CN110945240A - 活塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞泵(16)，尤其是用于内燃机的高压燃料泵，具有泵壳体(26)、泵活塞(28)和至少由所述泵活塞(28)和所述泵壳体(26)限界的输送室(39)。提出：优选在所述泵活塞(28)和所述泵壳体(26)之间布置有用于密封所述输送室(39)的密封件(50)和用于对所述泵活塞(28)导向的单独的导向元件(56)，其中，所述密封件(50)构造为塑料环并且位于所述泵活塞(28)上。

Description

活塞泵

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的活塞泵，尤其是用于内燃机的高压燃料泵。

背景技术

由现有技术已知活塞泵，所述活塞泵例如使用在具有汽油直接喷射装置的内燃机中。这种活塞泵在泵缸体和泵活塞之间具有间隙密封件。泵缸体和泵活塞典型地由不锈钢制造。这样的间隙密封件在制造和装配泵缸体和泵活塞时要求高精度，由此产生高成本。始终存在的间隙尤其在低转速时导致次优的容积效率，所述间隙的尺寸例如由于所使用材料的热膨胀系数而不能任意地减小。

发明内容

本发明具有这样的任务：实现一种活塞泵，该活塞泵即使在低转速时也具有足够的容积效率、具有小的结构尺寸并且能够廉价地制造。

该任务通过具有权利要求1特征的活塞泵来解决。在从属权利要求中给出本发明的有利扩展方案。此外，在下面的说明和附图中得到对于本发明重要的特征。

根据本发明的活塞泵具有泵壳体、泵活塞和至少也由泵壳体和泵活塞限界的输送室。根据本发明提出，在泵活塞和泵壳体之间布置有用于密封输送室的密封件和用于对泵活塞导向的单独的导向元件，其中，所述密封件构造为塑料环并且位于活塞泵上，因此在运行中随着泵活塞相对于泵壳体运动。

这样的活塞泵可以较简单地制造，由此降低了构件成本。这与以下方式相关：费事地待制造的泵缸体通过具有密封件和至少一个导向件的密封组件来代替。通过将密封件构型为塑料环实现对输送室的有利密封，使得尤其在低转速时改善容积效率。通过新的密封组件可以实现活塞泵的较小的总结构尺寸。导向和密封功能从现在起通过分开的构件，即通过导向元件和密封件(塑料环)实现。

构造为密封环(塑料环)的密封件尤其是活塞密封件。泵活塞尤其具有一个座，例如凸肩，密封件位于该座上。通过该座保险密封件以防沿着泵活塞的轴向方向移动，尤其以防从输送室离开的移动。

密封件具有径向内环边缘、径向外环边缘、第一端侧和与该第一端侧对置的第二端侧。第一端侧可以面向输送室。第二端侧可以背离输送室，尤其面向泵活塞的座。

泵活塞可以被接收在壳体中的槽口中并且在该槽口中来回运动。所述槽口的内壁(内表面)可以构成泵活塞的工作面的至少一个区段。所述槽口可以构造为孔，必要时构造为阶梯孔。

在泵活塞和泵壳之间可以布置有泵缸体。与传统的不锈钢泵缸体相比，所述泵缸体能够以更低制造精度和从而更低成本制造，因为密封和导向功能由密封件和导向元件承担。泵缸体可以构造为套筒并且布置在用于泵活塞的槽口的阶梯上。泵缸体的内表面构成泵活塞的工作面的至少一个区段。对此替代地，可以取消泵缸体，由此减少部件数量。可能的取消还取决于所输送的介质类型、效率要求有多高和/或活塞泵的使用寿命要多久。

密封件可以由PEEK(聚醚醚酮)、PEAK、聚酰胺酰亚胺(PAI；例如，在Torlon的名称下可购得的PAI)或类似材料制造。所述材料可以附加地通过填料增强和/或优化。密封件尤其是高压密封件，该高压密封件将高压区域(输送室)相对于低压区域(在密封件的背离输送室的一侧上的区域)密封。

在一个优选构型的范畴内，可以设置另一导向元件，所述另一导向元件布置在活塞泵的密封件载体中。借此实现到(第一)导向元件的较大的轴承间距。因此显著地改善了泵活塞的导向。所述另一导向元件可以构造为环形(导向环)。

以有利的方式可以设置帽(固定帽)，该帽被施加到泵活塞上并且轴向地保险密封件。由此实现密封件在泵活塞上的可靠固定。通过所述帽保险密封件以防沿着泵活塞的轴向方向移动，尤其以防从输送室离开的移动。所述帽可以被压装到泵活塞上。所述帽尤其朝向输送室地具有卸压孔。由此在泵活塞和帽之间不能形成压力场，该压力场可能扩宽所述帽。

在一个优选构型的范畴内，密封件可以具有密封唇。该密封唇可以与对应的面，例如与泵活塞的工作面(用于泵活塞的槽口的内表面)共同作用。以便实现压力激活的密封。这意味着，由于在输送室中和面向泵活塞的密封唇侧(背侧)上的压力，密封唇更强地贴靠在泵活塞的工作面(槽口的内表面)上。由此，在压力升高时密封唇相对于泵活塞越来越好地密封(自增强效果)。因此可以在输送室中形成较高压力。最大的变形可能发生在密封唇的尖端处。因此确保了在限定部位上实现动态密封作用。密封唇从密封件的基础区段朝输送室的方向延伸。

密封件的几何形状可以这样地设计，使得在达到系统压力时出现作用到泵活塞的工作面(用于泵活塞的槽口的内表面)上的限定的力。该施加力取决于所希望的要求(容积效率、在使用寿命期间的磨损等)。通过压力激活能够达到较高系统压力，因为在系统压力升高时密封唇越来越强地变形并且因此作用到泵活塞的工作面上的密封唇的挤压力越来越大。

通过密封件的压力激活能够补偿在密封件的密封唇上的磨损。由于压力激活(压力和因此作用到密封唇的内侧上的力)，通过磨损而变得更短的密封唇更强地变形，并且进一步相对于泵活塞形成动态密封部位。具体地，密封件可以基于槽形环密封件，但在设计上经过优化并且具有密封唇。所述密封唇可以相对于泵活塞的工作面和/或相对于泵缸体的内表面具有过盈尺寸(压配合)、间隙尺寸(间隙)或过渡配合。对于特别可靠的密封而言，密封件可以实施为具有相对于泵活塞的工作面的压配合，例如具有0.001-0.3mm(毫米)的过盈尺寸。

以符合目的的方式，可以在密封件的外周边上布置有保持环，该保持环通过作用到密封件上的压力限制或防止密封件的径向扩宽。由此抵抗沿径向方向的力，该力试图扩大密封件的直径。由此保证，密封件完全有针对性地，但不是大面积地贴靠在工作面(用于泵活塞的槽口的内表面)上。因此，摩擦和磨损可以保持得低。保持环可以由金属，尤其不锈钢或类似材料构成。保持环可以通过压紧、粘接、卡锁或类似方式固定在密封件上。所述密封件可以具有环形接收区段，尤其是径向的变细部。

以有利的方式，密封件在其径向内环边缘上相对于泵活塞的周面具有间隙。或者，换言之：密封件可以相对于泵活塞在径向方向上运动。因此，密封件可以在径向方向上相对于泵缸体同心地定向。所述间隙可以为0.1-1mm(毫米)。在此，有利的是，该径向间隙大于导向元件和泵活塞(另一导向元件)之间的间隙或者泵活塞和泵活塞的工作面(第一导向元件)之间的间隙。以便保证，密封件不必承受或仅承受可忽略不计的小的横向力。

密封件可以在轴向方向上被夹紧，尤其在座(凸肩)和帽之间。然而，为了能够实现在径向方向上的定位和实现活塞和密封件之间的角度补偿，在密封件上应存在例如0.01-1mm的轴向间隙，尤其在帽和密封件之间。

在泵活塞的每个抽吸阶段中(泵活塞从输送室运动离开)都存在密封件相对于泵活塞重新定向的可能性。因为如上面所说明的那样，密封件相对于泵壳体(径向向外)具有间隙。在输送阶段中(泵活塞朝向输送室运动、压缩并且输送燃料)，在密封件的面向输送室的一侧上形成输送压力，该输送压力作用到密封件的端侧(密封件的第一端侧)上。由此，密封件在轴向方向上承受力(挤压力)，该力将密封件从输送室压到泵活塞上的座上。在该阶段期间，密封件由于轴向力而不能或仅能最小地在径向方向上运动。

在一个优选构型的范畴内，泵活塞可以具有凸肩，密封件位于该凸肩上并且该凸肩径向向外地朝向密封件增大。密封件可以具有端侧区段，该端侧区段与所述凸肩对应并且径向向内地朝向凸肩增大。以这种方式实现呈静态密封部位形式的足够的密封。因此，防止燃料从输送室逸出并且因此降低容积效率。

凸肩面(密封面)可以构造为锥形或圆锥的，即凸肩面是锥体周面的一个区段。密封件的(第二)端侧(轴向密封面)可以构造为球形的，即该端侧是球形表面的一个区段(球形区)。通过该“球-锥形状”产生闭合的密封线条，使得被静态地密封。因为密封件对准泵活塞的工作面，所以由于导向间隙而可以是，泵活塞与密封件不充分地正交。通过“球-锥形状”可以实现密封件和活塞之间的角度补偿。

在从密封件(密封件的基础区段)到密封唇的过渡部区域中，密封唇尤其在其外轮廓上应具有连续的，优选线性的几何形状走势。尤其，该区域应无切口。由此可以避免切口效应，使得提高密封件的使用寿命。

以有利的方式，导向元件可以构造为帽的径向突出或增高的区段，其中，该区段与泵活塞的工作面(用于泵活塞的槽口的内表面)共同作用。所述区段尤其可以环绕地构造在帽上。导向元件布置在密封件的面向输送室的一侧上。这在气蚀方面是有利的。在这种情况下，帽不但用于固定密封件，而且用于对泵活塞导向。气蚀气泡的主要部分在抽吸阶段中在泵活塞端侧形成。在输送阶段中，通过导向元件和泵活塞的工作面之间的狭窄间隙防止，这些气蚀气泡继续运动至密封件。因此，可以避免在密封件上的损坏。

对此替代地，导向元件可以构造为泵活塞的径向突出或增高的区段，其中，该区段与泵活塞的工作面(用于泵活塞的槽口的内表面)共同作用。所述区段尤其可以环绕地构造在泵活塞上。以这种方式，帽仅满足固定密封件的功能。现在，由泵活塞本身承担导向，尤其在密封件的背离输送室的一侧上。以这种方式，简化了将帽施加在泵活塞上，尤其压装在泵活塞上，因为即使在将帽在施加时在径向方向上强烈地和/或不同程度地扩宽的情况下，仍然总是能够通过泵活塞实现精确且可靠的导向。

在一个优选构型的范畴内，在帽的周面中可以构造螺旋槽。因此，可以将可能在密封件上存在的气蚀气泡从密封唇的对密封功能敏感的区域输送走。螺旋槽尤其可以布置在帽的增高的区段中。由于螺旋槽，输送介质在输送阶段中流动并且因此产生旋转流，该旋转流将可能存在的气蚀气泡从密封唇的区域输送走。

为了高的容积效率和/或长的使用寿命，用于导向和密封的面、即密封件和导向元件可以彼此之间具有足够的间距，使得在泵活塞来回运动时，穿过密封件和导向元件的区段不重叠。由此可以减少在重叠时出现的危险：表面，主要是密封面由于磨损和/或磨合变得过于粗糙并且因此不再提供足够的密封作用。对此替代地，可以忍受穿过密封件和导向元件的区段的这样的重叠。通过密封件和导向元件在轴向方向上的较小的间距有利于活塞泵的紧凑构型。

附图说明

在下面根据附图详细地阐述本发明，其中，相同或功能相同的元件可能仅一次地设有附图标记。附图示出了：

图1具有呈活塞泵形式的高压燃料泵的燃料系统的示意图；

图2图1的活塞泵的局部纵截面；

图3图1的活塞泵的泵活塞、密封件、保持环和帽的放大视图；

图4图3的密封件和保持环的放大且剖面的视图；

图5图3的泵活塞、密封件、保持环和帽的放大视图；

图6图3的帽的侧视图；和

图7图1的活塞泵的一个替代构型的纵截面。

具体实施方式

内燃机的燃料系统在图1中总体上带有附图标记10。该燃料系统包括燃料容器12，电的预输送泵14将燃料从所述燃料容器输送至构造为活塞泵16的燃料高压泵。该燃料高压泵将燃料进一步输送至燃料高压轨18，在所述燃料高压轨上连接有多个燃料喷射器20，所述燃料喷射器将燃料喷射到未示出的内燃机的燃烧室中。

活塞泵16包括入口阀22、出口阀24和泵壳体26。泵活塞28能够来回运动地被接收在所述泵壳体中。泵活塞28通过驱动装置30被置于运动中，其中，驱动装置30在图1中仅示意性地示出。驱动装置30例如可以是凸轮轴或偏心轴。入口阀22构造为流量控制阀，通过该流量控制阀可以调整由活塞泵16输送的燃料量。

活塞泵16的结构由图2更详细地得出，其中，下面仅提及重要部件。首先可看到，泵活塞28构造为阶梯式活塞，具有在图2中下方的挺杆区段32、衔接到该挺杆区段上的导向区段34和在图2中上方的端部区段36。导向区段34具有比挺杆区段32和端部区段36更大的直径。

泵活塞28的端部区段36借助施加到端部区段36上的帽38与泵壳体26一起限界输送室39。泵活塞28在泵壳体26中能够来回运动地被接收在构造在那里的槽口40中，该槽口构造为阶梯孔42。在孔42的径向扩大的阶梯43上布置有泵缸体44。泵缸体44构造为套筒形。泵缸体44的内表面46构成泵活塞28的工作面48的一个区段。

在未示出的实施方式中可以取消泵缸体44。在这种情况下，泵活塞28可以直接在泵壳体26中工作。泵壳体26中的槽口40则可以构成用于密封件50的工作面并且也构成用于泵活塞28的导向面。槽口40则可以构造为连续的(非阶梯状的)孔42。

在泵活塞28和泵壳体26之间布置有用于密封输送室39的密封件50。密封件50构造为塑料环并且位于泵活塞28上，具体而言位于泵活塞28的凸肩52上。通过压装到泵活塞28的端部区段36上的帽38保险密封件50以防在泵活塞28的轴向方向上(朝向输送室39；在图2中“向上”)移动。帽38具有卸压孔54。

此外，在泵活塞28和泵壳体26之间布置有用于对泵活塞28导向的单独的导向元件56。该导向元件56构造为帽38的径向突出或增高的区段58并且与工作面48共同作用。区段58环绕地构造在帽38上。

此外，设置用于对泵活塞28导向的另一导向元件60，该导向元件布置在活塞泵16的密封件载体62中。所述另一导向元件60构造为环形(导向环)，并且以导向面64(内置的环边缘)与泵活塞28的挺杆区段32共同作用。

密封件50具有密封唇66，该密封唇与泵活塞28的工作面48共同作用(参见图3)。在该实施例中，密封唇66与泵缸体44的内表面46共同作用。密封唇66从密封件50的基础部分68朝输送室39的方向(在图3中“向上”)延伸。密封唇66以其自由端部67贴靠在工作面48上。通过密封唇66在来自输送室39的压力下贴靠在工作面48上而产生动态密封作用。密封唇66在从密封唇66到密封件50的基础区段68的过渡部69中，尤其在外表面71上构造位无切口的。

可选地，在密封件50的外周边上可以布置有保持环70，该保持环限制密封件50的径向扩大。保持环70可以布置在密封件50的环形接收区段72上，该环形接收区段在径向上变细并且在一端部上具有凸肩74。保持环70固定在密封件50上。密封件50在其径向内环边缘76上相对于泵活塞28的周面，具体而言相对于泵活塞28的端部区段36的周面具有径向间隙77。以这种方式，密封件50可以相对于泵缸体44同心地定向。

如已经所说明的那样，泵活塞28具有凸肩52，密封件50位于该凸肩上。凸肩52径向向外地朝向密封件50增大。凸肩52具有构成密封面的凸肩面78。凸肩面78构造为锥形的或圆锥的，即凸肩面78是锥体的周面的一个区段。

密封件50具有端侧区段80，该端侧区段与所述凸肩对应并且径向向内地朝向凸肩52增大。端侧区段80具有构成密封面的端面82。该端面82构造为球形，即端面82是球形表面的一个区段(球形区)。通过该“球-锥形状”产生闭合的密封线条，使得形成静态密封部位83。

工作面48的被用于导向和密封功能的区段可以在轴向上彼此重叠，使得可以在这里出现重叠部85(参见图5)。这意味着，视泵活塞28的轴向位置而定，工作面48的区段可以被导向元件56和(之前或之后)被密封唇66穿过。

在未示出的实施方式中，工作面48的被用于导向和密封功能的区段彼此之间可以具有足够的间距，使得导向元件56和密封唇66在泵活塞28来回运动时穿过工作面48的不相同的区段。帽38具有周面84，在该周面上构造有螺旋槽86(参见图6)。在此，螺旋槽86尤其位于增高的区段58中。由于螺旋槽86可以在输送阶段中产生旋转流，该旋转流将可能存在的气蚀气泡从密封唇66的区域输送走。

所述密封基于以下效应：在输送阶段中(泵活塞28朝向输送室39运动；在图中“向上”)，在密封件50的面向输送室39的一侧上形成输送压力，该输送压力从第一端侧86作用到密封件50上。由此，密封件50在轴向方向上承受力F(挤压力)，该力将密封件50压到泵活塞28上的凸肩52上(参见图3)。以便在凸肩面78和端面82之间形成静态密封部83。通过由于径向间隙77和在那里占主导的压力而从内侧作用到密封唇66上的力F(箭头81)，密封唇66变形并且贴靠在工作面48上(参见图4)。力F(箭头87)也作用到基础区段68上，该力试图在轴向上扩宽密封件50，其中，保持环70限制该径向扩宽。在较低的压力和较小的力F时，密封件50本身能够充分地抵抗力F。则可以省去保持环70。

在图7中示出活塞泵16的一个替代构型，该构型在很大程度上相应于前面所说明实施方式，并且在该构型中，相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。

与之不同地，在该替代构型中，用于对泵活塞28导向的导向元件56构造为泵活塞28的径向突出或增高的区段88并且与工作面48共同作用。区段88环绕地构造在泵活塞28上。在该构型中，帽38仅用于轴向地保险密封件50。泵活塞28本身承担导向功能，具体而言通过区段88。

Claims (10)

1.一种活塞泵(16)，尤其是用于内燃机的高压燃料泵，所述活塞泵具有泵壳体(26)、泵活塞(28)和至少由所述泵壳体(26)和所述泵活塞(28)限界的输送室(39)，其特征在于，优选在所述泵活塞(28)和所述泵壳体(26)之间布置有用于密封所述输送室(39)的密封件(50)和用于对所述泵活塞(28)导向的单独的导向元件(56)，其中，所述密封件(50)构造为塑料环并且位于所述泵活塞(28)上。

2.根据权利要求1所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述密封件(50)具有密封唇(66)。

3.根据权利要求1或2所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述泵活塞(28)具有凸肩(52)，所述密封件(50)位于所述凸肩上，并且所述凸肩径向向外地增大，尤其是锥形的，并且所述密封件(50)具有端侧区段(80)，所述端侧区段与所述凸肩(52)对应并且径向向内地增大，尤其是球形的。

4.根据前述权利要求中的任一项所述活塞泵(16)，其特征在于，具有另一导向元件(60)，所述另一导向元件布置在所述活塞泵(16)的密封件载体(62)中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述活塞泵(16)，其特征在于，设置有帽(38)，所述帽施加在所述泵活塞(28)上并且在轴向上保险所述密封件(50)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述活塞泵(16)，其特征在于，在所述密封件(50)的外周边上布置有保持环(70)，所述保持环限制所述密封件(50)的径向扩宽。

7.根据前述权利要求中的任一项所述活塞泵(16)，其特征在于，所述密封件(50)在其径向内环边缘(76)上相对于所述泵活塞(28)的周面具有间隙(77)。

8.根据前述权利要求中的中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述导向元件(56)构造为所述帽(38)的径向突出的区段(58)，所述区段与用于所述泵活塞(28)的工作面(48)共同作用。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述导向元件(56)构造为所述泵活塞(28)的径向突出的区段(88)，所述区段与用于所述泵活塞(28)的工作面(48)共同作用。

10.根据前述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，在所述帽(38)的周面(84)中构造有螺旋槽(86)。

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