CN217300748U - 一种共轨泵高压腔燃油密封装置 - Google Patents

Abstract

一种共轨泵高压腔燃油密封装置，包括柱塞、柱塞套、进油阀、出油阀及其形成的高压腔；所述柱塞包含柱塞孔，所述出油阀包含出油孔；所述高压腔包含三道密封结构，进油阀与柱塞套形成第一密封结构；出油阀与柱塞套形成第二密封结构；柱塞与柱塞套形成第三密封结构；所述高压腔和进油阀之间设有通道，该通道的截面积不超过出油阀通道截面积的1/10；本实用新型易加工，装配便捷，有效密封高压力燃油，自适应微动变形，减小摩擦损耗，延长密封结构使用寿命。

Description

一种共轨泵高压腔燃油密封装置

技术领域

本实用新型专利涉及柴油机高压共轨燃油泵技术领域，具体涉及一种共轨泵高压腔燃油密封装置。

背景技术

面对日益严格的排放法规和严峻的能源问题，在柴油机上采用高压共轨燃油喷射系统已经成为当今世界柴油机技术的主要发展方向。高压共轨燃油喷射系统不仅可以实现稳定的高压喷射以完善燃烧过程，还可以对喷油特性进行独立控制，使柴油机动力性、经济性和排放性都有极大的提高和改善。

高压共轨燃油系统具体包括共轨泵、共轨管、喷油器、ECU、传感器等部件。燃油从油箱经燃油滤清器输入共轨泵，在柱塞腔内加压后送入到共轨管中，共轨管内的压力根据ECU发出的压力调节信号控制，燃油经高压油管输给喷油器，喷油器根据ECU发出的指令以合适的喷油动作将燃油喷入柴油机的燃烧室。

共轨泵是高压共轨燃油喷射系统的重要组成部分，是实现燃油压力从零到2000bar甚至更高压力的关键部件。随着对发动机经济性和排放性能要求的不断提高，对共轨泵输出燃油压力的需求已经达到了2000bar的要求，甚至3000bar的要求。高压燃油的需求对共轨泵是极大的挑战，特别是高压密封元件，需要共轨泵的高压部件具有良好的高压密封要求。

共轨泵输出的高压燃油由柱塞的上下运动产生，即共轨泵的承压元件间的密封不仅要满足高压力的要求，还要满足压力波动的要求，且波动范围在0-3000bar的大范围内。压力波动的频率与转速成正比。这种循环往复的0-3000bar之间的压力波动，使得组成柱塞腔的各个元件在不断的受压、释放压力的循环过程中微动，这种微动会造成高压密封面之间的互相运动，造成密封原件之间的微动磨损，严重影响密封效果和零部件的寿命。

要保证对3000bar高压力燃油的有效密封，又要获得长寿命的有效密封，合适的密封结构尤为重要。

实用新型内容

本实用新型提供一种共轨泵高压腔燃油密封装置，包括柱塞、柱塞套、进油阀、出油阀及其形成的高压腔；所述柱塞包含柱塞孔，所述出油阀包含出油孔；

所述高压腔包含三道密封结构，进油阀与柱塞套形成第一密封结构；出油阀与柱塞套形成第二密封结构；柱塞与柱塞套形成第三密封结构；

所述第一密封结构包括第一面和第二面，所述第一面为一段或多段圆弧面，或为一段或多段锥面，或为一段或多段圆弧面与锥面的结合，所述第二面为锥面，所述高压腔和进油阀之间设有通道，该通道的截面积不超过出油阀通道截面积的1/10；

所述第二密封结构为球与锥面或锥面与锥面的密封；所述柱塞孔与出油孔形成的交叉孔为月牙槽结构；

所述第三密封结构为精密偶件结构。

进一步的，所述第一密封结构中，第一面与第二面的密封点距离柱塞孔的孔口的距离X为0.5-2.5mm。

本实用新型易加工，装配便捷，有效密封高压力燃油，自适应微动变形，减小摩擦损耗，延长密封结构使用寿命。

附图说明

图1是未设立通道时的本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的月牙槽结构放大示意图。

图3是未设立通道时的第一密封结构受力示意图。

图4是设立通道时的本实用新型的结构示意图。

图5是设立通道时的第一密封结构受力示意图。

图中：1-柱塞、2-柱塞套、3-进油阀、4-出油阀、5-高压腔、6-第一密封结构、7-第二密封结构、8-第三密封结构、9-柱塞孔、10-出油孔、11-月牙槽、12-第一面、13-第二面、14-通道。

具体实施方式

一种共轨泵高压燃油密封装置，如图1所示，由柱塞1、柱塞套2、进油阀3、出油阀4组成。柱塞1和进油阀3、出油阀4以及柱塞套2形成密封高压腔5，柱塞1在高压腔5中上下运动，配合进油阀3和出油阀4的开启和关闭，将燃油进行加压至3000bar甚至更高。柱塞1包含柱塞孔9，出油阀4包含出油孔10。

如图1所示，该高压腔5包含了三道密封结构，第一道为进油阀3与柱塞套2之间的第一密封结构6，第二道为出油阀4与柱塞套2之间的第二密封结构7，第三道为柱塞1和柱塞套2之间的第三密封结构8。

由于第二道密封结构7后端连接高压油管，高压油管内压力基本稳定，维持轨压恒定，该密封处借助高压燃油的压力密封，环境相对稳定，结构相对简单，一般为球与锥面或锥面与锥面的密封。该处存在的主要问题为柱塞孔9与出油孔10之间的交叉位置，柱塞孔9与出油孔10的交叉孔会形成应力集中，在2000bar甚至更高压力的燃油波动中会造成产品的失效。因此本实用新型中，在该交叉孔位置采取了月牙槽11的设计，如图2所示，即在该交叉孔位置去除了少量的基体材料，形成类似月牙的结构。后又通过AFM磨粒流或热爆炸工艺去除尖角或锐边，形成完整的圆滑过渡，从而消除应力集中，使得该位置的失效大大降低。

第三道密封结构8，柱塞1与柱塞套2之间为精密偶件结构，在柱塞1可以自由上下运动的同时，实现间隙最小。这就要求柱塞1和柱塞孔9具有较高的圆度、直线度以及粗糙度等要求。针对上述要求，配珩工艺可以实现产品的批量加工，且工艺稳定。

第一密封结构6外侧一般受螺纹拧紧力F12，内侧为高压腔5，受燃油压力P14，如图3所示。

柱塞1的上下运动，当其向下运动时，高压腔5内的燃油压力较低，第一面12在螺纹力F12的作用下，与第二面13在A点接触，形成密封。当柱塞1向上运动时，高压腔5内产生2000bar甚至更高的燃油压力P14，在高压燃油压力P14作用下，柱塞套2和第一面12发生微动变形，第一面12和第二面13的接触位置由A点移动到B点，在B点形成密封。柱塞1上下往复运动，密封位置在A点和B点之间往复移动，从而造成A点和B点之间的微动磨损，严重影响其密封寿命。

为了解决上述技术问题，本实用新型中，在高压腔5和进油阀3之间设立通道14。该通道14的截面积一般不超过出油阀4通道的截面积的1/10，不会对出油效率造成较大的影响。本实用新型中，当柱塞1向下运动时，第一面12在螺纹力F12的作用下，与第二面13仍在A点接触，形成密封。但当柱塞1向上运动时，高压腔5内的高压燃油会通过通道14进到进油阀3一侧，由于通道14的截面积很小，进到进油阀3一侧的燃油较少，在进油阀3一侧形成的燃油压力P13，比高压腔5内的压力P14小。恰当的设计通道14的截面积，使得F12与P13的和与高压燃油力P14作用相同，可使得第一面12和第二面13的接触位置仍在A点不变。因此，虽然柱塞套2和第一面12仍发生微动变形，但是该变形不会造成密封点位置的移动，故而不会造成微动磨损，亦不会对零部件寿命造成影响。

本实用新型中通道14的大小可以根据产品的实际应用压力，结合螺纹力F12的大小，灵活设计，兼顾加工制造和装配过程，实现最优组合。

本实用新型中，柱塞孔9孔口与密封点A距离X不可过小，过小会造成柱塞孔9壁距离密封点A的有效壁厚过小，影响微动疲劳寿命。距离X过小，亦容易导致柱塞孔9口位置的破裂，影响密封点A的密封状态。同时，距离X也不可过大，过大会放大燃油压力P14的作用，与减小微动磨损的初衷背道而驰。故而，距离X的设置需要在考虑系统轨压和材料特性的基础上，进行合理设计，本实用新型中，距离X为0.5-2.5mm。

本实用新型中，第一面12由一段圆弧或多段圆弧组成，可以在柱塞套2的有限空间中，兼顾加工经济性，灵活设计。

本实用新型中的第一面12亦可以为圆弧面或锥面或者锥面与圆弧面的结合，在锥面与锥面的密封中，该实用新型结构同样有效。可以根据产品的结构，灵活设计圆弧-锥面结构或者锥面-锥面结构。

本实用新型中的第一面12和第二面13以及通道14都很容易加工制造，装配过程亦比较容易，属于经济可行的方案。

Claims (2)

1.一种共轨泵高压腔燃油密封装置，其特征在于：包括柱塞、柱塞套、进油阀、出油阀及其形成的高压腔；所述柱塞包含柱塞孔，所述出油阀包含出油孔；

所述高压腔包含三道密封结构，进油阀与柱塞套形成第一密封结构；出油阀与柱塞套形成第二密封结构；柱塞与柱塞套形成第三密封结构；

所述第一密封结构包括第一面和第二面，所述第一面为一段或多段圆弧面，或为一段或多段锥面，或为一段或多段圆弧面与锥面的结合，所述第二面为锥面，所述高压腔和进油阀之间设有通道，该通道的截面积不超过出油阀通道截面积的1/10；

所述第二密封结构为球与锥面或锥面与锥面的密封；所述柱塞孔与出油孔形成的交叉孔为月牙槽结构；

所述第三密封结构为精密偶件结构。

2.根据权利要求1所述的一种共轨泵高压腔燃油密封装置，其特征在于：所述第一密封结构中，第一面与第二面的密封点距离柱塞孔的孔口的距离X为0.5-2.5mm。

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