一种高压共轨泵的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高压共轨泵，包括泵体、凸轮轴、驱动环、挺柱体、柱塞，所述凸轮轴位于泵体中部，所述驱动环装配在凸轮轴上，所述挺柱体为具有内腔的柱体，包括侧壁和底面，所述柱塞垂直于挺柱体底面位于挺柱体内腔内，所述挺柱体底面与驱动环接触，所述柱塞与挺柱体接触，所述凸轮轴转动驱动挺柱体和柱塞配合运动完成所述泵体的压油、吸油过程，所述柱塞外部套有柱塞弹簧，所述柱塞弹簧位于挺柱体内腔内，且与所述挺柱体的底面直接接触。本实用新型的高压共轨泵对柱塞弹簧刚度需求低，能够承受更高的工作压力，克服现有的高压共轨泵由于柱塞弹簧力较大带来多种不利影响的不足。
【专利说明】一种高压共轨泵
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高压共轨泵。
【背景技术】
[0002]传统的径向排列柱塞的高压共轨泵，采用结构复杂的柱塞推动挺柱体进行吸、压油运动。如图1所示，在高压共轨泵中，柱塞的下端设计成一个平面，用于安装柱塞弹簧；或者单独设计一个弹簧下座，柱塞通过连接机构与弹簧下座相连。安装时，柱塞弹簧套在柱塞套外侧，弹簧上端与泵体(或柱塞套)的定位面贴合定位，弹簧下端与柱塞下端的定位平面(或弹簧下座定位平面)贴合。凸轮轴推动柱塞上行时(柱塞压油)，柱塞弹簧也同时被压缩；经过上止点后，在柱塞弹簧弹力作用下，推动柱塞沿着凸轮形线下行，完成吸油过程。
[0003]上述传统的柱塞及挺柱体结构，因为弹簧同时驱动柱塞和挺柱体，弹簧刚度需要大。在柱塞弹簧力较大，弹簧安装空间也很大的情况下，柱塞套的刚度相对减弱，若柱塞套在高压下过度膨胀，燃油泄露增加。以上还将带来如下几个方面的不利影响:过多的泄露降低了泵的容积效率；高压泄露产生大量的热量，加热了泵体内的燃油；油温过高首先对润滑不利，因为粘度和密度的下降以及蒸气的形成导致部分油膜缺失；泵油时柱塞孔的过度膨胀增加了应力幅度，加速了疲劳损坏；为了保证燃油供给，进油阀的开启压力必须高，但又减少了计量压力和柱塞腔压力之间的可利用的压力差，增加了燃油供给的难度；过高的弹簧力能够克服柱塞偶件副间因为有脏东西导致的间隙变小产生的高摩擦力，导致瞬间热膨胀柱塞卡死，而柱塞卡死后挺柱体和驱动环脱开，可能导致撞击。
[0004]此外，挺柱体底部与驱动环接触，中间间隙存有润滑油膜，这两个零件之间有相对滑动，过大的弹簧力不利于挺柱体底面与驱动环之间润滑油膜的产生和保持，将造成接触面的磨损和烧蚀，这也是现有高压共轨泵破坏的主要形式。并且，如图1所示的挺柱体底面薄弱，高压下挺柱体易变形，油膜难以保持。
[0005]由此可见，上述现有的传统高压共轨泵，在实际使用时却发现其结构中还存在有若干缺点，因未能达到最佳的使用效果，而亟待加以进一步改进。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种柱塞弹簧刚度需求低的高压共轨泵，能够承受更高的工作压力，克服现有的高压共轨泵由于柱塞弹簧力较大带来多种不利影响。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种高压共轨泵，包括泵体、凸轮轴、驱动环、挺柱体、柱塞，所述凸轮轴位于泵体中部，所述驱动环装配在凸轮轴上，所述挺柱体为具有内腔的柱体，包括侧壁和底面，所述柱塞垂直于挺柱体底面位于挺柱体内腔内，所述挺柱体底面与驱动环接触,所述柱塞与挺柱体接触，所述凸轮轴转动驱动挺柱体和柱塞配合运动完成所述泵体的压油、吸油过程，所述柱塞外部套有柱塞弹簧，所述柱塞弹簧位于挺柱体内腔内，且与所述挺柱体的底面直接接触。[0009]进一步地，所述柱塞呈柱状，所述挺柱体底面上设有与所述柱塞底面接触的凸起部分。
[0010]进一步地，所述柱塞底面为凸起的球面，所述凸起部分的顶面为与所述球面接触的平面。
[0011]进一步地,所述球面的半径为480_500mm。
[0012]进一步地，所述凸起部分位于所述挺柱体底面的中心，所述柱塞底面与所述凸起部分顶面的接触点靠近所述挺柱体的中心轴线。
[0013]进一步地，所述柱塞为3个，且互成120度夹角径向布置在所述泵体上；所述驱动环上对应设有互成120度角布置的3个平面，所述平面与所述挺柱体的底面接触，所述柱塞与所述平面垂直。
[0014]进一步地，所述挺柱体底面为完整的密封平面，所述密封平面与所述驱动环接触。
[0015]进一步地，所述挺柱体侧壁上开有多个侧向孔，所述侧向孔互相之间等间距分布，且距所述挺柱体底面同一高度。
[0016]进一步地,所述侧向孔有6个,所述侧向孔直径为2_4mm,所述侧向孔的中心到所述挺柱体底面的距离为3-5mm。
[0017]进一步地，所述柱塞上套装有柱塞套，所述柱塞套与泵体固定连接，所述柱塞弹簧位于柱塞套下端面与挺柱体底面之间，所述柱塞弹簧的刚度为7-8N/mm ;所述柱塞套内部、柱塞上端设置有吸油阀，所述吸油阀包括阀座、阀杆、阀紧座，阀杆上套有吸油阀弹簧，所述吸油阀弹簧位于所述阀座与阀紧座之间，所述吸油阀弹簧的长度为5-5.2mm、刚度为0.75-0.刚/臟、压紧力为1-1.训。
[0018]由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点:
[0019]1、由于采用没有弹簧座的自由柱塞，可以减少靠进油压力驱动的运动件质量，减小柱塞弹簧的刚度需求，这将至少带来以下好处:(1)柱塞弹簧力减少，最小作用力减少，有利于挺柱体底面与驱动环之间润滑油膜的产生和保持，减少它们接触面的磨损和烧蚀，延长使用寿命；(2)由于油膜容易形成，承载力就相应变大，使本发明的高压共轨泵能够承受更高的工作压力。如高速时挺柱体腔压力增加，将有利于柱塞降速，由于柱塞弹簧力减小，有利于对中低速油膜的保持；(3)由于柱塞弹簧力减少，有利于增加柱塞套强度，防止柱塞套在高压下过度膨胀带来的一系列不良影响；(4)柱塞与挺柱体回位是分离的，柱塞卡死不会连带其余部件损坏；(5)自由柱塞结构简单,便于加工制造。
[0020]2、由于挺柱体底面设有凸起部分，一方面优化了柱塞与挺柱体的受力，另一方面加强了挺柱体的强度，减少挺柱体高压下的变形量，使挺柱体底部设计结实耐用。并且，凸起部分的闻度可以相应地减少柱塞长度，进一步减少罪进油压力驱动的运动件的质量，减少柱塞弹簧刚度需求。
[0021]3、由于柱塞底部球面与挺住体凸起部分的顶部平面接触有利于当柱塞在运动中倾斜时自动回正，且柱塞底部球面与凸起部分的顶部平面接触点的位置接近挺柱体的中心轴线，当挺柱体因为偏心作用力或者间隙倾斜时，所造成的接触点侧向移动最小。
[0022]4、由于挺柱体上设置了侧向孔，没有在挺柱体底面设置槽，使得挺柱体与驱动环接触面增大，有利于减小比压力，有利于产生与保持挺柱体和驱动环接触面间的油膜。此夕卜，柱塞压油时，侧向孔的部分关闭，使挺柱体腔保持一定的油液，空气很难进入，减少了柱塞腔的穴蚀。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0024]图1是传统的高压共轨泵结构示意图。
[0025]图2是本实用新型的高压共轨泵结构示意图。
[0026]图3是柱塞及挺柱体结构示意图。
[0027]图4是侧向孔孔径小于2mm时CAE仿真结果图。
[0028]图5是侧向孔孔径为2_4mm时CAE仿真结果图。
【具体实施方式】
[0029]请参阅图2所示，本实用新型的一种高压共轨泵，包括泵体1、凸轮轴8、驱动环9、挺柱体10、柱塞3，所述凸轮轴8位于泵体I中部，所述驱动环9装配在凸轮轴8上，所述挺柱体10为具有内腔的柱体,包括侧壁和底面,所述柱塞3垂直于挺柱体10底面位于挺柱体10内腔内，所述挺柱体10底面与驱动环9接触，所述柱塞3与挺柱体10接触，所述凸轮轴8转动驱动挺柱体10和柱塞3配合运动完成所述泵体I的压油、吸油过程，所述柱塞3外部套有柱塞弹簧11，所述柱塞弹簧11位于挺柱体10内腔内，且与所述挺柱体10的底面直接接触。
[0030]以所述柱塞为3个为例，本实用新型的高压共轨泵包括3个呈120度夹角径向布局的柱塞3，偏心的凸轮轴8布置在泵体I中央，凸轮轴8两端安装在泵体I两端的支撑部位上。凸轮轴8的偏心轮上装配有驱动环9。驱动环9可以随着凸轮轴8的转动而移动。驱动环9上加工有3个平面，与柱塞3——对应且互呈120度角布置。这三个平面始终与柱塞3下面的梃住体10的底面接触。当驱动环9随凸轮轴8运动时，这三个平面始终与柱塞3垂直。
[0031]请继续参阅图2所示,柱塞3上套装有柱塞套2,柱塞套2围住柱塞3并形成供柱塞3上下运动的柱塞孔，所述柱塞套2与泵体I固定连接，所述柱塞弹簧11连接在柱塞套2下端面与挺柱体10底面之间，柱塞3与挺柱体10之间形成挺住体腔。当柱塞3在下止点时，柱塞弹簧11可使挺柱体10回位。在所述柱塞套2内部、柱塞3上端设置有吸油阀，所述吸油阀包括阀座4、阀杆5、阀紧座7，阀杆5上套有吸油阀弹簧6，吸油阀弹簧6位于所述阀座4与阀紧座7之间。这种设计，使得三个柱塞3通过挺柱体10与驱动环9接触，并随着凸轮轴8的转动在柱塞孔中上下运动，从而完成吸油、压油动作。
[0032]请配合参阅图3，所述柱塞3呈圆柱状，所述挺柱体10底面上设有与柱塞3底面接触的圆柱状凸起部分。一方面，本实用新型将柱塞3设计成不带有弹簧座的结构，因此可称为自由柱塞，自由柱塞设计可以减少柱塞3的长度，减少靠进油压力(柱塞腔残余压力膨胀产生的驱动力和挺柱体腔的真空吸力)驱动的运动件质量。同时，由于结构简单,柱塞3便于加工制造，如可采用无心磨加工工艺。柱塞3可以方便地制成陶瓷材料，价格合理而且有如下优点:低比重(较少的运动质量对高速充油非常重要)；低热膨胀系数(对瞬间过热非常重要)；形状简洁(减少二次加工)；耐磨(不需要DLC涂层，柱塞卡死的可能性减少)。[0033]另一方面，本实用新型在挺柱体10底面增加了直接与柱塞3接触的凸起部分。凸起部分设置在挺柱体10底面的中心。所述柱塞3底面与所述凸起部分的顶面接触。所述凸起部分的顶面设置为平面，所述柱塞3底面优选设置为凸起的球面，所述球面的半径R优选为480-500_ (由于该半径值相对较大，图3中所示柱塞底部显示不出明显的弧形)。这种设计不仅优化了柱塞3与挺柱体10的受力，同时也加强了挺柱体10的强度，可减少挺柱体10高压下的变形量，使挺柱体10底部设计结实耐用。挺柱体10的结实底部可以减少允许柱塞弹簧11进一步下移至少Imm (进一步增加柱塞孔的强度)。至于柱塞3与挺柱体10的接触处的变形，由于有挺柱体的结实底部所以变形量也会减少。此外，所述柱塞3底部的球面与凸起部分顶面的接触点位置接近挺柱体10的中心轴线，当挺柱体10因为偏心作用力或者间隙倾斜时，所造成的该接触点的侧向移动最小。
[0034]进一步地，本实用新型中在挺柱体10侧壁上开有多个侧向孔12，如图3中所示，侧向孔12互相之间等间距分布，且距挺柱体10底面同一高度。设置侧向孔12的数量为6个，根据AMSIM计算的仿真结果，如图4所示，当所述侧向孔12的直径小于2mm时，不能满足设计要求；如图5所示，当所述侧向孔12的直径为2-4mm时，满足设计要求，因此优选侧向孔12直径a为2-4mm，并且，根据小孔的节流效果确定所述侧向孔12的中心到所述挺柱体10底面的距离L优选3_5mm。
[0035]相对于传统方案，本实用新型中挺柱体10采用侧向孔12取代了原4个槽形结构，使得挺柱体10的底面为完整的密封平面，该密封平面的厚度优选为10mm，相对于传统挺柱体厚度减少，因为泵油过程中产生的液压力通过挺柱体10底面中部的凸起部分传递到驱动环9，这样做不仅不会阻碍通油侧向孔12的畅通，而且可以将泵油负荷分布到更大的范围。同时，由于没有通到挺柱体10底部的通油槽的干涉，挺柱体10底面和驱动环9之间的接触直径可以被加大，当直径越大，比压力就越小，挺柱体10底面和驱动环9之间的油膜保持的时间就越长。这种方案不仅能降低成本而且能提高泵的性能，保持运动部件之间的润滑。
[0036]本实用新型的高压共轨泵的工作过程及原理具体如下:
[0037]1、柱塞压油行程:
[0038]凸轮轴8逆时针旋转，驱动环9随凸轮轴8运动，驱动环9的平面与挺柱体10的底面接触，推动柱塞3沿着柱塞孔向上运动，完成压油动作。压油期间，柱塞3与挺柱体10在凸轮轴8的转动下，向上止点运动(图2中标注上止点位置),挺柱体的6个侧向孔12部分关闭，依然有液体流出(挺柱体10与柱塞3的速度逐渐趋向于零，挺柱体腔与泵腔之间的流通面积足够使用)，侧向孔12的部分关闭，使挺柱体腔保持一定的油液，空气很难进入，减少了柱塞腔的穴蚀，油液在挺柱体腔及柱塞腔内波动小，减小了液压力。
[0039]2、柱塞吸油行程:
[0040]通过上止点位置后，挺柱体10在柱塞弹簧11的作用下下行，挺柱体10上的侧向孔12全部打开，油液通过侧向孔12流出，此时挺柱体腔内开始膨胀，产生低压，低压有利于柱塞3吸油。在高速时效果更明显，因为柱塞腔与挺柱体腔之间的压差加大了，即使柱塞与挺柱体不被连到一起，尽管挺柱体腔的真空度随着挺柱体的下降很快消失，但柱塞3会在惯性力的作用下继续吸油。因为柱塞弹簧11仅需要驱动挺柱体10，所以回位弹簧力可以大幅度减少，这将对挺柱体10和驱动环9接触面间的油膜产生和保持有利。柱塞3仅在油压作用下运动，不会产生真空。所以吸油阀开启压力应该降低，在热起动输油泵压力低时有利于柱塞腔充油。
[0041]同样地，随着凸轮轴8转动，三个柱塞3依次进行压油、吸油的动作。
[0042]与传统方案相比，本实用新型的结构设计降低了柱塞弹簧11的刚度需求，柱塞弹簧11的刚度可从9-10N/_降到7-8N/mm。同时，此种结构也使得柱塞3的抽吸力变弱，为了利于柱塞腔进油，吸油阀的开启压力应适当降低，吸油阀弹簧6的刚度需求降低。如表1所示，所述吸油阀弹簧6可以选为长度5-5.2mm、刚度0.75-0.8N/mm、压紧力1-1.3N。
[0043]表1本实用新型方案与传统方案吸油阀弹簧参数对比
[0044]
【权利要求】
1.一种高压共轨泵，包括泵体、凸轮轴、驱动环、挺柱体、柱塞，所述凸轮轴位于泵体中部，所述驱动环装配在凸轮轴上，所述挺柱体为具有内腔的柱体，包括侧壁和底面，所述柱塞垂直于挺柱体底面位于挺柱体内腔内，所述挺柱体底面与驱动环接触，所述柱塞与挺柱体接触，所述凸轮轴转动驱动挺柱体和柱塞配合运动完成所述泵体的压油、吸油过程，其特征在于，所述柱塞外部套有柱塞弹簧，所述柱塞弹簧位于挺柱体内腔内，且与所述挺柱体的底面直接接触。
2.根据权利要求1所述的高压共轨泵，其特征在于，所述柱塞呈柱状，所述挺柱体底面上设有与所述柱塞底面接触的凸起部分。
3.根据权利要求2所述的高压共轨泵，其特征在于，所述柱塞底面为凸起的球面，所述凸起部分的顶面为与所述球面接触的平面。
4.根据权利要求3所述的高压共轨泵，其特征在于，所述球面的半径为480-500mm。
5.根据权利要求3所述的高压共轨泵，其特征在于，所述凸起部分位于所述挺柱体底面的中心，所述柱塞底面与所述凸起部分顶面的接触点靠近所述挺柱体的中心轴线。
6.根据权利要求1所述的高压共轨泵，其特征在于，所述柱塞为3个，且互成120度夹角径向布置在所述泵体上；所述驱动环上对应设有互成120度角布置的3个平面，所述平面与所述挺柱体的底面接触，所述柱塞与所述平面垂直。
7.根据权利要求1所述的高压共轨泵，其特征在于，所述挺柱体底面为完整的密封平面，所述密封平面与所述驱动环接触。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高压共轨泵，其特征在于，所述挺柱体侧壁上开有多个侧向孔，所述侧向孔互相之间等间距分布，且距所述挺柱体底面同一高度。
9.根据权利要求8所述的高压共轨泵，其特征在于，所述侧向孔有6个，所述侧向孔直径为2-4mm，所述侧向孔的中心到所述挺柱体底面的距离为3_5mm。
10.根据权利要求1-7任一项所述的高压共轨泵，其特征在于，所述柱塞上套装有柱塞套，所述柱塞套与泵体固定连接，所述柱塞弹簧位于柱塞套下端面与挺柱体底面之间，所述柱塞弹簧的刚度为7-8N/mm;所述柱塞套内部、柱塞上端设置有吸油阀，所述吸油阀包括阀座、阀杆、阀紧座，阀杆上套有吸油阀弹簧，所述吸油阀弹簧位于所述阀座与阀紧座之间，所述吸油阀弹簧的长度为5-5.2mm、刚度为0.75-0.8N/mm、压紧力为1-1.3N。
【文档编号】F02M59/02GK203769994SQ201420177603
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】伊利亚·德约蒂耶维奇, 李云, 王永和, 白杰 申请人:北京亚新科天纬油泵油嘴股份有限公司