CN215804909U - 用于直接喷射系统的燃料泵 - Google Patents

Abstract

一种用于直接喷射系统的燃料泵(1)，包括：主体(2)；泵室(4)，其被限定在主体(12)内；活塞(5)，其以滑动的方式安装在泵室(4)的内部，以循环改变泵室(4)的容积；容纳座(6)，其被限定在泵室(4)下方的主体(2)内；导套(7)，其被容纳在容纳座(6)内，并设有中心孔(8)，其中活塞(5)以滑动的方式被布置在中心孔处；以及在活塞(5)与导套(7)的中心孔(8)之间插入的密封垫圈(9)。在导套(7)的中心孔(8)与活塞(5)之间存在的机械间隙小于12微米。

Description

用于直接喷射系统的燃料泵

相关申请的交叉引用

本实用新型申请要求于2020年7月22日提交的意大利专利申请号102020000017767的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本实用新型涉及一种用于直接喷射系统的燃料泵；优选地，直接喷射系统用于主动点燃式内燃机中，因此由汽油或类似燃料提供动力。

背景技术

直接喷射系统包括多个喷油器、向喷油器供应加压燃料的共轨、通过高压供应导管向共轨供应燃料并设有流量控制装置的高压燃料泵，以及控制单元，该控制单元驱动流量控制装置以将共轨内的燃料压力维持在通常取决于发动机操作条件而随时间变化的期望值。

在专利申请EP2236809A1中描述的高压燃料泵包括：活塞在其中以往复运动滑动的泵室，由吸入阀调节以将低压燃料送入泵室的吸入导管，以及由输送阀调节以将高压燃料从泵室送入共轨的输送导管。

为了引导活塞的往复滑动，设有导套，其在泵室(活塞在其中滑动)的下方布置。导套的中心孔(其中放置活塞)和活塞必须以高精度用机器加工，以尽量减少在导套的中心孔与活塞之间存在的机械间隙(即距离)(以限制沿活塞的燃料泄漏)，但没有完全消除此机械间隙(这显然是允许活塞在导套内滑动所必需的)。目前在市场上的高压燃料泵中，在导套的中心孔与活塞之间的机械间隙(即距离)小于12微米，一般在7～10微米之间；事实上，该范围的值允许显著限制沿活塞的燃料泄漏而不损害这种活塞的功能性(即，活塞在导套内的滑动)。

最近，汽车制造商已经开始设计新的汽油动力内燃机，其以超过400- 500巴(高达800-1000巴)的汽油喷射压力运转，因此需要能够在这些压力下泵送燃料的高压燃料泵。

一些模拟已经表明，在专利申请EP2236809A1中描述的结构允许将标称燃料压力增加到800-1000巴(显然有一些调适)；然而，相同的模拟还已经表明，通过大幅增加标称燃料压力，可能会发生导套内活塞的过早咬死 (seizures)。

实用新型内容

本实用新型的目的是实现一种用于直接喷射系统的燃料泵，这种燃料泵能够在高压下泵送燃料，同时不存在可靠性问题。

根据本实用新型，提供了一种用于直接喷射系统的燃料泵并且包括：

主体；

泵室，其被限定在主体内；

活塞，其以滑动的方式安装在泵室的内部，以循环地改变泵室的容积；

容纳座，其被限定在泵室下方的主体内；以及

导套，其被容纳于容纳座内，并设有中心孔，活塞以滑动的方式被布置在中心孔处；

其中，在导套的中心孔与活塞之间存在的机械间隙小于12微米；

燃料泵，其特征在于，它包括密封垫圈，该密封垫圈插在活塞和导套的中心孔之间。

本申请描述了本发明的优选实施例，形成了本描述的必不可少的一部分。

上述燃料泵具有许多优点。

首先，上述燃料泵能够在高达900-1000巴的标称压力下泵送燃料而没有任何可靠性问题(即，没有显示出活塞过早咬死)。

该结果是在密封垫圈存在的情况下通过结合使用在导套的中心孔和活塞之间非常小的机械间隙(小于12微米)获得的(以便尽可能地限制沿活塞的燃料泄漏)：这两种解决方案的协同作用允许几乎完全消除沿活塞的燃料泄漏，从而消除随之发生的活塞的过热，否则该过热可能导致活塞的耐摩涂层的热降解。

换句话说，通过提高标称燃料压力，沿活塞的燃料泄漏与其说是能源效率问题(因为燃油泄漏代表“功率损耗”)，但更多的是活塞过热的问题 (这不会损坏钢活塞，但可能会损坏活塞的耐摩涂层)，因为在导套的孔和活塞之间的泄漏的燃料变得非常热，甚至达到活塞的耐摩涂层的临界温度。

此外，上述燃料泵实现起来简单且成本低廉，因为相对于类似的已知的燃料泵的修改是有限的并且包括添加密封垫圈。

附图说明

现在将参考附图描述本实用新型，附图示出了一些非限制性实施例，其中：

·图1是根据本实用新型制造的燃料泵的纵向截面视图；

·图2是图1的细节的放大比例图，部分地示出了燃料泵的导套和活塞；

·图3是图1中燃料泵的进一步纵向截面视图；

·图4是图1中燃料泵的活塞的立体图；以及

·图5是根据替代实施例的图2中的细节的放大比例图。

具体实施方式

在图1中，附图标记1总体上表示用于在内燃机中的共轨式的直接燃料喷射系统的高压燃料泵；优选地，直接喷射系统用于主动点燃式内燃机，因此以汽油或类似燃料作为燃料。

高压泵1包括主体2，该主体2具有纵向轴线3并在其中限定圆柱形泵室4。活塞5滑动地安装在泵室4内，活塞通过以往复运动沿纵向轴线3 移动引起泵室4的容积的循环变化。活塞5的下部在一侧连接到弹簧(未示出)，该弹簧趋向于将活塞5推向泵室4的最大容积的位置，而在另一侧连接到凸轮(未示出)，该凸轮由内燃机的驱动轴带动旋转以通过压缩弹簧使活塞5循环地向上移动。

吸入导管(未示出)源自泵室4的侧壁，其由布置在泵室4处的吸入阀(未示出)调节。输送导管(未示出)源自泵室4与吸入导管相对的一侧的侧壁，并由布置在泵室4处的单向输送阀(未示出)调节并允许燃料流仅从泵室4输出。

在主体2内和泵室4下方设有圆柱形的容纳座6，其具有大于泵室4的直径的直径并容纳活塞5的导套7；导套7主要起引导活塞5的轴向往复滑动的作用。导套7由合适硬度的材料制成并具有表面抛光以便于活塞5 的轴向滑动。

导套7呈管状并具有中心通孔8，活塞5滑动地容纳在该中心通孔8 内；导套7的中心孔8(活塞5被放置在该中心孔处)和活塞5以高精度用机器加工，以使在导套7的中心孔8和活塞5(为了尽可能多地限制沿活塞5的燃料泄漏)之间存在的机械间隙(即距离)最小化，但没完全消除该机械间隙(这显然是允许活塞5在导套7内滑动所必需的)。

在导套7的中心孔8与活塞5之间存在的机械间隙(即距离)小于12 微米，以及一般在7-10微米之间；事实上，该范围的值允许限制沿活塞5 的燃料泄漏而不损害这种活塞5的功能性(即，活塞5在导套7内的自由滑动)。

为了改善活塞5在导套7的中心孔8内的滑动，活塞5外涂覆有耐摩 (即低摩擦)外层；优选地，使用基于碳的DLC(“类金刚石”)型的耐摩涂层。或者，耐摩涂层可以仅施加到导套7的中心孔8，或者耐摩涂层可以施加到活塞5和导套7的中心孔8两者。

如在图2更好地说明的那样，在活塞5和导套7的中心孔8之间插入密封垫圈9，其具有进一步限制沿活塞5的燃料泄漏的功能。密封垫圈9具有一定的弹性，以便能够弹性变形(特别是径向压缩抵靠导套7的中心孔 8的内表面)。密封垫圈9优选由具有低摩擦系数的材料制成；例如，密封垫圈9可以由基于PTFE(聚四氟乙烯，在商业上也称为

)的材料制成，可能填充有玻璃或石墨。

根据附图中所示的优选实施例，活塞5具有容纳密封垫圈9的环形凹槽10(在图3中更好地示出)；即，环形凹槽10构成座，密封垫圈9被容纳在该座中，以防止密封垫圈9相对于活塞5经受轴向位移。

显然，环形凹槽10以一轴向尺寸定位在活塞5上，使得环形凹槽10 (以及因此被容纳在环形凹槽10中的密封垫圈9)在活塞5的行程期间始终在导套7的中心孔8内。

根据附图中所示的优选实施例，活塞5还包括(至少)另一个环形凹槽11，该环形凹槽布置在距容纳密封垫圈9的环形凹槽10一定的轴向距离处，其是自由的(即，不是由其他元件接合)，并且以一轴向高度定位在活塞5上，使得在活塞5的行程期间环形凹槽11始终在导套7的中心孔8 内。环形凹槽11的第一个功能是在其中收集一定量的沿活塞5泄漏的燃料以形成“液压密封”这能够限制燃料泄漏；换句话说，在环形凹槽11中形成一圈加压燃料，从而形成能够限制燃料泄漏的“液压密封”。环形凹槽11 的另一个(但同样重要)的功能是稳定活塞5在导套7的中心孔8中的对准，因为它有助于恢复(偏移)活塞5的任何偏心。

在附图所示的实施例中，环形凹槽10(因此还有密封垫圈9)布置在泵室4和环形凹槽11之间；即，环形凹槽11布置成比环形凹槽10(因此相对于密封垫圈9)距泵室4更远。在本实施例中，沿活塞5泄漏的燃料首先遇到环形凹槽10(因此还有密封垫圈9)，然后遇到环形凹槽11。

根据未示出的不同实施例，环形凹槽11布置在泵室4和环形凹槽10 (因此还有密封垫圈9)之间；即，环形凹槽10(因此还有密封垫圈9)布置得比环形凹槽11更远离泵室4。在这种形式的实施例中，沿着活塞5流动的燃料首先遇到环形凹槽11，然后遇到环形凹槽10(因此遇到密封垫圈 9)。

在图1-图4所示的实施例中，密封垫圈9具有自身闭合的环形形状，即没有任何中断；换言之，密封垫圈9是没有中断的连续环，因此没有开端也没有尾端。该实施例允许由密封垫圈9实现的更好的液压密封，但也使得密封垫圈9在环形凹槽10中的组装更加复杂得多，因为沿活塞5滑动直到其到达环形凹槽10的密封垫圈9的弹性变形需要施加大的力(这也可能导致密封垫圈9的损坏和/或活塞5的外表面的划伤)。

在图5所示的替代实施例中，由于连续性断裂12，密封垫圈9具有开放的环形形式(即，其自身不闭合)；因此，密封垫圈9具有(从断裂12)彼此分开并且彼此面对的开端和尾端。

优选地但不是必须地，中断12与活塞5的纵向轴线3形成锐角，即，它是倾斜的并且不平行于活塞5的纵向轴线3(在图5所示的实施例中，中断12与活塞5的纵向轴线3形成45°的角)；中断12相对于活塞5的纵向轴线3(即相对于燃料压力的推力方向)的倾斜导致燃料压力趋向于封闭密封垫圈9，即趋向于挤压密封垫圈9的两个相对端部彼此相抵。本实施例给出了密封垫圈9的较小的液压密封，但也使得密封垫圈9在环形凹槽 10中的组装更加简单得多，因为沿活塞5滑动直到其到达环形凹槽10的密封垫圈9的弹性变形需要施加相对适中的力。

根据未示出的替代实施例，活塞5可以包括两个或三个密封垫圈9，它们以彼此相距一定距离串联布置并且被容纳在各自的凹槽10中。

根据未示出的另一实施例，活塞5可包括彼此相距一定距离布置的两个或三个环形凹槽11；通常，至少一个环形凹槽11布置在环形凹槽10的上游(即密封垫圈9的上游)，并且至少一个环形凹槽11布置在环形凹槽 10的下游(即密封垫圈9的下游)。

在不脱离本实用新型的保护的范围的情况下，本文所描述的实施例可以相互组合。

上述燃料泵1具有许多优点。

首先，上述燃料泵1能够在高达900-1000巴的标称压力下泵送燃料而没有任何可靠性问题(即，没有显示出活塞5过早咬死)。

该结果是在密封垫圈9存在的情况下通过结合使用在导套7的中心孔 8和活塞5之间非常小的机械间隙(小于12微米)获得的(以便尽可能地限制沿活塞5的燃料泄漏)：这两种解决方案的协同作用允许几乎完全消除沿活塞5的燃料泄漏，从而消除随之发生的活塞5的过热，否则该过热可能导致活塞5的耐摩涂层的热降解。

换句话说，通过提高标称燃料压力，沿活塞5的燃料泄漏与其说是能源效率问题(因为燃油泄漏代表“功率损耗”)，但更多的是活塞5过热的问题(这不会损坏钢活塞5，但可能会损坏活塞5的耐摩涂层)，因为在导套7的孔8和活塞5之间的泄漏的燃料变得非常热，甚至达到活塞5的耐摩涂层的临界温度。

此外，上述燃料泵1实现起来简单且成本低廉，因为相对于类似的已知的燃料泵的修改是有限的并且包括添加密封垫圈9。

附图的参考编号的表

1 燃料泵

2 主体

3 纵向轴线

4 泵室

5 活塞

6 容纳座

7 导套

8 中心孔

9 密封垫圈

10 环形凹槽

11 环形凹槽

12 中断

Claims (13)

1.一种用于直接喷射系统的燃料泵(1)，包括：

主体(2)；

泵室(4)，其被限定在主体(2)内；

活塞(5)，其以滑动的方式安装在泵室(4)的内部，以循环地改变泵室(4)的容积；

容纳座(6)，其被限定于泵室(4)下方的主体(2)内；以及

导套(7)，其被容纳在容纳座(6)内并设有中心孔(8)，活塞(5)以滑动的方式被布置在中心孔处；

其中，在导套(7)的中心孔(8)与活塞(5)间存在的机械间隙小于12微米；

燃料泵(4)的特征在于，其包括插在活塞(5)和导套(7)的中心孔(8)之间的密封垫圈(9)。

2.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述密封垫圈(9)安装在活塞(5)上。

3.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述活塞(5)具有第一环形凹槽(10)，所述第一环形凹槽(10)容纳密封垫圈(9)。

4.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述活塞(5)具有第二环形凹槽(11)，所述第二环形凹槽(11)被布置在距密封垫圈(9)给定轴向距离处并且是自由的，即不被其他元件接合。

5.根据权利要求4所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述密封垫圈(9)被布置在泵室(4)与第二环形凹槽(11)之间。

6.根据权利要求4所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述第二环形凹槽(11)被布置在泵室(4)与密封垫圈(9)之间。

7.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述密封垫圈(9)为闭合的环形，即所述密封垫圈(9)为无间断的连续环。

8.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述密封垫圈(9)由于在其连续性中的中断(12)而具有开口环形形状，并且因此具有与彼此分开的开端和尾端。

9.根据权利要求8所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述中断(12)与活塞(5)的纵向轴线(3)形成锐角。

10.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述密封垫圈(9)由基于聚四氟乙烯的材料制成。

11.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述活塞(5)和/或导套(7)的中心孔(8)涂覆有耐摩涂层。

12.根据权利要求11所述的燃料泵(1)，其特征在于，所述耐摩涂层是基于碳的DLC涂层。

13.根据权利要求1所述的燃料泵(1)，其特征在于，在导套(7)的中心孔(8)与活塞(5)之间存在的机械间隙在7至10微米的范围内变动。

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