用于内燃机的活塞燃料泵的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的活塞燃料泵。

背景技术：

例如由wo2014095120a1公知的活塞燃料泵包括泵缸和可移动地接收在该泵缸中的泵活塞。该活塞燃料泵具有用于泵活塞的支承和密封组件，该支承和密封组件包括用于泵活塞在泵缸中的轴向导向的导向区域和具有密封唇的密封区域。

技术实现要素：

根据本发明设置，在用于内燃机的活塞燃料泵中，该活塞燃料泵具有泵缸和可在泵缸中轴向移动的泵活塞并且具有由泵活塞限界的工作室，其中，在泵活塞上存在密封件，该密封件使工作室相对于低压区域密封，所述密封件借助于注塑成型方法直接施加到泵活塞上。

所述密封件尤其将泵活塞和泵缸之间存在的缝隙密封。

在这里，直接施加尤其理解为，密封件的材料以液态状态施加到活塞上并且随后在该活塞上凝固，尤其由于冷却而固化。

借助于注塑成型方法将所述密封件直接施加到泵活塞上，一方面的优点是：将密封件的单独制造、随后的处理以及与泵活塞的连接取消，由此简化了生产。此外，以该方式可以简单地实现密封件和泵活塞之间的连接结构的多种几何构型、尤其是形状锁合连接。

本发明的扩展方案设置为，密封件也使泵活塞的工作室侧端部区段相对于工作室密封、尤其完全地密封。

通过密封件也使泵活塞的工作室侧端部区段相对于工作室密封，使得整个泵活塞位于密封件的背离工作室的一侧上，即尤其位于低压区域中。以该方式，完全并可靠地排除工作室和低压区域之间的泄漏，该泄漏在由现有技术公知的泵中可能沿着在泵活塞和密封件之间延伸的路径出现。

泵活塞的工作室侧端部区段在这里尤其应理解为以下区域，该区域包括泵活塞的工作室侧的端侧并且还包括泵活塞的沿轴向方向指向工作室的端部区段。

在构造为向着工作室变细的阶梯活塞的泵活塞中、尤其是构造有柱形的子区段的泵活塞中，工作室侧端部区段尤其是阶梯活塞的变细的部分和/或泵活塞的位于阶梯工作室侧的区域。

泵活塞的工作室侧端部区段例如可以关于泵活塞的纵向延伸尺度，即沿轴向方向，仅构造在泵活塞的工作室侧的一半中或者甚至仅构造在泵活塞的在工作室侧沿轴向方向的外部四分之一中。

密封件使泵活塞的工作室侧端部区段相对于工作室密封，能以下述方式实现：密封件具有凹口，该凹口尤其具有柱形的基本构型，在该凹口中布置泵活塞的工作室侧端部区段和/或该凹口通过泵活塞的工作室侧端部区段填充、尤其是完全填充。换言之，密封件尤其既径向地并且也在泵活塞的面向工作室的端侧上地遮盖泵活塞的工作室侧端部区段。再换言之，即密封件尤其具有杯形的内轮廓，泵活塞的工作室侧端部区段布置在该内轮廓中和/或该内轮廓通过泵活塞的工作室侧端部区段填充、尤其是完全填充。

在这里，术语“杯形”尤其意味着端侧底部以及环绕地成形在所述底部的边缘上的壁的存在，该底部例如可以构造为圆面，该壁尤其可以垂直于底部延伸。

术语“柱形的基本构型”虽然尤其也包括实际几何精确的柱形形状，但是原则上应宽泛地理解、尤其要在“长形”的意义上理解并且不构成在表面结构方面的限制，所述表面结构可以构造在泵活塞和密封件上并且在更下面还要更详细地说明。

本发明的扩展方案设置为，泵活塞的工作室侧端部区段和密封件彼此形状锁合。在此，在vdi2232的意义上使用术语形状锁合以及形状锁合连接；当泵活塞的工作室侧端部区段和密封件由于其形状而相互卡住时，所述泵活塞的工作室侧端部区段和所述密封件尤其是彼此形状锁合的。

附加地或替代地，泵活塞的工作室侧端部区段和密封件可以力锁合地相互连接，密封件尤其可以在应力作用下贴靠在泵活塞的工作室侧端部区段上。

尤其为了实现形状锁合而尤其设置，泵活塞的工作室侧端部区段具有第一表面结构并且密封件具有第二表面结构，并且第一表面结构和第二表面结构相互互补和/或在彼此中嵌接。在此，第一表面结构和第二表面结构相互填充，尤其完全填充。

在这里，“密封件或泵活塞的表面结构”尤其理解为几何特征，该几何特征不涉及上面已经讨论的密封件或泵活塞的几何基本构型。表面结构例如可以仅仅具有以下特征：所述表面结构的结构参数比密封件和/或泵活塞的工作室侧端部区域的结构参数显著地小、例如不超过10％，后面的结构参数例如是密封件和/或泵活塞和/或泵活塞的工作室侧端部区段的总长度和/或最宽直径。

密封件或泵活塞的所述表面结构可以在几何上有规律，例如可以涉及沟槽结构或波纹结构，尤其是具有径向环绕泵活塞的工作室侧端部区段的沟槽或和/或波纹。几何上有规律的表面结构的另一示例是滚花结构、尤其是交叉滚花结构，该滚花结构可以以简单的方式施加在泵活塞上。术语滚花结构尤其参照1973年的din82来理解。几何上有规律的表面结构沿轴向方向和/或切向方向的结构参数尤其通过其周期性给出。几何上有规律的表面结构沿径向方向的结构参数通过其幅值给出。

另一方面，密封件和/或泵活塞的表面结构也可以是在几何上没有规律的，例如通过泵活塞和/或密封件的相对较高的粗糙度来实现。在这种情况下，沿轴向方向和/或切向方向和/或径向方向的结构参数仍可同样基于已知用于表征表面粗糙度的参数给出。例如可以将pt和/或rz和/或ra当成结构深度。例如可以将波长理解为沿轴向方向和/或切向方向的结构参数，在该波长的情况下出现密封件和/或泵活塞的表面粗糙度的尤其通过傅里叶变换得到的频谱分析的最大值。

原则上尤其能够有利地实现具有沿径向方向的以下结构参数的表面结构，该结构参数在0.1毫米至2毫米范围中。在此，例如具有沿径向方向为0.5毫米或更大的结构参数的、深的结构具有的优点是：在泵活塞的工作室侧端部区段和密封件之间的特别有效的啮合。相反地，在此例如具有沿径向方向为0.5毫米或更小的结构参数的、平的结构具有的优点是，该结构可以特别简单地制造。

特别有利的是，沿径向方向的结构参数、即结构深度与沿轴向方向和/或切向方向的结构参数相比足够大，因为这确保了啮合效果。

这尤其是以下情况：泵活塞的工作室侧端部区段具有第一表面结构并且密封件具有第二表面结构，并且第一表面结构和/或第二表面结构具有沿径向方向测量的结构深度并且具有沿切向方向和/或轴向方向测量的结构参数，并且沿切向方向和/或轴向方向测量的结构参数不超过结构深度的10倍、优选甚至不大于结构深度的5倍。

所述密封件尤其可以具有热塑性材料或由热塑性材料制成。热塑性材料尤其可以是热塑性聚合物，例如纤维增强的热塑性聚合物。例如可以是以碳纤维增强的聚醚醚酮(peek)。这种材料的例子是peek150ca30。另一优选热塑性材料是pa66cf20。

所述密封件具有在0.5毫米至1.8毫米范围内的厚度，以便同时保证高强度、低质量和简单的可生产性。

所述燃料活塞泵尤其涉及具有泵壳体的泵，在该泵壳体中构造有由泵活塞限界的工作室。燃料的压缩尤其在该工作室中进行，尤其是通过泵活塞的使工作室变小的轴向运动来进行。燃料在工作室中的压缩尤其进行到高压力水平、例如到100bar至600bar。

根据本发明的密封件尤其构造在工作室和低压区域之间。低压区域中的压力小于泵工作室中产生的高压力水平。低压区域中的压力水平例如可以是3bar至10bar并且通过单独的前级泵产生。

工作室尤其通过排出阀与泵出口连接并且尤其通过可电操控的进入阀与泵入口连接。可电操控的进入阀尤其可以构造为量控制阀。可选地，在泵入口和工作室之间还附加地设置阻尼装置来阻尼泵的低压区域中的脉冲。

用于阻尼泵的低压区域中的脉冲的阻尼装置例如可以包括包围在两个膜片之间的气体体积。关于阻尼装置的细节可以如de10327408a1示出的那样构造。

可设置有布置在泵出口和工作室之间的、与排出阀反向平行布置的另一阀，并且该另一阀尤其可作为用于可与泵连接的高压蓄能器的限压阀起作用。

排出阀和/或进入阀和/或限压阀优选相对泵壳体位置固定且就此而言也相对泵缸位置固定。就此而言，尤其不用考虑这些部件在泵活塞上的固定。这产生的优点在于，泵活塞的质量小，从而改善泵的动态性和平稳性。

优选，替代地或附加地，泵活塞构造为实心体，使得在燃料喷射时、尤其是在汽油直喷时起作用的高压的情况下泵活塞不变形。就此而言，排除泵活塞在纵向方向上的可通流性。

工作室、排出阀和限压阀相互的以及在泵体中的布置的其他细节例如可如在de102004013307a1中示出的那样构造。

泵缸可构造在固定于泵体中的衬套中。替代地，泵缸也可直接设置在泵体中。

泵体、泵活塞、泵缸和/或与燃料有接触的所有泵部件优选仅由钢和塑料制成，从而还得到相对于含乙醇的燃料和/或其他腐蚀性燃料的高耐受性。

本发明的其他扩展方案的目标在于，使活塞燃料泵的使用寿命最大化。此外已知，在密封件区域中出现的磨损主要通过密封件和泵缸之间出现的摩擦引起。

在此出现的摩擦现象可以根据出现的、摩擦副(这里是密封件和泵缸)的接触状态的类型而定按照din50281划分等级或阶段。

因此在所谓的固体摩擦的情况下出现摩擦副之间的直接接触。出现的摩擦力和引起的磨损是相应高的。

相反地，在液体摩擦的情况下不再出现摩擦副之间的直接接触。摩擦副通过液态介质、例如通过连续的液体膜相互分开，这里例如通过连续的燃料膜相互分开。在这里，出现的摩擦力通常明显小于在固体摩擦情况下出现的摩擦力。相应地，在摩擦副上出现的磨损也相应减小。

此外，也可能出现混合摩擦，该混合摩擦具有在时间上和/或空间上并存的固体摩擦部分和液体摩擦部分。

通常从下述情况出发：当密封件相对于泵缸静止时，例如在泵活塞的转向点处，密封件贴靠在泵缸上。因此，在泵活塞和泵缸之间的相对运动开始时，几乎不能避免在密封件和泵缸之间至少短时间出现的固体摩擦。

该扩展方案还基于以下认知：应使在密封件和泵缸之间出现固体摩擦的阶段最小化。

这尤其以下述方式解决：密封件的与泵缸的内表面相对置的、一位于径向外部的面在密封件的轴向端部区域中如此构造：使得该位于径向外部的面在泵活塞相对于泵缸静止的情况下贴靠在泵缸上，并且，泵缸和泵活塞之间沿轴向方向的相对运动有利于泵活塞的密封件沿径向向内指向的方向抬起。

这尤其可以通过以下措施实现，密封件的与泵缸的内表面相对置的、一位于径向外部的面在密封件的轴向端部区域中相对于泵缸的内壁以10°到60°的角度径向向内倾斜。在这里，待由泵活塞压缩的燃料尤其将径向向内作用的力施加到密封件的、位于径向外部的面上，使得该密封件可以从泵缸尤其稍微抬起并且可以在密封件和泵缸之间尤其形成燃料膜。

附图说明

下面参照附图详细阐述本发明的示例。

在附图中示出：

图1内燃机燃料系统的示意图，该示意图带有根据本发明的活塞燃料泵的局部，

图2根据图1的活塞燃料泵的局部的放大剖视图，

图3a-3f活塞燃料泵的替代实施方式，

在图4中放大地示出密封件的密封唇。

具体实施方式

在图1中，内燃机的燃料系统整体以附图标记10标记。该燃料系统包括燃料箱12，电预送泵14将燃料从该燃料箱输送到低压管路16中。所述低压管路通向呈活塞燃料泵18形式的高压泵。高压管路20从该高压泵通向燃料轨22。在该燃料轨22上附接有多个喷射器24，这些喷射器将燃料直接喷入到分别配属给它们的燃烧室(未示出)中。

活塞燃料泵18包括一个仅局部示出的泵壳体26，泵活塞28在该泵壳体中可移动地被导向或被支承。该泵活塞可被未示出的凸轮驱动装置置入到往复运动中，该往复运动通过在侧面绘出的双向箭头30表示。泵活塞28被螺旋弹簧32加载到在图1中位于下方的死点中。泵活塞28和泵壳体26限界工作室34。工作室34可通过进入阀36与低压管路16连接。另外，工作室34可通过排出阀38与高压管路20连接。

进入阀36和排出阀38都实施为止回阀。此处未示出但也可能的是，进入阀36实施为量控制阀。在这种量控制阀的情况下，可在泵活塞28的输送行程期间强制打开进入阀36，使得燃料并不被输送到燃料轨22中，而是被输送回低压管路16中。由此可以调节从活塞燃料泵18输送到燃料轨22中的燃料量。

泵活塞28在泵缸40中被导向，该泵缸40就此而言是泵壳体26的一部分。泵活塞28在面向工作室34的端部处具有在图1中位于上方的端部区段42。在该工作室侧端部区段42的周围，泵活塞28还具有圆环式凸肩44，该凸肩呈在径向上伸出的、环绕的凸缘形式。密封件46贴靠在泵活塞28上或者说贴靠在凸肩44上并且在轴向和径向围绕泵活塞28的工作室侧端部区段42。由此，泵活塞28的工作室侧端部区段42相对于工作室34完全密封，即，位于工作室中的介质不与泵活塞28的工作室侧端部区段42接触并且工作室中的有效液压力不再作用到或者仅还间接地通过密封件46作用到泵活塞28的工作室侧端部区段42上。

泵活塞28在它背离工作室34的端部还具有在图1中位于下方的端部区段52。在该下端部区段52的周围，导向套筒54固定地布置在泵壳体26上。在导向套筒54和泵壳体26之间，在槽58中布置有o形环密封件56。导向套筒54具有柱形区段60，该柱形区段与泵活塞28同轴地延伸，并且螺旋弹簧32通过该柱形区段被引导。螺旋弹簧32沿活塞纵向轴线62至少区段地沉入到导向套筒54的弹簧接收槽64中，螺旋弹簧在那里贴靠着导向套筒54沿轴向受支承。

导向套筒54在内部还具有圆柱形的接收区段66，该接收区段基本上通过柱形区段60的内周壁形成。在该接收区段66中，环形密封件68相对于泵壳体26位置固定地布置，其中，密封件68具有h形横截面。凸缘区段70在柱形区段的突出的端部处径向向内延伸，在该凸缘区段中还同样相对于泵壳体26位置固定地布置有导向元件72。由此从泵活塞28的轴向方向上看与密封件46明显隔开间距的导向元件72与密封件46一起提供泵活塞28的导向或两点支承。

密封件46的构型和该密封件到泵活塞上的装配当前特别重要。因此，在这方面参照后面的附图2至4详细说明。

图2示出活塞燃料泵18的局部的放大剖视图，其中，可看到泵活塞28的工作室侧端部区段42和密封件46的放大图。

密封件46具有呈柱形构型的凹口74，该凹口通过泵活塞28的工作室侧端部区段42完全填充，使得在与存在于密封件46和泵缸40之间的密封功能的共同作用下，泵活塞28的工作室侧端部区段42相对于工作室34完全地密封。在此，密封件46遮盖泵活塞28的工作室侧端部区段42的端侧421并且以直接成型上去的方式遮盖泵活塞28的工作室侧端部区段42的壳面422，使得泵活塞28的工作室侧端部区段42通过密封件46完全遮盖。

密封唇50在密封件46的径向外部设置在密封件上，该密封唇与泵缸40密封地共同起作用。

在该实例中，密封件46包括纤维增强的热塑性聚合物peek150ca30或pa66cf20。密封件46通过注塑成型方法制造，在该注塑成型方法中液化的热塑性聚合物沿轴向注射方向、沿着活塞纵轴线62直接施加到泵活塞28的工作室侧端部区段42上。为此例如可以使用热通道工具，在该热通道工具中将融化的热塑性聚合物以相对高的温度引入到在泵活塞28的工作室侧端部区段42和注塑成型模具之间构造的空穴中。在热塑性聚合物冷却和固化之后可以从注塑成型模具取下泵活塞28以及固定在其上的密封件46。密封件46具有一毫米的厚度d，以便同时保证高强度、小质量和简单的可生产性。

在该实施例中，泵活塞28的工作室侧端部区段42和密封件46的凹口74的与其接触的内轮廓具有尽可能平滑的表面。这在图3a(该图描绘了图2的局部x)中进一步放大地示出。

下面的实施例与前面实施例的区别在于：在泵活塞28的工作室侧端部区段42上的和密封件46的内轮廓上的改型的表面结构。

在图3b中，泵活塞28的工作室侧端部区段42和密封件46的内轮廓具有环绕的沟槽。所述沟槽具有0.5毫米的深度t和沿轴向方向的周期x，该周期为1毫米。可以涉及多个沟槽，所述沟槽分别自身闭合地环绕。但是环绕的沟槽也可以整体上表示为单头或多头的螺纹。泵活塞28的工作室侧端部区段42的表面上构造的沟槽结构构造成与密封件46的内轮廓明显互补，即构造为负像，这当前在注塑成型中自然地得到。

在可特别简单地制造的另一实施方式中，沟槽具有仅0.1毫米的深度t和沿轴向方向的周期x，该周期为1毫米。

在保证泵活塞28的工作室侧端部区段42和密封件46之间特别好的啮合的另一实施方式中，沟槽具有2毫米的深度t和沿轴向方向的周期x，该周期为9毫米。所述沟槽也可以构造为波纹，参见图3c。

在图3d和3e中示出泵活塞28的工作室侧端部区段42的具有相对较大的沟槽的示例，所述沟槽相对彼此更远地间隔开。

替代于沟槽结构，在泵活塞28的工作室侧端部区段42上和在密封件46的内轮廓上也可以设置滚花结构或交叉滚花结构。泵活塞28的这种工作室侧端部区段42的示例在图3f中示出。

除了前面示出的有规律的表面结构之外，在泵活塞28的工作室侧端部区段42上和在密封件46的内轮廓上显然也可以设置没有规律的表面结构，该表面结构尤其表现为泵活塞28和密封件46的粗糙度。在示例中，泵活塞的表面测量的pt值为0.2毫米，并且表面粗糙度的频谱分析(ra频谱)的最大值在一波长下出现，该波长为1毫米。

参照图4还详细探讨在前面实施方式中示出的密封件的密封唇50的微几何结构。

密封件46的轴向端部区域464当前在密封唇的工作室侧构造在密封唇50上。设置：密封件46的径向外表、与泵缸40的内表面对置的面在密封件46的轴向端部区域464中相对于泵缸40的内壁成10°至60°的角度α地径向向内倾斜。这导致或替代地设置：泵缸40和泵活塞28之间在轴向上的、尤其是朝工作室34的方向的相对运动，有利于将密封件46从泵缸28朝径向向内指向的方向抬起。在这种情况下，在密封件46和泵缸40之间形成一种由燃料构成的液态膜，该液态膜在微量泄漏的情况下极大地降低活塞燃料泵18磨损。

为了该目的，在密封唇50处或者说上一体式地成型向外指向的环绕桥接部468，该桥接部在横截面中沿纵向具有大致呈等腰三角形的形状，其中两个对置的锐角指向轴向方向，第三个钝角(静态地)贴靠在泵缸40上。设置：仅该桥接部(静态地)贴靠在泵缸40上，而密封件46或密封唇467的其余部分与泵缸40隔开缝隙77。缝隙77的宽度s例如为20微米。在相对运动的情况下，如上所述，也还设置桥接部468从泵缸40抬起。