CN104061100A - 一种高压供油泵所用的密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高压供油泵所用的密封结构，其在调整垫块的密封环面上设置有一凸起密封环带和一密封环槽，密封环槽位于凸起密封环带的外围，在锁紧螺母旋紧过程中，凸起密封环带嵌入到密封法兰的法兰密封面中，密封法兰的法兰密封面上被凸起密封环带压出的材料退入到密封环槽内。本发明的有益效果在于：一方面可大幅度地减少燃油在高压和低压时的泄漏量，提高泵油单元的可靠性；另一方面可以精确控制控制阀芯的行程，从而更准确地确定进入燃油室的燃油量和控制阀芯的运动时间。

Description

一种高压供油泵所用的密封结构

技术领域

本发明涉及一种柴油发动机的高压供油泵所用的密封结构，特别涉及一种应用于高压共轨燃油喷射系统的高压供油泵所用的密封结构。

背景技术

电控高压共轨燃油喷射系统，作为柴油发动机满足国三、国四或更高排放标准的最佳选择，由高压供油泵、高压油轨、电控喷油器、ECU和传感器等组成。在该系统中，高压供油泵的主要功能是定时地向高压油轨提供足够的燃油，以保证高压油轨内燃油压力的稳定性。其供油时刻和供油量大小由ECU控制。按机械原理，高压供油泵有直列柱塞泵和径向转子泵两种型式；按控制原理，有控制低压进油和控制高压出油两种型式。在控制低压进油的方式中，其所需要的油量控制阀一直作为技术难点制约着该产品的研制，导致产品的开发与研制停滞不前。在控制高压出油的方式中，在高压时，燃油容易产生泄漏，从而导致油温高、泵油效率低和电磁铁工作负荷大等缺陷。

为满足日益严格的排放法规要求，提高燃油喷射压力已成为降低柴油机有害排放的重要方法之一。在控制高压出油的高压供油泵系统中，随着燃油喷射压力的提高，高压下的燃油泄漏风险也随之增加，很容易导致油温高、泵油效率低以及电磁铁工作负荷大等缺陷。因此，解决高压下供油泵的密封问题已迫在眉睫。

高压下的密封方式主要有：锥面密封、球面密封、平面密封。其中，平面密封主要是依靠零件加工平面之间的相互压紧来实现密封的。该密封机制对零件的加工精度(如平面度、表面粗糙度、垂直度)要求相当高,难度也较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有技术的高压供油泵都普遍存在漏油、油温高等现象，而提供一种高压下密封效果良好的高压供油泵所用的密封结构。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种高压供油泵所用的密封结构，包括泵油单元，所述泵油单元包括一阀体，所述阀体内具有一高压油腔，在所述高压油腔内通过锁紧螺母安装有调整垫块，所述调整垫块用以调节控制阀芯的行程；所述调整垫块的外圆面与高压油腔的内环腔面之间具有一配合间隙；在所述高压油腔的内环腔面上设置有一向所述高压油腔内凸出的密封法兰，所述调整垫块具有一所述密封法兰的法兰密封面相互配合的密封环面，其特征在于，在所述调整垫块的密封环面上设置有一凸起密封环带和一密封环槽，所述密封环槽位于所述凸起密封环带的外围，在所述锁紧螺母旋紧过程中，所述凸起密封环带嵌入到所述密封法兰的法兰密封面中，所述密封法兰的法兰密封面上被所述凸起密封环带压出的材料退入到所述密封环槽内。

在本发明的一个优选实施例中，所述凸起密封环带的宽度为0.2-0.25mm，高度为0.055-0.075mm。

在本发明的一个优选实施例中，所述调整垫块上的密封端面与所述密封法兰的法兰密封面之间的间隙为0.085mm～+0.05mm。

在本发明的一个优选实施例中，在所述调整垫块的外圆面与高压油腔的内环腔面之间设置有一O形密封圈，在所述O形密封圈与密封法兰这一段的高压油腔的内环腔面上设置有一斜向的回油孔，所述回油孔与阀体内的低压油室联通。

在本发明的一个优选实施例中，所述高压油腔与所述锁紧螺母连接的螺纹为防松螺纹。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：一方面可大幅度地减少燃油在高压和低压时的泄漏量，提高泵油单元的可靠性；另一方面可以精确控制控制阀芯的行程，从而更准确地确定进入燃油室的燃油量和控制阀芯的运动时间。

附图说明

图1为本发明的密封结构示意图。

图2为本发明的调整垫块结构示意图。

图3为使用本发明的高压共轨燃油系统工作示意图。

图4为使用本发明的泵油单元的结构示意图。

图5为使用本发明的高压供油泵的四缸凸轮轴结构示意图。

图6为图5所示的四缸凸轮轴上的凸轮凸形示意图。

图7为使用本发明的高压供油泵的六缸凸轮轴结构示意图。

图8为图7所示的六缸凸轮轴上的凸轮凸形示意图。

图9为使用本发明的高压供油泵工作过程第一状态示意图。

图10为使用本发明的高压供油泵工作过程第二状态示意图。

图11为使用本发明的高压供油泵工作过程第三状态示意图。

图12为使用本发明的高压供油泵工作过程第四状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，图中给出的高压供油泵所用的密封结构，主要用于高压供油泵的泵油单元中，泵油单元包括一阀体210，阀体210内具有一高压油腔215，在高压油腔215内通过锁紧螺母257安装有调整垫块256，调整垫块256用以调节控制阀芯252的行程；调整垫块256的外圆面与高压油腔215的内环腔面之间具有一配合间隙267，使高压油腔215内的高压燃油通过配合间隙267时，由于节流作用而产生压降，从而提高密封效果。

在高压油腔215的内环腔面上设置有一向高压油腔215内凸出的密封法兰215a，调整垫块256具有一密封法兰215a的法兰密封面215b相互配合的密封环面256c，在调整垫块256的密封环面256c上设置有一凸起密封环带256a和一密封环槽256b，密封环槽256b位于凸起密封环带256a的外围。该密封环槽256b的作用一方面可降低变形阻力，另一反面可盛积被凸起密封环带256a压出而隆起的材料，确保调整垫块256的密封环面256c与密封法兰215a的法兰密封面215b完全接触，进一步保证了凸起密封环带256a的密封效果。

上述凸起密封环带256a的宽度为0.2-0.25mm，高度为0.055-0.075mm。

在锁紧螺母257上施加一定的拧紧扭矩，一方面凸起密封环带256a嵌入到密封法兰215a的法兰密封面215b中,使密封法兰215a的法兰密封面215b产生塑性变形，在密封法兰215a的法兰密封面215b上压出一圈均匀的密封圈槽，从而达到高压下的密封效果。另一方面利用调整垫块256上的凸起密封环带256a的高度进行装配限位，可更确地控制控制阀芯252的行程。阀芯252的行程可以通过调节调整垫块256上的密封端面256c与密封法兰215a的法兰密封面215b之间的间隙来调节，调整垫块256上的密封端面256c与密封法兰215a的法兰密封面215b之间的间隙0.085mm～+0.05mm，也就是说阀芯252的行程为0.085mm～+0.05mm

在调整垫块256的外圆面与高压油腔215的内环腔面之间设置有一O形密封圈266，在O形密封圈266与密封法兰215a这一段的高压油腔215的内环腔面上设置有一斜向的回油孔268，回油孔268与阀体210内的低压油室220联通。可降低由加工误差带来的漏油风险。此外，高压油腔215与锁紧螺母257连接的螺纹为防松螺纹，大大减少该密封结构松弛的可能。

参见图3,图中所示的一种应用于高压共轨燃油喷射系统的高压供油泵，包括一个泵体100,泵体具有两个泵室110和一个泵油单元驱动部件工作室120,两个泵室110并列位于泵油单元驱动部件工作室120的上方。在泵体100的上部设置有一低压油室130并安装有一稳压阀140，稳压阀140的入口与油路连接，稳压阀140的出口与低压油室130连通。在泵体100的中下部设置有一滚轮体部件润滑油室150和两个滚轮体部件润滑油孔160，两个滚轮体部件润滑油孔160的入口与滚轮体部件润滑油室150连通，出口分别与两个泵室110连通，在滚轮体部份润滑油室150上安装有润滑油阀180，润滑油阀180将润滑油注入到滚轮体部份润滑油室150中，然后通过两个滚轮体部件润滑油孔160注入到泵室110内，以润滑在泵室110内运动的滚轮体部件410，在滚轮体部件410的底部安装有滚轮420，滚轮420与泵油单元驱动部件中的凸轮310接触。在泵体100的下部泵室110安装有一个凸轮位置传感器170，凸轮位置传感器170对应泵油单元驱动部件中的凸轮轴300上的信号齿(图中未示出)，用以分别判断两个凸轮310的相位。凸轮位置传感器170与ECU(图中未示出)信号连接，将检测到的凸轮310相位信号传递至ECU，以决定凸轮的泵油时刻。

在每一个泵室110内安装有一个泵油单元200。两泵油单元200并列，在泵油单元驱动部件工作室120安装有泵油单元驱动部件300，该泵油单元驱动部件300的旋转轴线与两个泵油单元200的轴线相互垂直，泵油单元驱动部件300与发动机的驱动齿轮动力连接，驱动泵油单元200工作。

参看图4，泵油单元200包括一个阀体210，在阀体210下部外壁偏上方向设置有一低压油环211，该低压油环211与泵室110的室壁构成一低压油室220(参见图3)。该低压油室220与泵体110上的低压油室130贯通，这样燃油就能由低压油室130进入到低压油室220中。在低压油环220的上下两侧各安装有一个O型密封圈232，以起到密封低压油室130和低压油室220的作用。

在阀体210的下部设置有轴向的柱塞腔212和柱塞润滑油孔213。柱塞润滑油孔213的一端与低压油环211，也就是低压油室220连通，另一端与柱塞腔212连通，这样可以利用燃油对柱塞230进行润滑。柱塞230由下而上插入到柱塞腔212中，使柱塞230上部的柱塞腔形成一燃油室212a。柱塞230的下端延伸出柱塞腔212并于柱塞阀弹簧座231连接，在阀体210的下部和柱塞220的下部套有柱塞弹簧240，该柱塞弹簧240的下端与柱塞弹簧座231接触。柱塞弹簧座231置入滚轮体部件410中(参见图3)，由滚轮体部件410带动向上运动，滚轮体部件410滑动安装在泵室110内的下部并由泵油单元驱动部件300中的凸轮310推动向上运动。柱塞腔212、柱塞230、柱塞弹簧240、柱塞阀弹簧座231、滚轮体部件410构成一柱塞泵。

当滚轮体部件410通过柱塞弹簧座231推动柱塞230向上运动时，柱塞弹簧240压缩储能，当泵油单元驱动部件300中的凸轮310失去对滚轮体部件410的推动时，柱塞弹簧240释放，推动柱塞230和柱塞弹簧座231向下运动，实现一个柱塞泵的工作循环。柱塞230的工作段为光杆结构，在柱塞230的工作段外圆镀有一层高硬度的合金镀层，以降低柱塞运动时的摩擦力，增加其耐磨性和提高其使用寿命。

在阀体210内的中部径向设置有控制阀芯安装孔214、高压油腔215、回油室216。控制阀芯安装孔214一端与高压油腔215连通，另一端与回油室216连通，高压油腔215与控制阀芯安装孔214之间通过密封锥面217过渡连接。

在阀体210内的中部设置有斜向的燃油入孔218、轴向的柱塞油孔219、轴向的燃油出孔210a。燃油入孔218的一端与低压油室220连通，另一端与控制阀芯安装孔214连通。柱塞油孔219的一端与燃油室212a连通，另一端与高压油腔215连通。

在阀体210的上部设置有一出油阀安装腔210d，单向阀回油孔210b的一端与单向阀安装腔210d连通，另一端与回油室219连通。燃油出孔210a的入口与高压油腔215连通，另一端与单向阀安装腔210d连通。

本发明的电磁阀250包括电磁铁251、控制阀芯252、衔铁253、电磁铁弹簧254、调整垫块255、256。电磁铁251通过调整垫块255及紧固件安装阀体210上部的一侧面，该电磁铁251受ECU控制。在调整垫块255两端面，分别安装了橡胶密封圈255a和255b，以保证电磁250的密封性。调整垫块255用以调整电磁铁251与衔铁253之间的气隙，从而调整电磁铁251驱动衔铁253的电磁力。

在调整垫块255内设置有一衔铁安装孔255c，衔铁253安装在衔铁安装孔255c内。

控制阀芯252包括一个杆状的阀芯部252a和位于阀芯部252a一端的阀塞部252b，阀塞部252b为外六方形，避免了传统的内六方而导致零件整体强度变差，同时也为控制阀芯252的加工和装配提供便利。阀塞部252b与阀芯部252a通过密封锥面252c过渡连接，密封锥面252c与密封锥面217配合形成密封。当电磁铁251不通电时，控制阀芯252在电磁铁弹簧254作用下向左侧运动一个位置时(结合图4)，密封锥面252c与密封锥面217形成一个间隙。当电磁铁251通电时，控制阀芯252在衔铁253作用下向右侧运动一个位置时(结合图4)，密封锥面252c与密封锥面217形成密封。

在阀芯部252a靠近密封锥面252c的一端设置有压力油环槽252d，在阀芯部252a内设置有轴向的油道252e并在阀芯部252a两端分别设置有油孔252f、252g，油孔252f连通油道252e与压力油环槽252d，油孔252g连通油道252e与回油室216。

阀芯部252a滑动安转在控制阀芯安装孔214中，阀塞部252b位于高压油腔215内，在高压油腔215内通过锁紧螺母257安装有调整垫块256，调整垫块256用以调节控制阀芯252的行程，通过调节控制阀芯252的行程进而可以一方面决定密封锥面252c与密封锥面217之间的间隙大小，决定进入燃油室212a内燃油的多少；另一方面决定控制阀芯252第一位置与第二位置之间的运动时间。调整垫块256的外圆面与高压油腔215的内环腔面之间具有很小的配合间隙，使高压油腔215内的高压燃油通过配合间隙时，由于节流作用而产生压降，从而提高密封效果。

另外，柱塞油孔219的端口位于阀塞部252b与调整垫块256之间，这样当电磁铁251断电时，燃油室212a内燃油压力作用在阀塞部252b的左端面，其作用力远远大于电磁铁弹簧254的反作用力，密封锥面252c与密封锥面217始终处于密封状态，因此可以使电磁铁251的工作负荷减小，相应的所产生的热量减少，寿命和可靠性得到大大提高。

在阀芯部252a滑动安装在控制阀芯安装孔214中后，压力油环槽252d与控制阀芯安装孔214的孔壁之间形成一环形压力油室258。

控制阀芯252的另一端穿过回油室216伸入到调整垫块255内的衔铁安装孔255c中与衔铁253通过紧固件连接，电磁铁弹簧254通过电磁铁弹簧座259安装在控制阀芯252上且位于回油室216内，电磁铁弹簧254的另一侧抵触到固定在阀体210一侧且位于衔铁安装孔255c内的弹簧垫259a。

本发明的出油阀260为锥阀，该锥阀装在阻尼阀安装腔210d内，包括出油堵头261、阻尼阀弹簧262、和阻尼阀263，在出油堵头261内设置有轴向的燃油出孔261a，该燃油出孔的出口通过高压油管510连接共轨油管520，共轨油管连接喷油器530。

阻尼阀弹簧262下端将阻尼阀263压在燃油出孔210a的出口上，上端与出油堵头接触，在阻尼阀263上设置有三个斜向的小孔263a，该小孔与其内部的轴向的过油孔263b相通，该过油孔263b的出口与燃油出孔261a的入口连通。燃油出口210a的出口为密封锥面217a，该密封锥面与阻尼阀密封锥面263c之间形成良好密封，因而燃油在高压下产生的泄漏量极少，泵油效率得到很大的提高。

参看图5和图6，图中所示的泵油单元驱动部件为对应四缸发动机的泵油单元驱动部件300a，该泵油单元驱动部件300a包括一凸轮轴320a和间隔安装在凸轮轴320a上的两个凸轮310a，凸轮轴320a轴设于泵油单元驱动部件工作室内,该凸轮轴320a与发动机的驱动齿轮动力连接，两个凸轮310a分别位于两个泵室的下方；凸轮310a为两作用凸轮，具有两个凸形点311a、312a,两个凸形点311a、312a成180°布置，两个凸轮310a上的凸形点311a、312a错位90°。这样当凸轮轴320a每旋转360度，泵油单元200泵油四次，与发动机喷油频率保持一致。

参看图7和图8，图中所示的泵油单元驱动部件为对应六缸发动机的泵油单元驱动部件300b，该泵油单元驱动部件300b包括一凸轮轴320b和间隔安装在凸轮轴320b上的两个凸轮310b，凸轮轴320b轴设于泵油单元驱动部件工作室内,该凸轮轴320b与发动机的驱动齿轮动力连接，两个凸轮310b分别位于两个泵室的下方；凸轮310b为三作用凸轮，具有三个凸形点311b、312b、313b,三个凸形点311b、312b、313b成120°布置，两个凸轮310b上的凸形点311b、312b、313b错位60°。这样当凸轮轴320a每旋转360度，泵油单元200泵油六次，与发动机喷油频率保持一致。

本发明对应四缸发动机的高压供油泵的工作过程如下：参见图9，凸轮310a在发动机的驱动齿轮的带动下，以一定的转速按顺时针的方向产生旋转运动，凸轮310a上的一个凸形点311a逐渐离开滚轮420，在柱塞弹簧240的作用下，推动柱塞230随之下行(参见图10)，柱塞230下行过程中，通过滚轮体部件410带动滚轮420始终与凸轮310a接触。在柱塞230下行过程中，ECU500控制电磁铁251不通电，这时控制阀芯252在电磁铁弹簧254的作用下，与调整垫块256接触而处于第一位置。此时，控制阀芯252上的密封锥面252c与控制阀芯安装孔214内的密封锥面217分开，产生间隙，而出油阀260中的阻尼阀263在阻尼阀弹簧262和共轨油管520内燃油的背压作用下，阻尼阀密封锥面263c紧紧顶住燃油出孔210a的出口，即出油阀260处于关闭状态。从燃油入孔218而来的燃油通过环形压力油室258、控制阀芯252上的密封锥面252c与控制阀芯安装孔214内的密封锥面217之间的间隙、柱塞油孔219进入到燃油室212a内，进入燃油室212a中燃油的多少取决于柱塞220直径和凸轮310a升程的大小(参见图10)。

参见图11，凸轮310a在发动机的驱动齿轮的带动下，按顺时针的方向继续转动，柱塞230随着凸轮310a的旋转而上升，柱塞弹簧240逐渐被压缩，在此过程中，ECU500控制电磁铁251不通电，控制阀芯252依然处于与调整垫块256接触的第一位置，控制阀芯252上的密封锥面252c与控制阀芯安装孔214内的密封锥面217分开，产生间隙，而出油阀260中的阻尼阀263在阻尼阀弹簧262和共轨油管520内燃油的背压作用下，阻尼阀密封锥面263c紧紧顶住燃油出孔210a的出口，即单向阀260处于关闭状态。燃油室212a内的部分燃油在柱塞230的推压下通过柱塞油孔219、控制阀芯252上的密封锥面252c与控制阀芯安装孔214内的密封锥面217之间的间隙、环形压力油室258、控制阀芯252上的油孔252g、阀芯部252a内的油道252e、油孔252f及燃油入孔218返回至低压油室。

参见图12，凸轮310a在发动机的驱动齿轮的带动下，按顺时针的方向继续转动，柱塞230随着凸轮310a的旋转而上升，柱塞弹簧240逐渐被压缩，在此过程中，电磁铁251通电，通过衔铁253而产生的电磁力克服弹电磁铁弹簧254的阻力使控制阀芯252向左运动，直到控制阀芯252上的密封锥面252c与控制阀芯安装孔214内的密封锥面217接触，此时控制阀芯252处于第二位置，燃油室212a内的燃油在柱塞230的推压下压力升高，当燃油室212a内的燃油压力大于密封锥面263c所承受的阻尼阀弹簧262的弹簧力和共轨油管520内燃油的背压时，燃油将阻尼阀263顶开，燃油室212a内的燃油通过柱塞油孔219、高压油腔215、燃油出孔210a、阻尼阀安装腔210d、斜向小孔263a、过油孔263b、燃油出孔261a流向共轨油管520。柱塞230继续上升，电磁铁251断电。此时，燃油室212a内的燃油压力作用在控制阀芯252的右端面，其作用力远远大于电磁铁弹簧254的反作用力，控制阀芯252上的密封锥面252c与控制阀芯安装孔214内的密封锥面217持续保持关闭，燃油在高压下继续流向共轨油管520。当凸轮310a上的另一个凸形点311a接触到滚轮420时，柱塞230运行到上止点，供油结束，在柱塞弹簧240的作用下，柱塞230下行，进入下一个循环。电磁铁251的通电和断电时间由ECU500控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种高压供油泵所用的密封结构，包括泵油单元，所述泵油单元包括一阀体，所述阀体内具有一高压油腔，在所述高压油腔内通过锁紧螺母安装有调整垫块，所述调整垫块用以调节控制阀芯的行程；所述调整垫块的外圆面与高压油腔的内环腔面之间具有一配合间隙；在所述高压油腔的内环腔面上设置有一向所述高压油腔内凸出的密封法兰，所述调整垫块具有一所述密封法兰的法兰密封面相互配合的密封环面，其特征在于，在所述调整垫块的密封环面上设置有一凸起密封环带和一密封环槽，所述密封环槽位于所述凸起密封环带的外围，在所述锁紧螺母旋紧过程中，所述凸起密封环带嵌入到所述密封法兰的法兰密封面中，所述密封法兰的法兰密封面上被所述凸起密封环带压出的材料退入到所述密封环槽内。

2.如权利要求1所述的高压供油泵所用的密封结构，其特征在于，所述凸起密封环带的宽度为0.2-0.25mm，高度为0.055-0.075mm。

3.如权利要求1所述的高压供油泵所用的密封结构，其特征在于，所述调整垫块上的密封端面与所述密封法兰的法兰密封面之间的间隙为0.085mm～+0.05mm。

4.如权利要求1所述的高压供油泵所用的密封结构，其特征在于，在所述调整垫块的外圆面与高压油腔的内环腔面之间设置有一O形密封圈，在所述O形密封圈与密封法兰这一段的高压油腔的内环腔面上设置有一斜向的回油孔，所述回油孔与阀体内的低压油室联通。

5.如权利要求1所述的高压供油泵所用的密封结构，其特征在于，所述高压油腔与所述锁紧螺母连接的螺纹为防松螺纹。