專利名稱：一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機高壓燃油泵及超高壓水泵，具體為一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有超高壓水泵都是柱塞式水泵，高壓水射流清洗、除銹、切割技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用， 需要壓力更高、工作壽命更長的超高壓柱塞式水泵。柱塞式超高壓水泵采用的間隙節(jié)流降壓密封與填料密封兩種結(jié)構(gòu)都不能適應(yīng)2000bar以上超高壓泵水的需求，其工作壽命短， 柱塞壽命僅500小時左右，密封填料工作壽命僅200小時左右.。柱塞的密封潤滑是超高壓水泵需要解決的技術(shù)難題。柴油機熱效率高，已成為廣泛使用的發(fā)動機。由于世界能源不足，價格大幅上漲以及各國的排放法規(guī)日益嚴(yán)格，為適應(yīng)當(dāng)前及將來的排放法規(guī)與降低燃油消耗率，以及燃用二甲醚、甲醇等低粘度替代燃料的市場需求，柴油機需要適合噴射低粘度替代燃料的噴射壓力更高的高壓燃油泵?，F(xiàn)有柴油機的電控高壓噴油系統(tǒng)都是采用柱塞式高壓燃油泵，柱塞與柱塞套的滑動配合間隙依靠燃油潤滑與密封，解決泄漏的方法是在與柱塞配合的柱塞套上加一個環(huán)形的卸壓回油槽，使泄漏的燃油從回油槽經(jīng)回油道流回油箱，間隙中燃油泄漏量隨泵油壓力提高增大，嚴(yán)重的燃油泄漏導(dǎo)致難以建立2000bar以上的超高燃油壓力， 當(dāng)前高壓燃油泵泵油壓力在1600 1800bar范圍，達(dá)到2000bar的很少。為滿足降低排放的要求，柴油機需要進(jìn)一步提高燃油噴射的壓力，高壓燃油泵燃油過量泄漏所致難以建立超高壓燃油壓力的問題一直是高壓燃油噴射系統(tǒng)研制中的技術(shù)難題；現(xiàn)有柴油機依靠柴油潤滑與密封，噴射低粘度替代燃料的柱塞與柱塞套很快就磨失效，柱塞的潤滑與密封也是柴油機燃用二甲醚、甲醇等低粘度替代燃料需要解決的技術(shù)難題。本申請人的實用新型專利，專利申請?zhí)枮閆L 2006 1 0127615. 1的多種燃料柴油機噴油泵，采用在柱塞套上開油槽用高壓潤滑油密封與潤滑柱塞與柱塞套之間的間隙， 由于柱塞下行吸油與上行泵油時柱塞頂面的油缸內(nèi)燃油油壓不斷升高與降低變化，交變變化的壓差超過lOOObar，恒壓的高壓潤滑油油壓高于變化的燃油油壓時潤滑油進(jìn)入燃油出現(xiàn)燒機油、堵噴油嘴噴油孔的問題，潤滑油油壓低于變化的燃油油壓時，二甲醚等低粘度燃料進(jìn)入柱塞與柱塞套配合間隙，出現(xiàn)磨損與燃料泄漏問題。本申請人的實用新型專利，專利申請?zhí)枮閆L 201020986282. 5的低壓差液力密封式高壓共軌燃油泵，提供了采用微壓差閥、壓力同步升降器使柱塞滑動配合間隙中的潤滑油始終保持比工作油缸油壓高一個小的壓差、阻止燃油進(jìn)入配合間隙的結(jié)構(gòu)，有效地克服了現(xiàn)在高壓主柱塞泵存在的問題。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、高精度零件多、制造成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述高壓柱塞泵泄漏與柱塞磨損的問題，提供一種無燃油或水泄漏，使柱塞泵泵油或水壓力更高、柱塞工作壽命長的一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)，主要包括柱塞、缸體，其特征在于還包括傳壓油缸及裝在傳壓油缸內(nèi)的自由活塞；所述自由活塞與傳壓缸為滑動配合，呈自由活塞環(huán)形微小間隙；自由活塞將傳壓缸分為傳壓腔與潤滑油油腔；裝在工作缸孔內(nèi)的柱塞與工作缸孔為滑動配合，呈柱塞環(huán)形微間隙，柱塞的上頂面與工作缸孔的上部構(gòu)成泵腔；設(shè)在工作缸孔上的環(huán)形密封油槽將柱塞與工作缸孔之間的柱塞環(huán)形微間隙分隔為從環(huán)形密封油槽向上至泵腔的上柱塞環(huán)形微間隙、從環(huán)形密封油槽向下至工作缸孔的下端的下柱塞環(huán)形微間隙；泵腔經(jīng)油道與傳壓腔連通，傳壓腔經(jīng)自由活塞與潤滑油油腔相連，潤滑油油腔經(jīng)三通油道分別與環(huán)形密封油槽及進(jìn)潤滑油單向閥連通；進(jìn)潤滑油單向閥與低壓潤滑油管接口連通；進(jìn)油管接口經(jīng)進(jìn)油單向閥與工作腔連接，泵腔經(jīng)出油單向閥與高壓油管接口連接。 柱塞的下端與挺桿滾輪組件及彈簧凸輪驅(qū)動機構(gòu)連接，或與導(dǎo)向滑塊連桿曲軸驅(qū)動機構(gòu)連接。本發(fā)明的一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)的密封與潤滑原理在柱塞上行泵油時，泵腔中的超高壓的燃油壓力經(jīng)油道、傳壓腔、自由活塞、潤滑油腔、三通油道傳到環(huán)形密封油槽，使泵腔與環(huán)形密封油槽中壓力相等；潤滑油粘度隨壓力升高而增高，由于下柱塞環(huán)形微間隙對高粘度潤滑油的節(jié)流降壓作用，少量超高壓潤滑油從環(huán)形密封油槽經(jīng)下柱塞環(huán)形微間隙泄出流入回油道，受泵腔中超高壓的燃油壓力作用， 自由活塞下行補充泄漏的燃油保持環(huán)形密封油槽中的潤滑油壓力與泵腔中燃油壓力相等； 上柱塞環(huán)形微間隙下端環(huán)形密封油槽中潤滑油壓力與上端泵腔中的燃油壓力相等，有效地阻止了燃油從環(huán)形微間隙泄漏；同時下柱塞環(huán)形微間隙中的潤滑油膜使柱塞在工作缸孔中浮動避免了柱塞與工作缸孔直接接觸，有效地克服了柱塞與工作缸孔的磨損。。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明有效地解決了現(xiàn)有超高壓柱塞式水泵及高壓柱塞式燃油泵裝置中隨水壓或油壓增高從柱塞與缸孔配合間隙泄漏量增大所至難以建立2000bar以上的超高壓的問題，實現(xiàn)了無水或燃油泄漏，泵水水壓或泵油油壓達(dá)到2500bar以上。2、本發(fā)明有效地保證了柱塞的潤滑，避免了柱塞與工作缸孔直接接觸，克服了柱塞與工作缸孔磨損，提高了工作可靠性與工作壽命。3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。4、本發(fā)明也可以用于柴油機燃料噴油器的針閥與導(dǎo)向圓孔的滑動配合面的潤滑與密封結(jié)構(gòu)。以及類同的機械摩檫副的潤滑與密封結(jié)構(gòu)，有效地解決其密封與潤滑問題。


圖1為本發(fā)明一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)在吸油時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)在壓油時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中附圖標(biāo)記表示為1、柱塞；2、缸體；3、工作缸孔；3. 1、泵腔；4、自由活塞；5、 傳壓缸；5. 1、潤滑油油腔；5. 2、傳壓腔；5. 3、油道；5. 4、自由活塞環(huán)形微小間隙；5. 5、三通油道；6、環(huán)形密封油槽；7、潤滑油單向閥；8、低壓潤滑油管接口 ；9、上柱塞環(huán)形微間隙；10、 下柱塞環(huán)形微間隙；11、進(jìn)油單向閥；12、進(jìn)油管接口 ；13、出油單向閥；14、高壓油管接口 ；15、挺桿滾輪組件及彈簧凸輪驅(qū)動機構(gòu)；16、潤滑油回油管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步描述。如圖1所示的本發(fā)明一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)，它主要包括柱塞1、 缸體2，其特征在于還包括傳壓油缸5及裝在傳壓油缸5內(nèi)的自由活塞4，自由活塞4與傳壓缸5滑動配合，呈自由活塞環(huán)形微小間隙5. 4，其自由活塞間隙為0. 0015 0. 0025毫米，自由活塞4將傳壓缸5分為傳壓腔5. 2與潤滑油油腔5. 1 ；裝在工作缸孔3內(nèi)的柱塞1 與工作缸孔3的精密滑動配合，呈柱塞環(huán)形微間隙，其間隙為0. 0015 0. 0025毫米，柱塞 1的上頂面與工作缸孔3的上部構(gòu)成泵腔3. 1 ；設(shè)在工作缸孔3上的環(huán)形密封油槽6將柱塞 1與工作缸孔3之間的柱塞環(huán)形微間隙分隔為從環(huán)形密封油槽6向上至泵腔3. 1的最小長度為15毫米的上柱塞環(huán)形微間隙9、從環(huán)形密封油槽6向下至工作缸孔3的下端的下柱塞環(huán)形微間隙10 ；泵腔3. 1經(jīng)油道5. 3與傳壓腔5. 2連通，傳壓腔5. 2經(jīng)自由活塞4與潤滑油油腔5. 1相連，潤滑油油腔5. 1經(jīng)三通油道5. 5分別與環(huán)形密封油槽6及進(jìn)潤滑油單向閥7連通；進(jìn)潤滑油單向閥7與低壓潤滑油管接口 8連通；進(jìn)油管接口 12經(jīng)進(jìn)油單向閥11 與工作腔3. 1連接，泵腔3. 1經(jīng)出油單向閥13與高壓油管接口 14連接。柱塞1的下端與挺桿滾輪組件及彈簧凸輪驅(qū)動機構(gòu)15連接。本發(fā)明的一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)的工作原理如圖1所示，進(jìn)油管接口 12的壓力Ptl = 0，低壓潤滑油管接口 8的潤滑油壓力Pk =Ibar ；當(dāng)挺桿滾輪組件及彈簧凸輪驅(qū)動機構(gòu)15驅(qū)動柱塞1下行吸油時，泵腔3. 1內(nèi)壓力 Pk2為負(fù)壓，Pk2大于或等于真空壓力，即0 > Pk2彡-Ibar，燃油從燃油管接口 12經(jīng)進(jìn)油單向閥11吸入泵腔3. 1 ；經(jīng)油道5. 3與泵腔3. 1連通的傳壓腔5. 2中的燃油壓力等于泵腔3. 1 中的燃油壓力Pk2，低壓潤滑油管接口 8的潤滑油油壓Pk > Pk2，潤滑油經(jīng)潤滑油單向閥7、三通油道5. 5進(jìn)入潤滑油腔5. 1，推動自由活塞4上行至其頂面與傳壓缸頂面接觸停止上行為止，此時潤滑油腔5. 1與環(huán)形密封油槽6中油壓為Ρκ，潤滑油單向閥7關(guān)閉；在吸油過程中環(huán)形微間隙9下端潤滑油壓Pk與上端燃油油壓Pki的最大壓差Δ P9 = Pe-Pk2 ;Pe = Ibar ； 0 > PK2彡-Ibar ； Ibar < AP9^ 2bar,自由活塞環(huán)形微小間隙5. 4兩端最大壓差ΔΡ5 4 = Δ P9, Ibar < AP5 4彡2bar，試驗證實長度15毫米的間隙為0. 0025毫米的環(huán)形微間隙的兩端的壓差小于200bar時環(huán)形微間隙中的潤滑油無流動現(xiàn)象，柱塞1下行吸油過程中環(huán)形潤滑油槽6中的潤滑油不會經(jīng)上柱塞環(huán)形微間隙9流入泵腔3. 1，潤滑油腔5. 1中的潤滑油不會經(jīng)自由活塞環(huán)形微小間隙5. 4流入傳壓腔5. 2。如圖2所示，當(dāng)挺桿滾輪組件及彈簧凸輪驅(qū)動機構(gòu)15驅(qū)動柱塞1上行泵油時，進(jìn)油單向閥11關(guān)閉，出油單向閥13開啟，泵腔3. 1中壓力為的超高壓燃油經(jīng)出油單向閥 13、高壓油管接口 14泵入高壓油管；此時，經(jīng)油道5. 3與泵腔3. 1連通的傳壓腔5. 2中的燃油油壓等于泵腔3. 1中的燃油油壓Pki，傳壓腔5. 2中的燃油油壓Pki經(jīng)自由活塞4傳遞到潤滑油腔5. 1，潤滑油油腔5. 1中及經(jīng)三通油道5.5與其連通的環(huán)形密封油槽6中的潤滑油油壓Pki等于傳壓腔5. 2與泵腔3. 1中有燃油壓力Pei = Pki,即柱塞1與工作缸孔3之間的滑動配合的上柱塞環(huán)形微間隙9下端及自由活塞4與傳壓缸5之間的自由活塞環(huán)形微小間隙5. 4下端的潤滑油壓與泵腔3的超高壓的燃油壓相等，阻止了超高壓燃油流入上柱塞環(huán)形微間隙9及自由活塞環(huán)形微小間隙5. 4，有效地克服了柱塞超高壓泵油時燃油泄漏的問題。環(huán)形密封油槽6中的超高壓潤滑油經(jīng)下柱塞環(huán)形微間隙10泄出，再經(jīng)潤滑油回油管接口 16流入回油管，潤滑油粘度隨壓力升高而增大，由于下柱塞環(huán)形微間隙10對粘度大的潤滑油的節(jié)流降壓作用，所以只有少量的超高壓潤滑油從環(huán)形密封油槽6經(jīng)下柱塞環(huán)形微間隙10泄漏流入潤滑油回油管，隨環(huán)形密封油槽6中的潤滑油泄漏，泵腔3. 1中超高壓燃油經(jīng)油道5. 3進(jìn)入傳壓腔5. 2推動自由活塞4下行補充環(huán)形密封槽泄漏的燃油，保持環(huán)形密封油槽6中的潤滑油壓力Pki等于泵腔3. 1中超高壓燃油壓力1^。當(dāng)挺桿滾輪組件及彈簧凸輪驅(qū)動機構(gòu)15驅(qū)動挺桿下行時，又重復(fù)上述吸油、泵油過程。本發(fā)明一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)，在柱塞1下行吸油過程中保持上柱塞環(huán)形微間隙9中下端的環(huán)形密封油槽6中的潤滑油油壓&比上端的泵腔3. 1中的燃油壓Pk2高Ibar 2bar、在柱塞上行泵油過程中保持上柱塞環(huán)形微間隙9下端的環(huán)形密封油槽6中的潤滑油壓與上端的泵腔3. 1中的燃油壓相等& = Pk2，在油泵吸油與泵油的工作過程中有效地阻止了泵腔3. 1中的燃油進(jìn)入上柱塞環(huán)形微間隙9，克服了燃油泄漏問題；其下柱塞環(huán)形微間隙10中的潤滑油膜使柱塞1在工作缸孔3中浮動，避免了柱塞1與工作缸孔 3直接接觸，有效地克服了柱塞1與工作缸孔3磨損失效的問題，提高了工作可靠性與工作壽命ο
權(quán)利要求
1. 一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)，包括柱塞(1)、缸體O)，其特征在于還包括傳壓油缸(5)及裝在傳壓油缸(5)內(nèi)的自由活塞⑷；所述自由活塞⑷與傳壓缸(5)為滑動配合，呈自由活塞環(huán)形微小間隙，自由活塞(4)將傳壓缸(5)分為傳壓腔(5. 2)與潤滑油油腔(5. 1)；裝在工作缸孔(3)內(nèi)的柱塞(1)與工作缸孔(3)為滑動配合，呈柱塞環(huán)形微間隙；所述柱塞(1)的上頂面與工作缸孔(3)的上部構(gòu)成泵腔(3. 1)；設(shè)在工作缸孔(3)上的環(huán)形密封油槽(6)將柱塞(1)與工作缸孔( 之間的柱塞環(huán)形微間隙分隔為從環(huán)形密封油槽(6)向上至泵腔(3. 1)的上柱塞環(huán)形微間隙(9)、從環(huán)形密封油槽(6)向下至工作缸孔 (3)的下端的下柱塞環(huán)形微間隙(10)；泵腔(3. 1)經(jīng)油道(5. 3)與傳壓腔(5. 2)連通，傳壓腔(5. 2)經(jīng)自由活塞(4)與潤滑油油腔(5. 1)相連，潤滑油油腔(5. 1)經(jīng)三通油道(5. 5) 分別與環(huán)形密封油槽(6)及進(jìn)潤滑油單向閥(7)連通；進(jìn)潤滑油單向閥(7)與低壓潤滑油管接口⑶連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高壓柱塞泵柱塞的密封潤滑結(jié)構(gòu)，主要包括柱塞、缸體、傳壓油缸及裝在傳壓油缸內(nèi)的自由活塞。自由活塞將傳壓缸分為傳壓腔與潤滑油油腔；其特點是設(shè)在工作缸孔上的環(huán)形密封油槽將柱塞與工作缸孔之間的柱塞環(huán)形微間隙分隔為上、下柱塞環(huán)形微間隙；在柱塞上行泵油時，泵腔中的超高壓的燃油壓力經(jīng)油道、傳壓腔、自由活塞、潤滑油腔、三通油道傳到環(huán)形油槽，使泵腔與環(huán)形密封油槽中壓力相等；少量潤滑油從環(huán)形密封油槽經(jīng)下柱塞環(huán)形微間隙泄出，受泵腔中燃油壓力的作用，自由活塞下行補充泄漏的潤滑油保持環(huán)形微間隙下端環(huán)形密封油槽中潤滑油壓力與上端泵腔中的燃油壓力相等，有效地阻止了燃油從環(huán)形微間隙泄漏和克服了柱塞與工作缸孔的磨損。
文檔編號F04B53/18GK102287367SQ20111021713
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月30日
發(fā)明者姚武, 徐淡晨, 朱建軍, 林易, 王淑平, 鄭國璋, 郭建玲 申請人:鄭國璋