一种燃油泵用密封装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃油泵用密封装置，设置在燃油泵的柱塞与壳体形成的环形空间内，包括密封元件、两个O形圈和金属环；密封元件过盈套装在柱塞外周，密封元件的内环面上从上至下依次设有第一密封段、第三密封段和第二密封段；第一密封段和第二密封段均包括若干个呈梯形的牙。第三密封段为与柱塞相平行的光滑表面。两个O形圈依次套装在密封元件的外环面上，用于第一密封段和第二密封段的预紧密封；金属环过盈套装在两个O形圈的外周。采用上述结构后，能对高压燃油和发动机油进行有效密封；梯形牙，能大大减轻密封元件的摩擦磨损，O形圈通过变形向柱塞接触面连续预紧，能补偿第一密封段和第二密封段对柱塞接触面的径向力，实现可靠密封。
【专利说明】
一种燃油泵用密封装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种高速往复运动中的密封装置，特别是一种燃油栗用密封装置。
【背景技术】
[0002]汽油机缸内直喷燃油系统高压栗通过柱塞的高速往复运动，将低压汽油压缩加压成高压汽油，并定量地传递给燃油轨。高压栗的柱塞由凸轮轴驱动并通过弹簧元件复位。相对于发动机油填充的凸轮轴侧必须对燃油侧进行密封。若过多的燃油进入发动机油内，可能导致发动机故障；另一方面若过多的发动机油进入燃料内，可能导致过滤器堵塞并因此同样导致发动机故障。一般地，常常在高压栗柱塞上安装对柱塞轴具有一定径向紧力的密封件。密封件一般由橡胶材料制成，经过一段时间运行后，该压力会迅速减小乃至消失，因而，必须加上张紧装置随时补偿密封件的自紧力，确保密封件的密封性能，对汽油和机油进行密封。
[0003]公知的现有技术中，在高压栗中使用的柱塞密封件的张紧装置采用弹簧元件。例如，由CNl 01529140A公开了一种密封装置。
[0004]上述现有技术中，密封装置包括密封元件，所述密封元件包括第一密封区域和第二密封区域，所述的两个密封区域各包括若干个密封唇和对密封唇具有一定预紧力的弹簧元件。弹簧元件选择为具有U形、V形或C形截面的金属环形弹簧构成，且密封唇直径不一样，最靠近介质室的密封唇直径最小。
[0005]上述现有技术，具有如下不足:
1.U形、V形或C形截面的弹簧，在工作时像一组“悬臂梁”，从位于弹簧底部的弧形展开。弹簧负载力由弹簧底部向外逐渐增大，最大负载集中在最靠近介质室即汽油腔或机油腔的密封唇，使得靠近介质室的密封唇摩擦生热大，将加速密封唇的唇口老化。
[0006]2.同时，由于密封唇直径不一样，最靠近介质室的密封唇直径最小，进一步地加大了密封唇的摩擦磨损，难以确保设定的密封性能。另外，也会促使高压栗柱塞发生磨损，影响了高压栗的可靠性。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种燃油栗用密封装置，该燃油栗用密封装置，能实现高压燃油区和发动机油区之间的有效密封，能随时补偿密封元件的自紧力，且能减轻密封元件的摩擦磨损，保证密封装置的密封可靠性。另外，密封装置整体结构简单，加工难度低，易于推广。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种燃油栗用密封装置，
每个所述牙均包括梯形上底、梯形下底和两个梯形腰，其中，梯形上底与柱塞过盈配合，梯形下底直径大于柱塞直径。
[0009]位于所述第一密封段上的每个牙的梯形下底与梯形腰所形成的两个夹角不等，其中，邻近高压燃油区的夹角大于远离高压燃油区的夹角。
[0010]位于所述第二密封段上的每个牙的梯形下底与梯形腰所形成的两个夹角不等，其中，邻近发动机油区的夹角大于远离发动机油区的夹角。
[0011 ]所述金属环的内径大于密封元件的外径。
[0012]所述密封元件外环面的底部设置有一圈台肩，所述金属环的底部与台肩的上沿面相接触。
[0013]所述金属环的外径与台肩的外径相等。
[0014]所述密封元件的外环面上设置有两个沟槽，两个沟槽分别与第一密封段和第二密封段的轴向位置相对应，两个所述O形圈分别放置在两个沟槽内。
[0015]所述密封元件的材料为聚四氟乙烯。
[0016]本发明采用上述结构后，具有如下有益效果:
1.密封装置安装在燃油栗中往复运动的柱塞和壳体之间的环状空间内，能有效地对高压燃油进行密封和对相反侧的发动机油进行密封。
[0017]2.第一密封段和第二密封段中若干个牙均呈梯形设置的方式，能大大减轻密封元件的摩擦磨损，保证密封装置的工作可靠性。
[0018]3.上述密封元件依靠O形圈的变形向柱塞接触面连续地预紧，使得工作期间的密封元件的两个密封段，即使发生磨损，仍然能够补偿密封段对柱塞接触面的径向力，从而实现密封元件的密封段与柱塞表面的可靠密封。
[0019]4.另外，上述密封元件由横截面为圆形的聚四氟乙烯棒料进行机加工实现，O形圈可直接选择标准件，金属环优选为不锈钢材料。明显地，该密封装置结构简单，加工难度低，可实现低成本化，易推广使用。
【附图说明】
[0020]图1显示了本发明涉及的一种燃油栗用密封装置安装在燃油栗内的整体结构剖视图；
图2显示了本发明涉及的一种燃油栗用密封装置的剖视图；
图3显示了第一密封段或第二密封段中牙的结构示意图。
[0021]其中有:1.密封元件；2.第一 O形圈；3.第二 O形圈；4.金属环；5.柱塞；51.柱塞表面;52.柱塞轴线;6.壳体;7.环状空间；8.高压燃油区；9.发动机油区；10.第一沟槽；11.第二沟槽；12.台肩；13.第一密封段；14.第二密封段；15.第三密封段；16.牙；161.梯形上底；162.梯形下底；163.梯形中位线；164.梯形上腰；165.梯形下腰；17.轴线中心线；18.内环面;19.金属环外环面;20.上夹角；21.下夹角。
[0022]另外，图1中d代表柱塞直径；
图2中d4代表第三密封段直径；
图3中dl代表梯形上底直径;d2代表梯形下底直径;d3代表梯形中位线直径。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0024]如图1所示，一种燃油栗，包括柱塞5和壳体6，柱塞5能够轴向移动和沿自身的中心轴线17进行转动。柱塞5和壳体6两者之间形成一个环状空间7，环状空间7的顶部空间为高压燃油区8，环状空间7的底部空间为发动机油区9。
[0025]如图1所示，一种燃油栗用密封装置，设置在燃油栗的上述环状空间7中，用于高压燃油区8和发动机油区9之间的密封。
[0026]—种燃油栗用密封装置，包括密封元件1、两个O形圈和金属环4。
[0027]密封元件I过盈套装在柱塞5的外周，密封元件I的材料优选为聚四氟乙烯。
[0028]密封元件I与柱塞5相配合的内环面18上从上至下依次设置有第一密封段13、第三密封段15和第二密封段14。
[0029]第一密封段13用于高压燃油区8中高压燃油的密封，第一密封段13包括若干个沿轴向依次排列的牙16，每个牙16的形状均为梯形。
[0030]第二密封段14用于发动机油区9的密封，第二密封段14也包括若干个沿轴向依次排列的牙16，每个牙16的形状也均为梯形。
[0031]第一密封段13和第二密封段14中牙16的数量均优选为两个或两个以上。增加牙16的数量可以增强密封，同时减少牙16的磨损，从而延长密封装置的使用寿命。
[0032]如图3所示，第一密封段13和第二密封段14中的每个牙16均包括梯形上底161、梯形下底162、梯形中位线163和两个梯形腰，两个梯形腰分别为梯形上腰164和梯形下腰165。
[0033]每个上述牙16中的梯形下底162与密封元件I的内环面18相重合，为一体设置。梯形下底162与梯形上腰164所形成的夹角为上夹角20，梯形下底162与梯形下腰165所形成的夹角为下夹角21。
[0034]上述上夹角20与下夹角21优选不相等，在第一密封段13中，上夹角20也即邻近高压燃油区8的夹角，下夹角21也即为远离高压燃油区8的夹角;上夹角20优选大于下夹角21。
[0035]在第二密封段14中，上夹角20也即为远离发动机油区9的夹角，下夹角21也即为邻近发动机油区9的夹角;上夹角20优选小于下夹角21。
[0036]上述上夹角20与下夹角21的设置方式，使得密封元件I相对柱塞5作轴向移动时，第一密封段13的牙16的承载力则向着高压燃油区8，第二密封段14的牙16的承载力则向着发动机油区9。如此有利的是，当牙的梯形上底161与柱塞5发生摩擦，牙的梯形下底162与柱塞5之间形成油腔，第一密封段13的牙16会将高压燃油区8的高压燃油刮入并储存在第一密封段13的油腔内，第二密封段14的牙16会将发动机油刮入并储存在第二密封段14的油腔内，这些油腔22对柱塞5具有流体润滑作用，防止密封装置和柱塞5产生干摩擦，引起的密封不良和柱塞5的磨损。
[0037]密封装置装配时，梯形上底161与柱塞5过盈配合，也即每个牙16的梯形上底直径dl小于柱塞直径d。
[0038]梯形中位线直径d3随柱塞直径dl的调整而随之变化。
[0039]梯形下底直径d2大于柱塞直径dl。
[0040]上述第三密封段15将第一密封段13和第二密封段14相连接，第三密封段15为与中心轴线17相平行的光滑表面。
[0041 ] 进一步，第三密封段直径d4小于柱塞直径d，也即第三密封段15与柱塞表面51过盈配合，从而保证密封装置装配时，密封元件I相对柱塞5具有足够的过盈量，第三密封段15的内环面对柱塞表面51产生一定的径向力F1，该径向力使得密封装置的轴向中心线17与柱塞轴线52重合，防止密封装置在工作时产生相对柱塞5的偏斜。
[0042]两个上述O形圈，也即第一O形圈2和第二O形圈3，依次套装在密封元件I的外环面上，分别用于第一密封段13和第二密封段14的预紧密封。
[0043]两个O形圈，O形圈优选为液压用O形橡胶密封圈标准件，也可优选为由其他形状截面的弹性元件构成。
[0044]密封元件I的外环面上优选设置有两个沟槽，两个沟槽的设计型式和尺寸应以选择的O形圈为准则，保证径向密封。
[0045]两个沟槽分别为第一沟槽10和第二沟槽11。其中，第一沟槽10与第一密封段13的轴向位置相对应，第一O形圈2放置在第一沟槽10内，用于第一密封段13的预紧密封。
[0046]第二沟槽11与第二密封段14的轴向位置相对应，第二O形圈3放置在第二沟槽11内，用于第二密封段14的预紧密封。
[0047]第一O形圈2对第一密封段13、第二 O形圈3对第二密封段14的负载力都是均匀分布的，不存在负载过于集成在某一密封段的一侧，因此牙16与柱塞表面51之间的摩擦磨损，从上至下都是均衡的，从而能够确保密封装置的密封性能，并延长使用寿命。
[0048]进一步，密封元件I外环面的底部，也即第二沟槽11的下方，设置有一圈台肩12。
[0049]上述金属环4过盈套装在两个O形圈的外周，将第一 O形圈2和第二 O形圈3全部包裹，金属环4的底部与台肩12的上沿面相接触。
[0050]进一步，金属环4的内径优选大于密封元件I的外径，金属环4的外径与台肩12的外径相等，也即金属环外环面19与台肩12外表面相平齐。
[0051]上述台肩12能够形成密封装置的静态密封，台肩12的上沿面能够防止高压燃油区8中的高压燃油从金属环4与密封元件I构成的缝隙处流进发动机油区9，能够防止混入发动机油内。台肩12的下沿面能够防止发动机油区9的发动机润滑油进入金属环4与密封元件I构成的缝隙处流入高压燃油区8，也即能够防止混入高压燃油内。
[0052]当将上述密封装置装配在燃油栗内往复运动的柱塞5和壳体6所形成的环状空间7内时，密封装置的外环面19与壳体6通过过盈装配固定连接。密封装置的内环面18与柱塞表面51过盈装配，密封装置相对柱塞5可作轴向移动和周向转动。
[0053]当柱塞5作高速往复运动时，其最大线速度可达2.57 m/s。密封元件I的牙16的梯形上底161受柱塞表面51挤压，对柱塞5产生较小的径向力F2。安装在第一沟槽10的第一 O形圈2对密封元件I的第一密封段13产生一定的径向力F3,使得第一密封段13的牙16紧贴柱塞5确保第一密封段13的密封作用。第二 O形圈3对密封元件I的第二密封段14也产生一定的径向力F3，使得第二密封段14的牙16紧贴柱塞5确保第二密封段14的密封作用。
[0054]上述金属环4由于安装在密封元件I的台肩12上，将第一O形圈2和第二O形圈3全部包裹并径向压缩，促使O形圈的变形。密封装置依靠O形圈的变形向柱塞表面51连续地预紧，使得工作期间的密封元件I的第一密封段13和第二密封段14，即使发生磨损仍然可以补偿密封段对柱塞5接触面的径向力，从而实现密封装置的第一密封段13和第二密封段14与柱塞表面51的可靠密封。
[0055]上述牙16的形状均为梯形，与三角形牙的线接触不同，牙16的梯形上底161与柱塞5接触时是面接触，能够增加受力面积，减小了单位面积的应力。当O形圈对密封元件I的第一密封段13和第二密封段14施力时，牙16变形进一步扩大了与柱塞5的接触面积，既保证了第一密封段13和第二密封段14与柱塞表面51的可靠密封，又减小了密封元件I以及柱塞5的应力，从而减轻了密封元件I的摩擦磨损。
[0056]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种燃油栗用密封装置，用于高压燃油区和发动机油区之间的密封，设置在燃油栗的柱塞与壳体之间，其中，柱塞能够轴向移动和沿中心轴线进行转动，其特征在于:所述密封装置包括密封元件、两个O形圈和金属环;密封元件过盈套装在所述柱塞的外周，密封元件与柱塞相配合的内环面上设置有用于高压燃油区密封的第一密封段和用于发动机油区密封的第二密封段;两个所述O形圈依次套装在密封元件的外环面上，分别用于第一密封段和第二密封段的预紧密封;所述金属环过盈套装在两个O形圈的外周;所述第一密封段和第二密封段均包括若干个沿轴向依次排列的牙，每个牙的形状均为梯形。2.根据权利要求1所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:所述密封元件与柱塞相配合的内环面上设置有第三密封段，该第三密封段将第一密封段和第二密封段相连接，第三密封段为与中心轴线相平行的光滑表面，且第三密封段直径小于柱塞直径。3.根据权利要求1所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:每个所述牙均包括梯形上底、梯形下底和两个梯形腰，其中，梯形上底与柱塞过盈配合，梯形下底直径大于柱塞直径。4.根据权利要求3所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:位于所述第一密封段上的每个牙的梯形下底与梯形腰所形成的两个夹角不等，其中，邻近高压燃油区的夹角大于远离高压燃油区的夹角。5.根据权利要求3所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:位于所述第二密封段上的每个牙的梯形下底与梯形腰所形成的两个夹角不等，其中，邻近发动机油区的夹角大于远离发动机油区的夹角。6.根据权利要求1所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:所述金属环的内径大于密封元件的外径。7.根据权利要求1所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:所述密封元件外环面的底部设置有一圈台肩，所述金属环的底部与台肩的上沿面相接触。8.根据权利要求7所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:所述金属环的外径与台肩的外径相等。9.根据权利要求1所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:所述密封元件的外环面上设置有两个沟槽，两个沟槽分别与第一密封段和第二密封段的轴向位置相对应，两个所述O形圈分别放置在两个沟槽内。10.根据权利要求1所述的燃油栗用密封装置，其特征在于:所述密封元件的材料为聚四氟乙烯。
【文档编号】F02M59/44GK105927739SQ201610350818
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】宋睿智, 袁亚飞, 李丽, 耿文娟, 房志红, 管磊
【申请人】中国第汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所, 中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所, 中国第汽车股份有限公司, 中国第一汽车股份有限公司