一种大功率单体泵柱塞的制作方法

本发明涉及一种船用、发电机组用及机车用重型单体泵柱塞技术领域,特别涉及一种大功率单体泵柱塞。

背景技术：

随着国内外对环境保护的要求越来越高，对柴油机废气排放及控制的研究成为了目前柴油机研究的热点和难点问题。国际海事组织IMO最新修正的MARPOL公约附则VI对船用柴油机NOX和PM的排放提出了日益严格的要求.从2011年1月起，IMO TIER II排放法规在IMO所有缔约国海域内强制实施。TIER II阶段NOX排放量比TIER I降低16％～20％。目前针对这一标准世界各大船用柴油机生产商已经有大量的TIER II机型投入市场，而在2016年1月1日起已经强制实施TIER III阶段法规，要求NOX排放量相比TIER I阶段降低80％，这对制造商提出了更高的要求，对燃油系统的喷射压力要求越来越高。要满足目前的排放指标要求，对油泵及喷油器所喷射的燃油压力由以前的100～120MPa需要相应提高到130～160MPa,甚至更高。而船用重型单体泵所配套的发动机单缸功率大，在相同柱塞行程下的供油量大，因此设计的船用单体泵的柱塞直径大。在燃油系统喷射的燃油压力130～160MPa和大柱塞直径的情况下，高燃油喷射压力作用在柱塞供油端面上的反作用力也更大(燃油压强乘以柱塞径向面积)，如果不作特殊结构设计，作用在柱塞供油端面上的大的作用力易使柱塞变形导致很多的油泵存在的性能和可靠性问题。

基于此种背景下，本申请人发明了一款船用大功率单体泵(单缸标定功率为215KW，柱塞直径为22mm),在标定转速500rpm,超负荷工况下的喷射嘴端压力达1500Bar，此款单体泵的柱塞小头端面上采用球形结构设计。当柱塞小头位置在承受由柱塞供油端面传递过来的大作用力时柱塞小头端面存在微小变形后，可有效形成柱塞小头球形端面的点接触变为小平面接触，同时可有效抵消在高燃油喷射压力作用力下与柱塞小头接触配合的其它零件因变形而导致的接触配合异常，此异常的接触配合易形成早期磨损，因此可有效提高可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有的船用大功率，高喷射压力的单体喷油泵的柱塞头部采用传统的平面结构存在的缺陷导致柱塞头部早期磨损导致油泵性能下降和柱塞在上下工作过程中存在侧向分力导致的柱塞发卡或柱塞外圆沿母线方向的侧向单边磨损等故障问题，而提供一种大功率单体泵柱塞。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种大功率单体泵柱塞，包括柱塞柄和位于所述柱塞柄端部的柱塞小头，所述柱塞小头的端面为球形端面。

由于采用了如上的技术方案，当柱塞小头位置在承受由柱塞供油端面传递过来的大作用力时柱塞小头端面存在微小变形后，可有效形成柱塞小头球形端面的点接触变为小平面接触，同时可有效抵消在高燃油喷射压力作用力下与柱塞小头接触配合的其它零件因变形而导致的接触配合异常，此异常的接触配合易形成早期磨损，因此可有效提高可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。

图1为本发明大功率单体泵柱塞的柱塞小头端的结构示意图。

图2为采用本发明大功率单体泵柱塞的大功率单体泵的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，图中所示的大功率单体泵柱塞，包括柱塞柄3和位于柱塞柄3端部的柱塞小头3a，柱塞小头3a的端面为球形端面。

参见图2，柱塞3通过与之连接的挺柱体部件13共同下移，将燃油通过柱塞套2的进、回油孔15、16吸油并充满油泵高压腔17，当柱塞3上移时至柱塞3的供油端面3b超过柱塞套2的进、回油孔15、16时，油泵高压腔17内的燃油产生压力至超过出油阀部件中的出油阀8的开启压力时，燃油即开始陆续通过出油阀8喷入到喷油器中去，在随柱塞3继续上移的过程中，油泵高压腔17容积被压缩越来越小，同时油泵高压腔17的燃油相应地被压缩，当柱塞3上移接近至最顶点时，此时油泵高压腔17内的燃油压力最大可达到150MPa,150MPa的高压燃油同时对柱塞3的供油端面存在相应的作用力，作用力通过柱塞的长外圆传递到柱塞小头3a球形端面来。当油泵的高压腔内的燃油压力为零时，柱塞3的柱塞小头3a的球形端面与弹簧下座14的接触点为垂直通过球心中间点，随着油泵高压腔17内的压力的升高，柱塞小头3a的球形端面与弹簧下座14的接触由点扩展为圆形平面，且此圆形平面的圆心位置通过柱塞的中心线。

最重要的是可保证作用力的方向始终保持在垂直方向且正好通过柱塞3的外圆中心。同时可补偿因弹簧下座14的上下平面不平行导致柱塞上下工作过程中对柱塞小头3a端面传递侧向分力的可能。在船用单体泵的高燃油压力和大柱塞直径下，柱塞小头3a配合端面采用此球形结构相比采用传统平面结构可避免因零件加工精度原因导致传递的作用力方向未垂直通过柱塞3中心，从而使柱塞3在工作过程中存在侧向分力引起柱塞3发卡、柱塞3外圆侧向单边磨损、柱塞小头3a端面异常磨损等故障现象出现。