柴油机喷油泵的柱塞及柱塞偶件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及柴油机的喷油栗，特别涉及柴油机喷油栗的柱塞及柱塞偶件。
【背景技术】
[0002]喷油栗是柴油机最重要的部件，被视为柴油发动机的“心脏”部件。在柴油机喷油栗的众多零部件中，柱塞与柱塞套是喷油栗中一对最重要的精密偶件，主要起到控制喷油量与产生高的喷射压力的作用，其工作环境极其恶劣。
[0003]目前柴油机喷油压力普遍高达ISOMPa以上，在柱塞压油过程中高压燃油极易通过柱塞与柱塞套之间的间隙泄漏到低压回路中，为了实现超高喷射压力，喷油栗压油腔内的压力逐渐提升，导致的燃油泄漏量也急剧增加。
[0004]当高压燃油泄漏时，压力随之转化为热能，柱塞与柱塞套结构件因受热至高温，使燃油温度再度升高，导致燃油粘度下降，其泄漏量进一步增加，由此形成恶性循环。另外，高温引起的燃油劣化及燃油的运动粘度下降会导致润滑效果变差，使得柱塞与柱塞套之间的润滑不良，两者容易产生咬死现象，大大降低喷油栗的使用寿命。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是改善柴油机喷油栗的柱塞与柱塞套之间的润滑，减少柱塞与柱塞套产生的咬死现象，并且提高在高温高压条件下的柱塞与柱塞套之间的密封性能，减少燃油的泄漏。
[0006]为此，本实用新型提供了一种柴油机喷油栗的柱塞，它包括一个驱动端、一个压油端、和一个密封面，密封面上开设多条凹槽，凹槽与柱塞的轴线的夹角为30°至70°，各凹槽与密封面交界处形成的面积之和为密封面的周向理论表面积的5%至35%，各凹槽的深度从其靠近压油端处到靠近驱动端处逐渐增加，密封面未开设凹槽处则均布有凹腔，凹腔与密封面交界处形成的面积为密封面的周向理论表面积的2%至30%。
[0007]在柴油机喷油栗的柱塞的一种示意性实施方式中，复数条凹槽相互平行。
[0008]在柴油机喷油栗的柱塞的一种示意性实施方式中，各凹槽的长宽比为2至6。
[0009]在柴油机喷油栗的柱塞的另一种示意性实施方式中，各凹槽的槽底与密封面相交处的切向夹角为10°至45°
[0010]在柴油机喷油栗的柱塞的又一种示意性实施方式中，各凹槽的宽度为ΙΟμπι至30 μ m，
[0011]各凹腔的直径为10 μπι至50 μπι。
[0012]本实用新型还提供了一种柴油机喷油栗的柱塞偶件，它包括一个本实用新型的柱塞和一个套设柱塞的柱塞套，柱塞套与柱塞之间具有一个径向间隙，其中凹腔的最大深度与径向间隙之比为0.4至5.3，凹槽的最大凹陷深度与径向间隙之比为0.5至6.7。
[0013]采用本实用新型的柱塞及柱塞偶件，在压油行程中，可以挤压凹槽内的燃油，在柱塞与柱塞套之间产生高压，形成一个高压密封腔，与压油产生的高压相平衡，从而实现密封的作用；同时当柱塞在柱塞套内运动时，凹腔有助于在柱塞与柱塞套之间形成具有一定厚度和承载能力的动压润滑油膜，使柱塞与柱塞套形成非接触式滑动，极大改善了润滑条件。本实用新型的凹腔与变深度凹槽的复合结构，同时改善了柱塞偶件的润滑与密封。
【附图说明】
[0014]以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。
[0015]图1是用于说明喷油栗的柱塞的立体示意图。
[0016]图2是图1中II所示的柱塞局部放大示意图。
[0017]图3是图1中III 一 III线所示剖面的示意图。
[0018]图4是用于说明喷油栗的柱塞偶件的剖视示意图。
[0019]图5是图4中V所示的柱塞偶件局部剖面放大示意图。
[0020]标号说明
[0021]10 柱塞
[0022]11驱动端
[0023]12密封面
[0024]13压油端
[0025]22 凹槽
[0026]24 凹腔
[0027]30柱塞套。
【具体实施方式】
[0028]为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】，在各图中相同的标号表示相同或相似的部分。附图仅用于说明本实用新型，不代表本实用新型的实际结构和真实比例。
[0029]图1是用于说明喷油栗的柱塞的立体示意图，如图1所示，柴油机喷油栗的柱塞10包括一个驱动端11、一个压油端13、和一个密封面12，密封面12上开设多条凹槽22，在密封面12未开设凹槽22的位置处则均布有凹腔24。在图中所示的实施方式中，复数条凹槽22相互平行，更容易加工，当然根据设计需要的不同，复数条凹槽也可以相互不平行。
[0030]在柱塞的密封面12上的凹槽22与柱塞的轴线的夹角0为可以为30°至70°。图2是图1中II所示的柱塞局部放大示意图，如图2所示，凹槽的宽度W可以为10 ym到30 y m，凹槽的长度L与宽度W之比可以为2至6，各凹槽22与密封面12交界处形成的面积之和可以为密封面12的周向理论表面积的5%至35%，各凹腔24与密封面12交界处形成的面积之和为密封面12的周向理论表面积的2%至30%。密封面12的周向理论表面积是指如果密封面12上没有凹槽和凹腔，完全由平滑表面构成时的周向表面积。
[0031]在一种不意性实施方式中，柱塞的直径为7.5mm，在柱塞的密封面12上开设有五条凹槽22，它们与柱塞轴线的夹角0为45°，各凹槽的宽度W为20 ym，凹槽的长度L与宽度W之比为4，凹槽22与密封面12交界处形成的面积为密封面12的周向理论表面积的22%，各凹腔24的直径为为30 ym，所有凹腔与密封面12交界处形成的面积之和为密封面12的周向理论表面积的25%。
[0032]图3是沿图1中III 一 III线所示剖面的示意图。如图3所示，在喷油栗的柱塞的密封面12上，凹槽22的深度是变化的，即沿着其靠近压油端13处到靠近驱动端11，凹槽22在柱塞径向方向上的深度逐渐增加。如即在靠近压油端13处，凹槽22的深度为0，而在靠近驱动端11处，凹槽22的深度为h3。例如，在一种示意性实施方式中，凹槽22的深度h3为6 ym，凹槽22的槽底23与密封面12相交处的切向夹角0为30°。在油栗柱塞压油过程中，凹槽22的这种变深度结构，可以使挤向槽底22的燃油受挤压产生较好的高压密封效果，从而有效降低了燃油泄漏量。
[0033]在柴油机喷油栗的柱塞的其他示意性实施方式中，凹槽22与柱塞轴线的夹角0可以在30°至70°的范围内容，凹槽22的宽度W可以在10ym至30ym的范围内，其长宽比可以在2至6的范围内，凹槽22的槽底23与密封面12相交处的切向夹角0可以在10°至45°的范围内，所有凹槽22与密封面12交界处形成的面积为密封面12的周向理论表面积的5%至35% ;各凹腔24的直径为10 y m至50 y m，所有凹腔24与密封面12交界处形成的面积为密封面12的周向理论表面积的2%至30%。
[0034]图4是用于说明喷油栗的柱塞偶件的剖视示意图，如图所示柴油机喷油栗的柱塞偶件包括柱塞10和柱塞套30。柱塞10的结构如图1所示，在此不再赘述，柱塞套30套设柱塞10。图5是图4中V所示的柱塞偶件局部放大示意图，如图5所示，它与柱塞10间具有一个径向间隙h2，凹腔24的最大深度hi与径向间隙h2之比为0.4至5.3。例如在一种示意性的实施方式中，凹腔24的最大深度hi与径向间隙h2之比是3。每个微型的凹腔形成具有承载能力的流体动压压力，所有凹腔便可在宏观上累积形成流体动压效应，进而改善柱塞偶件的润滑条件。
[0035]为了综合凹槽22与凹腔24的作用，达到更好的润滑和密封效果，参见图3和图5，凹槽22的最大凹陷深度h3与径向间隙h2之比最好在0.5至6.7的范围内。例如一种示意性的实施方式中，凹槽22的最大凹陷深度h3与径向间隙h2之比为4。
[0036]由于柱塞的密封面开设带有深度梯度的凹槽22，可以在压油行程中，挤压凹槽24内的燃油，在柱塞10与柱塞套30之间产生高压，形成一个高压密封腔，与压油产生的高压相平衡，从而实现密封的作用；当柱塞10在柱塞套30内运动时，凹腔24有助于在柱塞10与柱塞套30之间形成具有一定厚度和承载能力的动压润滑油膜，使柱塞10与柱塞套30形成非接触式滑动，极大改善了润滑条件。凹腔24与变深度的凹槽22的复合结构，同时改善了柱塞偶件的润滑与密封。
[0037]应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0038]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.柴油机喷油栗的柱塞(10)，所述柱塞包括一个驱动端(11)、一个压油端(13)、和一个密封面(12)，其特征在于: 该密封面(12)开设有多条凹槽(22)，所述凹槽(22)与所述柱塞的轴线的夹角为30°至70°，各所述凹槽(22)与所述密封面(12)交界处形成的面积之和为所述密封面(12)的周向理论表面积的5%至35%，各所述凹槽(22)的深度从其靠近所述压油端(13)处到靠近所述驱动端(11)处逐渐增加； 该密封面(12)未开设所述凹槽(22)处均布有凹腔(24)，所述凹腔(24)与所述密封面(12)交界处形成的面积之和为所述密封面(12)的周向理论表面积的2%至30%。2.如权利要求1所述的柴油机喷油栗的柱塞，其中所述复数条凹槽(22)相互平行。3.如权利要求1所述的柴油机喷油栗的柱塞，其中各所述凹槽(22)的长宽比为2至6。4.如权利要求1所述的柴油机喷油栗的柱塞，其中在各所述凹槽(22)的槽底(23)与所述密封面(12)相交处的切向夹角为10°至45°。5.如权利要求3所述的柴油机喷油栗的柱塞，其中: 各所述凹槽(22)的宽度为ΙΟμπι至30μπι， 各所述凹腔(24)的直径为ΙΟμπι至50μπι。6.柴油机喷油栗的柱塞偶件，它包括: 一个如权利要求1至5中任一项所述的柱塞(10);和 一个套设所述柱塞(10)的柱塞套(30)，其与所述柱塞(10)间具有一个径向间隙(h2); 其中: 所述凹腔(24)的最大深度(hi)与所述径向间隙(h2)之比为0.4至5.3， 所述凹槽(22)的最大凹陷深度(h3)与所述径向间隙(h2)之比为0.5至6.7。
【专利摘要】柴油机喷油泵的柱塞，包括一个驱动端（11）、一个压油端（13）、和一个密封面（12），密封面上开设多条凹槽（22）、和均布于未开设凹槽处的凹腔（24），凹槽与密封面交界处形成的面积之和为密封面的周向理论表面积的5%至35%，各凹槽的深度从其靠近压油端处到靠近驱动端处逐渐增加，凹腔与密封面交界处形成的面积之和为密封面的周向理论表面积的2%至30%。本实用新型还提供了喷油泵的柱塞偶件，改善了柱塞与柱塞套之间的润滑，减少产生的咬死现象，提高了高温高压条件下的密封性能，减少燃油的泄漏。
【IPC分类】F02M59/44, F02M59/10
【公开号】CN204921226
【申请号】CN201520604166
【发明人】尹必峰, 俞升浩, 贾和坤, 孙建中, 何建光, 徐毅
【申请人】江苏大学, 常柴股份有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月12日