專(zhuān)利名稱：柴油機(jī)高壓油泵變形補(bǔ)償技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓泵柱塞偶件密封技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)超高壓燃油噴射尤為重要。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)不斷向著高強(qiáng)載度方向發(fā)展且排放要求日益嚴(yán)格，其噴油壓力隨之不斷提高，以改善噴射霧化質(zhì)量、改善燃燒?，F(xiàn)在燃油系統(tǒng)噴射壓力
最高達(dá)205MPa，最高許用噴油壓力與燃油噴射系統(tǒng)主要零部件的剛度和密封性有極為密切的關(guān)系，是制約系統(tǒng)壓力進(jìn)一步提高的主要因素。高壓油泵的核心部件是柱塞偶件，柱塞和柱塞套之間的滑動(dòng)面屬于超精細(xì)加工，要求間隙很小，即使在低轉(zhuǎn)速和極高的燃油壓力作用下，仍要能保持良好的密封性和滑動(dòng)性。受?chē)?guó)內(nèi)工藝、材料等因素的制約，柱塞偶件的密封性能成為影響泵輸出壓力指標(biāo)的關(guān)鍵。但是隨著燃油壓力的提高，勢(shì)必使高壓泵柱塞偶件的變形增加，從而使其徑向間隙增加，增加了燃油的漏泄量，難以建立燃油噴射系統(tǒng)，特別是電控共軌系統(tǒng)所需要的超高燃油壓力。
柱塞偶件的變形是不能不考慮的要素，它包括靜止無(wú)壓力作用下的偶件間隙(即加工間隙)與工作狀態(tài)下的間隙。在超高壓作用下，兩者有很大差異；即使能有很精細(xì)的加工間隙也未必能保證工作時(shí)就有很好的配合間隙以滿足密封要求，因此合理優(yōu)化工作狀態(tài)下配合間隙，是柱塞偶件完成其功能的根本要素。利用超高壓下的偶件變形補(bǔ)償以改善配合狀態(tài)，是一個(gè)解決超高壓動(dòng)態(tài)密封問(wèn)題的有效技術(shù)途徑
發(fā)明內(nèi)容
實(shí)現(xiàn)150MPa以上的高壓及超高壓噴射，要求柱塞偶件的加工間隙要達(dá)到2 P m 3 u m，而國(guó)內(nèi)較低的機(jī)加工水平和材料科學(xué)水平很難滿足該加工工藝要求；同時(shí)柱塞偶件工作狀態(tài)下的變形較大，因此偶件加工間隙及工作狀態(tài)下的間隙存在著差異，不能滿足柴油機(jī)高壓泵超高壓工作的密封要求。通過(guò)有限元計(jì)算，在工作狀態(tài)下，柱塞套在高壓燃油的作用下產(chǎn)生較大徑向擠壓變形；柱塞在高壓燃油、凸輪軸的驅(qū)動(dòng)力以及與側(cè)面燃油壓力的共同作用下，一方面產(chǎn)生徑向擠壓變形，另一方面在偶件的配合密封帶處產(chǎn)生了輕微的徑向收縮，柱塞與柱塞套兩者的形變使得偶件的工作配合間隙增大，很難滿足燃油系統(tǒng)對(duì)柱塞偶件工作狀態(tài)下良好密封性的要求。
為解決該技術(shù)問(wèn)題發(fā)明者提出了 "變形補(bǔ)償技術(shù)"，即在柱塞頂端部加工一個(gè)合適形狀的孔一補(bǔ)償槽，通過(guò)引入高壓燃油充滿其間，產(chǎn)生一定的徑向變形，由于這種徑向變形具有隨著燃油壓力以及柱塞套的變形增大而增大的特點(diǎn)，使偶件的配合間隙總能保持在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍，從而實(shí)現(xiàn)不卡滯條件的柱塞偶件的動(dòng)態(tài)密封。同時(shí)運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，可以對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)柱塞偶件在全工作壓力范圍內(nèi)的密封性能良好和動(dòng)力性能穩(wěn)定，
3滿足超高壓油泵的工作要求。
在高壓油泵柱塞偶件設(shè)計(jì)及柱塞偶件結(jié)構(gòu)改進(jìn)時(shí)運(yùn)用此技術(shù)，可在適當(dāng)降 低對(duì)偶件加工間隙的要求的情況下，進(jìn)一步減小偶件工作狀態(tài)下的間隙，既增 加了偶件的耐磨裕度，大幅度提升偶件使用壽命，又提高了偶件在超高壓工作 條件下的密封性能。該技術(shù)簡(jiǎn)便易行，研究效益巨大，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。


下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為柴油機(jī)高壓油泵柱塞偶件的裝配示意圖，通過(guò)柱塞(1)在柱塞套(2)內(nèi) 的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞腔(3)內(nèi)的燃油被壓縮至柴油機(jī)燃油系統(tǒng)所需的高壓。 圖2所示是在柱塞(1)的頂部開(kāi)一個(gè)圓柱形補(bǔ)償槽(4)的結(jié)構(gòu)圖3所示是在柱塞(1)的頂部開(kāi)一個(gè)錐形補(bǔ)償槽(4)的結(jié)構(gòu)圖4所示是在柱塞(1)的頂部開(kāi)一個(gè)階梯形補(bǔ)償槽(4)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
具體技術(shù)手段是通過(guò)對(duì)動(dòng)密封技術(shù)的分析，進(jìn)行柱塞偶件流體 與結(jié)構(gòu)場(chǎng)工作過(guò)程的有限元仿真建模與分析，計(jì)算出流固耦合條件下的偶件變 形，對(duì)偶件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后再根據(jù)壓力分布以及柱塞的結(jié)構(gòu)尺寸和加 工工藝的要求確定對(duì)柱塞進(jìn)行結(jié)構(gòu)性反向補(bǔ)償?shù)姆桨?。如圖2、 3、 4中所示幾 種方案，在柱塞(1)頂部開(kāi)一補(bǔ)償槽(4)，這樣在偶件工作過(guò)程中，進(jìn)入柱塞頭部 槽中的高壓燃油產(chǎn)生使其擴(kuò)張的壓力鍥，使得柱塞產(chǎn)生一定的具有軸向梯度的 徑向擴(kuò)張量，從而部分的抵消因燃油擠壓而造成的柱塞軸向變形不均勻，最終 使得偶件配合間隙保持在恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)。該方法，最大的特點(diǎn)在于，由補(bǔ) 償槽實(shí)現(xiàn)的配合間隙變形量與由間隙流體壓力梯度引起的配合間隙變形量，都 是與柱塞腔壓力正相關(guān)的，結(jié)構(gòu)處理得好，可以實(shí)現(xiàn)全壓力范圍的變形補(bǔ)償， 從而解決偶件在超高壓工作條件下的密封問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)高壓油泵柱塞偶件的密封技術(shù)，其技術(shù)特征是根據(jù)該壓力分布，對(duì)柱塞進(jìn)行結(jié)構(gòu)性反向補(bǔ)償，在柱塞頂端部加工一個(gè)補(bǔ)償槽，利用柱塞工作時(shí)的徑向變形來(lái)使其與柱塞套的配合間隙在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封技術(shù)，其特征是在柱塞頂部的補(bǔ)償槽采用 便于加工的圓柱孔、階梯孔或錐形孔的形式。開(kāi)槽的直徑和深度由具體的柱塞 偶件的結(jié)構(gòu)尺寸及高壓泵的工作條件確定。
全文摘要
柴油機(jī)不斷向著高強(qiáng)載度方向發(fā)展，且排放要求日益嚴(yán)格，其噴油壓力隨之不斷提高，以改善噴射霧化質(zhì)量、改善燃燒?，F(xiàn)在燃油系統(tǒng)噴射壓力最高可達(dá)205MPa。如何解決柴油機(jī)高壓泵在超高壓工作條件下的密封問(wèn)題是整個(gè)柴油機(jī)行業(yè)所要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明提出一種“變形補(bǔ)償技術(shù)”，通過(guò)在柱塞頂端部加工一個(gè)合適形狀的補(bǔ)償槽，利用柱塞工作時(shí)的徑向變形來(lái)使其與柱塞套的配合間隙在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍，以解決超高壓工作條件下的柱塞偶件密封問(wèn)題。其特點(diǎn)是在柱塞偶件設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)改進(jìn)上均可運(yùn)用此技術(shù)，進(jìn)行偶件變形的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，進(jìn)一步減小偶件工作間隙，滿足建立柴油機(jī)燃油系統(tǒng)所需要超高壓力的要求，易于實(shí)施，效果明顯。
文檔編號(hào)F02M59/00GK101555849SQ20081004726
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者安士杰, 李育學(xué), 歐陽(yáng)光耀 申請(qǐng)人:歐陽(yáng)光耀;李育學(xué);安士杰