CN107002616A - 具有活塞的燃料高压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料高压泵(28)，其具有活塞(30)，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有径向包围该活塞(30)的密封装置(74)，其中，活塞(30)沿着纵轴线(64)相对于密封装置(74)能移动。根据本发明，密封装置(74)具有径向内部环绕的第一和第二密封区段(78)，其中，第一和第二密封区段(78)分别布置在密封装置(74)的相互远离地布置的轴向端部区域上，其中，这些密封区段(78)存在于被切削式补充加工的注塑件(77)上。

Description

具有活塞的燃料高压泵
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的燃料高压泵，以及根据并列权利要求所述的两种方法。
背景技术
由市场已知用于内燃机燃料系统的燃料泵，其中，活塞可借助由凸轮或偏心盘构成的驱动机构沿轴向运动。所需的活塞复位力在此借助压力弹簧产生。例如，由压力弹簧加载的弹簧盘被压装到活塞的一个端部区段上。在此，布置在活塞的径向外部上的活塞密封部可将活塞的第一“燃料侧”区段与活塞的第二“油侧”区段分开，由此将燃料和油的混合保持尽可能小。
发明内容
本发明的所基于的问题通过根据权利要求1的燃料高压泵，以及通过根据并列权利要求的两种方法解决。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。对本发明重要的特征还可在后面的描述和附图中找出，其中，这些特征不仅可自身单独对本发明重要，而且也在不同的组合中对本发明重要，而对此并不再次详细指出。
本发明涉及一种燃料高压泵，其具有活塞，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有在径向包围该活塞的密封装置，其中，该活塞能沿着纵轴线相对于密封装置移动。根据本发明，密封装置具有在径向内部环绕的第一和第二密封区段，其中，第一和第二密封区段分别布置在密封装置的相互远离的轴向端部区域上，其中，密封装置包括被切削式补充加工的注塑件，所述密封区段位于该注塑件上。根据本发明的密封装置将燃料高压泵在活塞的径向外部的壳面上针对液态介质进行密封。密封装置尤其可在燃料高压泵的“内部”区域上针对燃料进行密封并且在“外部”区域上针对油进行密封。优选，被切削式补充加工的注塑件由弹性材料制成。
本发明的优点在于：由于注塑件被切削式补充加工，所以密封装置仅在较小的尺度上被切削加工，由此可节约成本。由于总共仅两个密封区段，所以所需的底切的数量特别小，即由此改善可机加工性。还可优化两个密封区段的几何结构并从而减小密封装置的磨损。相应地也可减小活塞的泄露。还可将为密封装置所需的安装空间保持小。借助根据本发明的被切削式补充加工的、一体的注塑件，可将制造成本保持得相对较小，尤其是相对于“自由落下”地被注塑的(即没有底切的)、两体的密封装置而言。
还可设置，第一和第二密封区段之间的轴向间距相当于活塞的至少一个行程。由此实现对活塞的特别好的密封作用，燃料高压泵的运行从而得以改善。
在燃料高压泵的一种构型中，被切削式补充加工的注塑件实施成在轴向上镜像对称。由此，密封装置的装配可特别简单地进行。
在燃料高压泵的另一构型中，被切削式补充加工的注塑件的至少一个轴向区段以下述方式实施：密封区段的接触面与活塞的壳面之间的接触压力沿着纵轴线改变。在此，所述至少一个轴向区段优选实施成：使得由于活塞和密封装置之间的相对运动造成的、沿着活塞壳面在轴向上从密封装置离开的流体输送强于在轴向上朝向密封装置的流体输送。由此可改善密封作用并且同时将磨损保持小。
优选，从接触压力最大的轴向部位出发，接触压力在沿轴向从所述部位指向被切削式补充加工的注塑件的最接近的边缘的方向上的梯度的数值大于接触压力在沿轴向从所述部位指向所述被切削式补充加工的注塑件的在轴向上远离的边缘的方向上的梯度的数值。由此可进一步改善密封装置的密封作用并且泄露从而被最小化。
补充地可设置，在将密封装置装入到燃料高压泵中之前，被切削式补充加工的注塑件的位于轴向外部的第一轴向区段上的径向内部的锥形第一壁区段关于与纵轴线成直角的平面具有的角度α为从约30度至约60度，并且，与第一轴向区段沿轴向相邻的第二轴向区段上的径向内部的锥形第二壁区段关于纵轴线具有角度β，该角度为角度α的约一半大。因而可特别好地产生接触压力的上述梯度并从而改善燃料高压泵的密封性。
在燃料高压泵的另一构型中，在被切削式补充加工的注塑件的相互远离地布置的轴向端部区域上在径向外部分别布置有密封凸缘。通过总共两个密封凸缘，可将密封装置的径向外部的区段特别良好地针对接收密封装置的密封装置承载件的径向内部的区段进行密封。通过根据本发明的两个密封凸缘也可有效地防止密封装置的轴向“倾斜”，由此可改善运行并提高耐久性。同样可改善密封装置的装配。
还可设置，被切削式补充加工的注塑件包括全氟烷氧基材料，PFA。全氟烷氧基材料特别适用于燃料高压泵的较高要求。通过注射方法可减小成本。补充地可设置，在全氟烷氧基材料中集成有填充物，由此可降低成本并可进一步改善密封装置的特性。
本发明还涉及用于制造燃料高压泵的第一方法，该燃料高压泵具有活塞，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有径向包围该活塞的密封装置，其中，该活塞能沿着纵轴线相对于密封装置移动。根据本发明按以下步骤制造所述密封装置：
(a)将密封装置的注塑件注塑成一初始形状，其中，该初始形状包括轴向中心孔；
(b)对初始形状的径向内部轮廓进行切削式补充加工，由此制成具有在径向内部环绕的第一和第二密封区段的、被切削式补充加工的注塑件，其中，第一和第二密封区段分别布置在被切削式补充加工的注塑件的相互远离地布置的轴向端部区域上。
本发明还涉及用于制造燃料高压泵的第二方法，该燃料高压泵具有活塞，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有径向包围该活塞的密封装置，其中，该活塞能沿着纵轴线相对于密封装置移动。根据本发明按以下步骤制造所述密封装置：
(a1)将密封装置的注塑件注塑成一初始形状；
(a2)在该初始形状中钻出轴向中心孔；
(b)对初始形状的径向内部轮廓进行切削式补充加工，由此制成具有在径向内部环绕的第一和第二密封区段的、被切削式补充加工的注塑件，其中，第一和第二密封区段分别布置在被切削式补充加工的注塑件的相互远离地布置的轴向端部区域上。
即，第一方法的特征在于，轴向中心孔已通过注塑一起产生，由此减小材料耗费并省去单独的钻孔过程。第二方法的特征在于，轴向中心孔在注塑之后才切削式产生。随后的方法步骤(b)对于两种方法是一样的。根据本发明的密封装置可择一地借助第一或第二方法制造。在此对制成的密封装置存在上述相同优点。
附图说明
在后面参照附图解释本发明的示例性实施方式。附图示出：
图1用于内燃机的燃料系统的简化示意图；
图2图1的燃料系统的燃料高压泵的纵剖图；
图3图2的局部的放大图；
图4用于燃料高压泵的活塞的密封装置的轴向剖视图；
图5密封装置上的接触压力的关于纵向坐标的图示，该图示与密封装置的密封区段的剖视图结合；
图6用于制造密封装置的方法的流程图。
在全部的附图中，即使实施方式不同，但对于功能等同的元件和参数仍使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1以简化示意图示出用于未进一步示出的内燃机的燃料系统10。由燃料箱12将燃料经由抽吸管路14，借助预送泵16，经由低压管路18，经由能由电磁操纵装置22操纵的量控制阀24的入口20供应给燃料高压泵28的输送室26。量控制阀24例如可为燃料高压泵28的能强制打开的进入阀。
当前，燃料高压泵28实施为活塞泵，其中，活塞30借助凸轮盘32(“驱动机构”)在附图中能够竖直运动。液压地在燃料高压泵28的输送室26和出口36之间布置有在图1中绘制为受弹簧负载的止回阀的排出阀40，该排出阀可朝出口36打开。出口36附接到高压管路44上并经由该高压管路附接到高压存储器46(“共轨管”)上。此外，液压地在出口36和输送室26之间布置有同样标记为受弹簧负载的止回阀的限压阀42，该限压阀可朝输送室26打开。
在燃料系统10的运行中，预送泵16将燃料从燃料箱12输送到低压管路18中。量控制阀24可根据对燃料的对应需求而被打开以及被关闭。由此影响输送到高压存储器46的燃料量。电磁操纵装置22通过控制和/或调节装置48操控。
图2以轴向剖视图示出图1的燃料高压泵28。燃料高压泵28包括壳体50，该壳体能借助法兰52拧紧到内燃机的发动机缸体53上。壳体50还具有多个液压通道54，55，56和58。在图2上部区域中，燃料高压泵28包括盖60和压力减振器62。燃料高压泵28实施成关于纵轴线64至少部分地旋转对称。
在该图左边的区域中，燃料高压泵28具有用于附接到高压管路44上的出口36。在与出口36液压连接的情况下，排出阀40(在该图左边的区段中)和限压阀42(在中间区段中)布置在壳体50中。在壳体50的在该图中中间靠右的区段中布置量控制阀24。
燃料高压泵28还包括：输送室26，活塞30和工作套筒66。能沿着纵轴线64移动的活塞30实施为所谓的“阶梯形活塞”并且基本上具有两个区段。具有较大直径的第一区段(该图上方)，所述活塞借助该第一区段在工作套筒66中被导向，和具有较小直径的第二区段(该图下方)。
图2的下部区域通过框架III标记并且在图3中放大地示出。图3尤其示出大致罐形地构造的密封装置承载件68、以及在径向外部绕密封装置承载件68的区段布置的并且实施为螺旋弹簧的活塞弹簧70，该活塞弹簧以一个端部区段支撑在密封装置承载件68上，由此该密封装置承载件也称为“弹簧接收部”。一弹簧盘72压装在活塞30的位于附图下方的以及面向驱动机构的端部区段上，在该弹簧盘上接收有活塞弹簧70的一个端部区段。
密封装置承载件68的径向内部布置有称为密封装置74的活塞密封部(也称为“低压密封部”)，该活塞密封部径向包围活塞30的下部第二区段(该第二区段面向驱动机构)并且将存在于壳体50和密封装置承载件68之间的流体室(“阶梯室”)向外朝发动机缸体53密封。活塞30沿着纵轴线64相对于密封装置74能移动。在初略的近似中，密封装置74具有总体上呈环形的结构。
当前，密封装置74在图2中向上通过布置在密封装置承载件68之内的并且同样构造成大致帽形的保持区段76轴向支撑。在附图中，密封装置74上方的空间区域表征“燃料侧”而密封装置74下方的空间区域表征“油侧”。
此外，密封装置74在图2中向下通过密封装置承载件68的径向向内弯曲的、环绕的边缘区段来进行轴向支撑。显而易见，密封装置74在通过保持区段76和所述的边缘区段确定的区域之内必要时可具有小的轴向间隙。
密封装置74沿着纵轴线64布置在活塞30的径向外部。在此，密封装置74实施成基本上旋转对称，其中，在该图中，密封装置74的上部区段和下部区域实施成相互轴向镜像对称。根据本发明，密封装置74包括被切削式补充加工的注塑件77。该注塑件优选包括弹性材料，优选全氟烷氧基材料(“PFA”)，或由所述材料制成，并且借助注塑方法制造。还可看到，密封装置74的被切削式补充加工的注塑件77在相互远离地布置的轴向端部区域上在径向内部分别具有仅一个环绕的密封区段78。借助该密封区段78实现针对能相对于密封装置74轴向运动的活塞30的动态密封。
优选，密封区段78的轴向间距80至少相当于活塞30的行程。由此，密封区段78可将燃料(在该图中在密封装置74上方)或油(在该图中在密封装置74下方)特别好地“蹭掉”并从而防止燃料与油混合或至少将该混合最小化。
图4以进一步放大的剖视图示出密封装置74。但密封装置74在此是未安装的零件，即其当前不由于活塞30或密封装置承载件68而发生变形。密封装置74实施成关于纵轴线64至少基本上旋转对称。密封装置74还实施成关于(在该图中水平并且与纵轴线64成直角的)横向平面89镜像对称。
密封装置74的被切削式补充加工的注塑件77还在相互远离的轴向端部区域上在径向外部分别包括一个环绕的密封凸缘82。借助这些密封凸缘82可将密封装置74针对密封装置承载件68的径向内部区段“静态地”密封。为此，密封装置74力锁合地布置在密封装置承载件68中。在密封装置74的被切削式补充加工的注塑件77的径向中间区段中，在密封装置74的相互远离的轴向端部区域上，接收有径向环绕的并且就此而言呈环形的弹簧84，这些弹簧分别由弹簧板制成并且在图4的剖切平面中构造为大致U形。这些弹簧84在图4中各自向上或向下敞开。通过这些弹簧84一方面将两个密封区段78朝活塞30加载而另一方面将密封凸缘82朝密封装置承载件68加载。
径向内部绕纵轴线64地，密封装置74具有呈通孔形式的旋转对称的中心槽口86。该槽口86包括两个(分别在外部的)第一轴向区段86a，接着是两个(分别在“中间的”)第二轴向区段86b并且接着是两个(分别在内部的)第三轴向区段86c。轴向居中地布置在第三轴向区段86c之间的是单个第四轴向区段86d。第一，第二和第三轴向区段86a，86b和86c，以及第四轴向区段86d分别具有所属的径向内部的第一，第二，第三和第四壁区段88a，88b，88c和88d。
槽口86的通过第一，第二和第三壁区段88a，88b和88c构成的径向内部轮廓分别是锥形的。在此，第一轴向区段86a分别轴向向外敞开。第二和第三轴向区段86b和86c分别轴向向内敞开，即朝横向平面89。但位于轴向内部的第四壁区段88d实施成平行于纵轴线64，即实施成柱形。
锥形的第一壁区段88a关于与纵轴线64成直角的平面分别具有从约30度至约60度的角度α。锥形的第二壁区段88b关于纵轴线64分别具有角度β。在此，角度β优选(但不强制)为角度α的约一半大。锥形的第三壁区段88c关于纵轴线64分别具有角度γ(在附图中未示出)，其中，该角度γ优选小于角度β。
在给出的范围内，角度α和β可根据密封装置74的实施方式确定成不同大小。在此，(在密封装置74的安装状态下，即当密封装置74布置在活塞30的径向外部上时)角度α和β对接触面88并尤其对在接触面88上产生的力有较大的影响，参见后面的图5。
图5在该图左边的区域中示出曲线图，其中，密封装置74的接触压力90与(平行于纵轴线64的)纵向坐标x相关地绘出。在所示坐标系的以“x”标记(在图5中垂直向下指向的)的横坐标上，接触压力90为零。在附图右边示出密封装置74的密封区段78的区域中以及活塞30的区域中的所属的剖视图。邻接到密封区段78上的竖直线相当于活塞30的壳面，即密封区段78贴靠在该壳面上。密封区段78的轴向长度92表征密封装置74在活塞30上的总挤压力。即，密封装置74当前发生变形。
密封装置74的第一，第二，第三和第四轴向区段86a，86b，86c和86d和所属的第一，第二，第三和第四壁区段88a，88b，88c和88d实施成：使得在密封区段78和活塞30的壳面之间的接触面88上的接触压力90沿着纵轴线64或者说沿着纵向坐标x改变。在图5中，接触压力90从值“0/0”出发沿着纵向坐标x在第一曲线区段94中陡峭地上升并且在纵向坐标x的标以附图标记95的部位达到尖的最大值。接触压力90进一步沿着纵向坐标x在第二曲线区段96中陡峭地下降。
从接触压力90最大的轴向部位95出发，接触压力90在沿轴向从部位95指向密封装置74的最接近的边缘的方向上的梯度(斜率)的数值大于接触压力90在沿轴向从部位95指向密封装置74的远离的边缘的方向上的梯度的数值。所述最接近的边缘面向密封装置74的第一轴向区段86，而所述远离的边缘面向密封装置74的第二轴向区段86b。
尤其通过密封装置74的根据图4的尺寸可实现接触压力90的、图5所示的曲线变化过程。由此有利地使得能实现：在轴向方向上沿着密封区段78沿轴向朝密封装置74内的液体运输小于轴向朝外的液体运输。由此可在整体上显著改善密封作用。因为密封装置74分别仅具有唯一一个轴向外部的密封区段78，所以当前不存在轴向"内部"密封区段，其可能会由于缺少液体而受到差的润滑并从而提前磨损。
密封装置74的该几何机构尤其可借助数学方法(FEM，有限元方法)根据本发明进行优化。在此可对表征密封装置74的多个参数进行适配。目标例如可为，求取与希望的接触压力90有关的最佳“密封角度”或密封凸缘82的最佳轮廓。后者可在静态密封和径向挤压方面进行优选，由此也可使密封装置74沿着纵轴线64的可能的平移运动最小化或甚至能阻止该平移运动。
密封凸缘82如上所述布置在密封装置74的轴向远离的区段上，并因而可尤其防止密封装置74关于纵轴线64倾斜。密封装置74的在图4时描述的第一，第二，第三和第四轴向区段86a，86b，86c和86d的几何结构例如也可在对活塞30的改善的挤压以及希望的其他运行特性方面进行优化。
图6示出用于制造燃料高压泵28的根据图2至5的密封装置74的方法的流程图。在开始框100中，图6所示的过程开始。
在之后的框102中，将密封装置74注塑成初始形状。在之后的框104中，在初始形状中钻轴向中心孔。在后面的框106中，对注塑成的或者说钻孔后的初始形状的径向内部轮廓进行切削式补充加工，由此制造在径向内部环绕的第一和第二密封区段78，其中，第一和第二密封区段78分别布置在密封装置74的相互远离地布置的轴向端部区域上。在之后的最终框108中，图6所示的程序终止。
在用于制造密封装置74的方法的优选替代实施方式中，在框102中制造的初始形状已包括轴向中心孔，该轴向中心孔在该情况下并不通过单独的钻孔过程产生。因此框104中的钻孔过程取消，这在图6中通过虚线(在外部绕框104)简示。

Claims (10)

1.一种燃料高压泵(28)，具有活塞(30)，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有径向包围该活塞(30)的密封装置(74)，其中，该活塞(30)能够沿着纵轴线(64)相对于所述密封装置(74)移动，其特征在于，
所述密封装置(74)具有在径向内部环绕的第一和第二密封区段(78)，其中，第一和第二密封区段(78)分别布置在所述密封装置(74)的相互远离地布置的轴向端部区域上，并且，
这些密封区段(78)存在于被切削式补充加工的注塑件(77)上。
2.根据权利要求1所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，第一和第二密封区段(78)之间的轴向间距(80)相当于所述活塞(30)的至少一个行程。
3.根据权利要求1或2所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，所述被切削式补充加工的注塑件(77)实施成沿轴向镜像对称。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，所述被切削式补充加工的注塑件(77)的至少一个轴向区段(86a，86b，86c，86d)以下述方式实施：使得密封区段(78)的接触面(88)与所述活塞(30)的壳面之间的接触压力(90)沿着所述纵轴线(64)改变。
5.根据权利要求4所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，接触压力(90)在一轴向部位处最大，从该轴向部位(95)出发，接触压力(90)在沿轴向从所述部位(95)指向所述被切削式补充加工的注塑件(77)的最接近的边缘的方向上的梯度的数值大于接触压力(90)在沿轴向从所述部位(95)指向所述被切削式补充加工的注塑件(77)的远离的边缘的方向上的梯度的数值。
6.根据权利要求4或5所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，在将所述密封装置(74)装入到所述燃料高压泵(28)中之前，位于所述被切削式补充加工的注塑件(77)的轴向外部的第一轴向区段(86a)上的、径向内部的锥形第一壁区段(88a)关于与所述纵轴线(64)成直角的平面具有的角度(α)为从约30度至约60度，并且，位于与所述第一轴向区段(86a)轴向相邻的第二轴向区段(86b)上的、径向内部的锥形第二壁区段(88b)关于所述纵轴线(64)具有一角度(β)，该角度为前述角度(α)的约一半大。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，在所述被切削式补充加工的注塑件(77)的相互远离地布置的轴向端部区域上在径向外部分别布置有密封凸缘(82)。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的燃料高压泵(28)，其特征在于，所述被切削式补充加工的注塑件(77)包括全氟烷氧基材料，PFA。
9.一种用于制造燃料高压泵(28)的方法，该燃料高压泵具有活塞(30)，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有径向包围该活塞(30)的密封装置(74)，其中，所述活塞(30)能够沿着纵轴线(64)相对于所述密封装置(74)移动，其特征在于，按以下步骤制造所述密封装置(74)：
(a)将所述密封装置(74)的注塑件注塑(102)成初始形状，其中，所述初始形状具有轴向中心孔；
(b)对所述初始形状的径向内部轮廓进行切削式补充加工(106)，由此制造具有在径向内部环绕的第一和第二密封区段(78)的、被切削式补充加工的注塑件(77)，其中，第一和第二密封区段(78)分别布置在所述被切削式补充加工的注塑件(77)的相互远离地布置的轴向端部区域上。
10.一种用于制造燃料高压泵(28)的方法，该燃料高压泵具有活塞(30)，在该活塞的面向驱动机构的端部区段上布置有径向包围该活塞(30)的密封装置(74)，其中，该活塞(30)能够沿着纵轴线(64)相对于所述密封装置(74)移动，其特征在于，按以下步骤制造所述密封装置(74)：
(a1)将所述密封装置(74)的注塑件注塑(102)成初始形状；
(a2)在所述初始形状中钻孔(104)出轴向中心孔；
(b)对所述初始形状的径向内部轮廓进行切削式补充加工(106)，由此制造具有在径向内部环绕的第一和第二密封区段(78)的被切削式补充加工的注塑件(77)，其中，第一和第二密封区段(78)分别布置在所述被切削式补充加工的注塑件(77)的相互远离地布置的轴向端部区域上。
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