CN109386418B - 柱塞泵和高压燃油泵 - Google Patents

Abstract

一种柱塞泵包括：柱塞套(1)，其内限定出柱塞腔(10)和密封环室(4)；柱塞(2)，其在柱塞腔(10)中轴向往复移动；密封环套(8)，其布置在密封环室(4)中并且通过与柱塞套(1)的对应部位之间形成的过盈配合产生将密封环套(8)保持在密封环室(4)中的轴向约束力的；和柱塞密封环(5)，其嵌在密封环套(8)中，柱塞(2)穿过柱塞密封环(5)并被密封环套(8)密封。

Description

柱塞泵和高压燃油泵

技术领域

本申请涉及一种柱塞泵以及包含这种柱塞泵的高压燃油泵。

背景技术

柱塞泵常被用在燃油喷射系统中，用于向发动机供给高压燃油。在柱塞泵中，燃油有可能会泄漏到用于润滑柱塞驱动机构的润滑油中，而润滑油也可能被柱塞带到燃油中。受燃油污染的润滑油和受润滑油污染的燃油会给发动机的运转和尾气排放带来负面影响。为了降低这种双向的污染，可围绕柱塞布置密封环。例如，图1示出了一种现有柱塞泵的密封结构，其中，柱塞泵包括柱塞套1和在柱塞套1中往复移动的柱塞2。柱塞套1的密封部3中形成有密封环室4，柱塞密封环5围绕着柱塞2布置在密封环室4中。挡圈6和弹簧卡子7用于将柱塞密封环5固定在密封环室4中。

在这种结构中，需要在密封环室4的内壁中加工出用于安装挡圈6和弹簧卡子7的安装槽，并且需要分别装入挡圈6和弹簧卡子7(甚至需要手工装入)，这使得柱塞泵密封结构的加工和组装操作较为麻烦。

发明内容

本申请的目的是提供一种具有简单的密封结构的柱塞泵，以简化柱塞泵密封结构的加工和组装。

为此，根据本申请的一个方面，提供了一种柱塞泵，其包括：柱塞套，其内限定出柱塞腔和密封环室；柱塞，其在柱塞腔中轴向往复移动；密封环套，其布置在密封环室中并且通过与柱塞套的对应部位之间形成的过盈配合产生将密封环套保持在密封环室中的轴向约束力的；和柱塞密封环，其嵌在密封环套中，柱塞穿过柱塞密封环并被密封环密封。

根据一种可行实施方式，所述密封环套为一体的单件，包括底壁和由底壁伸出的圆周壁，所述密封环被以圆周壁径向弹性压缩的方式嵌入所述密封环套中。

根据一种可行实施方式，所述柱塞密封环包括径向内侧密封唇缘和径向外侧密封唇缘，所述径向外侧密封唇缘被所述圆周壁径向向内弹性压缩。

根据一种可行实施方式，所述底壁中形成有通孔，所述通孔的直径大于所述径向内侧密封唇缘的直径、小于所述径向外侧密封唇缘的直径。

根据一种可行实施方式，所述径向外侧密封唇缘的外周形成有径向向外突出的环形凸缘，所述环形凸缘径向推抵于所述圆周壁。

根据一种可行实施方式，所述径向内侧密封唇缘的内周形成圆环形的牙，所述牙弹性推抵于柱塞的外周。

根据一种可行实施方式，所述密封环套从其前端开始被压入密封环室中，所述密封环套的前端直径大于后端直径。

根据一种可行实施方式，所述密封环套的前端名义直径比密封环室的对应部位的名义直径大0.1mm～0.4mm。

根据一种可行实施方式，所述密封环套的前端名义直径比密封环室的对应部位的名义直径大0.25mm～0.35mm。

根据一种可行实施方式，所述密封环套的后端名义直径略大于密封环室的对应部位的名义直径，即密封环套的后端名义直径与密封环室的对应部位的名义直径之间的差值小于密封环套的前端名义直径与密封环室的对应部位的名义直径之间的差值。

根据一种可行实施方式，密封环室具有恒定的名义直径和公差。

根据一种可行实施方式，所述密封环套的后端名义直径比密封环室的对应部位的名义直径大0.1mm以下。

根据一种可行实施方式，所述密封环套的后端名义直径等于密封环室的对应部位的名义直径，所述密封环套的后端与密封环室的对应部位之间的公差设计为形成过盈配合或过渡配合。

根据一种可行实施方式，柱塞密封环内孔的直径小于柱塞主体部分的直径，柱塞形成有相对于其主体部分缩减直径的部分，所述缩减直径的部分穿过柱塞密封环并被密封环套密封。

根据一种可行实施方式，柱塞密封环和密封环套具有单一的规格，并且单一规格的柱塞密封环和密封环套被用于不同规格的柱塞。

本申请在其另一个方面提供了一种高压燃油泵，其包括：至少一个高压组件，用于以高压输出燃油；和供油泵，用于将预加压的燃油供应到高压组件，所述高压组件包括如前所述的柱塞泵。

根据本申请，将柱塞密封环放入密封环套中形成一个组件，仅需将这个组件压入密封环室中就完成了柱塞泵密封结构的组装。因此，简化了柱塞泵密封结构的组装操作。此外，密封环室中不需要再加工出用于安装挡圈和弹簧卡子的安装槽，因此简化了柱塞泵密封结构的加工。

附图说明

本申请的前述和其他方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解，其中：

图1是现有技术中的一种柱塞泵密封结构的示意性剖视图。

图2是根据本申请的一种可行实施方式的柱塞泵的示意性剖视图。

图3是图2中的柱塞泵中的密封结构的示意性剖视图。

图4、5是展示所述密封结构的加工和组装过程的局部剖视图。

图6是根据本申请的另一种可行实施方式的柱塞泵的示意性局部剖视图。

图7是根据本申请的一种可行实施方式对密封结构中的密封环套的尺寸设置方式的示意图。

具体实施方式

本申请总体上涉及柱塞泵，该柱塞泵可以作为高压组件用在燃油喷射系统中，用于向发动机供应燃油。例如，该柱塞泵可在柴油喷射系统中将柴油以高压供应到共轨，然后柴油从共轨被供应到发动机。

图2示出了根据本申请的一种可行实施方式的柱塞泵的总体结构。一个或多个这样的柱塞泵可以组装在一个泵壳中，并且被凸轮型驱动机构驱动。所述一个或多个柱塞泵由同样组装与该泵壳的供油泵供应燃油，并且将供应的燃油加压到高压输出。这样，所述一个或多个柱塞泵与所述供油泵构成高压燃油泵。

该柱塞泵包括固定在泵壳中的柱塞套1。具有中心轴线的大致圆柱形的柱塞腔10形成在柱塞套1的一部分中，用于接纳柱塞2。柱塞2的后(下)端部2a从柱塞套1中伸出并被驱动机构驱动，使得柱塞2能够在柱塞腔10中沿轴向往复移动。柱塞腔10的前(上)端部分(即背离驱动机构的那一部分)构成燃油腔。

柱塞套1的另一部分(背离驱动机构的部分)形成有阀室，用于容置第一单向阀11和第二单向阀12。第一单向阀11的进油端口连接着供油泵，出口端口与所述燃油腔连通。第二单向阀12的进油端口与所述燃油腔连通，出口端口构成高压燃油泵的输出端。

第一和第二单向阀11和12可以具有各式各样的结构，因此它们不在这里详细描述，并且仅以符号表示在图2中。

当柱塞2被驱动机构驱动而在柱塞腔10中前进时，即沿着背离驱动机构的方向移动时，燃油腔的体积减小，从而燃油腔中的燃油被柱塞2挤压到高压且经第二单向阀12输出。在这个阶段，第一单向阀11是关闭的。另一方面，当柱塞2后退时，即沿着朝向驱动机构的方向移动时，可能是在驱动机构的作用下或在复位元件(未示出)例如复位弹簧的作用下后退，燃油腔的体积增大，从而来自供油泵的燃油经第一单向阀11被抽入燃油腔中。在这个阶段，第二单向阀12是关闭的。通过这种方式，燃油被供应到高压组件1，在其内被加压，然后以高压输出。

在柱塞2和柱塞套1之间的间隙中存在燃油的油膜。当柱塞2后退时，该间隙中的燃油趋向于随着柱塞2朝向柱塞2的驱动侧移动。而当柱塞2后退时，驱动机构的润滑油趋向于被柱塞2经所述间隙带入燃油腔中。为了降低燃油通过该间隙从燃油腔向柱塞2的驱动侧泄漏以及驱动机构的润滑油经所述间隙被带入燃油腔中，该柱塞泵配备了如下面描述的密封结构。首先，柱塞套1的后部即面朝驱动机构的部位形成有密封部3。所述密封部3的径向尺寸相对于柱塞套1的其余部分减小，并且在其内限定出大致圆柱形的密封环室4。密封环室4与柱塞腔10大致同轴并且相通。柱塞密封环(PSR)5围绕着柱塞2布置在密封环室4中。柱塞密封环5通过密封环套8固定在密封环室4中。

图3中放大展示了如此由柱塞套1的密封部3、柱塞密封环5和密封环套8形成的密封结构。

柱塞密封环5由适宜的弹性材料、例如PTFE制成，构造成环形而限定出轴向延伸的内孔51。内孔51的直径设置成适于被柱塞2从中穿过并且允许柱塞2在其中往复移动。在柱塞密封环5通过密封环套8保持在在密封环室4中的状态下，内孔51与柱塞腔10沿轴向对正。

柱塞密封环5优选具有大致“H”或“X”形横截面，在轴向两侧分别形成有两圈密封唇缘，即径向内侧密封唇缘52和径向外侧密封唇缘53。在未安装柱塞2时，如图3所示，轴向两侧的径向内侧密封唇缘52朝向的内侧突伸。在将柱塞2穿过内孔51后，径向内侧密封唇缘52被柱塞2向径向外侧撑开，从而弹性地环绕住柱塞2，以将柱塞2密封。

柱塞密封环5嵌在密封环套8中，而密封环套8则通过总体上的过盈配合而固定在密封环室4中。

具体而言，密封环套8为金属、例如钢材(尤其是不锈钢)制成的单件的形式，例如，由金属片材冲压、拉伸制成。密封环套8具有底壁81和由底壁伸出的圆周壁82。底壁81中形成有通孔83，该通孔83的直径大于柱塞2的外径，使得柱塞2容易从通孔83中穿过。柱塞密封环5被塞入密封环套8中，使得径向外侧密封唇缘53和径向内侧密封唇缘52被圆周壁82略微径向向内弹性压缩。通孔83的直径优选大于径向内侧密封唇缘52的直径、小于径向外侧密封唇缘53的直径，这样，在柱塞密封环5的轴向后侧，径向内侧密封唇缘52可以推抵于底壁81，而径向外侧密封唇缘53不与底壁81接触，如图5所示。在柱塞密封环5嵌入密封环套8中的状态下，内孔51与通孔83轴向对正。这样，柱塞密封环5与密封环套8构成一个组件。

如图4所示，柱塞套1的密封环室4具有大致圆柱形的内周壁面9，该内周壁面9的尺寸设置成适于与密封环套8的圆周壁82的外周壁面形成过盈配合。该内周壁面9可以通过磨削或其它工艺形成。内周壁面9的外端可以形成有倒角9a，以便于将密封环套8插入密封环室4中。内周壁面9的内端可以形成有工艺退刀槽9b，以便于内周壁面9的加工(例如磨削)。

如图5所示的由柱塞密封环5与密封环套8构成的组件被压入密封环室4中，其中圆周壁82的前边缘、即背对底壁81的那一侧边缘朝前首先插入。这个插入动作可以由机械设备完成。在插入就位后(例如，密封环套8被轴向插入一段预定的距离，或是使得圆周壁82的背对底壁81的那一侧边缘轴向推抵于柱塞套1的对应部位)，柱塞密封环5被圆周壁82轴向保持而防止从密封环室4脱落。

密封环套8与密封环室4之间的过盈配合应具有这样的程度，即在整个柱塞泵的预期使用寿命内，能够避免柱塞密封环5与密封环套8的组件被柱塞2带动而从密封环室4脱出。

为了进一步提高可靠性，可以在组件被压入密封环室4中后对柱塞套1的密封部3的外边缘(即图4中形成倒角9a的那个边缘)施加变形(例如径向向内弯折)，以便通过变形产生的进一步约束作用防止组件脱出。

如图5所示，柱塞密封环5的内周可以形成圆环形的牙54，所述牙54弹性推抵于柱塞2的外周，以减小柱塞密封环5与柱塞2之间的接触面积，由此避免柱塞密封环5的内周与柱塞2之间产生过大的轴向拖曳力。此外，柱塞密封环5的外周可以形成径向向外突出的环形凸缘55，所述环形凸缘55径向推抵于圆周壁82，以减小柱塞密封环5与密封环套8的圆周壁82之间的接触面积，从而便于将柱塞密封环5插入密封环套8中。

此外，为了增大密封唇缘52和53之间的径向弹性，可以在二者之间形成的沟槽中嵌入机械弹簧元件56。

柱塞密封环5可以具有任何适宜形式。例如，其横截面不必局限于图中所示的，而是也可以采用其它形状的横截面。例如“Y”形横截面等等。

根据本申请的进一步方案，可以为不同尺寸的柱塞2配备相同规格的柱塞密封环5和密封环套8。即，柱塞密封环5和密封环套8各自具有单一规格的尺寸，但可通用于各种不同直径的柱塞2。

具体而言，可以将单一规格的柱塞密封环5的内孔直径选择为小于一系列柱塞泵中所有规格的柱塞2的直径。如图6所示，可以将柱塞2的后部部分成形为相对于柱塞2的主体部分缩小直径的部分2b，使所述缩小直径的部分2b具有与所述单一规格的柱塞密封环5的内孔直径相适合的直径，在柱塞泵工作中所述缩小直径的部分2b将在柱塞密封环5中密封地滑动。相应地，柱塞腔10的后部部分10a被形成为具有与缩小直径的部分2b的直径相匹配的缩减直径。当然，也可以将单一规格的柱塞密封环5的内孔直径选择为等于最小规格(最细)的柱塞2的直径。这样，最小规格的柱塞2不必形成所述缩小直径的部分2b，而其它规格的柱塞2需要形成所述缩小直径的部分2b。

根据这种方案，可以为不同规格的柱塞2配备相同规格的柱塞密封环5，从而降低备件费用。此外，对于柱塞2形成有缩径的后部部分2b的方案，由于柱塞主体部分并不穿过柱塞密封环5，因此可以避免柱塞主体部分被柱塞密封环5划伤。

此外，根据本申请的进一步方案，可以对密封环套8的不同部位的直径作进一步设置。如图7所示，密封环套8在其前端(即背离底壁81的那一端)具有前端直径Φ1、在其后端(即底壁81所在的那一端)具有后端直径Φ2。在传统技术中，通常将此类筒形元件的前端直径设计得比后端直径略小，以便于将筒形元件插入孔中。然而，根据本申请的可行实施方式，将前端直径Φ1设计得大于后端直径Φ2，使得密封环套8的前端外周与密封环室4的内周壁面9之间配合的过盈量大于密封环套8的后端外周与密封环室4的内周壁面9之间配合的过盈量。这一方案的优点是，可以增加密封环套8的前端处与密封环室4的内周壁面9之间的局部接触压力，从而提高此处的密封性能，并且更可靠地将密封环套8保持在密封环室4中。此外，根据这样方案，密封环套8压入密封环室4的过程中过盈量大处产生的颗粒不会泄漏到柱塞密封环5的密封面。

密封环套8各部位的外径可以设计成使得从其前端向其后端过盈量逐渐减小，甚至在密封环套8的后端处过盈量可以为零。

在密封环套8的前端处，其直径的名义尺寸大于密封环室4的内周壁面9的相应部位的直径的名义尺寸，例如大0.1mm～0.4mm，优选大0.25mm～0.35mm，取决于直径大小。

在密封环套8的后端处，其直径的名义尺寸略大于或等于密封环室4的内周壁面9的相应部位的直径的名义尺寸。这里所说的“略大于”是指密封环套8后端处的直径名义尺寸与密封环室4的内周壁面9的相应部位的直径名义尺寸之间的差值小于密封环套8前端处的直径名义尺寸与密封环室4的内周壁面9的相应部位的直径名义尺寸之间的差值。例如，密封环套8的后端处的直径的名义尺寸比密封环室4的内周壁面9的相应部位的直径的名义尺寸大0.1mm以下。或者，密封环套8的后端处的直径的名义尺寸与密封环室4的内周壁面9的相应部位的直径的名义尺寸相等，二者公差设计成过盈配合、甚至过渡配合。

密封环室4的内周壁面9可以从前到后具有恒定的名义直径和公差，以便于密封环室4的加工。

根据本申请，在柱塞泵的密封结构中，通过与柱塞套的密封部之间产生过盈配合的密封环套将柱塞密封环固定在柱塞套的密封环室中，仅需一个轴向压入动作就能将柱塞密封环与密封环套的组件固定就位，因此组装操作简单，并且容易由机械设备完成。

此外，密封环室中仅需对与密封环套配合的圆柱面仅需加工，不需要像现有技术那样加工出装安装挡圈和弹簧卡子的安装槽，因此，密封结构的加工过程得到简化。

此外，在将柱塞密封环与密封环套的组件推入密封环室中时，轴向推力施加在密封环套的底壁上，而不会直接施加到柱塞密封环上，因此可以避免柱塞密封环受损。

此外，采用密封环套这单一的固定元件，比采用挡圈和弹簧卡子的情况，可减少零件数量。

本申请特别适用于高压燃油泵、尤其是柴油机共轨系统高压燃油泵中的高压组件。然而，可以理解，本申请也适用于其他类型的柱塞泵。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (14)

1.一种柱塞泵，包括：

柱塞套(1)，其内限定出柱塞腔(10)和密封环室(4)；

柱塞(2)，其在柱塞腔(10)中轴向往复移动；

密封环套(8)，其布置在密封环室(4)中并且通过与柱塞套(1)的对应部位之间形成的过盈配合产生将密封环套(8)保持在密封环室(4)中的轴向约束力的；和

柱塞密封环(5)，其嵌在密封环套(8)中，柱塞(2)穿过柱塞密封环(5)并被柱塞密封环(5)密封；

其中，所述密封环套(8)从其前端开始被压入密封环室(4)中，所述密封环套(8)的前端直径(Φ1)大于后端直径(Φ2)，以增加密封环套(8)的前端处与密封环室(4)之间的接触压力。

2.如权利要求1所述的柱塞泵，其中，所述密封环套(8)为一体的单件，包括底壁(81)和由底壁伸出的圆周壁(82)，所述柱塞密封环(5)被以圆周壁(82)径向弹性压缩的方式嵌入所述密封环套(8)中。

3.如权利要求2所述的柱塞泵，其中，所述柱塞密封环(5)包括径向内侧密封唇缘(52)和径向外侧密封唇缘(53)，所述径向外侧密封唇缘(53)被所述圆周壁(82)径向向内弹性压缩。

4.如权利要求3所述的柱塞泵，其中，所述底壁(81)中形成有通孔(83)，所述通孔(83)的直径大于所述径向内侧密封唇缘(52)的直径、小于所述径向外侧密封唇缘(53)的直径。

5.如权利要求3所述的柱塞泵，其中，所述径向外侧密封唇缘(53)的外周形成有径向向外突出的环形凸缘(55)，所述环形凸缘(55)径向推抵于所述圆周壁(82)，和/或

所述径向内侧密封唇缘(52)的内周形成圆环形的牙(54)，所述牙(54)弹性推抵于柱塞(2)的外周。

6.如权利要求1所述的柱塞泵，其中，所述密封环套(8)的前端名义直径比密封环室(4)的对应部位的名义直径大0.1mm～0.4mm。

7.如权利要求1所述的柱塞泵，其中，所述密封环套(8)的前端名义直径比密封环室(4)的对应部位的名义直径大0.25mm～0.35mm。

8.如权利要求6所述的柱塞泵，其中，所述密封环套(8)的后端名义直径略大于密封环室(4)的对应部位的名义直径。

9.如权利要求8所述的柱塞泵，其中，所述密封环套(8)的后端名义直径比密封环室(4)的对应部位的名义直径大0.1mm以下。

10.如权利要求6所述的柱塞泵，其中，所述密封环套(8)的后端名义直径等于密封环室(4)的对应部位的名义直径，所述密封环套(8)的后端与密封环室(4)的对应部位之间的公差设计为形成过盈配合或过渡配合。

11.如权利要求6所述的柱塞泵，其中，所述密封环室(4)具有恒定的名义直径和公差。

12.如权利要求1至11中任一项所述的柱塞泵，其中，柱塞密封环(5)内孔的直径小于柱塞(2)主体部分的直径，柱塞(2)形成有相对于其主体部分缩减直径的部分(2b)，所述缩减直径的部分(2b)穿过柱塞密封环(5)并被柱塞密封环(5)密封。

13.如权利要求1至11中任一项所述的柱塞泵，其中，柱塞密封环(5)和密封环套(8)具有单一的规格，并且单一规格的柱塞密封环(5)和密封环套(8)被用于不同规格的柱塞(2)。

14.一种高压燃油泵，包括：

至少一个高压组件，用于以高压输出燃油；和

供油泵，用于将预加压的燃油供应到高压组件；

其中，所述高压组件包括如权利要求1至13中任一项所述的柱塞泵。

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