CN116568921A - 活塞泵，尤其是用于内燃机的燃料高压泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种活塞泵(16)、尤其是用于内燃机的燃料高压泵，具有泵壳体(26)、在所述泵壳体(26)中被引导的泵活塞(28)和至少被所述泵壳体(26)和所述泵活塞(28)限界的输送室(38)，其中，在所述泵活塞(28)的周边上布置有用于密封所述输送室(38)的密封件(43)，其特征在于，所述密封件(43)构造为密封环(44)，所述密封环具有基本上呈套筒形的、沿中心纵轴线(41)延伸的基础区段(45)，其中，所述密封环(44)由纤维增强的塑料构成，所述塑料的纤维(49)至少沿所述密封环(44)的周边的大部分在所述密封环(44)的周向方向(51)上取向。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的活塞泵，尤其是一种用于内燃机的燃料高压泵。
背景技术
由现有技术已知活塞泵，其例如用于具有汽油直喷的内燃机中。例如，由WO2019/015862A1已知一种活塞泵，其具有塑料环作为密封件。
例如，可以使用“伞式喷注(Schirm Anguss)”注塑法制造这种塑料环，在该注塑法中，塑料环在整个端面上被注塑，以便实现良好的对称性和低的构件公差。在使用纤维增强的塑料时，纤维沿注塑方向定向并因此平行于塑料环的中心纵轴线取向。然而，尤其是在高压下，塑料环可能无法持久地承受作用的负载。
发明内容
本发明所基于的问题通过具有权利要求1特征的活塞泵来解决。在从属权利要求中提及本发明的有利的扩展方案。
本发明的活塞泵、尤其是用于内燃机的燃料高压泵具有泵壳体、在泵壳体内(沿轴向方向)引导的泵活塞和至少被泵壳体和泵活塞限界的输送室。在泵活塞的周边上或者换句话说(在径向上)在泵活塞与泵壳体之间设置有用于密封输送室的密封件。密封件构造为密封环，其具有基本上呈套筒形的、沿中心纵轴线延伸的基础区段。密封环由纤维增强的塑料构成，其纤维至少沿密封环周边的大部分在密封环的周向方向(横向于中心纵轴线)上取向。
以这种方式，可以改进密封环在周向方向上的强度、泡胀特性(Quellverhalten)和热膨胀。因此，密封环或者说塑料环可以在所有必要的运行条件下正常工作并且承受出现的负载。
可以使用各种不同塑料、例如热塑性塑料用于密封环。纤维(增强纤维)可以具有玻璃和/或碳纤维或者可以由玻璃和/或碳纤维构成。用于制造密封环的注塑材料可以具有塑料和纤维。
如前所述，纤维至少沿密封环周边的主要部分在密封环的周向方向上取向。这意味着纤维在周向方向上尤其是在纤维发生偏转所在的注塑入口部位和注塑出口部位或者排气部位的区域之外取向。纤维例如可以在周向方向上在密封环的周边的至少50％、优选至少70％、进一步优选至少90％取向或定向。
根据一个扩展方案，密封环可以借助注塑成型来构造，其中，密封环具有注塑入口部位(注塑材料的入口)和排气部位(气体的出口)或具有注塑入口部位(注塑材料的入口)和注塑出口部位(注塑材料的出口)，所述注塑入口部位与排气部位或者与注塑出口部位沿着密封环的周向方向彼此错开地布置。因此，纤维始终在注塑入口部位和排气部位或者注塑出口部位之外沿希望的方向、即沿周向方向放置。浇口方向(注塑方向流入)因此不是轴向地、而是径向地取向，其中，纤维此外由于例如由注塑成型模具预先给定的环形轮廓而沿周向方向定向。
在具有注塑入口部位和注塑出口部位的构型中，注塑材料可以在注塑入口部位处进入并在注塑出口部位处排出。在注塑出口部位处，纤维例如可以采用呈V形的配置。在具有注塑入口部位和排气部位的构型中，注塑材料可以在注塑入口部位处进入，其中，排气部位可以这样设置，使得气体在那里排出，但注塑材料不会排出。注塑材料的纤维可以在排气部位处相遇，其中，纤维例如可以采用无序的或混乱的配置。
根据一个扩展方案，纤维的一部分可以沿着密封环的第一环形区段从注塑入口部位延伸到注塑出口部位或排气部位，而纤维的另一部分或剩余部分可以沿着密封环的另一环形区段从注塑入口部位延伸到注塑出口部位或排气部位。换句话说，纤维或含有纤维的塑料材料可以分成两束(Strang)，其中，第一束采用从注塑入口部位到注塑出口部位或排气部位的路径，第二束采用从注塑入口部位到注塑出口部位或排气部位的另一路径。在注塑出口部位或排气部位处，纤维的这两部分或这两束相遇(例如呈熔接丝线(Bindenaht)的形式)。
根据一个扩展方案，注塑入口部位和注塑出口部位或排气部位可以相互围成一个角度α，其中，角度α位于160°与180°之间(160°≤α≤180°)。从而，注塑入口部位和注塑出口部位或排气部位彼此大致相对置，使得上述的“束”从注塑入口部位到注塑出口部位或排气部位具有“相似长的路径”。注塑入口部位和注塑出口部位或排气部位彼此不是精确地相对置，从而例如不会得到额定断裂部位。令人惊讶的是，在研究范围中，角度α＝175°证明是理想的。对于α的角度说明涉及密封环的周边。换句话说，该角度α处于一个平面中，该平面的法向向量为密封环的中心纵轴线。
根据一个扩展方案，可以在密封环上在注塑入口部位处构造凸部(Steg)，其平行于密封环的中心纵轴线沿密封环的周面延伸，尤其是沿着周面的整个长度延伸。为了尽可能使所有纤维在周向方向上横向于中心轴线，必须在侧向上至少在密封环的主要长度或整个长度上进行浇注。为此，在密封环上在侧向上设置凸部。该凸部从密封环的周面径向向外突出。因此，能够实现一种薄膜浇口(Film-Anguss)。
根据一个扩展方案，可以在密封环上在注塑出口部位处构造另一凸部，该另一凸部平行于密封环的中心纵轴线沿密封环的周面延伸、尤其是沿着周面的整个长度延伸。为了能够尽可能汇集所有在注塑出口部位处汇合的纤维，该汇集或熔接丝线必须在侧向上至少在密封环的主要长度或整个长度上进行。为此，在密封环上在侧向上设置另一凸部。该另一凸部从密封环的周面径向向外突出。因此，熔接丝线不是位于密封环的功能区域中，即不是位于基本上呈套筒形的基础区段之内，而是在其之外。在密封环上，与第一凸部(薄膜注塑部)相对地，在侧向上尤其是在整个长度上设置另一凸部(熔接丝线收集器)。如前所述，该凸部和该另一凸部在密封环的周边上彼此不是精确相对置，而是彼此稍微错开。
根据一个扩展方案，密封环可以在一个轴向端部上或在两个轴向端部上分别具有径向向外突出的、环绕构造的环边，该环边被模制到套筒形的基础区段上。因此，在一个轴向端部上设有环边的情况下，密封环具有总体上呈L形的横截面，或者，在两个轴向端部上分别设有环边的情况下，密封环具有C形或U形的横截面。通过该环边，可以提高密封环的刚性。此外，密封环可以在泵壳体中沿径向方向对中。由此，可以将密封环安装在泵壳体中的固定位置中。如果密封环仅在一个轴向端部上具有环边，则该环边可以面向输送室或背离输送室。
根据一个扩展构型，所述凸部、所述另一凸部和/或所述至少一个环边在其径向外边缘上相对于接收泵活塞的槽口的周壁可以分别具有间隙，例如0.01毫米至1毫米的间隙。换句话说，提及的元件具有外尺度，例如外径，该外径略小于在安置有相应部件的部位上接收这些部件的槽口(孔)的内径。该间隙导致能够根据泵活塞的位置调设部件的径向位置。因此能够得到相对于泵活塞的均匀且对称的间隙。
根据一个扩展构型，可以在泵活塞的周边上(在泵活塞与泵之间)布置弹簧元件，该弹簧元件作用到密封环上，例如将密封环压抵紧固环。弹簧元件可以在一端轴向地例如贴靠在导向元件上，并且在另一端将密封环压抵紧固环。弹簧元件可以构造为压缩弹簧，尤其是构造为作为弹簧垫片或螺旋弹簧。弹簧元件可以至少部分包围泵活塞。轴向力通过弹簧元件作用到密封环上，其中，该力压到密封环的面向输送室的轴向端面上。轴向力导致密封环例如平放在紧固环上，从而确保静态密封部位处的初始密封性。
根据一个扩展构型，可以在泵活塞的周边上(在泵活塞与泵壳体之间)设置一个或多个导向元件、紧固环、O形环和/或支撑环。
导向元件用于沿轴向方向相对于壳体引导泵活塞。导向元件例如可以分别构造为导向环。如果设置两个导向元件，则一个导向元件可以布置在泵壳体中、例如布置在用于泵活塞的槽口中，另一导向元件可以布置在密封支架中。
紧固环可以布置在密封环的背离输送室的侧上。紧固环可以形成用于密封环的座，从而密封环以防止轴向移位的方式固定，尤其是防止远离输送室地固定。
O形环可以具有径向密封效果。通过O形环可以补充静态密封部位并且改进密封效果。尤其是，O形环布置在密封环的径向外周面与泵壳体(用于泵活塞的槽口的周壁)之间。
支撑环可以布置在密封环的径向外周面与泵壳体(用于泵活塞的槽口的周壁)之间，并用作O形环的支撑环。由此可以保护O形环，因为可以防止O形环的损坏、例如挤出。尤其是，支撑环布置在O形环的背离输送室的侧上，并且可以具有呈三角形轮廓的横截面。三角形轮廓的斜边(Hypothenuse)可以面向O形环。
附图说明
下面，根据附图更详细地解释本发明，其中，相同或功能相同的元件设有相同的附图标记，但是必要时仅仅设有一次。附图示出：
图1示出了具有呈活塞泵形式的燃料高压泵的燃料系统的示意图；
图2示出了图1的活塞泵的部分纵截面图；
图3示出了图1中的活塞泵的泵活塞、密封件、导向元件和紧固环的放大视图；
图4以放大截面视图示出了图3中的具有O形环和支撑环的密封件的构型可能方案；
图5以立体视图单独示出了图2中的活塞泵的密封件；
图6以示意性部分视图示出了图5中的具有所示纤维的密封件；和
图7以示意性俯视图示出了图7中的密封件，以阐明制造。
具体实施方式
内燃机的燃料系统总体上在图1中具有附图标记10。该燃料系统包括燃料箱12，电动预输送泵14将燃料从该燃料箱输送到构造为活塞泵16的燃料高压泵。该燃料高压泵将燃料进一步输送到燃料高压轨18，多个燃料喷射器20附接到该燃料高压轨上，这些燃料喷射器将燃料喷射到内燃机的未示出的燃烧室中。
活塞泵16包括入口阀22、出口阀24和泵壳体26。泵活塞28能来回运动地被接收在该泵壳体中。泵活塞28由驱动器30置于运动中，其中，在图1仅示意性地示出驱动器30。驱动器30例如可以是凸轮轴或偏心轴。入口阀22例如构造为量控制阀，通过该量控制阀可以调设由活塞泵16输送的燃料量。
在图2中更详细地示出活塞泵16的结构，其中，下面仅提及主要部件。泵活塞28构造为阶梯式活塞，该阶梯式活塞具有在图2中的下挺杆区段32、附接到该挺杆区段上的导向区段34和未进一步示出的上端部区段。导向区段34具有比挺杆区段32和端部区段大的直径。
泵活塞28的端部区段以及导向区段34与泵壳体26一起限界出未进一步示出的输送室38。泵壳体26可以构造为总体上旋转对称的零件。泵活塞28在泵壳体26中被接收在存在于那里的槽口40中，该槽口构造为阶梯孔42。孔42具有多个阶梯(三个阶梯42'、42”、42”'；见图2和图3)。
在泵活塞28的导向区段34与孔42的内周壁(阶梯42”)之间布置有密封件43。该密封件直接在泵活塞28与泵壳体26之间密封，并由此将位于密封件43上方的输送室(高压区域)相对于在图2中布置于密封件43下方的区域(低压区域)密封，其中，此外泵活塞28的挺杆区段32位于该低压区域中。
密封件43构造为密封环44，该密封环具有基本上呈套筒形的、沿中心纵轴线41延伸的基础区段45。基础区段45具有柱形的外表面或者说周面58。密封环44由纤维增强塑料构成，其纤维49至少沿周边的主要部分在密封环44的周向方向51(横向于中心纵轴线41)上取向(参见图6和图7)。在下面进一步解释密封环44的构型。
在泵活塞28的导向区段34与孔42的内周壁(阶梯42')之间例如布置有与密封环44分开的导向元件46(参见图2和图3)。导向元件46可以与密封环44轴向相邻，并在图2中布置在密封环44上方(面向输送室)。导向元件46构造为环形(导向环)并且可以紧固在台阶42'上。
在该示例中，活塞泵16具有另一导向元件48，其布置在活塞泵16的密封支架50中(见图2)。该导向元件46和该另一导向元件48用于引导泵活塞28。该另一导向元件48构造为环形(导向环)并且可以紧固在密封支架50上。
活塞泵16在泵活塞28的导向区段34与孔42的内周壁(台阶42”')之间具有用于密封环44的紧固环52。密封环44平放在紧固环52上。通过密封环44和紧固环52的平放的接触面形成静态密封部位53(见图3)。密封环44、导向元件46、另一导向元件48和紧固环52形成密封组件。
密封环44在其第一轴向端部54上具有径向向外突出的、环绕构造的环边56(见图3)，该环边从基础区段45突出。所述环边56经由周面58径向突出。环边56完全围绕密封环44。环边56在其径向外边缘处相对于接收泵活塞28的槽口40(台阶42”)的周壁具有径向间隙64(见图3)。由此，密封环44能够在径向方向上朝着泵活塞28定向。
在输送室38中作用的压力可以到达密封环44的周面58，使得密封壁在套筒形的区段45上由于在那里作用的力而径向向内地经历变形(未示出)。因此，可以在泵活塞28、尤其是在导向区段34与密封环44之间(径向靠内的环形边缘)形成动态的密封部位。
可选地，在泵活塞28与泵壳体26之间可以布置弹簧元件47，该弹簧元件将密封环44压抵紧固环52。弹簧元件47可以在泵活塞28的轴向方向上布置在导向元件46与密封环44之间。弹簧元件47可以构造为呈弹簧垫片或螺旋弹簧形式的压缩弹簧。弹簧元件47在一端轴向地贴靠，尤其是贴靠在导向元件46上，并且在另一端将密封环44压抵紧固环52。
可选地，在密封环44的径向外周面58与泵壳体26之间可以布置O形环98(见图4)。该O形环用于增强静态的密封部位53并且改进密封。此外，在密封环44的径向外周面58与泵壳体26之间可以布置用于O形环98的支撑环99(见图4)。支撑环99用于保护O形环98，例如以避免O形环98的挤出。
独立于此地，可选地可以在密封环44上布置环绕的轴向环边76(见图4)。轴向环边76可以邻接于径向内周面70。从而确保了力以优化的方式引导通过密封环44，并精确地引入静态的密封部位53(见图3)。
下面参照图5至图7阐述密封环44的另一构型和制造。
密封环44借助注塑成型构造，其中，在该示例中，密封环44具有注塑入口部位80和注塑出口部位82，它们沿密封环44的周向方向51相互错开地布置(见图7)。纤维的或增强纤维49的一部分沿密封环44的第一环形区段44'从注塑入口部位80延伸至注塑出口部位82，并且纤维49的另一部分或剩余部分沿密封环44的另一环形区段44”从注塑入口部位80延伸至注塑出口部位82。代替注塑出口部位82，可以设置排气部位，如上所述(未示出)。
注塑入口部位80和注塑出口部位82彼此围成一个角度α，其中，该角度α可以在160°与180°之间。在该示例中，角度α＝175°(见图7)。
在密封环44上，在注塑入口部位80处构造有凸部84，该凸部在该示例中平行于密封环44的中心纵轴线41沿密封环44的外周面58延伸，具体而言沿周面58的整个长度延伸(见图5和图7)。此外，在注塑出口部位82处在密封环44上构造有另一凸部86，该另一凸部平行于密封环44的中心纵轴线41沿密封环44的外周面58延伸，具体而言沿周面58的整个长度延伸(见图5和图7)。
在该示例中，该凸部84和该另一凸部86过渡到环绕的环边56中(见图5)。在该示例中，该凸部84和该另一凸部86相对于外周面58突出的距离与环边56相同。凸部84、另一凸部86和环边56在其径向外边缘处相对于接收泵活塞28的槽口40的周壁具有间隙。
在图7中(已经部分参考该图7)示意性地示出了通过注塑成型由纤维增强塑料构成的密封环44。“注塑方向流入”(喷注方向)由箭头90和轴线91表示。从那里开始进行注塑过程，其中，注塑材料(含有纤维的塑料)通过薄膜浇口94经由凸部84(“用于薄膜浇口的凸部”)过渡到密封环44的主体中。
“注塑方向流出”由箭头92和轴线93表示。在那里，衔接密封环44的注塑过程，其中，注塑材料(含有纤维的塑料)经由另一凸部86(“用于熔接丝线收集器的凸部”)过渡到熔接丝线收集器95。
轴线91和93围出上面已经阐述的角度α。
Claims (10)
1.一种活塞泵(16)、尤其是用于内燃机的燃料高压泵，具有泵壳体(26)、在所述泵壳体(26)中被引导的泵活塞(28)和至少被所述泵壳体(26)和所述泵活塞(28)限界的输送室(38)，其中，在所述泵活塞(28)的周边上布置有用于密封所述输送室(38)的密封件(43)，其特征在于，所述密封件(43)构造为密封环(44)，所述密封环具有基本上呈套筒形的、沿中心纵轴线(41)延伸的基础区段(45)，其中，所述密封环(44)由纤维增强的塑料构成，所述纤维增强塑料的纤维(49)至少沿所述密封环(44)的周边的大部分在所述密封环(44)的周向方向(51)上取向。
2.根据权利要求1所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述密封环(44)借助注塑成型构造，其中，所述密封环(44)具有注塑入口部位(80)和排气部位或具有注塑入口部位(80)和注塑出口部位(82)，所述注塑入口部位和排气部位或者和注塑出口部位沿着所述密封环(44)的周向方向(51)彼此错开地布置。
3.根据权利要求2所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述纤维(49)的一部分沿着所述密封环(44)的第一环形区段(44')从所述注塑入口部位(80)延伸到所述注塑出口部位(82)或排气部位，并且所述纤维(49)的另一部分或剩余部分沿着所述密封环(44)的另一环形区段(44”)从所述注塑入口部位(80)延伸到所述注塑出口部位(82)或排气部位。
4.根据权利要求2或3所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述注塑入口部位(80)和所述注塑出口部位(82)或排气部位相互围成一个角度(α)，其中，所述角度(α)位于160°与180°之间。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，在所述密封环(44)上在所述注塑入口部位(80)处构造有凸部(84)，所述凸部沿所述密封环(44)的外周面(56)平行于所述中心纵轴线(41)延伸，尤其是沿着所述周面(56)的整个长度延伸。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，在所述密封环(44)上在所述注塑出口部位(82)处构造另一凸部(86)，所述另一凸部沿所述密封环(44)的外周面(56)平行于所述中心纵轴线(41)延伸、尤其是沿着所述周面(56)的整个长度延伸。
7.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述密封环(44)在一个轴向端部(54)上或在两个轴向端部上分别具有径向向外突出的、环绕构造的环边(56)，所述环边被模制到套筒形的所述基础区段(45)上。
8.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述凸部(84)、所述另一凸部(86)和/或所述环边(56)在其径向外边缘上相对于接收所述泵活塞(28)的槽口(40)的周壁具有间隙。
9.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，在所述泵活塞(28)的周边上布置弹簧元件(47)，所述弹簧元件作用到所述密封环(44)上。
10.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵()，其特征在于，在所述泵活塞(28)的周边上设置有一个或多个导向元件(46、48)并且设置有紧固环(52)、O形环(98)和/或支撑环(99)。
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