CN109196215B - 高压燃料泵 - Google Patents

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Abstract

一种高压燃料泵(10)，该高压燃料泵(10)具有泵送头(16)和可在孔(26)中进行滑动地调节的柱塞(34)。所述柱塞(24)设有盲孔，该盲孔限定在所述柱塞(34)的所述头端中开口并与所述压缩腔室(20)流体连通的腔室(50)，所述柱塞的端表面被限制于围绕所述开口的外周环形表面，所述孔进一步限定外周筒形壁和底表面，并且在所述腔室(50)中布置有填充构件(54)。

Description

高压燃料泵
技术领域
本发明涉及一种凸轮致动的高压泵，更具体而言，涉及一种限制燃料泄漏的柱塞装置。
背景技术
柴油内燃发动机(ICE)包括燃料喷射设备，其中在被输送至高压贮存器或共轨(该高压储存器或共轨连接有多个燃料喷射器)之前，在凸轮致动的高压泵中以2000巴或更高的压力对低压箱体中吸入的燃料进行加压。命令单元根据来自于ICE的燃料需求控制该设备。
在高压泵中，在限定在柱塞的头端和孔的盲端之间的压缩腔室中将燃料加压。柱塞在所述孔中进行往复运动，从而执行泵送循环，在该泵送循环过程中，改变压缩腔室的内部容积。随着所述容积减小，部分燃料不是被加压而是通过随着腔室压力升高而扩大的空隙在柱塞和孔之间发生泄漏。
为了将所述泄漏限制或减小到可接受的最小值并且仍然能够对柱塞与孔进行润滑，已经测试了若干解决方案，诸如使柱塞在其头端上设置凹部开口。在操作中，所述凹部填充有燃料，并且当压力上升时，凹部的外周壁略微膨胀而至少部分地将空隙关闭。
遗憾的是，这种凹部增大了所述容积中的加压燃料的量，因而所述容积的压力交替地上升和下降，这表现出了重要的容积损失。
发明内容
因而，本发明的目的是通过提供一种具有泵送头的高压燃料泵来解决以上提到的问题，其中在孔的盲端和柱塞的头端之间限定压缩腔室，所述柱塞可在所述孔中进行滑动地调节并且适合于在所述孔中执行泵送循环，从而改变所述压缩腔室的容积。
所述泵进一步设有用于控制流入和流出所述压缩腔室的燃料的入口阀组件和出口阀组件。
有利地，所述柱塞设有盲孔，该盲孔限定在所述柱塞的所述头端中开口并与所述压缩腔室流体连通的腔室。所述柱塞的端表面被限制于围绕所述开口的外周环形面。所述孔进一步限定外周筒形壁和底面，并且其中在所述腔室中布置有填充构件。
所述填充构件具有比所述盲孔的内部直径略微狭窄的区段，从而在所述填充构件和所述盲孔的筒形壁的内表面之间限定出环形间隙。
朝半径方向，所述间隙小于20μm，优选在10μm左右。
此外，所述填充构件由低密度材料制成。
具体而言，所述填充构件由铝或惰性聚合物或陶瓷材料制成。
更准确地说，所述填充构件未固定至所述柱塞，所述填充构件能在所述腔室内自由移动。
此外，所述盲孔和所述填充构件之间的空间填充有燃料。
所述填充构件具有略微小于所述盲孔的深度的高度，使得当所述填充构件位于所述腔室内时，所述填充构件的上表面与所述柱塞的顶部外周环形面处于表面齐平并连续的状态，从而在所述填充构件的下表面和所述孔的底面之间限定出底部空隙。
附图说明
现在通过参照附图以示例方式描述本发明，其中：
图1是根据本发明的高压泵的总体剖面图。
图2是图1的泵的压缩腔室的放大部分。
图3是图1的泵的柱塞的进一步放大视图。
具体实施方式
参照图1描述高压燃料泵10，该高压燃料泵10适合于布置在未示出的柴油燃料喷射设备中。泵10包括主体12，其中布置在两个轴承之间的凸轮轴14适合于围绕凸轮轴线Y旋转。在主体12上固定地布置有泵送头16，其中经由入口18进入压缩腔室20内的燃料在被加压之后经由出口22退出。
在使用时，在泵送循环期间发生燃料压缩，在该泵送循环中，柱塞24在下止点(BDC)位置和上止点(TDC)位置之间在泵送头16的孔26中往复地滑动。在柱塞24和孔26之间保持功能性环形空隙C1，以确保柱塞的滑动和润滑。柱塞24沿着垂直于凸轮轴线Y的泵送轴线X从低压端28延伸至高压端34，该低压端28伸出到泵送头16外并且经由凸轮随动件30与凸轮轴14的凸轮32相配合，该高压端34位于所述孔内部，并且所述柱塞的末端横向表面或端表面36部分地限定压缩腔室20。
入口18由布置在孔26的末端的入口阀构件38控制，并且相对于压缩腔室20径向地布置的出口22由出口阀构件40控制。在图1的表示中，出口阀构件40为止回阀，该止回阀具有被螺旋弹簧偏压而在关闭位置抵靠圆锥形座置表面的球体。图1所示的泵是作为非限制性示例选择的，而在另选实施方式中，入口和出口通道可以不同地布置，例如二者相对于柱塞轴线均平行或略微成角度。
压缩腔室20是完全限定在柱塞的所述端表面36、所述孔的筒形侧表面和所述入口阀构件38的下表面(或在另选实施方式中，所述孔的横向端表面)之间的空间。如在图2中可见，泵送腔室和出口球阀之间的短钻孔也是加压容积的一部分。
最后，泵弹簧42被压缩在泵送头16和装配有柱塞的弹簧座之间，柱塞24将凸轮随动件30抵靠凸轮32推向BDC。
在使用中，当凸轮轴14旋转时，凸轮32给予柱塞24所述往复运动而执行所述泵送循环，在该泵送循环期间，所述压缩腔室20的内部容积发生改变。
现在参照图2和图3详细描述的压缩腔室20的区域示出了出口22在孔的最终部分44中径向开口，并且柱塞的高压端34在位于TDC时在所述最终部分44中延伸。为了避免出口22被柱塞24关闭，孔的所述最终部分44具有略微扩大区段。
此外，柱塞24在其高压端34上设有深凹部，该深凹部形成了在所述柱塞内从端表面36朝向底面48轴向地X延伸的筒形盲孔46。盲孔46具有直径D46和长度L46或深度L46，所述孔46限定由外周筒形壁52和底面48限定的敞开腔室50。腔室50在所述柱塞的顶端部开口，因此将柱塞的端表面36限制于压缩腔室20中的围绕内孔46的开口的外周环形面。
在内孔46内布置有填充构件54，该填充构件54具有直径D54略微小于孔的直径D46的筒形外表面56和略微小于孔的深度L46的高度H54，该填充构件54从底面58延伸至上表面60。适当地，在腔室50(所述尺寸D54、H54略微小于该腔室的对应尺寸)中限定位于填充构件的筒形外表面56和孔的筒形外周壁之间的环形间隙G、位于填充构件的下表面58和孔的底面48之间的底部空隙C2，所述填充构件的上表面60与所述柱塞的端表面36基本表面齐平并连续。可以有小的填充流体的空隙C2，但是对于设计来说并非必不可少。理想地，高度H54等于或略微小于孔的深度L46，但是假定填充构件54在TDC处不与入口阀干涉，则可以使高度H54大于深度L46。
在使用中，所述间隙G和所述底部空隙C2填充燃料，并且为了确保该填充，首先将腔室50填充燃料，然后，将填充构件插入在所述孔中，由此经由间隙G抽空燃料，并且确保在填充构件下面没有保留任何空气，并且在完全插入时使底部空隙C2填满燃料并使其中不会保留捕获任何空气。
需要指出，填充构件54没有通过任何装置固定或附装至柱塞。填充构件54能在其中自由移动。
在使用中，当柱塞24往复运动时，捕获在间隙G中和底部空隙C2中的燃料将填充构件54保持在腔室内部。所述燃料用作将填充构件54保持在适当位置的缓冲垫。此外，在压缩腔室20中产生的高压在填充构件的上表面60上施加有助于将该填充构件定位在腔室50内的力。为了使所述腔室50内的所述保持更容易，填充构件54由诸如铝或或陶瓷或者甚至诸如PEEK之类的惰性聚合物制成，填充构件的重量被最小化，这减小了填充构件的惯性，并且当柱塞在TDC附近将使其轴向运动反向时，底部空隙C2中的燃料和上表面60上的压力克服倾向于将填充构件从内孔46拉出的惯性力，从而将填充构件保持在腔室50内。
此外，压缩腔室20中的压力传递至间隙G中的燃料，结果，孔的外周壁52在柱塞接近TDC时膨胀，壁52的所述向外径向膨胀将围绕柱塞的功能性滑动空隙C部分关闭，从而防止柱塞24和孔26之间的燃料泄漏增加。
填充构件54由铝制成的情况下已经成功地进行测试。底部空隙C2小于20μm，并且朝直径方向间隙G小于20μm或者朝半径方向小于10μm。假定最小壁厚为0.7mm，柱塞直径为6.5mm，并且孔尺寸范围从3.5mm到5.1mm。深度L46为近似8mm。
此外，在附图中，填充构件54具有圆形边缘，但是诸如倒角或尖锐边缘之类的另选几何形状也是可行的。
附图标记
X 泵送轴线
Y 凸轮轴线
BDC 下止点位置
TDC 上止点位置
D46 内孔的直径
L46 孔的长度/深度
D54 填充构件的直径
H54 填充构件的长度/高度
C1 功能性空隙
G 间隙
C2 底部空隙
10 泵
12 泵主体
14 凸轮轴
16 泵送头
18 入口
20 压缩腔室
22 出口
24 柱塞
26 孔
28 柱塞的低压端
30 凸轮随动件
32 凸轮
34 柱塞的高压端
36 端表面
38 入口阀构件
40 出口阀构件
42 泵弹簧
44 最终部分
46 内部盲孔-伸凹部
48 底面
50 倒角
52 外周壁
54 填充构件
56 外表面
58 填充构件的下表面
60 填充构件的上表面

Claims (8)

1.一种高压燃料泵(10)，该高压燃料泵(10)具有泵送头(16)，其中在孔(26)的盲端与柱塞(24)的头端之间限定有压缩腔室(20)，所述柱塞(24)能在所述孔(26)中进行滑动地调节并且适合于在所述孔中执行泵送循环，从而改变所述压缩腔室(20)的容积，
所述泵(10)进一步设有用于控制流入和流出所述压缩腔室(20)的燃料的入口阀组件(18)和出口阀组件(22)，
其特征在于，所述柱塞(24)设有盲孔(46)，该盲孔(46)限定在所述柱塞(24)的所述头端中开口并与所述压缩腔室(20)流体连通的腔室(50)，所述柱塞(24)的端表面被限制于围绕所述开口的外周环形表面，所述盲孔(46)进一步限定外周筒形壁(52)和底表面(48)，并且其中：
在所述腔室(50)中布置有填充构件(54)，
其中，所述填充构件(54)具有略微小于所述盲孔(46)的深度(L46)的高度(H54)，使得当所述填充构件(54)位于所述腔室(50)内时，所述填充构件(54)的上表面(60)与所述柱塞的端表面(36)处于表面齐平并连续的状态，从而在所述填充构件(54)的下表面(58)和所述盲孔的底表面(48)之间限定出底部空隙(C2)。
2.根据权利要求1所述的高压燃料泵(10)，其中，所述填充构件(54)具有比所述盲孔的内部直径(D46)略微狭窄的区段，从而在所述盲孔的所述外周筒形壁的内表面和所述填充构件(54)之间限定出环形间隙(G)。
3.根据权利要求2所述的高压燃料泵(10)，其中，朝半径方向，所述间隙(G)小于20μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高压燃料泵(10)，其中，所述填充构件(54)由低密度材料制成。
5.根据权利要求4所述的高压燃料泵(10)，其中，所述填充构件(54)由铝或惰性聚合物或陶瓷材料制成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的高压燃料泵(10)，其中，所述填充构件(54)未固定至所述柱塞(24)，所述填充构件(54)能在所述腔室(50)内自由移动。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的高压燃料泵(10)，其中，所述盲孔(46)和所述填充构件(54)之间的空间填充有燃料。
8.根据权利要求3所述的高压燃料泵(10)，其中，朝半径方向，所述间隙(G)在10μm左右。
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