CN106460758B - 用于内燃机的活塞燃料泵 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的活塞燃料泵(18)，尤其根据权利要求1的活塞燃料泵，其具有泵缸(40)和在所述泵缸(40)中可轴向移动的泵活塞(28)，其特征在于，所述活塞燃料泵(18)具有设置在所述泵活塞(28)的周缘上的密封件(46)；所述密封件(46)的与所述泵缸(40)的内表面对置的径向外表面在所述密封件(46)的轴向端部区域(464)中构造为使得该径向外表面在所述泵活塞(28)相对于所述泵缸(40)静止时贴靠在所述泵缸(40)上；泵缸(40)和泵活塞(28)之间在轴向方向上的相对运动有利于所述密封件(46)在径向向内指向的方向上从所述泵活塞(28)上抬起。

Description

用于内燃机的活塞燃料泵
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的活塞燃料泵。
背景技术
由市场公知内燃机的燃料系统，在所述燃料系统中，借助于机械驱动的活塞燃料泵在高压下将燃料从燃料箱输送到燃料轨中，并且从那里出来通过喷射器到达内燃机的燃烧室中。
例如在由DE 10 2004 063 074A1公知的活塞燃料泵中设置被可移动地支承的泵活塞，该泵活塞压缩在活塞燃料泵的输送室中的燃料。泵活塞在活塞衬套中通过紧密配合滑动地并具有小的密封间隙地被引导。为了支撑以及通过间隙密封来密封，活塞衬套必须具有一定的长度并且必要时接收大的横向力。因此，活塞衬套通常由钢制造。此外，由于高的公差要求，使用所谓的“活塞配对”，即，给每个泵壳体配置确定的活塞。此外，必须费事地研磨泵壳体中的缸。对于不太费事地制造燃料活塞泵的需求是存在的。
发明内容
本发明的基础问题通过具有本发明的特征的燃料活塞泵解决。此外，其他对于本发明来说重要的特征可在以下的说明和在附图中找到。
根据本发明的燃料活塞泵具有优点：活塞衬套和活塞在活塞衬套中相当高精确的配合不再是强制需要的，并且因此可显著地节省成本。代替地，所述活塞燃料泵具有设置在泵活塞的周缘上的密封件。
此外，本发明的基础目标为，使活塞燃料泵的寿命最大化。此外可看出，在密封件的区域中出现的磨损决定性地由密封件和泵缸之间出现的摩擦引起。
在此出现的摩擦现象视摩擦对(这里是密封件和泵缸)出现的接触状态的类型而定，根据DIN 50281在种类和阶段方面进行划分。
因此，在所谓的固体摩擦时，在摩擦对之间出现直接接触。出现的摩擦力和引起的磨损相当高。
相反，在液体摩擦时，在摩擦对之间不再出现直接接触。摩擦对通过液体介质相互分离，例如通过连续的液膜，在此例如通过连续的燃料膜。在此，出现的摩擦力一般来说明显小于固体摩擦时的摩擦力。相应地，在摩擦对上出现的磨损也相应地减小。
此外，也可出现混合摩擦，所述混合摩擦在时间上和/或空间上同时具有固体摩擦部分和液体摩擦部分。
通常认为，当密封件相对于泵缸处于静止时，例如在泵活塞的止点上，密封件与泵缸接触。因此，在泵活塞和泵缸之间的相对运动开始时，密封件和泵缸之间的固体摩擦至少短暂出现是很难避免的。
此外，本发明基于这样的认识：在密封件和泵缸之间出现固体摩擦的时期应降低到最低限度。
根据本发明，通过以下方式解决了该问题：密封件的与泵缸的内表面对置的径向外表面在密封件的轴向端部区域中构造为使得该径向外表面在泵活塞相对于泵缸静止时贴靠在泵缸上；泵缸和泵活塞之间在轴向方向上的相对运动有利于密封件在径向向内指向的方向上从泵缸上抬起。
这尤其可通过如下措施实现，即，密封件的与泵缸的内表面对置的径向外表面在密封件的轴向端部区域中相对于泵缸的内壁以10°到60°角度径向向内倾斜。在此，由泵活塞压缩的燃料尤其施加径向向内作用的力到密封件的径向外表面上，从而该密封件可以从泵缸上尤其稍微地抬起，并且可以在密封件和泵缸之间尤其构成燃料膜。
燃料活塞泵尤其是一种具有泵壳体的泵，在所述泵壳体内构造被泵活塞限界的工作腔。燃料的压缩尤其在该工作腔中进行，尤其通过泵活塞的将工作腔缩小的轴向运动。尤其将工作腔中的燃料压缩到一个高的压力水平，例如到100bar至600bar。
根据本发明的密封件尤其构造在工作腔和泵的低压区域之间。低压区域中的压力小于在泵的工作腔中产生的高的压力水平。低压区域中的压力水平可以处于例如3bar到10bar之间，并且通过一个独立的前级泵产生。
所述工作腔尤其通过出口阀与泵出口连接，并且尤其通过可电控的进口阀与泵进口连接。可电控的进口阀尤其可以构造为量控制阀。此外可选择地，在泵进口和工作腔之间附加地设置用于阻尼泵在低压区域中的波动的阻尼装置。
用于阻尼在低压区域中的波动的阻尼装置例如可以包括在两个膜之间围住的气体体积，关于阻尼装置的细节可以如在DE 10327408A1中示出的那样构造。
此外，可设置在泵出口和工作腔之间设置的另一阀，所述阀与出口阀反平行地设置，并且尤其作为用于能够与泵连接的高压蓄压器的限压阀起作用。
优选的是，出口阀和/或进口阀和/或限压阀相对于泵壳体位置固定地被固定，并且就此而言也相对于泵缸位置固定地被固定。就此而言特别是不考虑将这些部件固定在泵活塞上。得出这样的优点：泵活塞的重量小并且因此泵的动力或者灵活性得到提升。
优选的是，泵活塞附加地或者替代地构造为实心体，从而该泵活塞可以承受住在燃料喷射时，尤其是在汽油直喷时的作用强的压力而不发生变形。就此而言不考虑泵活塞在纵向方向上的透过性。
工作腔、出口阀和限压阀相互之间的布置和在泵体内的布置的另外的细节例如可以如在DE 102004013307A1中所示的那样进行构造。
泵缸可以被构造在固定在泵体中的缸套中。替代地，泵缸也可以直接设置在泵体中。
泵体、泵活塞、泵缸和/或所有的与燃料有接触的泵部件优选只由钢和塑料构成，从而结果是对于含乙醇的燃料和/或其他侵蚀性的燃料同样具有高的耐抗性。
一组扩展方案的目的在于，进一步优化密封件从泵缸上的动态抬起。因此，可设置为使得密封件在静态情况下仅仅在该轴向端部区域中贴靠在泵缸上，但是在轴向端部区域之外不这样。此外可设置为使得在该轴向端部区域之外始终构成密封件和泵缸之间的缝隙，所述缝隙具有缝隙尺寸s。
缝隙尺寸s在此应不小于泵缸表面和密封件的朝向外的面的粗糙度Rz之和。因此，可以很大程度上避免出现固体摩擦和/或混合摩擦。缝隙尺寸s例如可以为至少5μm或者至少25μm。
密封件的轴向端部区域的轴向延伸在此尤其为密封件的轴向延伸的5％-25％，例如5％，15％或者20％。
尤其是在密封件的该轴向端部区域中设置构造在密封件上的密封唇，所述密封唇尤其可以从径向内部被待泵的燃料压向泵缸。通过该方式进一步提升了密封件的密封效果。密封唇尤其是一体地成型在密封件上。
密封件尤其是如此设置在泵活塞上，使得密封件的该轴向端部区域设置在密封件的指向泵的工作腔的端部区域中。
在密封唇的径向向外指向的一侧上尤其设置了沿周向环绕密封件和/或密封唇的接片，所述接片可构成相对于泵缸的真正的密封位置。接片尤其和密封件和/或密封唇一体地构造。
附图说明
下面参考附图详细阐述本发明的实施例。
图1：内燃机的燃料系统的示意性视图，其具有根据本发明的活塞燃料泵的一部分；
图2：根据图1的活塞燃料泵的该部分的放大剖视图；
图3：活塞燃料泵的替代实施形式；
图4：活塞燃料泵的另一个替代实施形式；
图5和图6：在轴向上从上方或者从下方示出密封件；
图7：密封件的轴向端部区域的放大视图。
具体实施方式
内燃机的燃料系统在图1中整体地具有附图标记10。该燃料系统包括燃料箱12，电动预供泵14将燃料从该燃料箱输送至低压管道16中。该低压管道通向呈活塞燃料泵18形式的高压泵。高压管道20从该高压泵通向燃料轨22。在该燃料轨上衔接多个喷射器24，所述多个喷射器将燃料直接喷入分别配置给所述多个喷射器的燃烧室(未示出)中。
活塞燃料泵18包括一仅仅局部示出的泵壳体26，在该泵壳体中泵活塞28可移动地被引导或者支承。该泵活塞可通过未示出的凸轮传动装置而进行往复运动，这通过侧面标示的双箭头30表明。泵活塞28被螺旋弹簧32加载到图1中的下止点。泵活塞28和泵壳体26限界输送腔34。该输送腔34能够通过进口阀36与低压管道16连接。此外，输送腔34能够通过出口阀38与高压管道20连接。
不仅进口阀36而且出口阀38都实施为止回阀。在此，未示出、但可能的是，进口阀36实施为量控制阀。在这种情况下，入口阀36可在泵活塞28的输送冲程中被强制打开，从而燃料不被输送到燃料轨22中，而是向回被输送到低压管道16中。因此，可以调节由活塞燃料泵18输送到燃料轨22中的燃料量。
泵活塞28在泵缸40中被引导，所述泵缸就这方面来说是泵壳体26的一部分。泵活塞28在面向输送腔34的端部上具有图1中的上端部区段42。此外，泵活塞28在该上端部区段42的周围具有呈径向突出地环绕的凸缘形式的圆环形的凸肩44。密封件46贴靠在泵活塞28或凸肩44上。
此外，泵活塞28在它的背离输送腔34的端部具有图1中的下端部区段52。在该下端部区段52的周围，在泵壳体26上固定安装导向套管54。在导向套管54和泵壳体26之间在槽58中设置O型环密封件56。导向套筒54具有缸区段60，所述缸区段与泵活塞28共轴地延伸并且通过该缸区段引导螺旋弹簧32。该螺旋弹簧32沿着活塞纵轴线62至少部分地沉入导向套管54的弹簧容纳槽64中，在那里该螺旋弹簧在轴向上抵靠导向套筒54。
此外，导向套筒54在内部具有圆柱形的接收区段66，该接收区段基本上由缸区段60的内周壁构成。在该接收区段66中，相对于泵壳体26位置固定地设置环形的密封元件68，其中，该密封元件68具有H形的横截面。此外，在缸区段突出的端部上径向向内延伸的凸缘区段70中，同样相对于泵壳体26位置固定地设置导向元件72。因此，在泵活塞28的轴向上看与密封件46明显间隔开的该导向元件72和密封件46一起提供泵活塞28的导向或者两点支承。
密封件46区域和其装配的构型具有特殊意义。因此在这一方面参考接下来的图2-7详细研究。
图2示出活塞燃料泵18的密封件46的区域。在图2中的下部区域中，密封件46如此程度地推装到泵活塞28的凸肩44上，使得该密封件借助于构造在该密封件上的凸台469轴向贴靠在凸肩44上。密封件46的尤其在凸肩44的外侧面的径向外部的材料区域构成支承或者导向区域48，通过所述支承或者导向区域泵活塞28滑动地在泵缸40中被引导和被径向地支承。
导向区域48具有距离泵缸40的内周壁大约2/100mm的在图中不可辨识的间距。在轴向上，即沿着活塞纵轴线62，构造为密封唇467的密封区域50衔接导向区域48向输送室34延伸。此外，密封唇467在此作为成形到导向区域48上的并且径向向外弹性预紧的管区段基本上与泵活塞28共轴地延伸。密封唇467贴靠在泵缸40的内周壁上。导向区域48和密封区域50在本实施例中一件式地构造。
罩101被轴向推装到泵活塞28上，该罩在密封唇467的径向内侧并且在凸台469的工作腔侧与密封件46接触。该罩101通过径向挤压固定在泵活塞28上，并且施加轴向作用的力到密封件46上。因此，设置在罩101和泵活塞28的凸肩44之间的密封件46处于轴向预紧下。
在本实施例中，罩101构造为套筒101a，即，该罩具有两侧打开的环或管区段的构型。套筒101a完全推装到泵活塞28上并且在该工作腔侧与泵活塞平齐地结束。替代地，仍然将套筒101a更进一步推装到泵活塞28上，或者套筒101a在工作腔侧的突出是基本可能的并且在必要时是可行的。
在图3中示出罩101构造为套筒101a的替代构型。在此，罩构造为杯101b。杯101b具有杯底和杯壁，并且以它的打开的端部朝前地推装到泵活塞28上。
在图3中示出的实施例中，杯101b完全地推装到泵活塞28上。因此该杯的底部贴靠在活塞的端面上。
在该实施例中，杯底在图3的剖视平面中具有小的孔300，空气在杯101b推装到泵活塞28上时通过该孔从杯中漏出。
罩101基本上，尤其在作为套筒101a或作为杯101b的实施形式中，可作为深冲件例如由钢制造。罩101优选由一种具有与泵活塞28的热膨胀系数一致或近似一致的热膨胀系数的材料组成。罩101例如可由与泵活塞28相同的材料构成。此外，罩101例如可实施为具有壁厚1mm。
在前述实施例中，密封件46轴向地构造在罩101和一体化构造在泵活塞28上的凸肩44之间。原则上，该一体化不是强制要求的。通过置入到泵活塞28的凹槽中的卡圈来实现凸肩44，能够实现制造技术的简化。
图4示出再一个对此的解决方案：在此，帽形的保持元件102以它的开口朝前地推装到泵活塞28的在工作腔侧的端部上。在此，保持元件102的底部102a轴向贴靠在泵活塞28的端面上，保持元件102的侧壁102c径向贴靠在泵活塞28上。保持元件102的与保持元件102的底部102a在轴向上对置的帽边102b径向伸出并就这点而言构成凸肩44。
如在图2和图3示出的实施例那样，密封件46贴靠在就这点而言功能相同地设置的凸肩44上。
在本实施例中，泵活塞28沿着它的整个长度具有相同的直径。以这种方式能够实现尤其简单并且成本低廉的制造，例如借助于贯穿磨削加工泵活塞28，即利用位置固定的砂轮。
在图2、图3和图4中示出的实施例中设置为，密封件46具有至少一个一体化成形的、在轴向方向上指向的粒结形件461，并且密封件46通过至少一个粒结形件461在轴向上作用。示例地，在这些实施例中密封件46甚至分别具有多个粒结形件461，所述粒结形件指向工作腔34，并且通过所述粒结形件，密封件46贴靠在罩101上并且因此在轴向上被预紧。在本实施例中，粒结形件461具有半球形的构型。替代地，粒结形件也可为锥形或平截头圆锥形的。粒结形件461例如具有大约0.6mm的、大约是密封件46的直径的10％的直径和大约0.3mm的、大约是密封件的高度的10％的高度。
尽管罩101在应力下贴靠在粒结形件461上，然而粒结形件被引起的变形相对而言如此小，使得不发生罩101贴靠在密封件46的在周向上位于粒结形件461之间的区域上的情况。
在图5中示出关于图2、图3和图4从上方看的密封件46的俯视图。可看出，共有八个一体化成形到密封件46上的粒结形件461指向工作腔34，所述粒结形件布置在围绕活塞轴线62的假想的圆环上并且彼此在周向上分别间隔45°。
显然地，粒结形件461也可附加地或替换地构造在密封件46的在轴向上对置的、在凸肩44上的侧上，而其余不变。
在这些实施例中，密封件46由纤维增强的热塑性材料PEEK 150CA30或PA66CF20构成并借助于注塑成型工艺制造。通过下列阐述的注塑成型技术，尤其是注塑点462和排气点463的布置，能够实现纤维不规则的取向。
在此，通过注塑点462进行注塑成型，在图5中可看到的所述注塑点与粒结形件461一起位于共同的假想的圆周线上，并且所述注塑点在周向上相互间隔90°。注塑点462在制成的产品中例如显示为小的环形的或镰刀形的脊或小的疙瘩。注塑点具有0.9mm或不大于0.9mm的直径。
此外，注塑成型通过设置在密封件46的在轴向上对置的侧上的、在图2、图3和图4中设置在下部的排气点463进行。所述排气点可在图6中看到。当前设置8个排气点463，所述8个排气点位于假想的圆周线上并且在周向上相互间隔45°。排气点463具有0.7mm或不大于0.7mm的直径，并且在制成的产品中例如显示为小的空穴。
本发明可设置为，注塑点462和排气点463始终在周向上相互错开地设置。通过这种方式，液化的注塑成型材料在注塑成型模中更好地混匀，并且可避免纤维的定向的取向以及可避免密封件46的各向异性的材料特性。
密封件46的轴向端部区域464当前在工作腔侧地构造在密封唇467上。密封件46的相关的再次放大的截面图在图7中示出。
本发明可设置为，密封件46的与泵缸40的内表面对置的径向外表面，在密封件46的轴向端部区域464中相对于泵缸40的内壁以10°到60°的角度α径向向内倾斜。这具有这样的效果或替代地设置为：泵缸40和泵活塞28之间在轴向上的、尤其是朝向工作腔34的相对运动，有利于密封件46沿着径向向内指向的方向从泵缸40上抬起。在这种情况下，在密封件46和泵缸40之间构成由燃料组成的液膜，所述液膜在少量泄露时显著降低活塞燃料泵18的磨损。
为了这个目的，在密封唇467处或在该密封唇上一体地成形向外指向的、环绕的接片468，所述接片在纵向的横截面中具有约为等边三角形的形状，其中，两个对置的尖角指向轴向方向，并且第三个钝角(静态)贴靠在泵缸40上。本发明设置为，仅该接片(静态)贴靠在泵缸40上，而密封件46以及密封唇467的其余部分通过间隙与泵缸40间隔开。间隙的宽度s例如为20μm。此外在相对运动时也可设置为，如上所述，接片468从泵缸40上抬起。

Claims (8)

1.用于内燃机的活塞燃料泵(18)，其具有泵缸(40)和在所述泵缸(40)中可轴向移动的泵活塞(28)，并且该活塞燃料泵具有泵壳体(26)，在该泵壳体中构造有由所述泵活塞(28)限界的工作腔(34)，其中，所述活塞燃料泵(18)具有设置在所述泵活塞(28)的周缘上的密封件(46)，其特征在于，所述密封件(46)的与所述泵缸(40)的内表面对置的径向外表面在所述密封件(46)的工作腔侧的轴向端部区域(464)中相对于所述泵缸(40)的内壁以10°到60°的角度α径向向内倾斜，在所述轴向端部区域(464)中设置一构造在所述密封件上的密封唇(467)，所述密封唇(467)能够从径向内部被待泵的燃料压向泵缸，从而使得所述密封件(46)在所述泵活塞(28)相对于所述泵缸(40)静止时贴靠在所述泵缸(40)上，并且泵缸(40)和泵活塞(28)之间在轴向方向上朝向工作腔的相对运动有利于所述密封件(46)在径向向内指向的方向上从所述泵缸(40)上抬起。
2.根据权利要求1所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，所述密封件(46)在所述轴向端部区域之外通过至少5μm的环绕的间隙相对于所述泵缸(40)间隔开，并且最多在所述轴向端部区域(464)中贴靠在所述泵缸(40)上。
3.根据权利要求1或2所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，所述轴向端部区域(464)的轴向延伸为所述密封件(46)的轴向延伸的5％-25％。
4.根据权利要求1或2所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，所述密封唇(467)具有一轴向延伸，该轴向延伸处于所述密封件的轴向延伸的20％至50％范围内。
5.根据权利要求1或2所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，所述密封唇(467)一体地成型在所述密封件上。
6.根据权利要求3所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，所述密封件(46)在所述轴向端部区域之外通过至少25μm的环绕的间隙相对于所述泵缸(40)间隔开。
7.根据权利要求3所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，其特征在于，所述密封件(46)在一沿周向围绕所述密封件延伸的接片(468)处贴靠在所述泵缸(40)上。
8.根据权利要求6所述的活塞燃料泵(18)，其特征在于，其特征在于，所述密封件(46)在一沿周向围绕所述密封件延伸的接片(468)处贴靠在所述泵缸(40)上。
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