CN102933835A - 具有双复位弹簧的单活塞式泵 - Google Patents

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Abstract

由于大的活塞复位弹簧的不均匀负载产生的过大的侧负载造成的泵浦活塞被卡住的情况可通过将挺杆复位功能和活塞复位功能分离来防止，因此使作用于活塞上的弹簧力最小化。单独的且不同的偏置装置实施各自的功能。优选地，更强并且更重的负载外弹簧被装配在泵体和挺杆之间，使其不传递负载并且因此侧负载不会传递到泵浦活塞。因为内弹簧不需要承载任何的挺杆负载，所以较弱并且较轻负载的内弹簧比常规活塞复位弹簧对泵浦活塞传递更小的侧负载。在活塞的泵送冲程和充气冲程期间，所述活塞复位弹簧能够辅助所述挺杆复位弹簧，但所述挺杆复位弹簧不能辅助所述活塞复位弹簧。

Description

具有双复位弹簧的单活塞式泵
技术领域
本发明涉及径向活塞式燃料供给泵，特别涉及用于对共轨燃料喷射系统进行增压的单活塞式泵。
背景技术
单活塞式、凸轮驱动的高压泵已经成为用于在共轨直接喷射式汽油发动机中产生高压燃料的普通解决方案。这些泵典型地由挺杆驱动，所述挺杆邻近用于周期性地推动泵浦活塞的致动端的阀凸轮装配。在应用上凸轮式发动机的情况下，使用了质量轻的短挺杆并且泵系统的总往复质量可通过装配在燃料泵的外部的单一复位弹簧来管理。这个弹簧直接使活塞复位，同时活塞使挺杆复位。然而，当把直接喷射技术用于常规的具有单凸轮轴的推杆型V-6或V-8发动机时，显而易见的是，必须控制更长，更重的挺杆。在这种情况下，凸轮轴置于发动机中央并且泵的期望位置在发动机顶上以容纳燃料连接通道。这个附加的延伸导致了更长的挺杆布置以及增大的往复质量。这种在质量上的显著的增长要求复位弹簧的负载能够大于上凸轮发动机中的典型负载的两倍。
常规的活塞式复位弹簧位于泵体和装配在活塞的致动端上的弹簧座之间。这种复位弹簧提供将柱塞复位和将挺杆复位的双重功能。单一复位弹簧的尺寸的增加出现了两个问题。首先，在保持泵体外部的活塞的相同的延伸量的同时试图封装更长且强度更大的弹簧变得困难且非常昂贵。其次，强度更大的弹簧可能在泵浦活塞上传递非期望的显著的侧负载，其可致使活塞被卡住。这种不均匀的负载由普通弹簧端的垂直容限（squareness tolerance）造成，并且离心负载（偏离中心线）由弹簧的几何形状变化造成。
发明内容
本发明的主要目的在于消除由大型活塞复位弹簧的不均匀负载产生的过大的侧负载所造成的泵浦活塞的卡住。
这一目的是通过将挺杆复位功能与活塞复位功能分开来实现的，因此使得作用于活塞上的弹簧力最小。分开的且不同的偏压装置实施相应的功能。
优选地，更强并且更重的负载外弹簧被装配在泵体和挺杆之间，使得其不传递负载并且因此不传递侧负载至泵浦活塞。因为内弹簧不需要承载任何的挺杆负载，所以较弱并且较轻的负载内弹簧比常规活塞式复位弹簧对泵浦活塞传递更小的侧负载。在活塞的泵送冲程和充气冲程期间，所述活塞复位弹簧能够辅助挺杆复位弹簧，但挺杆复位弹簧不能辅助活塞复位弹簧。
在一个方案中，此处公开了一种高压单活塞式燃料泵，其具有主体；主体内的泵浦腔室；活塞，其具有位于所述泵浦腔室中的一端和位于所述主体外部的另一端，并且其能够在远离泵浦腔室的回缩运动以及朝向泵浦腔室的泵送运动之间往复运动。挺杆支承在活塞的另一端上以传递泵送运动。活塞复位弹簧安装在活塞处并朝向挺杆偏置活塞；并且不同的挺杆复位弹簧安装在挺杆处。
优选地，所述活塞在套筒中做往复运动，该套筒通过止动器保持在主体中，并且活塞复位弹簧和挺杆复位弹簧中的每一个均抵靠止动器安装。
由另一方案可以得知，所述改进包括所述活塞复位弹簧被连接到活塞而不是连接到挺杆，以及不同的挺杆复位弹簧作用在挺杆上而不是作用在活塞上。
优选地，每个弹簧均为细长的盘簧，所述活塞复位弹簧被同轴地定位于挺杆复位弹簧内，并且所述挺杆复位弹簧比活塞复位弹簧具有更高的弹簧刚度。
将使活塞以及内弹簧座和挺杆做往复运动所需的总负载分配至两个分开的弹簧，通过消除由外部弹簧造成的所有活塞侧负载来减小弹簧招致的活塞侧负载。因为所述外部弹簧比所述内部弹簧具有更高的负载和刚度（使得高的挺杆质量复位所需的），所以使得弹簧招致的活塞侧负载最小。
所述外部弹簧（挺杆复位）优选地通过干涉配合（interference fit）固定至泵且固定到外部弹簧止动器上以允许处理和组装进发动机中。有益效果在于，发动机制造者无需处理和组装松动的外部弹簧。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的剖视图；
图2为示出了作用在图1的实施例中的泵浦活塞上的侧负载力的自由体示意图。
具体实施方式
图1和图2示出了依据本发明的实施例的单活塞式高压泵10的部分，其中通过挺杆14致动泵浦活塞12。泵具有主体16、在主体内的泵浦腔室18、一（内）端20位于泵浦腔室中而另一（外）端22位于主体外部的活塞。活塞套筒24被紧固至主体并且具有镗孔26，在该镗孔中，活塞在燃料被传送至泵浦腔室的回缩运动以及活塞对泵浦腔室中的燃料进行增压的泵送运动之间做往复运动。被增压的燃料通过端口28以及排放止回阀30排放至用于对共轨进行增压的高压管线中。
挺杆14支承在活塞的外部致动端22上以传递泵送运动。尽管在图中未示出，如已知但是未示出的，该挺杆由发动机的凸轮轴向上推。正与泵浦活塞接触的挺杆，依次向上推活塞以压缩在泵浦腔室20中的流体。该活塞优选地以受控的径向间隙装配在活塞套筒的镗孔26内。通过固定至主体的套筒止动器32来定位和导向该活塞套筒。在美国公开号为2008/0213112的“LoadRing Mounting of Pumping Plunger（泵浦柱塞的负载环装配）”中描述了活塞12、套筒24、止动器32、密封件34、36以及负载环38的优选结构，其全部内容通过引用被合并于此。然而，本发明并不取决于活塞如何装配在主体中。
外部弹簧止动器40优选地通过干涉配合定位到套筒止动器32上。该套筒止动器32具有面向挺杆的外端，该外端限定外环形台肩42，其中挺杆复位弹簧46的一端44安装在该外环形台肩处。该挺杆具有台肩48，挺杆复位弹簧的另一端50直接地安装在台肩48上或者安装在置于挺杆的台肩上的单独的外部弹簧座52上。
优选地，套筒止动器32的外端面具有环形颈部54，活塞延伸穿过环形颈部54，并且弹簧止动器由该颈部支撑。内边缘部64以及台肩56提供用于活塞复位弹簧58的导向件和支座，外边缘部66和台肩42提供用于外部弹簧46的导向件和支座，并且因此保持弹簧之间的最小间隔。因此，活塞复位弹簧58以及挺杆复位弹簧46中的每一个直接或间接地抵靠套筒止动器安装。为了简单地制造断续的边缘部64、66以及用于保持在环形颈部54上的压配合直径，弹簧座优选地通过冲压工艺制成。该边缘部66能够与外弹簧46干涉配合以在泵的运送过程中保持住弹簧。弹簧座40也形成台肩，该台肩将密封件36保持在套筒止动器32内。
活塞复位弹簧58以及挺杆复位弹簧46中的每一个均为细长的盘簧。挺杆14具有头部60，头部60支承在从台肩48凸出的活塞的外端22上，挺杆复位弹簧被直接或间接地安装在该台肩48上。活塞复位弹簧同轴地位于挺杆复位弹簧内。在泵的充气循环期间外部弹簧46迫使挺杆14的质量向下，但是不通过活塞12施加任何负载。内部弹簧止动器58优选地通过干涉配合被固定至活塞12。在泵的充气循环期间内部弹簧62迫使活塞和内部弹簧止动器的质量向下，因此保持了在活塞12与挺杆14之间的紧密接触。
图2示出了描述由内部弹簧58传递的泵浦活塞侧负载的自由体示意图。Fs为由在垂直度之外的弹簧中心线造成的负载，其当端部垂直度偏差超过引导的端线圈之间的间隙时产生。Fe为由如端面平行性、线圈几何形状、中心线垂直度以及端面接触表面（360度接触是不可能的）的弹簧变化造成的偏心负载。FRtap为传递至挺杆14的反作用负载，FRb为传递至活塞套筒24的底部的反作用负载，FRt为传递到活塞套筒的顶部上的反作用负载。因为外部弹簧46永远不会接触泵浦活塞或内部弹簧座62，所以外部弹簧46不向泵浦活塞12传递侧负载。

Claims (17)

1.在一种高压单活塞式燃料泵中，所述高压单活塞式燃料泵具有：主体；在主体内的泵浦腔室；活塞，其具有位于所述泵浦腔室中的一端和位于所述主体外部的另一端；活塞套筒，其紧固至所述主体并且具有镗孔，在所述镗孔中活塞在燃料被传送至所述泵浦腔室的回缩运动以及活塞对所述泵浦腔室中的燃料进行增压的泵送运动之间做往复运动；挺杆，其支承在所述活塞的另一端上以传递所述泵送运动；以及活塞复位弹簧，其朝向所述挺杆偏置所述活塞，其中改进包括所述活塞复位弹簧安装在所述活塞处并且不同的挺杆复位弹簧安装在所述挺杆处。
2.如权利要求1所述的泵，其中，套筒止动器将所述活塞套筒保持在所述主体内，并且所述活塞复位弹簧以及所述挺杆复位弹簧中的每一个均直接或间接地抵靠套筒止动器安装。
3.如权利要求1所述的泵，其中，所述活塞复位弹簧以及所述挺杆复位弹簧中的每一个均为细长的盘簧。
4.如权利要求1所述的泵，其中，所述挺杆具有台肩以及支承在所述活塞的另一端上的头部，所述挺杆复位弹簧安装在所述台肩上。
5.如权利要求2所述的泵，其中，所述活塞复位弹簧以及所述挺杆复位弹簧中个每一个均为细长的盘簧，并且所述活塞复位弹簧同轴地位于所述挺杆复位弹簧内。
6.如权利要求2所述的泵，其中，所述挺杆具有台肩以及支承在所述活塞的另一端上的头部，所述挺杆复位弹簧安装在所述台肩上。
7.如权利要求3所述的泵，其中，所述挺杆具有台肩以及支承在所述活塞的另一端上的头部，所述挺杆复位弹簧安装在所述台肩上。
8.如权利要求1所述的泵，其中，套筒止动器将所述活塞套筒保持在所述主体内并且具有面向所述挺杆的外端，所述外端具有外环形台肩，挺杆复位弹簧的一端被安装在所述外环形台肩处，并且所述挺杆具有台肩，挺杆复位弹簧的另一端被安装在所述台肩处。
9.如权利要求8所述的泵，其中，套筒止动器的外端面具有内环形颈部，所述活塞延伸通过所述颈部，并且弹簧止动器由所述颈部支撑，其具有内环状部和在所述台肩处的外边缘部，所述内环状部提供用于活塞复位弹簧的支座，所述外边缘部用于保持弹簧之间的最小间隔。
10.在一种高压单活塞式燃料泵中，所述高压单活塞式燃料泵具有：主体；在主体内的泵浦腔室；活塞，其具有位于所述泵浦腔室中的一端和位于所述主体外部的另一端；活塞套筒，其被紧固至主体并且具有镗孔，在所述镗孔中活塞在燃料被传送至所述泵浦腔室的回缩运动以及活塞对所述泵浦腔室中的燃料进行增压的泵送运动之间做往复运动；挺杆，其支承所述活塞的另一端上以传递所述泵送运动；以及活塞复位弹簧，其朝向挺杆偏置所述活塞，其中改进包括所述活塞复位弹簧被连接到活塞而不是连接到挺杆，以及设置了作用在挺杆上而不是活塞上的不同挺杆复位弹簧。
11.如权利要求10所述的泵，其中，每个弹簧为细长的盘簧，所述活塞复位弹簧同轴地定位于所述挺杆复位弹簧内，并且所述挺杆复位弹簧具有比所述活塞复位弹簧高的弹簧刚度。
12.如权利要求11所述的泵，其中，所述套筒止动器将所述活塞套筒保持在主体内，并且活塞复位弹簧以及挺杆复位弹簧中的每一个均直接或间接地抵靠所述套筒止动器安装。
13.如权利要求10所述的泵，其中，套筒止动器将所述活塞套筒保持在主体内并且具有面向挺杆的外端，所述外端具有外环形台肩，所述挺杆复位弹簧的一端被安装在所述台肩处，并且所述挺杆具有台肩，所述挺杆复位弹簧的另一端被安装在所述台肩处。
14.如权利要求13所述的泵，其中，套筒止动器的外端面具有内环形颈部，活塞延伸通过所述颈部，并且弹簧止动器由所述颈部支撑，其具有内环状部和在所述台肩处的外边缘部，所述内环状部提供用于活塞复位弹簧的支座，所述外边缘部用于保持弹簧之间的最小间隔。
15.在一种高压单活塞式燃料泵中，所述高压单活塞式燃料泵具有：主体；在主体内的泵浦腔室；活塞，其一端位于所述泵浦腔室内，另一端位于主体外部；活塞在远离泵浦腔室的回缩运动以及朝向泵浦腔室的泵送运动之间做往复运动；以及挺杆，其支承在活塞的另一端上并且被周期性地朝着泵浦腔室驱动以传递活塞上的所述泵送运动，以及在所述回缩运动过程中用于回缩所述活塞和所述挺杆使其远离泵浦腔室的装置，其中改进包括用于回缩所述挺杆的装置与用于回缩所述活塞的装置分离并且与用于回缩所述活塞的装置不同。
16.如权利要求15所述的泵，其中，用于回缩所述活塞的装置为连接至所述活塞而非连接至所述挺杆的线圈复位弹簧，并且用于回缩所述挺杆的装置是作用于所述挺杆上而不是所述活塞上的单独的且不同的线圈复位弹簧。
17.如权利要求16所述的泵，其中，所述挺杆复位弹簧具有比所述活塞复位弹簧高的弹簧刚度。
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