CN116745525A - 活塞泵，尤其是用于内燃机的燃料高压泵 - Google Patents

Abstract

一种活塞泵(16)，尤其是用于内燃机的燃料高压泵，所述活塞泵包括：泵壳体(26)；在所述泵壳体(26)中引导的泵活塞(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)，并且在所述泵壳体(26)与所述泵活塞(28)之间布置有用于密封所述输送室(38)的密封件(43)。所述密封件(43)构造为密封环(44)并且具有内周面(57)，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)借助注塑成型由纤维增强塑料构造并在所述内周面(57)上是被切削加工的。

Description

活塞泵，尤其是用于内燃机的燃料高压泵

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的活塞泵，尤其是用于内燃机的燃料高压泵。

背景技术

由现有技术已知一些活塞泵，它们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。

这种塑料环通常借助注塑成型法(塑料注塑(Kunststoffspritzen))来制造。在塑料注塑之后，所谓的“注塑表皮(Spritzhaut)”有规则地留在构件表面上并且没有被去除。由此，在注塑之后在构件处的尺寸公差相对于机械加工工艺来看是大的，并且构件表面的摩擦学性能也是不同的。

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扩展构型。

根据本发明的活塞泵，尤其是用于内燃机的燃料高压泵，具有：泵壳体；在泵壳体中(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，其中，(在径向上)在泵壳体与泵活塞之间、换言之在泵活塞的周边上布置有用于密封输送室的密封件。密封件构造为密封环并具有内周面(内周缘面)，该密封环具有基本上呈套筒形的、沿中心纵轴线延伸的基础区段。密封环借助注塑成型由纤维增强塑料构造并在内周面上被切削加工。

通过对内周面进行切削加工，可以大程度地或完全去除注塑表皮。因此，可以减小密封环的内径的公差，并因而改善密封环或活塞泵的整体功能。

可以使用各种不同的塑料、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/或碳纤维或者由玻璃(GFK)和/或碳纤维(CFK)构造。用于制造密封环的注塑材料可以具有塑料和纤维。

根据一个扩展构型，密封环可以在内周面上被切削加工成使得与内周面邻接的纤维或纤维区段(纤维增强塑料的增强纤维)暴露出。因此，内周面的切削加工以使与内周面邻接的纤维或纤维区段暴露的程度来进行。因此，直接在内周面上存在纤维增强的构件结构。根据纤维材料而定，纤维可以有助于密封环内周面上的表面的摩擦学性能。

根据一个扩展构型，纤维，即在密封环的材料中包含的增强纤维，可以构造为碳纤维。碳纤维由于其良好的润滑性能而有助于减小内周面上的摩擦。因此，可以最小化泵活塞与密封件之间的摩擦损失。

根据一个扩展构型，密封环的内周面可以通过研磨和/或珩磨来加工。由此，可以对内周面进行合适的机械精加工。从而可以去除注塑表皮的、例如约0.02毫米至0.03毫米(mm)的表面。

根据一个扩展构型，纤维可以至少沿密封环的周边的大部分在密封环的周向方向上取向。以这种方式，可以提高密封环在周向方向上的强度、溶胀特性(Quellverhalten)和热膨胀。这有利于密封环或塑料环在出现的运行条件下的可靠功能。纤维例如可以在密封环的周边的至少至50％、优选至少至70％、进一步优选至少至90％沿周向方向取向或定向。

根据一个扩展构型，可以在密封环上构造一个或多个凸部(Steg)，所述凸部分别平行于中心纵轴线沿密封环的外周面、尤其是沿着外周面的整个长度延伸。通过所述一个或多个凸部可以使密封环的结构或基本上呈套筒形的基础区段的结构稳定。此外，通过所述一个或多个凸部可以实现注塑入口部位(注塑材料的入口)和(例如在两个凸部的情况下)必要时可以实现注塑出口部位(注塑材料的出口)(在周向方向上注塑)。因此，这些部位位于基本上呈套筒形的基础区段之外，从而环的稳定性不会受到影响。在两个凸部的情况下，这两个凸部可以在外周面上彼此相对置，但彼此稍微错开地布置。

根据一个扩展构型，密封环可以在一个轴向端部上或分别在两个轴向端部上具有径向向外突出的环绕构造的环边，所述环边模制到基本上呈套筒形的基础区段上。因此，在一个轴向端部上设有一个环边的情况下，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一个环边的情况下具有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，所述一个或多个凸部和/或所述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(径向)间隙，例如0.01毫米至1毫米(mm)的间隙。换句话说，所提到的元件(所述一个或多个凸部和/或所述环边)具有外尺度、例如外径，该外尺度在相应的元件所在的部位处略小于接收这些元件的槽口(孔)的内径。该间隙使得元件的径向位置可以适配于泵活塞的位置。因此可以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，在泵活塞的周边上，或者换句话说(在径向上)在泵壳体与泵活塞之间，可以设置作用于密封环的弹簧元件、一个或多个导向元件、紧固环、O形环和/或支撑环。

弹簧元件可以作用于密封环上，例如将密封环压抵到紧固环上。弹簧元件可以在一端轴向地贴靠、例如贴靠在导向元件上，并且在另一端将密封环压抵到紧固环上。弹簧元件可以构造为压缩弹簧，尤其是构造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。通过弹簧元件将轴向力作用到密封环上，其中，该力压到密封环的面向输送室的轴向端面上。该轴向力使得密封环例如平放在紧固环上，从而确保在静态密封部位上(例如在密封环与紧固环之间的密封部位上)的初始密封性。

所述一个或多个导向元件用于将泵活塞沿着轴向方向相对于壳体引导。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，并且另一导向元件可以布置在密封件支架中。

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，从而密封环被固定以防止轴向移动，尤其是远离输送室移动。

O形环可以具有径向密封作用。通过O形环可以补充静态密封部位，并且改善密封作用。O形环尤其是布置在密封环的外周面与泵壳体(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外周面与泵壳体(用于泵活塞的槽口的周壁)之间，并且用作用于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，并且可以在横截面中具有三角形轮廓。三角形轮廓的斜边可以面向O形环。

本发明还涉及一种用于制造用于活塞泵、尤其是用于具有上述一个或多个方面的活塞泵的密封环的方法。关于优点，可以参考针对活塞泵的相关实施方式。该方法具有以下步骤：

-由纤维增强塑料、尤其是碳纤维增强塑料(CFK)注塑成型出密封环的坯料，其中，密封环具有基本上呈套筒形的、沿中心纵轴线延伸的基础区段并且具有内周面，以及

-对密封环的内周面进行切削加工，尤其是研磨和/或珩磨，其中，将材料层去除限定厚度。

在内周面上的切削加工或材料去除尤其这样进行，使得(由注塑成型留下的)注塑表皮被去除。尤其是，在内周面上去除厚度为0.02毫米至0.03毫米(mm)的材料层。由此，纤维可以暴露出，其中，密封环内径的公差被减小，并且内周面的表面的摩擦学性能得到改善。如果纤维(增强纤维)由碳纤维构成，则碳纤维能够能以其良好的润滑性能有助于减小摩擦。

上述的和/或下面还将阐述的措施可以用于该方法的进一步构型。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明，其中，相同或功能相同的元件设置相同的附图标记，并且必要时仅设置一次。在此，

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的活塞泵的部分纵向截面；

图3示出了图1中的泵活塞、密封环、导向元件和活塞泵的紧固环的放大视图；

图4示出了图3中具有O形环和支撑环的密封环的构型可能方案的放大截面视图，；

图5单独地示出了图2中的活塞泵的密封环的立体视图；

图6示出了在切削加工内周面之前(图6a)和在切削加工后(图6b)图5中的密封环的示意性截面视图；和

图7示出了图5中的密封环的内周面的部分视图以及放大局部。

具体实施方式

内燃机的燃料系统在图1中总体上具有附图标记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被驱动机构30置于运动中，其中，在图1中仅示意性地示出驱动机构30。驱动机构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中位于下部的挺杆区段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，并因此将位于密封件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，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。密封环44在基础区段45处具有内周面57和外周面58(参见图3)。密封环44借助注塑成型由纤维增强塑料构造并且在内周面57上被切削加工。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可以在轴向上与密封环44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的密封件支架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的平放式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。环边56经由外周面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的外周面58，使得在套筒形的区段45上的密封壁由于在那里作用的力而经历径向向内的变形(未示出)。因此，可以在泵活塞28、尤其是导向区段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压抵到紧固环52上。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。

在密封环44上构造有凸部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，具体而言沿外周面58的整个长度延伸(参见图5)。此外，在密封环44上构造有另一凸部86，其平行于密封环44的中心纵轴线41沿密封环44的外周面58延伸，具体而言沿外周面58的整个长度延伸(参见图5)。如上所述，在凸部84上可以设置注塑入口部位，并且在另一凸部86上可以设置注塑出口部位。

在该示例中，凸部84和另一凸部86过渡到环绕的环边56中(见图5)。在该示例中，凸部84和另一凸部86相对于外周面58突出的距离与环边56相对其突出的距离相同。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。

如前所述，密封环44借助注塑成型由纤维增强塑料构造并且在内周面57上被切削加工。在该切削加工中(由附图标记79表征)，在密封环44的内周面57上将材料层78去除限定厚度(见图6a)。在该加工之后，与密封环44的内周面57邻接的纤维或纤维区段80(纤维增强塑料的增强纤维)暴露出(见图7)。由于该切削加工(去除材料层78)，密封环44的内径84略微增大(参见图6b)。

在该示例中，纤维80构造为碳纤维。内周面57可以通过研磨和/或珩磨被切削加工。纤维80至少沿密封环44的周边的大部分在密封环44的周向方向51上取向(参见图7)。

如上所述，用于制造用于活塞泵16的密封环44的方法如下进行。

首先，由纤维增强塑料注塑成型出密封环44的坯料，使得密封环44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和内周面57(参见图6a)。

进一步，对密封环44的内周面57进行切削加工79，例如通过研磨和/或珩磨来进行，其中，将材料层78去除限定厚度(参见图6b)。

由此，内周面57上的“注塑表皮”被去除并且纤维80(在该示例中是碳纤维80)暴露出，并且因此其良好的润滑性能有助于减小内周面57上的或内周面57与泵活塞28的周边之间的摩擦。此外，通过内周面57的切削加工减小了密封环44的内径84的公差并且改善了整体功能。

Claims (10)

1.一种活塞泵(16)，尤其是用于内燃机的燃料高压泵，所述活塞泵具有：泵壳体(26)；在所述泵壳体(26)中引导的泵活塞(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，在所述泵壳体(26)与所述泵活塞(28)之间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)并且具有内周面(57)，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)借助注塑成型由纤维增强塑料构造并在所述内周面(57)上是被切削加工的。

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)在所述内周面(57)上被切削加工成，使得与所述内周面(57)邻接的纤维或纤维区段(80)暴露出。

3.根据权利要求1或2所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述纤维(80)构造为碳纤维。

4.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述内周面(57)通过研磨和/或珩磨来切削加工。

5.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，所述纤维(80)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。

6.根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，其特征在于，在所述密封环(44)上构造一个或多个凸部(84,86)，所述凸部分别平行于所述中心纵轴线(41)沿所述密封环(44)的外周面(58)延伸、尤其是沿着所述外周面(58)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)上或分别在两个轴向端部上具有径向向外突出的、环绕构造的环边(56)，所述环边被模制到基本上呈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，所述一个或多个凸部(84,86)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)的周壁分别具有间隙。

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)的周边上设置有作用于所述密封环(44)的弹簧元件(47)、设置有一个或多个导向元件(46,48)、设置有紧固环(52)、设置有O形环(98)和/或设置有支撑环(99)。

10.一种用于制造用于活塞泵(16)的密封环(44)的方法，所述活塞泵尤其是根据上述权利要求中任一项所述的活塞泵(16)，所述方法具有以下步骤：

-由纤维增强塑料注塑成型出所述密封环(44)的坯料，其中，所述密封环(44)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)并且具有内周面(57)；

-对所述密封环(44)的内周面(57)进行切削加工，其中，将材料层(78)去除限定的厚度。