CN104131852A - 一种柱状式液压挺柱 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机配件制造技术领域，具有一壳体，在壳体内腔中对应安装一相对壳体轴向运动的柱塞，所述柱塞的头部下方设有第一环槽，柱塞中部设有一个第二环槽，第一环槽和第二环槽之间为柱塞中壁，所述第二环槽为内凹宽环槽，其特征在于所述柱塞中壁上开有至少一个与第二环槽连通的进油孔，该柱塞中壁上部留有用于与壳体内腔配合阻断液压介质流通的密封带。柱塞进油孔相对单向阀的位置提高，增大柱塞储油腔的储油量，在发动机冷启动时，充裕的液压介质能快速补充进入单向阀内的高压腔，缩短液压挺柱从压缩高度恢复到正常工作高度的时间，快速消除气门间隙，减少配气机构冷启动消除噪音的时间以及相应零件的磨损。

Description

一种柱状式液压挺柱

技术领域

本发明属于发动机配件制造技术领域，具体涉及能够自动补偿气门工作间隙的柱状式液压挺柱。

背景技术

使用滚轮摇臂和液压挺柱的配气机构在顶置式凸轮发动机结构中的应用日益广泛，较机械式挺柱的配气机构，具有以下优点：1）能实时补偿气门间隙，不需要定期人工调整；2）降低发动机噪声和冲击；3）体积质量轻型化、更小的摩擦力、更小的运动惯量意味着能量损失更小，有利于提高发动机效率；4）配气机构的零部件寿命更长，减少维护成本。

柱状式液压挺柱具有一罐状壳体，在壳体内腔中配合有一相对壳体轴向运动的柱塞，柱塞下端面与壳体底部之间形成一用于液压介质的高压腔，该高压腔能通过一朝向该高压腔方向打开的单向阀封闭，在高压腔中设有一复位弹簧，该弹簧作用在柱塞下端面与壳体之间，壳体设有一用于液压介质流通的油孔，该油孔在壳体径向内侧与柱塞中的进油孔连通，该柱塞进油孔与单向阀之间形成一用于储存液压介质的储油腔。

在发动机停止工作一段时间时，液压挺柱受压处于较低位置，高压腔的液压介质被排出一部分，当发动机启动时，机油泵供给的液压介质需要一段时间才能到达液压挺柱，此时存在气门间隙，液压挺柱的柱塞在复位弹簧的作用下向上运动，高压腔形成负压，单向阀打开，储油腔的液压介质被吸入高压腔，液压挺柱逐渐恢复到工作高度，气门间隙消除，如果储油腔的油量不足，空气就会被吸入高压腔，液压挺柱支撑刚度大幅下降，造成发动机异响，噪声加大，加速相关零件的磨损。

中国专利文献CN201228569Y公开了一种液压支撑元件，此种结构柱塞在内部设有一转向件，其缺陷是在柱塞加工成型时不能一次加工完成，需要多道工序完成，费时费力；在柱塞与柱塞内腔体之间有细小的间隙，在热处理及后续加工时产生的杂质不容易清理出来。

中国专利文献CN102767405公开了一种液压支撑元件，此种结构柱塞的油孔位置设置在内凹宽环槽处，储油腔存储液压介质的量有限，且该结构柱塞由两个零件组成，液压介质易从这两个零件之间的间隙泄露，导致储油腔存储的液压介质的量更少。

中国专利CN201593451U公开了一种液压支撑元件，此机构的柱塞采用冷镦后机加工的成型工艺，加工工艺复杂，且柱塞颈部和内凹环槽处需要铣削加工，由于铣削加工切断了材料金属流线，切削部位的壁厚比其他位置的壁厚薄，结构局部强度减弱，此外，该结构柱塞的储油腔体积很小，液压介质的存储量较少，在极端情况下，当发动机冷启动时，可能由于没有足够的液压介质补充到高压腔而带来气门间隙无法消除的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有一体式柱塞的柱状液压挺柱，其中，柱塞进油孔相对单向阀的位置提高，增大柱塞储油腔的储油量，有益效果是在发动机冷启动时，充裕的液压介质能快速补充进入单向阀内的高压腔，缩短液压挺柱从压缩高度恢复到正常工作高度的时间，快速消除气门间隙，减少配气机构冷启动消除噪音的时间以及相应零件的磨损。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种柱状式液压挺柱，具有一壳体，在壳体内腔中对应安装一相对壳体轴向运动的柱塞，在柱塞的下端面与壳体下侧之间延伸一用于液压介质的高压腔，该高压腔能通过一朝向该高压腔打开的单向阀封闭，在壳体外径上设有一用于液压介质流通的外环槽，在壳体的径向内侧设有一用于液压介质流通的内环槽，内环槽和外环槽之间设有一个或多个壳体油孔，所述柱塞的头部下方设有第一环槽，柱塞中部设有一个第二环槽，第一环槽和第二环槽之间为柱塞中壁，所述第二环槽为内凹宽环槽，其特征在于所述柱塞中壁上开有至少一个与第二环槽连通的进油孔，该柱塞中壁上部留有用于与壳体内腔配合阻断液压介质流通的密封带。

本发明人通过研究发现，柱塞进油孔相对单向阀的位置高度直接影响了柱塞储油腔的储油量，在冷启动的瞬间，发动机机油到达液压挺柱的位置需要一定的时间，这时柱塞内腔储油向高压腔充油，消除气门间隙,而储油量增加就可以避免储油被用完，而吸入空气至高压腔，造成较长时间气门间隙无法消除。

所述柱塞进油孔位置设置在柱塞内凹宽环槽的上方柱塞中壁，高度提升，在液压挺柱处于自由高度时，柱塞进油孔位置未超出壳体内腔上端配合边界，即此处形成的密封带具有一定的宽度。

优化地，所述进油孔与第二环槽之间设有柱塞油槽。

优化地，所述柱塞进油孔上方的液压介质密封带宽度为δ，δ应大于0.5mm，过窄的密封带宽度可能会造成密封性能下降。

所述柱塞先采用一体冷镦加工工艺，成型柱塞毛坯，然后再采用滚压成型工艺，加工成型第一环槽和第二环槽，最后采用一次成型工艺，冲出柱塞进油孔的同时挤压出油槽。挤压成型过程中，柱塞受压部位在挤压力的作用下向内自然凹陷，成型工艺简单，且加工效率高。

所述柱塞进油孔和油槽处的壁厚约为柱塞其他部位壁厚的80%~100%，壁厚没有发生突变，从而保证了该处结构的强度。

所述柱塞进油孔和油槽在柱塞圆周方向上分布一个或多个，当设有多个进油孔和油槽时，可根据需要在柱塞圆周方向上任意排列。

与对比文献公开的液压挺柱相比，本发明的有益效果在于：

本发明的柱塞为一体式冷成型加工而成的，壁厚基本一致，在保证足够强度和刚度的情况下，相比其它类型的柱塞具有内腔容积较大的优点，储油量相应的增加，且工艺简单。

1.本发明中柱塞进油孔相对单向阀的位置高度提升，且在液压挺柱处于自由高度时，进油孔上方仍保留有一定宽度的密封带，可以在保证正常供油的同时最大限度地增大柱塞储油腔的储油量，使得发动机在极端情况下的油液储油量仍能满足启动要求，从而降低因储油量不足而导致空气混入高压腔的风险。

2.本发明中的柱塞设有一与壳体内环槽对应的内凹宽环槽，相比于现有结构的V型环槽结构具有如下优势：当装配上限位卡簧时，V型环槽结构使得卡簧只能随着柱塞一起上下滑动，摩擦阻力大，并可能引起卡簧磨损面断裂，而本发明的内凹宽环槽结构克服了强制卡簧随着柱塞上下滑动的缺陷，有效解决了上述现有技术的缺点。

优化地，该内凹宽环槽的下过渡斜面与限位卡簧相切以限制液压挺柱的自由高度，当液压挺柱处于压缩最低高度时，该内凹宽环槽的上过渡斜面与处于原位置的限位卡簧相切，内凹宽环槽有足够的宽度能保证限位卡簧不会随着柱塞一起上下滑动，从而避免卡簧的磨损与断裂。该内凹宽环槽具有容易加工成型和满足液压介质流动界面要求的特点。

3.本发明中的柱塞先采用一体冷镦成型柱塞毛坯，再滚压成型柱塞颈部和内凹宽环槽，最后一次冷挤压成型柱塞进油孔和油槽。现有结构的柱塞先采用一体冷镦成型柱塞毛坯，然后再采用机加工工艺加工柱塞颈部和内凹环槽，加工工艺复杂，费时费力，且机加工部位的金属纤维被切断，大大减弱了结构局部强度。本发明的柱塞采用的加工工艺相比于结构的柱塞加工工艺具有以下优势：1）总体加工工艺简单，加工效率高；2）柱塞颈部和内凹环槽采用滚压成型工艺，避免了机加工工艺由于切断金属纤维带来的结构局部强度减弱的技术问题。

4.本发明中柱塞进油孔和油槽的一次冷挤压成型工艺相对于机加工工艺具有如下优势：1）进油孔与油槽为一步成型，工艺简单；2）由于受压，油槽成型部位的柱塞壁向内自然凹陷，克服了机加工带来的应力集中缺陷，保证了成型部位的结构强度；3）采用该工艺加工油槽不会产生毛刺和铁屑，对后续的加工工艺不会产生影响；4）加工进油孔产生的废料是整块的，易于一次清理；5）该工艺加工速度快，加工效率更高；6）该工艺采用的加工设备选择多样化，成本较低。

5.本发明中的柱塞油孔和油槽部位的壁厚为柱塞其余部分壁厚的80%~100%，克服了现有结构的柱塞由于进油孔位置壁厚减薄而带来的结构强度减弱的缺陷。

附图说明

图1是本发明柱状液压挺柱具体实施例一结构示意图及密封带局部视图。

图2是本发明具体实施的柱塞进油孔和油槽加工位置示意图。

图3是本发明具体实施例一的柱塞剖视和立体结构示意图。

图4是本发明具体实施例二的剖视和立体结构示意图。

图5是本发明具体实施例三的剖视和立体结构示意图及局部放大图。

图6是本发明具体实施例四的剖视和立体结构示意图。

图号说明：

1、          柱塞

2、          壳体

3、          单向阀

4、          复位弹簧

5、          柱塞内凹宽环槽

6、          柱塞进油孔

7、          柱塞油槽

8、          壳体油孔

9、          壳体内环槽

10、     储油腔

11、     高压腔

12、     柱塞头部

13、     壳体外环槽

14、     密封带

15、     柱塞上端配合直壁

16、     柱塞颈部（第一环槽）

17、     柱塞进油孔处上端柱塞壁

18、     柱塞油槽处柱塞壁

19、     限位卡簧

20c、柱塞进油孔处凹陷锥面

21d、柱塞台阶环面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步的描述。

实施例一

如图1所示，用于发动机配气机构的柱状式液压挺柱，该液压挺柱具有一个罐状的壳体（2），在该壳体（2）的内腔设有一可轴向滑动的柱塞（1）。在柱塞（1）的下部端面和壳体（2）之间有一高压腔（11），该高压腔（11）可通过位于柱塞（1）下端的单向阀（3）来封闭，在该高压腔（11）中有一连接柱塞（1）与壳体（2）的复位弹簧（4）。在壳体（2）外径上有一用于液压介质流通的壳体外环槽（13），在壳体（2）的径向内侧有一用于液压介质流通的壳体内环槽（9），壳体内环槽（9）与壳体外环槽（13）之间设有用于液压介质流通的一个或多个油孔（8）。柱塞（1）的外径上设有一用于液压介质流通的内凹宽环槽（5），该内凹宽环槽（5）上方的柱塞配合直壁（15）上设有一个或多个周向分布的柱塞进油孔（6）和柱塞油槽（7），壳体内环槽（9）与柱塞内凹宽环槽（5）相通，柱塞内凹宽环槽（5）与柱塞油槽（7）相通，柱塞油槽（7）与柱塞进油孔（6）相通。液压介质从壳体外环槽（13）进入到柱塞储油腔（10）中。该柱塞内凹宽环槽（5）与壳体内环槽（9）之间设有一限位卡簧（19）。该柱塞（1）处于自由高度时，柱塞进油孔（6）的上边界与壳体（2）的内腔上端配合边界形成一定宽度的密封带（14）。该柱塞的头部（12）与柱塞上端配合直壁（15）之间设有一内凹的颈部（16），即第一环槽，该颈部（16）的作用是便于安装卡片，通过卡片与滚轮摇臂可靠连接，防止脱落。

如图2所示（就此亦见图1），本发明的柱塞进油孔（6）和柱塞油槽（7）采用一次冷挤压成型工艺，位于柱塞上端配合直壁（15）上，柱塞进油孔（6）与柱塞油槽（7）相通，柱塞油槽（7）与柱塞内凹宽环槽（5）相通，该柱塞进油孔（6）与柱塞油槽（7）保持油液连通。该柱塞进油孔（6）与壳体（2）之间形成的密封带（14）具有一定的宽度δ，申请人研究得出，δ大于0.5mm。过低的δ值使得柱塞整体强度下降过快，因此δ值应大于0.5mm。

柱塞油槽处的柱塞壁（18）与柱塞进油孔处上端柱塞壁（17）的壁厚约为柱塞（1）的其他部位壁厚的80%~100%。

如图3所示，本发明的柱塞进油孔（6a）的形状为上半边为半圆，下半边为带有圆角的方形，油槽（7a）的形状为上方为与进油孔（6a）的半圆部分重合的半圆，下方两端侧壁与上端半圆相切，两侧壁平行。此种结构形状的柱塞进油孔（6a）和油槽（7a）易于达到一次冲压成型的目的，且冲压模具结构比较简单，制造方便，易于保证模具寿命。

实施例二

如图4所示，与实施例一不同的是，油槽（7b）的两端侧壁不平行，呈外扩型，如图为八字形，增大了过流面积，有利于油液顺畅地流入柱塞进油孔（6b）。

实施例三

如图5所示，与实施例一不同的是，柱塞进油孔（6c）的形状为圆孔，油槽（7c）的形状为上方为直径比柱塞进油孔（6c）大的同心半圆，下方两端侧壁与该同心半圆相切，两端侧壁平行或呈外扩型；油槽（7c）的圆形侧壁与进油孔（6c）的孔壁不重合，进油孔（6c）外侧有一凹陷的锥面（20），避免了油液进入柱塞进油孔（6c）时带入空气。

实施例四

如图6所示，与实施例一不同的是，取消了油槽的设置，而是在柱塞内凹宽环槽（5）和柱塞进油孔处上端柱塞壁（17）之间设有一柱塞台阶环面（21d），该台阶环面（21d）在圆周方向上设有一个或多个柱塞进油孔（6d），该柱塞进油孔（6d）的形状不局限于呈圆形，还可呈方形或其他几何形状。

所述台阶环面（21d）与柱塞进油孔处上端柱塞壁（17）外壁之间的距离为Δd，且Δd≈0.1~0.55mm，优化地，Δd取0.15mm，能够保证有足够的过流面积，有利于油液顺畅地流入柱塞进油孔（6d）。

本方案柱塞的加工过程：

步骤一，柱塞先采用一体冷镦后再滚压成型工艺，首先成型柱塞毛坯，然后再采用滚压工艺，加工成型柱塞的第一环槽和第二环槽，以及台阶环面；

步骤二，采用一次冲压成型工艺，加工成型进油孔。

与实施例一至三相比，本方案加工简便，降低了加工难度和加工成本。

Claims (10)

1.一种柱状式液压挺柱，具有一壳体，在壳体内腔中对应安装一相对壳体轴向运动的柱塞，在柱塞的下端面与壳体下侧之间延伸一用于液压介质的高压腔，该高压腔能通过一朝向该高压腔打开的单向阀封闭，在壳体外径上设有一用于液压介质流通的外环槽，在壳体的径向内侧设有一用于液压介质流通的内环槽，内环槽和外环槽之间设有一个或多个壳体油孔，所述柱塞的头部下方设有第一环槽，柱塞中部设有一个第二环槽，第一环槽和第二环槽之间为柱塞中壁，所述第二环槽为内凹宽环槽，其特征在于所述柱塞中壁上开有至少一个与第二环槽连通的进油孔，该柱塞中壁上部留有用于与壳体内腔配合阻断液压介质流通的密封带。

2.根据权利要求1所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述进油孔与第二环槽之间设有柱塞油槽。

3.根据权利要求1所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述进油孔位置的柱塞壁厚为柱塞中壁上部密封带的柱塞壁厚的80%~100%。

4.根据权利要求2所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述柱塞油槽的形状为朝向第二环槽外扩的“八”字形。

5.根据权利要求2所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述进油孔的形状为圆孔，柱塞油槽由上下两部分组成，上半部分的形状为直径比进油孔大的同心半圆，下半部分为与同心半圆相接的平槽，该平槽的两个侧壁相互平行。

6.根据权利要求2所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述进油孔与第二环槽相通的部分设有一个凹陷的锥面。

7.根据权利要求2所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述第二环槽的下过渡斜面与限位卡簧相切以限制液压挺柱的自由高度，当液压挺柱处于压缩最低高度时，第二环槽的上过渡斜面与处于原位置的限位卡簧相切。

8.根据权利要求1所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述密封带和第二环槽之间设有一台阶环面，该台阶环面的外壁高度介于密封带和第二环槽之间，在该台阶环面的圆周方向上设有一个或多个进油孔。

9.根据权利要求8所述的柱状式液压挺柱，其特征在于所述台阶环面外壁与密封带外壁之间的距离为0.1~0.55mm。

10.如权利要求1所述柱状式液压挺柱的柱塞制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，柱塞先采用一体冷镦后再滚压成型工艺，首先成型柱塞毛坯，然后再采用滚压工艺，加工成型柱塞的第一环槽和第二环槽；

步骤二，采用一次冲压成型工艺，加工成型进油孔和油槽。