用于內燃機的活塞式燃料泵的制作方法

用于內燃機的活塞式燃料泵的制作方法
【專利摘要】一種用于內燃機的活塞式燃料泵(18)，其具有泵筒(40)和能在所述泵筒(40)中軸向移動的泵活塞(28)，其特征在于，所述泵筒(18)具有布置在所述泵活塞(28)的周邊上的密封件(46)，該密封件具有環形的基本結構，該密封件(46)以軸向的注射方向進行的注塑制成。
【專利說明】
用于內燃機的活塞式燃料泵
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種根據權利要求1前序部分的活塞式燃料栗。
【背景技術】
[0002]在市場上已知的是這樣的內燃機燃料系統，其中，來自燃料箱的燃料借助機械驅動的活塞式燃料栗在高壓下被輸送到燃料軌中，并從那里經由噴射器到達內燃機的燃燒室中。
[0003]例如，在由DE 10 2004 063 074 Al已知的活塞式燃料栗中設置有一種可移動地受支承的栗活塞，該栗活塞壓縮活塞式燃料栗的輸送室中的燃料。該栗活塞在活塞襯套中通過緊密配合而滑動地并且具有小的密封縫隙地被導向。為了通過縫隙密封件支撐和密封，所述活塞襯套必須具有一定的長度并在必要時必須接收大的橫向力。因此，所述活塞襯套通常由鋼制成。此外，由于公差要求高而使用所謂的“活塞對”，即每個栗殼體配屬給一個確定的活塞。另外，必須費事地珩磨栗殼體中的筒。因此存在對“制造不那么費事的燃料活塞栗”的需求。

【發明內容】

[0004]本發明所基于的問題通過具有權利要求1特征的燃料活塞栗解決。本發明的有利擴展方案在從屬權利要求中提到。另外，其他對于本發明重要的特征包含在后面的描述中和在附圖中。
[0005]根據本發明的活塞式燃料栗的優點在于，不再強制需要活塞襯套和活塞在活塞襯套中的相應的高精度配合，因此可以節約很多成本。取而代之地，所述活塞式燃料栗具有布置在栗活塞周邊上的密封件。
[0006]根據本發明，所述密封件具有環形的基本結構，其尤其沿周向環繞栗活塞一次。就此而言可以參照所述活塞的軸線、即軸向方向，后面也用于表征密封件的優選方向。
[0007]所述燃料活塞栗尤其涉及一種栗，其具有栗殼體，在栗殼中構造有由栗活塞限界的工作室。燃料的壓縮尤其在所述工作室中進行，尤其是通過栗使工作室變小的栗活塞軸向運動來進行。工作室中的燃料尤其被壓縮到高的壓力水平，例如到10bar至600bar。
[0008]根據本發明的密封件尤其構造在栗的工作室和低壓區域之間。低壓區域中的壓力比栗工作室中生成的所述高的壓力水平小。低壓區域中的壓力水平例如可為3bar至lObar，并且通過獨立的前級栗生成。
[0009]所述工作室尤其經由排出閥與栗出口連接，并且尤其經由可電操控的進入閥與栗入口連接。所述可電操控的進入閥尤其可以構造為量控制閥。可選地，還可附加地在栗入口和工作室之間設置一個減振裝置，用于阻尼栗的低壓區域中的脈沖。
[0010]用于阻尼低壓區域中的脈沖的所述減振裝置例如可包括被圍在兩個膜片之間的氣體體積，關于所述減振裝置的細節可如在DE10327408A1中示出的那樣構造。
[0011]可設置有布置在栗出口和工作室之間的、與排出閥反向平行布置的另一閥，并且該另一閥尤其可作為用于“可與栗連接的高壓蓄能器”的限壓閥起作用。
[0012]所述排出閥和/或進入閥和/或限壓閥優選相對栗殼體位置固定且就此而言也相對栗筒位置固定。就此而言，尤其不考慮這些部件固定在栗活塞上。這產生的優點在于，栗活塞的質量小，從而改善栗的動態性和靈活性。
[0013]優選，替代地或附加地，所述栗活塞構造為實心體，使得其在噴射燃料時、尤其是在汽油直噴時可承受起作用的高壓而不變形。就此而言，栗活塞在縱向方向上的可通流性不予考慮。
[0014]工作室、排出閥和調壓閥相對彼此的以及在栗體中的布置的其他細節例如可如在DE102004013307A1中示出的那樣構造。
[0015]所述栗筒可構造在固定于栗體中的襯套中。替代地，栗筒也可直接設置在栗體中。
[0016]栗體、栗活塞、栗筒和/或所有與燃料有接觸的栗部件優選僅由鋼和塑料制成，從而還得到相對于含乙醇的燃料和/或其他腐蝕性燃料的高耐受性。
[0017]根據本發明，所述密封件借助注塑制成。注塑方法，其也被稱作注塑，對于本領域專業人員在原則上已知，其尤其用于由塑料制造工件，例如熱塑性塑料。
[0018]所述方法的特點尤其在于，將液化的注塑物料通過一個注射口或通過多個注射口引入到注塑模具中。在此，開始時存在于注塑模具中的空氣尤其通過一個獨立的排氣口或多個獨立的排氣口排出。在冷卻之后，所制成的工件凝固，并且可移除注塑模具。這樣制成的工件尤其在注塑模具中靠近注塑孔或排氣孔的區域中與期望的形狀有偏差。就此而言，尤其要在工件上確定注射點和排氣點，它們也被稱為注塑接頭和排氣接頭。它們尤其具有局部的、例如環形的不平整的形狀或環形飛邊的形狀;也可能具有在整體上隆起的幾何形狀。尤其在排氣點區域中也可能出現小槽口。
[0019]本發明的關注處在于:在用于活塞式燃料栗的密封件中，這類注射點或排氣點要么必須費事地通過再加工移除，要么會不利于密封件的密封功能或不利于其可裝配性和/或可操作性。
[0020]根據本發明，該問題以下述方式解決:密封件借助以軸向注射方向進行的注塑制成。
[0021]在此，尤其至少一個注射點位于密封件的一個在軸向上取向的面上并從而位于密封件的密封區域之外。本發明的擴展方案可設置，多個注射點布置在密封件的一個在軸向上取向的面上。
[0022]在擴展方案中，一個排氣點或多個排氣點可布置在密封件的一個在軸向上取向的面上。在此優選，所述一個排氣點或所述多個排氣點布置在密封件的這樣一個在軸向上取向的面上，該面與所述注射點所處的軸向面在軸向上對置。
[0023]具有與上面所提相同的作用和優點，附加地或替代地，至少一個注射點和至少一個排氣點可布置成在軸向方向上相互錯開。
[0024]尤其是活塞式燃料栗應用在汽油直噴領域中時，密封件承受高的機械負載。因此，密封件優選由纖維增強的熱塑性塑料制成。由玻璃和/或碳制成的纖維是優選的。平均纖維長度為至少ΙΟΟμπι的、纖維增強的熱塑性材料是優選的。替代地或附加地優選的是，纖維含量在5% (重量百分比)至30% (重量百分比)的范圍內。優選使用纖維增強的PEEK或纖維增強的 PA，例如 PEEK 150CA30 或者 PA66CF20。
[0025]纖維增強的熱塑性材料一般根據纖維取向具有各向異性的材料特性，例如各向異性的彈性。然而根據本發明的活塞式燃料栗的密封件既在軸向上也在徑向上受強載荷，所以就此而言不希望密封件具有各向異性的材料特性。
[0026]當前可以以下述方式在使用纖維增強的熱塑性材料的情況下避免密封件的各向異性的材料特性:避免整齊的纖維取向。就此而言，在用于內燃機的活塞式燃料栗方面存在另一獨立發明，所述活塞式燃料栗具有栗筒和可在該栗筒內軸向移動的栗活塞，其特征在于，所述活塞式燃料栗具有布置在栗活塞周邊上的密封件，所述密封件具有環形的基本結構、由纖維增強的熱塑性材料制成，在所述纖維增強的熱塑性材料中纖維取向是無序的。在當前公開的、尤其是在權利要求書、說明書和附圖中公開的特征的范疇內的擴展始終是可行的。
[0027]纖維增強的熱塑性材料中纖維的無序的或不整齊的取向理解為:在密封件中，既在整體上也在局部上不存在纖維取向的明顯的優選方向。纖維取向可以尤其混亂地無序存在。
[0028]相反也已知的是，在注塑纖維增強的熱塑性材料時存在以下趨勢:相應于在流動時出現的纖維之間的以及纖維與注塑模具的相互作用，纖維在局部或者甚至在整體上相互對齊。因此，避免這種對齊尤其在長纖維(平均長度大于ΙΟΟμπι)的情況下是個挑戰。
[0029]當前可為了該目的而設置，所述至少一個注射點和所述至少一個排氣點布置成在周向上相互錯開。因此，液化的注塑材料在注塑模具中強烈地混勻和渦旋。
[0030]替代地或附加地，可以為了該目的而設置:在密封件的一個軸向側面設置多個注射點，在密封件的對置的軸向側面上在周向上在所述注射點之間設置至少一個排氣點。因此，液化的注塑材料在注塑模具中還更好地混勻。
[0031]替代地或附加地，可以為了該目的而設置:在密封件的所述對置的軸向側面上設置多個排氣點，并且所述排氣點相對注射點始終布置成在周向上錯開、尤其在周向上居中。因此，液化的注塑材料在注塑模具中進一步更好地混勻。
【附圖說明】
[0032]后面參照附圖進一步闡述本發明的示例。附圖示出:
[0033]圖1:內燃機燃料系統的示意圖，帶有根據本發明的活塞式燃料栗的局部，
[0034]圖2:根據圖1的活塞式燃料栗的局部的放大截面圖，
[0035]圖3:活塞式燃料栗的一種替代實施方式，
[0036]圖4:活塞式燃料栗的另一種替代實施方式，
[0037]圖5和圖6在軸向上從上方或從下方示出密封件，
[0038]圖7:放大地示出密封件的軸向端部區域。
【具體實施方式】
[0039]在圖1中，內燃機燃料系統整體上帶有附圖標記10。該燃料系統包括燃料容器12，電預送栗14將燃料從該燃料容器輸送到低壓管路16中。該低壓管路通向呈活塞式燃料栗18形式的高壓栗。高壓管路20從該高壓栗通向燃料軌22。在該燃料軌22上附接有多個噴射器24，所述噴射器將燃料直接噴入到分別配屬給它們的燃燒室(未示出)中。
[0040]活塞式燃料栗18包括一個僅局部示出的栗殼體26，栗活塞28可移動地在該栗殼體中被導向或被支承。所述栗活塞可被未示出的凸輪驅動裝置置于到往復運動中，該往復運動通過在側面繪出的雙向箭頭30表示。栗活塞28被螺旋彈簧32加載到在圖1中位于下方的死點中。所述栗活塞28和所述栗殼體26限界輸送室34。所述輸送室34可通過進入閥36與低壓管路16連接。另外，所述輸送室34可通過排出閥38與高壓管路20連接。
[0041]進入閥26和排出閥38都實施為止回閥。未示出但也可能的是，進入閥36實施為量控制閥。在這種量控制閥的情況下，可在栗活塞28的輸送行程期間強制打開所述進入閥36，使得燃料并不被輸送到燃料軌22中，而是被輸送回低壓管路16中。由此可以調節從活塞式燃料栗18輸送到燃料軌22中的燃料量。
[0042]栗活塞28在栗筒40中被導向，該栗筒40就此而言是栗殼體26的一部分。所述栗活塞28在面向輸送室34的端部處具有在圖1中位于上方的端部區段42。在該上端部區段42周圍，所述栗活塞28還具有圓環形凸肩44，其呈在徑向上伸出的、環繞的凸緣形式。密封件46貼靠在栗活塞28上或者說貼靠在凸肩44上。
[0043]所述栗活塞28在其背離輸送室34的端部處還具有在圖1中位于下方的端部區段52。在該下端部區段52的周圍，導向套筒54固定地布置在栗殼體26上。在導向套筒54和栗殼體26之間，在槽58中布置有一個O形環密封件56。所述導向套筒54具有缸形區段60，該缸形區段與栗活塞28同軸地延伸并且螺旋彈簧32通過該缸形區段被引導。所述螺旋彈簧32沿活塞縱向軸線62至少區段地沉入到導向套筒54的彈簧接收槽64中，螺旋彈簧在那里抵著導向套筒54在軸向上受支撐。
[0044]所述導向套筒54在內部還具有圓柱形接收區段66，該圓柱形接收區段基本上通過缸形區段60的內周壁形成。在該接收區段66中，環形密封件68相對于栗殼體26位置固定地布置，其中，所述密封件68具有H形橫截面。在所述缸形區段的突出的端部處徑向向內延伸的凸緣區段70中還同樣相對于栗殼體26位置固定地布置有導向元件72。由此從栗活塞28的軸向方向上看與密封件46明顯隔開間距的導向元件72與密封件46—起提供栗活塞28的導向或兩點支承。
[0045]密封件46區域的構型和該密封件的裝配當前尤其重要。因此，在這方面參照后面的附圖2-7詳解說明。
[0046]圖2示出活塞式燃料栗18的密封件46區域。在圖2中位于下方的區域中，密封件46以這樣的程度被推動到栗活塞28的凸肩44上方，使得該密封件在構造于該密封件上的肩部469處在軸向上貼靠在凸肩44上。尤其密封件46的存在于凸肩44外殼面徑向外部的材料區域形成支承或導向區域48，通過該支承或導向區域，栗活塞28滑動地在栗筒40中被導向并且在徑向上受支承。
[0047]所述導向區域48相對于栗筒40內周壁具有在圖中不能識別的、約2/100mm的間距。在軸向方向上，即沿活塞縱向軸線62，構造為密封唇467的密封區域50接著導向區域48向輸送室34延伸。在此，所述密封唇467作為在導向區域48上成型的并且徑向向外彈性預緊的管區段基本上與栗活塞28同軸地延伸。密封唇467貼靠在栗筒40的內周壁上。導向區域48和密封區域50在本示例中一體式地構造。
[0048]罩101在軸向上被推套到栗活塞28上，在密封唇467的徑向內部并且在肩部469的工作室側，該罩與密封件46貼靠。罩101通過徑向擠壓固定在栗活塞28上，并且將軸向作用力施加到密封件46上。布置在罩101與栗活塞28的凸肩44之間的密封件46處于軸向預緊力下。
[0049]在本示例中，所述罩101構造為套筒101a，即它具有兩側敞開的環或管區段的構型。套筒10 Ia完全推套到栗活塞28上，并與所述栗活塞28在工作室側齊平地終止。替代地，進一步將套筒1la推套到栗活塞28上或者說套筒1la在工作室側凸出在原則上是可能的并且在必要時可用。
[0050]罩101構造為套筒1la的替代方案在圖3中示出。在此，所述罩構造為杯101b。所述杯1lb具有杯底和杯壁，并且以其敞開的端部朝前地推套到栗活塞28上。
[0051]在圖3所示示例中，杯1lb被完全推套到栗活塞28上。就此而言，該杯的底部貼靠在所述活塞的端側上。
[0052]在該示例中，所述杯底在圖3的截平面中具有小孔300，在杯1lb推套到栗活塞28上時空氣可通過所述小孔從杯排出。
[0053]罩101在原則上、尤其在作為套筒1la或者作為杯1lb的實施方式中可制造為例如鋼制的深拉件。罩101優選由其熱膨脹系數與栗活塞28的熱膨脹系數相同或相近的材料構成。例如，罩101可以由與栗活塞28相同的材料構成。另外，罩101例如可實施成壁厚為Imm0
[0054]在前述示例中，所述密封件46在軸向上構造在罩101與一體地構造在栗活塞28上的凸肩44之間。在原則上，一體性不是強制需要的。以通過置入栗活塞28的槽中的鎖環來實現所述凸肩44的方式可實現制造技術上的簡化。
[0055]圖4示出另一種與此有關的解決方案:在此，帽形保持元件102以其開口朝前地被推到栗活塞28的位于工作室側的端部的上方。所述保持元件102的底部102a在此在軸向上貼靠在栗活塞28的端側上，所述保持元件102的側壁102c在徑向上貼靠在栗活塞28上。所述保持元件1 2的與該保持元件102的底部1 2a軸向對置的帽邊1 2b徑向張開，就此而言形成凸肩44。
[0056]如圖2和3所示的示例那樣，密封件46貼靠在就此而言功能相同的凸肩44上。
[0057]在該示例中，栗活塞28沿著其整個長度具有一致的直徑。以該方式可實現借助貫穿磨削(即通過位置固定的砂輪)對栗活塞28進行特別簡單且成本有利的制造或加工。
[0058]在圖2、3和4所示的實施例中設置，密封件46具有指向軸向的、一體成型的至少一個疙瘩461，并且密封件46通過所述至少一個疙瘩461在軸向上貼靠。在這些示例中，所述密封件46例如甚至分別具有多個指向工作室34方向的疙瘩461，所述密封件46通過這些疙瘩貼靠在罩101上并由此軸向預緊。所述疙瘩461在該示例中具有半球形構型。替代地，其也可以為錐形或截錐形。這些疙瘩461的直徑例如為約0.6mm，為密封件46直徑的約10%，高度為約0.3mm，為密封件46高度的約1 %。
[0059]盡管疙瘩461在應力下貼靠到罩101上，但所產生的疙瘩461變形相對較小，小到罩101不會貼靠到在周向上位于疙瘩461之間的密封件46區域上。
[0060]密封件46在圖5中以相對于圖2、3和4從上方看的俯視圖示出。可以看到共計8個一體地成型到密封件46上的疙瘩461指向工作室34的方向，所述疙瘩461布置在環繞活塞軸線62的假想圓環上，并在周向上分別相互隔開45°。
[0061 ]當然，替代地或附加地，所述疙瘩461也可構造在密封件46的在軸向上對置的側面上、構造在凸肩44上而其余保持不變。
[0062]在這些示例中，密封件46由纖維增強的熱塑性材料PEEK 150CA30或PA66CF20構成并且借助注塑制成。通過后面闡述的注塑工藝、尤其是注射點462和排氣點463的布置，可以實現纖維的無序取向。
[0063]在此，注塑通過注射點462進行，所述注射點在圖5中可見的、與所述疙瘩461位于一個共同的假想圓周線上并在周向上相互隔開90°。所述注射點462在制成的產品上例如顯示為小的、環形或鐮刀形的飛邊或顯示為小凸點。所述注射點的直徑為0.9mm或者不大于
0.9mmo
[0064]另外，所述注塑通過排氣點463進行，所述排氣點布置在密封件46的在軸向上對置的側面上，在圖2、3和4中布置在下面。它們在圖6中可見。當前設置有8個排氣點463，這些排氣點位于假想的圓周線上并在周向上相互間隔45°。所述排氣孔463直徑為0.7mm或不大于
0.7mm，并在制成的產品中顯示為小空穴。
[0065]可設置，注射點462和排氣點463始終布置成在周向上相互錯開。通過這種方式實現液化的注塑材料在注塑模具中更好的混勻，并且避免纖維的有指向的取向并避免密封件46的各向異性的材料特性。
[0066]密封件46的軸向端部區域464當前在工作室側構造在密封唇467上。密封件46的相應地進一步放大的局部在圖7中示出。
[0067]設置:密封件46的位于徑向外部的、與栗筒40的內表面對置的面在密封件46的軸向端部區域464中相對于栗筒40的內壁成10°至60°的角度α地徑向向內傾斜。這導致或替代地設置:栗筒40和栗活塞28之間在軸向上的、尤其是朝工作室34的方向的相對運動有利于從栗筒28朝徑向向內指向的方向抬起密封件46。在這種情況下，在密封件46和栗筒40之間形成一種由燃料構成的液態薄膜，該液態薄膜在微量泄漏的情況下極大地阻止活塞式燃料栗18磨損。
[0068]為了該目的，在密封件467上一體式地成型向外指向的環繞橋接部(Steg)468，其在沿縱向的橫截面中具有大致呈等腰三角形的形狀，其中兩個對置的銳角指向軸向方向，第三個鈍角(靜態地)貼靠在栗筒40上。設置，僅所述橋接部(靜態地)貼靠在栗筒40上，而此外密封件46或密封唇467與栗筒40隔開縫隙。所述縫隙的寬度s例如為20μπι。另外，在如上所述的相對運動的情況下也還設置橋接部468從栗筒40抬起。
【主權項】
1.一種用于內燃機的活塞式燃料栗(18)，其包括栗筒(40)和能在所述栗筒(40)中軸向移動的栗活塞(28)，其特征在于，所述活塞式燃料栗(18)具有布置在所述栗活塞(28)的周邊上的密封件(46)，該密封件具有環形的基本結構，該基本結構借助以軸向注射方向進行的注塑制成。2.根據權利要求1所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，所述密封件(46)具有至少一個注射點(462)和至少一個排氣點(463)，所述至少一個注射點和所述至少一個排氣點布置成在軸向上相互錯開。3.根據權利要求2所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，所述至少一個注射點(462)和所述至少一個排氣點(463)布置成在周向上相互錯開。4.根據前述權利要求之一所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，在所述密封件(46)的一個軸向側面上設置有多個注射點(462)，并且，在所述密封件(46)的對置的軸向側面上在周向上在所述注射點之間設置有至少一個排氣點(463)。5.根據前述權利要求之一所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，在所述密封件(46)的一個軸向側面上設置有多個注射點(462)，并且，在所述密封件(46)的對置的軸向側面上設置有多個排氣點(463)，并且，所述排氣點(463)相對于所述注射點(462)始終布置成在周向上錯開。6.根據前述權利要求之一所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，在所述密封件(46)的一個軸向側面上設置有多個注射點(462)，并且，在所述密封件(46)的對置的軸向側面上設置有多個排氣點(463)，并且，所述排氣點(463)相對于各兩個相鄰的注射點(462)始終布置成在周向上大致居中。7.根據前述權利要求之一所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，注射點(462)和/或排氣點(463)為局部不平整的結構。8.根據前述權利要求之一所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，所述密封件(46)具有纖維增強的熱塑性材料、尤其是PEEK。9.根據權利要求8的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，所述纖維增強的熱塑性材料中的纖維各向異性地取向。10.根據權利要求8或9所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，所述纖維增強的熱塑性材料中的纖維具有至少ΙΟΟμπι的平均長度。11.根據權利要求8至10之一所述的活塞式燃料栗(18)，其特征在于，所述纖維具有碳或由碳構成。
【文檔編號】B29C45/00GK106030094SQ201480075718
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年12月23日
【發明人】O·阿爾布雷希特, S·施特里茨爾, T·申克, H·雅恩
【申請人】羅伯特·博世有限公司