保持系统的制作方法

专利名称：保持系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用于相对于第二元件或组件保持第一元件的系统。更具体
地，本发明涉及一种用于在高压泵中将陶瓷柱塞保持在保持组件内的系统、组件和方法。
背景技术：
陶瓷材料通常具有数种有利特性。例如，由陶瓷材料构成的部件或零件通常非常 硬，具有较高的耐磨性、耐蚀性、抗热应力和压縮应力的能力，通常是不导电的，并且可具有 对于特定应用有利的其它特性。但是，陶瓷部件和零件也往往较脆且仅能够承受较小的拉 伸应力。因此，陶瓷部件的使用主要局限于陶瓷部件承受小的拉伸应力或不承受拉伸应力 的应用。 虽然对于许多不同的机械(机器)和装置来说，采用硬的、具有高的耐磨性、耐蚀 性、抗热应力和压縮应力的能力且不导电的零件或部件是有益的，但陶瓷不是用在这些机 械和装置中的可行选择，因为它相对不大能够承受拉伸应力。例如，在高压燃料泵中，例如 在用于共轨燃料喷射系统中以产生高达乃至超过190Mpa的轨压的燃料泵中，使用硬的、具 有高的耐磨性、耐蚀性、抗热应力和压縮应力的能力且不导电的柱塞或柱塞是有益的。但 是，制造商难以利用陶瓷柱塞，因为陶瓷柱塞会经受使其过早失效的过度的拉伸应力。
用于将活塞保持在泵中的保持器组件内或液压缸中的杆内的各种保持组件是已 知的。在1972年4月11日授权的US专利No. 3， 654， 839 ( " '839专利")中记载了这种保 持组件的一个示例。'839专利的保持组件包括拼合保持器，该拼合保持器具有与杆的凹槽 部接合的肋和与活塞中的凹槽接合的凸缘。 一周向中断的带围绕所述拼合保持器并用于在 所述杆和活塞组件插入到缸体中之前将所述保持器保持在操作状态。所述肋与所述杆中的 凹槽的接合以及所述凸缘与活塞中的凹槽的接合用于将杆保持在活塞内。虽然'839专利 所述的保持组件示出了一种将杆保持在活塞内的简单方法，但它可能不适合将由被保持构 件(在这种情况下为所述杆)承受的拉伸应力减到最小非常重要的应用，因为所述保持组 件用于将活塞刚性地联接到所述杆且不能提供应力减小机构。 提供一种比较简单、可靠、耐用且价廉的保持系统是有利的，所述保持系统要能有 效地保持陶瓷元件或柱塞，且同时减小由柱塞承受的拉伸应力的大小以延长柱塞的寿命。

发明内容
根据一示例性实施例，一种保持系统包括第一元件、保持环、弹性构件和保持器。 第一元件具有纵向轴线且可包括接合结构。保持环可被分成至少两个部件且可围绕所述第 一元件的至少一部分设置。保持环的至少一部分可与所述第一元件的接合结构接合。弹性 构件可联接到保持环且可构造成朝第一构件弹性地偏压保持环的所述至少两个部件中的 每一个。保持器可围绕保持环的至少一部分和弹性构件的至少一部分被联接。保持器可具 有内表面，该内表面与保持环和弹性构件中的至少一者的外表面隔开一空隙。第一元件、保 持环、弹性构件和保持器可构造成使得保持环能相对于第一元件沿轴向运动，以及使得保持环相对于第一元件的运动用来抵抗由弹性构件提供的偏压而使弹性构件扩张。 根据另一示例性实施例，一种将第一元件保持在第二元件中的方法包括在第一元
件上提供第一接合结构和在第二元件上提供第二接合结构的步骤。第二接合结构可构造成
与第一接合表面接合且相对于第一接合结构运动。所述方法还包括提供在第二接合结构相
对于第一接合结构运动时储存能量的弹性构件的步骤。


图1是根据一示例性实施例的燃料系统的示意图。
图2是根据一示例性实施例的包括柱塞组件的泵的剖视侧视图。 图3是图2的柱塞组件的剖视侧视图，示出柱塞组件的保持环与柱塞处于第一接
合位置。 图4是图3的柱塞组件的剖视侧视图，示出保持环与柱塞处于第二接合位置。
具体实施例方式
大体参照图l，示出根据一示例性实施例的燃料系统10。燃料系统10是由协作配 合以将燃料(例如柴油、汽油、重质燃料等)从贮存燃料的位置输送到发动机12的燃烧室 的部件组成的系统，其中燃料在燃烧室中燃烧且燃烧过程释放的能量将被发动机12获取 并用于产生机械动力源。虽然图1示出的是用于柴油发动机的燃料系统，但燃料系统10也 可以是任何类型发动机(例如内燃发动机，如柴油或汽油发动机，涡轮机等)的燃料系统。 根据一示例性实施例，燃料系统IO包括燃料箱14、传输泵16、高压泵18、共轨20、燃料喷射 器22和电子控制模块(ECM) 24。 燃料箱14是贮存燃料系统10将要输送的燃料的贮存容器。传输泵16从燃料箱 14泵送燃料并以通常低压将燃料输送至高压泵18。高压泵18又将燃料加压至高压并将燃 料输送至共轨20。将要维持在由高压泵18产生的高压的共轨20用作各个燃料喷射器22 的高压燃料源。燃料喷射器22设置在发动机12内能使燃料喷射器22将高压燃料喷入发 动机12的燃烧室(或在某些情况下为预燃室或燃烧室上游的孔口 )中的位置，并通常用作 计量装置，该计量装置控制燃料何时喷入燃烧室、喷射多少燃料和喷射燃料的方式(例如， 所喷射燃料的角度和喷射模式等)。每个燃料喷射器22从共轨20被连续供给以燃料，从而 由燃料喷射器22喷射的任何燃料被由共轨20供给的附加燃料快速更替。ECM 24是控制模 块，该控制模块接收来自与发动机12的各种系统(包括燃料系统10)相关的传感器并表示 这些各种系统的运行状况(例如，共轨燃料压力、燃料温度、节气门位置、发动机速度等)的 多个输入信号。ECM 24利用这些输入来控制高压泵18和各个燃料喷射器22以及其它发动 机部件的工作。燃料系统10的用途是确保燃料以适当的量、在正确的时间和以正确的方式 被持续地供给到发动机12以支持发动机12的运转。 现在参照图2，高压泵18构造成将燃料压力从足以从燃料箱输送燃料的压力升高 至将燃料喷入发动机12的燃烧室(或在别处的喷射)所需的压力。这种喷射压力可在不 同应用之间变化，但常常在大约1500bar和2000bar之间变化，且可包括低于1500bar或高 于2000bar的压力。根据一示例性实施例，泵18包括壳体30、头部32、凸轮轴34、两个挺杆 组件36、两个弹性构件40、两个控制阀组件42和两个柱塞组件43。
壳体30是通常用作泵18的基体的刚性结构。壳体30包括构造成接纳凸轮轴34 的中心孔44，以及两个间隔开的、并行的挺杆孔46，每个挺杆孔46都构造成接纳挺杆组件 36的至少一部分、柱塞组件43、弹性构件40和头部32。每个挺杆孔46的轴线都布置成垂 直于中心孔44的轴线，从而中心孔44中的凸轮轴34的旋转使得挺杆组件36在挺杆孔46 中以直线的、往复运动的方式平移。壳体30还包括位于挺杆孔46的远端的、构造成接纳头 部32的表面48。 头部32与壳体30的表面48联接并通常尤其用于封闭挺杆孔46、提供限定泵送腔 室63 (下文讨论)的结构的一部分、接纳控制阀组件42和提供将燃料流导入和导出泵送腔 室63的各种孔口和管道。头部32包括与壳体30的表面48(且可选地，密封元件，如0形 圈)配合的表面50以在头部32和壳体30之间提供密封界面。头部32还包括两个柱塞孔 52 (例如腔室，柱塞腔室，加压腔室等)，每个柱塞孔52都构造成接纳相应的柱塞组件43的 一部分。此外，在每个柱塞孔52的离壳体30最远的端部，头部32包括构造成接纳控制阀 组件42的一部分的开孔54。 凸轮轴34是由长形轴形成的从动构件，所述长形轴包括沿凸轮轴34的长度隔开 的两组凸轮凸角56和位于其两端之一上的齿轮57。齿轮57是构造成与由发动机12直接 或间接驱动的另一齿轮啮合的从动齿轮。例如，齿轮57可构造成与致动发动机12的进气 和/或排气门的凸轮轴的相应齿轮啮合。所述两组凸轮凸角56沿凸轮轴34的长度隔开以 与两个挺杆组件36中的各个相对应。根据各种示例性和可替换的实施例，每组凸轮凸角56 可包括单个凸轮凸角、两个凸轮凸角、三个凸轮凸角或多于三个的凸轮凸角，其中每个凸轮 凸角表示一完整的泵送和充填循环。根据全部各种可替换和示例性的实施例，所述两组凸 轮凸角可以是彼此同相的(从而第一凸轮凸角组的凸轮凸角与第二凸轮凸角组的相应凸 轮凸角同时从头部32下方通过)，或者它们可以是彼此不同相的(从而第一凸轮凸角组的 凸轮凸角与第二凸轮凸角组的相应凸轮凸角在不同时间从头部32下方通过)。根据各种其 它可替换和示例性的实施例，第一凸轮凸角组的凸轮凸角相对于第二凸轮凸角组的凸轮凸 角不同相的程度可根据泵18的应用和其它因素而改变。 仍参照图2，每个挺杆组件36(有时也被称为提升组件)构造成与所述两组凸轮凸 角56之一接合，将相应的凸轮凸角56的旋转运动转换成直线运动，并将这种直线运动传递 给相应的柱塞组件43。每个挺杆组件36包括接合和接纳柱塞组件43的一部分的体部58、 接合和跟随一组凸轮凸角56的辊子60，以及将辊子60联接到体部58的销62。体部58接 纳在壳体30的相应挺杆孔60中且随着凸轮轴34的旋转在挺杆孔46中来回平移。
被示出为压縮弹簧的弹性构件40是用于将相应柱塞组件43和挺杆组件36朝凸 轮轴34偏压的元件或装置。通过将相应的柱塞组件43和挺杆组件36两者朝凸轮轴34偏 压，弹性构件40有助于确保柱塞组件43在凸轮轴34完成另一旋转(或部分旋转)之前返 回其最低位置(下文称为"下止点")，和迫使柱塞组件43向上回到其最高位置(下文称为 "上止点")。这有助于确保对于凸轮轴34的相应凸轮凸角组中的每个凸轮凸角56柱塞组 件43都执行完整的充填循环(柱塞组件43从上止点移动至下止点的循环)和完整的泵送 循环(柱塞组件43从下止点移动至上止点的循环)。 控制阀组件42通常用于控制由传输泵16 (低压燃料源和低压燃料系统的一部分) 提供的燃料与泵送腔室63(下文讨论)之间的流体连通，且由此能够控制在充填循环期间
6进入泵送腔室63的燃料量和在泵送循环期间被排回低压燃料系统中的燃料量。控制阀组 件42包括阀元件64、与阀元件联接的衔铁66、偏压构件68和螺线管70。阀元件64可在开 启位置和关闭位置之间移动，在开启位置燃料进入部(例如低压燃料系统)与泵送腔室63 流体连接，在关闭位置燃料进入部不与泵送腔室63流体连接。衔铁66和螺线管70彼此协 作，使得螺线管的致动使衔铁66朝螺线管70移动。由于衔铁66与阀元件64联接，所以衔 铁66朝螺线管70的运动使阀元件64移向关闭位置。被示出为压縮弹簧的偏压构件68将 衔铁66推离螺线管70且由此在螺线管70未致动时将阀元件64推向开启位置。
现在参照图2、3和4，两个柱塞组件43中的每个都是大体设置在相应的挺杆组件 36和头部32之间且与挺杆组件36相对于头部32往复运动以对泵送腔室63中的流体加压 的部件组件。根据一示例性实施例，柱塞组件43包括柱塞80和保持组件82。
柱塞80是构造成随着相应的挺杆组件36在壳体30的挺杆孔46中往复运动而在 头部32的柱塞孔52中往复运动或滑动的构件(例如，活塞、轴、杆、元件、被保持构件)。根 据一示例性实施例，柱塞80包括具有侧壁85的、长形的、大体为柱形的体部83，构造成延伸 到柱塞孔52中的第一端84，和位于挺杆组件36附近的第二端86。第一端84和第二端86 中的每个都可以是锥形的或倒圆的(切成圆角的，radiused)以便于泵的运行和/或装配。 第一端84、柱塞孔52和控制阀组件42的一部分限定泵送腔室63，该泵送腔室的容积随柱 塞80在柱塞孔52中来回或上下移动而改变。体部83还包括靠近第二端86的、示出为环 形凹槽88的接合结构，其构造成接纳保持组件82的一部分。根据一示例性实施例，接合结 构或凹槽88包括具有大致半圆形截面廓形的主要部分90和在主要部分90与体部83的侧 壁85之间形成逐渐的(例如，倒圆的或锥形的)过渡的两个端部92和94。换言之，凹槽88 的主要部分90是凹入的弯曲区域，而凹槽88的每个端部92和94形成大致凸出和/或基 本平的过渡区域。凹槽88的设计意在允许保持组件82的接纳在凹槽88中的部分具有在 凹槽88中沿轴向相对于体部83运动的能力，但只有保持组件82也沿径向向外的方向运动 才行。虽然所述接合结构可采用迫使保持组件82在其沿至少一个轴向相对于柱塞80移动 时沿径向向外移动的各种不同形状中的任一种，但上述的大致半圆形的凹槽88的益处(如 其它凹槽形状)在于其有助于减小凹槽88区域内的应力集中。根据各种可替换和示例性 的实施例，所述凹槽可围绕体部83的整个周边设置，或者可在所述周边的一个或多个部分 或区段上延伸。根据其它各种可替换和示例性的实施例，所述凹槽的端部可构造成使得仅 有一个端部形成过渡区域，从而所述保持组件仅可在所述凹槽中沿一个轴向运动。根据其 它可替换和示例性的实施例，所述接合构件可以是通道、凸缘、凸边、凹陷、突出部、凸起或 与设在保持环上的相应接合结构配合的其它适当结构。 根据各种示例性和可替换的实施例，柱塞80可由各种不同陶瓷材料中的一种或 多种制成，例如碳化物、纯氧化物、氮化物、非硅酸盐玻璃及其它材料。例如，根据一示例 性实施例，柱塞80可由氧化锆(Zr02)制成。根据其它可替换实施例，柱塞80可由氧化铝 (AlA)、氧化f丐(CaO)、碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)中的一种或多种制成。根据其它各 种可替换和示例性的实施例，柱塞可由适合于使用所述柱塞的应用的各种不同材料中的任 一种制成。这些材料可包括各种金属、合金、铁、钢、复合物、聚合物、弹性体或任何其它适当 材料中的一种或多种。 保持组件82是由与柱塞80联接并用于将弹性构件40所提供的力的至少一部分施加到柱塞80上的部件构成的组件。根据一示例性实施例，保持组件82包括保持环100、 弹性构件102和保持器104。 根据一示例性实施例，保持环100是构造成基本围绕和接合柱塞80的凹槽88的 大致环形的构件。保持环100示出为沿直径被分成两个对称的部件或半部。但是，根据各 种可替换实施例，保持环也可被分成协作配合以基本上围绕凹槽88的三个、四个、五个或 多于五个的部件。保持环100包括作为具有大致圆形截面形状的环形凸缘106形式的突出 部示出的接合结构，还包括管状套筒部108，该管状套筒部具有大致矩形的截面形状且从所 述接合结构或凸缘106沿轴向延伸。凸缘106包括构造成与柱塞80凹槽88接合的凸出弯 曲的内表面110和可构造成与保持器104的一部分接合或接触的外表面112。内表面110 的弯曲廓形基本上是半圆形且较严密地对应于凹槽88的弯曲廓形。套筒部108包括内表 面114，该内表面构造成与柱塞80的位于凹槽88和柱塞80的端部86之间的侧壁85的一 部分相邻。套筒部108还包括外表面116，该外表面构造成与弹性构件102相邻且基本上 由弹性构件102围绕。根据一示例性实施例，保持环100的每个半部或部件可由适当的金 属通过冲压工艺形成。根据其它各种可替换和示例性的实施例，保持环可作为单件形成，然 后被切割或分割成适当数量的部件。根据其它各种可替换和示例性的实施例，保持环或保 持环的每个半部或部件可由各种不同材料中的任一种或多种通过任意适当的制造工艺加 工出来或形成，所述不同材料包括金属、钢、合金、铁、陶瓷、复合物或任何其它适当的材料。 根据其它可替换和示例性的实施例，保持环的接合构件可以是通道、凸缘、凸边、凹陷、突出 部、凸起或与设在柱塞上的相应接合结构配合的其它适当结构。 弹性构件102意在对保持环100起作用以维持保持环100的凸缘106与柱塞80 的凹槽88的接合，且还用作临时能量储存装置。根据一示例性实施例，弹性构件102是由 弹性材料(例如，金属、弹簧钢等)形成的环形带，其沿所述带的周边包括割缝103以提供 在所述带的直径增大时相对于彼此运动的两个端部。例如，根据一示例性实施例，弹性构件 102可与"苛宾卡夹(Corbin Clamp)"类似，其中该"苛宾卡夹"不具有便于所述卡夹容易扩 张的突部。根据另一示例性实施例，弹性构件102可以是由弹性材料形成的条带，其形成为 环形带，使得所述条带的两端彼此靠近设置且在所述带的直径增大时彼此移离。弹性构件 102包括构造成与保持环100的套筒部108相邻的内表面118和构造成设在保持器104的 相应部分附近的外表面120。弹性构件102的弹性特性使得保持环100的两个半部在受到 克服由弹性构件102提供的偏压力的力的作用时彼此移离。随着保持环100的两个半部彼 此移离并克服由弹性构件102提供的偏压力，弹性构件102的直径增大且能量储存在弹性 构件102内。弹性构件的弹性(例如，由弹性构件提供的偏压和扩张该弹性构件所需的力) 可通过选择适当的材料和/或调整弹性构件的设计(例如，通过改变弹性构件的厚度)而 针对特定的应用进行调节。根据一示例性实施例，弹性构件102由适当的金属通过冲压工 艺来形成。根据各种可替换和示例性的实施例，弹性构件可由各种不同材料中的任一种或 多种通过任意适当的制造工艺加工出来或形成，所述不同材料包括金属、钢、弹簧钢、合金、 复合物、聚合物、弹性体或任何其它适当的材料。 保持器104是用于接纳弹性元件40 (例如弹簧)并最终将弹性元件40提供的力 传递到柱塞80的元件。根据一示例性实施例，保持器104包括体部122和凸缘124，其中 的一者或两者可与挺杆组件36的体部58接合。体部122包括限定三个同心区域的中心孔126 :位于保持器104上部的第一区域128、位于保持器104下部的第二区域130，和位于第 一区域128与第二区域130之间的过渡区域132。第一区域128具有大到足以接纳柱塞80 但不足以允许保持环100通过的直径。另一方面，第二区域130具有大到足以接纳保持环 100和弹性构件102两者的直径。更具体地，第二区域130的直径足够大，使得在第二区域 130的内表面134和弹性构件102的外表面120之间具有预定的径向空隙200，或者在第二 区域130的内表面134和凸缘106的外表面112之间具有预定的径向空隙201。径向空隙 200(或根据情况也可以是径向空隙201)提供了允许保持环100的部件移离柱塞80和允 许弹性构件102扩张的间隙。但是，空隙200(或空隙G')的尺寸设定为不允许保持环100 的部件移离柱塞80过远以致于凸缘106与凹槽88脱开。意在用作保持环100的凸缘106 的接触表面的过渡区域132由在限定第一区域128的表面和第二区域130的内表面134之 间延伸的表面限定。根据一示例性实施例，过渡区域132由与平行于保持器104的纵向轴 线的线成大约60度角定向的大致平坦的表面限定。根据各种可替换和示例性的实施例，所 述过渡区域可由弯曲的、倒圆的、锥形的、平坦的表面限定，或由具有一个或多个弯曲的、倒 圆的、锥形的和/或平坦的部分的表面限定。过渡区域132的这种特定构型可基于使用柱 塞组件43的特定应用来确定，因为过渡区域132和凸缘106之间的接触及由此传递的分力 可能需要针对不同的情况进行调节。保持器104的凸缘124从体部122径向向外延伸且用 作保持器104的与弹簧40直接接合的部分。根据一示例性实施例，保持器104由适当的金 属通过冲压工艺形成。根据各种可替换和示例性的实施例，所述保持器可由各种不同材料 中的任一种或多种通过任意适当的制造工艺加工出来或形成，所述不同材料包括金属、钢、 合金、铁、陶瓷、复合物、聚合物、弹性体或任何其它适当的材料。 虽然上文仅描述了一种泵构型，但应当理解，所述泵仅是可使用所述保持组件的 泵的一个示例。例如，尽管上文仅描述了管道柱塞或活塞泵，但所述保持组件也能用在各种 不同的活塞或柱塞泵构型(例如，轴向活塞泵、径向活塞泵、弯曲轴线泵、入口计量泵、出口 计量泵等)的任一种中且结合各种不同流体(例如，燃料、油、液压流体等)中的任一种使 用。还应当理解，虽然泵18在上文中被描述为包括两个缸体或泵送腔室63，及由此两个相 应的挺杆组件36、弹性构件40、控制阀组件42和柱塞组件43，但根据要使用所述泵的特定 应用，所述泵也可构造成包括一个、三个、四个或多于四个的泵送腔室。
工业应用性 泵18通过将燃料吸入一个或多个泵送腔室63、减小泵送腔室63的尺寸、然后迫使 燃料经出口到达共轨20来工作以对流体(例如，燃料)加压。现在将结合泵送腔室63之 一更具体地描述泵18工作的方式。从泵送循环的启动开始，柱塞80位于下止点，且充满燃 料的泵送腔室63处于其最大容积。随着凸轮凸角56之一转动至挺杆组件36下方的位置， 该凸轮凸角56迫使挺杆组件36及由此柱塞组件43向上移动。随着柱塞组件43向上运动 (按照凸轮凸角56的廓形)，柱塞80在头部32的柱塞孔52中向上运动，由此减小泵送腔室 63的容积。当柱塞80开始向上运动时，控制阀组件42被致动，从而使泵送腔室63相对于 燃料入口封闭。随着柱塞80继续向上运动，泵送腔室63的容积继续减小，这迫使燃料从泵 送腔室63排出至共轨20。所述泵送循环继续，直到柱塞80到达上止点，这在凸轮凸角56 的顶点位于挺杆组件36下方时发生。 一旦柱塞80到达上止点，控制阀组件42便不再起作 用，以允许来自传输泵16的入口燃料进入泵送腔室63。随着凸轮凸角56的顶点转过挺杆组件36，由弹性元件40提供的偏压迫使柱塞组件43和挺杆组件36向下返回。此时，凸轮 凸角56的背侧位于挺杆组件36下方，这允许其向下返回。随着柱塞80在充填循环中在柱 塞孔52内向下运动，燃料持续充填泵送腔室63。当柱塞80到达下止点时，泵送腔室63充 满燃料且处于其最大容积。然后所述循环再次开始，凸轮凸角56迫使挺杆组件36和柱塞 组件43朝上止点向上返回。控制阀组件42可在泵送和充填循环中在不同时间被致动和停 用，以控制在充填循环中有多少燃料进入泵送腔室63，以及控制在全部或部分的泵送循环 中泵送腔室63是否与低压系统(其起到类似排放装置的作用)联接。这样便可控制所述 泵的输出。 为了在凸轮轴34上的凸角56启动下一个泵送冲程之前使每对挺杆组件36和柱 塞组件43返回至下止点，弹性构件40必须向挺杆组件36和柱塞组件43施加很大的力。经 过数千循环，反复的、为使柱塞组件43通过泵送循环由凸轮轴34抵抗弹性构件40的偏压 而施加力及随后为使柱塞组件43通过充填循环与弹性构件40提供的持续偏压力结合而释 放由凸轮轴34提供的力，是陶瓷柱塞难以承受的。减小由柱塞承受的力的大小被认为有助 于提高由陶瓷或其它类似材料制成的柱塞的使用寿命。据认为，通过在施加于柱塞80的力 最大时暂时储存能量及随后在作用于柱塞80的力较小时稍后释放该能量，柱塞组件43能 实现这种减小。 在操作中，当凸轮轴34的凸角56旋转至其位于挺杆组件36下方的位置时，挺杆 组件36和柱塞组件43向上运动(在泵送循环中)。在该位置，凸角56向挺杆组件36施 力，随后挺杆组件36将该力直接施加给柱塞组件43，尤其是柱塞80的端部86。克服由弹 簧40提供的偏压力的力的这种施加对于陶瓷柱塞的使用一般是没有问题的，因为柱塞80 承受的应力是陶瓷能够较好地承受的压縮应力。当挺杆组件36和柱塞组件43到达上止点 时，凸角56的最高点将位于挺杆组件36下方。随着凸轮轴34继续转动，挺杆组件36将开 始向下滚动到凸轮凸角56的背侧。此时，凸轮轴34将停止向挺杆组件36和柱塞组件43施 加任何向上的力。在凸轮轴34不施加力的情况下，由弹簧40(此时被充分压縮)向保持器 104提供的力将迫使柱塞组件43和挺杆组件36朝下止点返回。这是在所述循环中关于先 前尝试保持陶瓷柱塞一般有问题的地方，因为这是最大的返回力施加于柱塞(由于弹簧40 被完全压縮)之处，还因为该力通常在不同于柱塞端部的位置施加在陶瓷柱塞上。因此，这 是所述循环中陶瓷柱塞受到最大拉伸应力之时。 由弹簧40施加的向下的力直接施加在保持器104的凸缘124上，然后该力被传递 到保持器104的体部122。如上所述，体部122的第一区域128接纳柱塞80，但未大到足以 接纳保持环100。另一方面，体部122的第二区域130在由过渡区域132和第二区域130的 内表面134限定的腔室中接纳保持环100。这样，随着保持器104被弹簧40向下推，保持 环100也被向下推，因为它不能越过保持器104的过渡区域132。具体地，保持器104的过 渡区域132与保持环100的凸缘106接触并向凸缘106施力。由于过渡区域132的取向， 这样的力被施加到凸缘106上，该力具有迫使凸缘106向下的轴向分量和迫使凸缘106径 向向内的径向分量。过渡区域132可设计成向凸缘106提供这样的力，该力在其轴向力分 量和其径向力分量之间的比例适于特定的应用。由于凸缘106位于柱塞80的凹槽88中， 所以凸缘106不能向内运动。但是，凸缘106能在凹槽88中向下运动，如图4所示。但是 由于凸缘106和凹槽88的构型，凸缘106向下运动的唯一方式是迫使柱塞80向下运动从而凹槽88与凸缘106 —起运动，或者在凹槽88中相对于柱塞80同时向外和向下运动。为 了使凸缘106向外运动，保持环100的两个半部必须彼此移离。保持环100的两个半部彼 此移离的这种运动是抵抗由弹性构件102提供的偏压来完成的，且用于使弹性构件102扩 张，如图4所示。弹性构件102抵抗其所提供的偏压而进行的扩张(其用作一种弹簧)用 于将能量储存在弹性构件102中。随着柱塞80朝下止点向下移动或在后续的泵送循环开 始时，储存在弹性构件102中的能量随后在稍后的时间被释放。为了确保凸缘106留在凹 槽88中，保持环100的两个半部可扩张的程度可由以下来限制1)弹性构件102的外表面 120和保持器104的第二区域130的内表面134之间的径向空隙200，和/或2)凸缘106 的外表面112和保持器104的第二区域130的内表面134之间的径向空隙201。所述径向 空隙的尺寸可被调节成适于特定的应用和环境。 当柱塞组件43处于上止点时，由弹簧40产生的力的大小是最大的，因为这是弹簧 40被完全压縮之时。这样，当柱塞80处于或接近上止点时，最终施加在柱塞80上的力或应 力的大小是最大的。通过在此时将能量储存在弹性构件102中，可减小在任一时刻作用在 柱塞80上的最大力。最大力或应力的减小被认为可延长柱塞的寿命。
根据所述泵的构型和应用，柱塞组件43可被调整或调节成最有效地工作。根据一 示例性实施例，柱塞组件43可被调整成，只有当柱塞80会承受大到足以损坏柱塞80的力 时凸缘106才在凹槽88中运动和扩张弹性构件102。诸如泵速、泵的期望压力和流量、泵的 尺寸、泵的缸体或泵送腔室的数量等的特性和/或其它可能的特性都可影响柱塞组件43应 当如何被调整或调节。为了调整所述柱塞组件，诸如凹槽88的尺寸和形状、凸缘106的尺 寸和形状、制造弹性构件102的材料、弹性构件102的厚度和宽度、空隙200或空隙G'的尺 寸、保持器104的过渡区域132的构型和取向、凸轮轴34的构型等的因素和其它可能的因 素都可被调节。 重要的是要注意，在示例性的和其它可替换的实施例中示出的保持系统的元件的 构造和布置仅是例示性的。虽然在本公开中只详细描述了保持系统的几个实施例，但是阅 读本公开的本领域技术人员可容易地认识到，能作出许多变型(例如，各种元件的大小、尺 寸、结构、形状和比例、参数值、安装结构、材料使用、取向等的变化)而实质上不背离所记 载主题的新颖教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可由多个部分构成，或者示出为多 个部分的元件可一体形成，接合部(例如，凹槽和凸缘等)的工作可以颠倒或以其它方式改 变，和/或所述系统的结构和/或构件或连接件或其它元件的长度或宽度可改变。应当指 出，所述保持系统的元件和/或组件可由能提供足够的强度、耐用性和其它相关特性的多 种材料中的任意材料、通过多种不同制造工艺中的任意制造工艺、以多种颜色、质地及组合 中的任意种类构造而成。还应当指出，所述保持系统可用于各种类型的泵，包括各种不同 的活塞泵，或各种不同应用中的各种不同机构(例如，发动机中的各种机构，如进气或排气 门、液压缸、燃料喷射器等)。因此，所有这些变型都应包括在本发明的范围内。对于示例性 的和其它可替换的实施例的设计、工作条件和布置可作出其它替换、变型、变化和省略而不 会背离本发明的精神。
权利要求
一种保持系统，包括第一元件，所述第一元件具有纵向轴线且包括接合结构；保持环，所述保持环被分成至少两个部件且围绕所述第一元件的至少一部分设置，所述保持环的至少一部分与所述第一元件的接合结构接合；弹性构件，所述弹性构件联接到所述保持环且构造成朝所述第一构件弹性地偏压所述保持环的所述至少两个部件中的每一个；和保持器，所述保持器围绕所述保持环的至少一部分和所述弹性构件的至少一部分被联接，所述保持器具有内表面，所述内表面与所述保持环和所述弹性构件中的至少一者的外表面隔开一空隙；其中所述第一元件、所述保持环、所述弹性构件和所述保持器构造成使得所述保持环能相对于所述第一元件沿轴向运动，以及使得所述保持环相对于所述第一元件的运动用来抵抗由所述弹性构件提供的偏压而使所述弹性构件扩张。
2. 如权利要求1所述的保持系统，其特征在于，所述接合结构是围绕所述第一元件的 外周的环形凹槽，且所述保持环的至少一部分伸入所述凹槽中。
3. 如权利要求2所述的保持系统，其特征在于，所述凹槽的两个边缘中的至少一个是 倒圆的。
4. 如权利要求2所述的保持系统，其特征在于，所述保持环包括径向向内延伸的环形 凸缘和从所述凸缘轴向延伸的筒形套筒部，所述凸缘的至少一部分伸入所述第一元件的所 述凹槽中。
5. 如权利要求3所述的保持系统，其特征在于，所述弹性构件围绕所述套筒部的外周 联接到所述保持环。
6. 如权利要求3所述的保持系统，其特征在于，所述凸缘的形状基本对应于所述凹槽 的形状。
7. 如权利要求6所述的保持系统，其特征在于，所述凹槽的廓形和所述凸缘的与所述 凹槽接合的部分的廓形为弧形。
8. 如权利要求7所述的保持系统，其特征在于，所述凹槽的廓形和所述凸缘的与所述 凹槽接合的部分的廓形为大致半圆形。
9. 如权利要求3所述的保持系统，其特征在于，所述套筒部具有内表面，且所述套筒部 的所述内表面设置成与所述第一元件的外周相邻。
10. 如权利要求1所述的保持系统，其特征在于，所述第一元件是用于泵的柱塞。
11. 如权利要求10所述的保持系统，其特征在于，所述柱塞由陶瓷材料构成。
12. 如权利要求11所述的保持系统，其特征在于，所述陶瓷材料是Zr02。
13. 如权利要求1所述的保持系统，其特征在于，所述第一元件、所述保持环、所述弹性 构件和所述保持环构造成，使得当所述保持环相对于所述第一元件轴向运动时，所述保持 环的所述至少两个部件径向向外运动。
14. 如权利要求13所述的保持系统，其特征在于，所述保持器的内表面与所述保持环 和所述弹性构件中的所述至少一者的外表面之间的空隙的尺寸限制所述保持环能够相对 于所述第一元件运动的程度。
15. 如权利要求14所述的保持系统，其特征在于，所述空隙的尺寸设定成防止所述保持环的与所述第一元件的接合结构接合的所述至少一部分与所述接合结构脱开。
16. 如权利要求1所述的保持系统，其特征在于，所述保持器包括构造成与所述保持环 接合的过渡区域。
17. 如权利要求16所述的保持系统，其特征在于，所述过渡区域相对于所述第一元件 的纵向轴线成这样的角度，使得当所述保持器接触所述保持环时，所述保持器朝所述第一 元件推压所述保持环。
18. 如权利要求1所述的保持系统，其特征在于，所述保持环被分成两个半部，所述两 个半部设置在所述第一元件的相对侧。
19. 一种将第一元件保持在第二元件中的方法，包括以下步骤 在所述第一元件上提供第一接合结构；在所述第二元件上提供第二接合结构，所述第二接合结构构造成与第一接合表面接合 且构造成相对于所述第一接合结构运动；在所述第二接合结构相对于所述第一接合结构运动时在弹性构件中储存能量。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括限制所述第二接合结构能够相对 于所述第一接合结构运动的程度的步骤。
21. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一接合结构是凹槽，所述第二接合 结构是突出部。
22. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一元件是用于泵的柱塞。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述柱塞由陶瓷材料制成。
24. —种燃料泵，包括 限定有腔室的头部；控制阀，所述控制阀流体地联接到所述腔室并构造成至少部分地控制燃料流入和流出 所述腔室；从动构件；柱塞组件，所述柱塞组件与所述从动构件接合且构造成响应于所述从动构件直线地往 复运动，所述柱塞组件包括大致柱形的柱塞，所述柱塞具有纵向轴线且包括围绕其外周的环形凹槽，所述柱塞构 造成由所述腔室接纳和在所述腔室中往复运动；保持环，所述保持环被分成至少两个部件且围绕所述柱塞设置，所述保持环的至少一 部分伸入所述柱塞的凹槽中；弹性构件，所述弹性构件围绕所述保持环被联接且构造成朝所述柱塞弹性地偏压所述 保持环的所述至少两个部件中的每一个；禾口保持器，所述保持器围绕所述保持环的至少一部分和所述弹性构件的至少一部分被联 接，所述保持器具有内表面，所述内表面与所述保持环和所述弹性构件中的至少一者的外 表面隔开一空隙；其中所述第一元件、所述保持环、所述弹性构件和所述保持器构造成使得所述保持环 能相对于所述柱塞沿轴向运动，以及使得所述保持环相对于所述柱塞的运动用来抵抗由所 述弹性构件提供的偏压而使所述弹性构件扩张。
全文摘要
尽管陶瓷材料具有使它们适于用在燃料系统部件中的特性，但它们在受到拉伸应力时往往容易失效。本文所述的保持系统有助于通过提供具有接合结构的被保持构件、与所述接合结构接合的多件式保持环、联接到所述保持环的弹性构件以及围绕所述保持环和弹性构件的至少一部分被联接并与所述保持环和/或弹性构件隔开一空隙的保持器来减小被保持构件受到的拉伸应力。所述被保持构件、保持环、弹性构件和保持器构造成使得所述保持环能相对于所述被保持构件沿轴向运动，以及使得所述保持环的运动用来抵抗由所述弹性构件提供的偏压而使所述弹性构件扩张。
文档编号F16J1/12GK101765733SQ200880101093
公开日2010年6月30日 申请日期2008年5月22日 优先权日2007年6月1日
发明者M·格兰特, R·H·格拉莫帕德耶 申请人:卡特彼勒公司