对金属密封的质量也必须加强。传统上使用球塞或旋转咬边密封件。球塞提供一直到某一最小燃料压力(例如＞190Mpa)的良好密封。球塞经常不能超出这些较高的压力，因为它们不能形成真正的金属对金属密封。具有旋转咬边的密封件通常可以在较高的压力下密封，因为咬边形成真正的金属对金属密封。但旋转咬边栓塞会引起其他的问题。栓塞部件旋转到密封位置可危及密封的完整性，因为它会在密封区域形成泄漏路径。在增大的压力下，这些泄漏路径变得明显。

本发明的密封组件是具有栓塞部件和负荷部件的两件式组件。栓塞部件包括能够形成金属对金属密封的突出部或咬边。负荷部件被构造为被旋转就位，使得其提供对栓塞部件的轴向力并提高金属对金属密封的质量。来自负荷部件的旋转力因零力矩接合部而未被传递到栓塞部件。因为在两个部件之间的表面面积最小化，所以形成在栓塞部件和负荷部件之间的零力矩接合部。通过使表面面积最小化，摩擦力最小化。摩擦力最小化也使旋转传递的力最小化。因此，本密封组件既可在高压下密封又可避免在密封区域形成泄漏路径。

本领域普通技术人员可以理解，公开的密封组件可以用于密封高压燃料轨。除了高压燃料轨外，公开的组件也可以用于密封接线盒、泵头或需要密封高压流体的任意其他高压部件。

上面的描述仅意于说明性目的，并不意于以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域普通技术人员可以理解在不脱离本发明精神和范围的条件下针对所示实施例的各种修改和用途，本发明的范围通过下面阐明的权利要求书限定。

Claims

1.一种密封组件，包括：

具有密封表面和负荷承受表面的栓塞部件，所述密封表面包括环形突出部，所述环形突出部被构造为接合围绕孔周边设置的台肩；

具有负荷表面的负荷部件，该负荷表面被构造为与栓塞部件的负荷承受表面直接接合，所述负荷承受表面成形为至少部分球形，其中，所述负荷部件对所述栓塞部件施加轴向力，并使施加给所述栓塞部件的旋转力最小化。

2.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述负荷表面大致为平的。

3.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，一部分所述负荷表面成形为球形。

4.如权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述负荷部件还包括螺纹部分。

5.一种用于内燃机的燃料系统，包括：

燃料源；以及

与所述燃料源流体连通的至少一个燃料系统部件，并且所述燃料系统还包括密封组件，该密封组件包括：

6.如权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，所述负荷表面大致为平的。

7.如权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，所述负荷表面成形为至少部分球形。

8.如权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，所述负荷部件还包括螺纹部分。

9.如权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料系统部件从由燃料泵、燃料轨和接线盒构成的组中进行选择。

10.一种密封孔的方法，包括下列步骤：

提供具有密封表面和负荷承受表面的栓塞部件，所述密封表面具有环形突出部；

放置所述栓塞部件，使得所述密封表面接合围绕孔周边设置的台肩；

提供具有负荷表面的负荷部件，该负荷表面被构造为与栓塞部件的负荷承受表面直接接合，所述负荷承受表面成形为至少部分球形；

在所述负荷部件上施加旋转力，使得轴向力被施加到所述栓塞部件上，并且施加给所述栓塞部件的旋转力最小化。