柴油機(jī)噴油泵的柱塞及柱塞偶件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油機(jī)的噴油栗，特別涉及柴油機(jī)噴油栗的柱塞及柱塞偶件。
【背景技術(shù)】
[0002]噴油栗是柴油機(jī)最重要的部件，被視為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”部件。在柴油機(jī)噴油栗的眾多零部件中，柱塞與柱塞套是噴油栗中一對(duì)最重要的精密偶件，主要起到控制噴油量與產(chǎn)生高的噴射壓力的作用，其工作環(huán)境極其惡劣。
[0003]目前柴油機(jī)噴油壓力普遍高達(dá)ISOMPa以上，在柱塞壓油過程中高壓燃油極易通過柱塞與柱塞套之間的間隙泄漏到低壓回路中，為了實(shí)現(xiàn)超高噴射壓力，噴油栗壓油腔內(nèi)的壓力逐漸提升，導(dǎo)致的燃油泄漏量也急劇增加。
[0004]當(dāng)高壓燃油泄漏時(shí)，壓力隨之轉(zhuǎn)化為熱能，柱塞與柱塞套結(jié)構(gòu)件因受熱至高溫，使燃油溫度再度升高，導(dǎo)致燃油粘度下降，其泄漏量進(jìn)一步增加，由此形成惡性循環(huán)。另外，高溫引起的燃油劣化及燃油的運(yùn)動(dòng)粘度下降會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑效果變差，使得柱塞與柱塞套之間的潤(rùn)滑不良，兩者容易產(chǎn)生咬死現(xiàn)象，大大降低噴油栗的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是改善柴油機(jī)噴油栗的柱塞與柱塞套之間的潤(rùn)滑，減少柱塞與柱塞套產(chǎn)生的咬死現(xiàn)象，并且提高在高溫高壓條件下的柱塞與柱塞套之間的密封性能，減少燃油的泄漏。
[0006]為此，本發(fā)明提供了一種柴油機(jī)噴油栗的柱塞，它包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)端、一個(gè)壓油端、和一個(gè)密封面，密封面上開設(shè)多條凹槽，凹槽與柱塞的軸線的夾角為30°至70°，各凹槽與密封面交界處形成的面積之和為密封面的周向理論表面積的5%至35%，各凹槽的深度從其靠近壓油端處到靠近驅(qū)動(dòng)端處逐漸增加，密封面未開設(shè)凹槽處則均布有凹腔，凹腔與密封面交界處形成的面積為密封面的周向理論表面積的2%至30%。
[0007]在柴油機(jī)噴油栗的柱塞的一種示意性實(shí)施方式中，復(fù)數(shù)條凹槽相互平行。
[0008]在柴油機(jī)噴油栗的柱塞的一種示意性實(shí)施方式中，各凹槽的長(zhǎng)寬比為2至6。
[0009]在柴油機(jī)噴油栗的柱塞的另一種示意性實(shí)施方式中，各凹槽的槽底與密封面相交處的切向夾角為10°至45°
在柴油機(jī)噴油栗的柱塞的又一種示意性實(shí)施方式中，各凹槽的寬度為10 μ m至30 μ m， 各凹腔的直徑為10 μ m至50 μ m。
[0010]本發(fā)明還提供了一種柴油機(jī)噴油栗的柱塞偶件，它包括一個(gè)本發(fā)明的柱塞和一個(gè)套設(shè)柱塞的柱塞套，柱塞套與柱塞之間具有一個(gè)徑向間隙，其中凹腔的最大深度與徑向間隙之比為0.4至5.3，凹槽的最大凹陷深度與徑向間隙之比為0.5至6.7。
[0011]采用本發(fā)明的柱塞及柱塞偶件，在壓油行程中，可以擠壓凹槽內(nèi)的燃油，在柱塞與柱塞套之間產(chǎn)生高壓，形成一個(gè)高壓密封腔，與壓油產(chǎn)生的高壓相平衡，從而實(shí)現(xiàn)密封的作用；同時(shí)當(dāng)柱塞在柱塞套內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，凹腔有助于在柱塞與柱塞套之間形成具有一定厚度和承載能力的動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜，使柱塞與柱塞套形成非接觸式滑動(dòng)，極大改善了潤(rùn)滑條件。本發(fā)明的凹腔與變深度凹槽的復(fù)合結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善了柱塞偶件的潤(rùn)滑與密封。
【附圖說明】
[0012]以下附圖僅對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。
[0013]圖1是用于說明噴油栗的柱塞的立體示意圖。
[0014]圖2是圖1中II所示的柱塞局部放大示意圖。
[0015]圖3是圖1中III 一 III線所示剖面的示意圖。
[0016]圖4是用于說明噴油栗的柱塞偶件的剖視示意圖。
[0017]圖5是圖4中V所示的柱塞偶件局部剖面放大示意圖。
[0018]標(biāo)號(hào)說明 10柱塞
11驅(qū)動(dòng)端 12密封面 13壓油端 22凹槽 24凹腔 30柱塞套。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了對(duì)發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在各圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部分。附圖僅用于說明本發(fā)明，不代表本發(fā)明的實(shí)際結(jié)構(gòu)和真實(shí)比例。
[0020]圖1是用于說明噴油栗的柱塞的立體示意圖，如圖1所示，柴油機(jī)噴油栗的柱塞10包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)端11、一個(gè)壓油端13、和一個(gè)密封面12，密封面12上開設(shè)多條凹槽22，在密封面12未開設(shè)凹槽22的位置處則均布有凹腔24。在圖中所示的實(shí)施方式中，復(fù)數(shù)條凹槽22相互平行，更容易加工，當(dāng)然根據(jù)設(shè)計(jì)需要的不同，復(fù)數(shù)條凹槽也可以相互不平行。
[0021]在柱塞的密封面12上的凹槽22與柱塞的軸線的夾角β為可以為30°至70°。圖2是圖1中II所示的柱塞局部放大示意圖，如圖2所示，凹槽的寬度W可以為10 μπι到30 μ m，凹槽的長(zhǎng)度L與寬度W之比可以為2至6，各凹槽22與密封面12交界處形成的面積之和可以為密封面12的周向理論表面積的5%至35%，各凹腔24與密封面12交界處形成的面積之和為密封面12的周向理論表面積的2%至30%。密封面12的周向理論表面積是指如果密封面12上沒有凹槽和凹腔，完全由平滑表面構(gòu)成時(shí)的周向表面積。
[0022]在一種不意性實(shí)施方式中，柱塞的直徑為7.5mm，在柱塞的密封面12上開設(shè)有五條凹槽22，它們與柱塞軸線的夾角β為45°，各凹槽的寬度W為20 μ m，凹槽的長(zhǎng)度L與寬度W之比為4，凹槽22與密封面12交界處形成的面積為密封面12的周向理論表面積的22%，各凹腔24的直徑為為30 μ m，所有凹腔與密封面12交界處形成的面積之和為密封面12的周向理論表面積的25%。
[0023]圖3是沿圖1中III 一 III線所示剖面的示意圖。如圖3所示，在噴油栗的柱塞的密封面12上，凹槽22的深度是變化的，即沿著其靠近壓油端13處到靠近驅(qū)動(dòng)端11，凹槽22在柱塞徑向方向上的深度逐漸增加。如即在靠近壓油端13處，凹槽22的深度為O，而在靠近驅(qū)動(dòng)端11處，凹槽22的深度為h3。例如，在一種示意性實(shí)施方式中，凹槽22的深度h3為6 μπι，凹槽22的槽底23與密封面12相交處的切向夾角Θ為30°。在油栗柱塞壓油過程中，凹槽22的這種變深度結(jié)構(gòu)，可以使擠向槽底22的燃油受擠壓產(chǎn)生較好的高壓密封效果，從而有效降低了燃油泄漏量。
[0024]在柴油機(jī)噴油栗的柱塞的其他示意性實(shí)施方式中，凹槽22與柱塞軸線的夾角β可以在30°至70°的范圍內(nèi)容，凹槽22的寬度W可以在ΙΟμπι至30μπι的范圍內(nèi)，其長(zhǎng)寬比可以在2至6的范圍內(nèi)，凹槽22的槽底23與密封面12相交處的切向夾角Θ可以在10°至45°的范圍內(nèi)，所有凹槽22與密封面12交界處形成的面積為密封面12的周向理論表面積的5%至35% ;各凹腔24的直徑為10 μ m至50 μ m，所有凹腔24與密封面12交界處形成的面積為密封面12的周向理論表面積的2%至30%。
[0025]圖4是用于說明噴油栗的柱塞偶件的剖視示意圖，如圖所示柴油機(jī)噴油栗的柱塞偶件包括柱塞10和柱塞套30。柱塞10的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在此不再贅述，柱塞套30套設(shè)柱塞10。圖5是圖4中V所示的柱塞偶件局部放大示意圖，如圖5所示，它與柱塞10間具有一個(gè)徑向間隙h2，凹腔24的最大深度hi與徑向間隙h2之比為0.4至5.3。例如在一種示意性的實(shí)施方式中，凹腔24的最大深度hi與徑向間隙h2之比是3。每個(gè)微型的凹腔形成具有承載能力的流體動(dòng)壓壓力，所有凹腔便可在宏觀上累積形成流體動(dòng)壓效應(yīng)，進(jìn)而改善柱塞偶件的潤(rùn)滑條件。
[0026]為了綜合凹槽22與凹腔24的作用，達(dá)到更好的潤(rùn)滑和密封效果，參見圖3和圖5，凹槽22的最大凹陷深度h3與徑向間隙h2之比最好在0.5至6.7的范圍內(nèi)。例如一種示意性的實(shí)施方式中，凹槽22的最大凹陷深度h3與徑向間隙h2之比為4。
[0027]由于柱塞的密封面開設(shè)帶有深度梯度的凹槽22，可以在壓油行程中，擠壓凹槽24內(nèi)的燃油，在柱塞10與柱塞套30之間產(chǎn)生高壓，形成一個(gè)高壓密封腔，與壓油產(chǎn)生的高壓相平衡，從而實(shí)現(xiàn)密封的作用；當(dāng)柱塞10在柱塞套30內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，凹腔24有助于在柱塞10與柱塞套30之間形成具有一定厚度和承載能力的動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜，使柱塞10與柱塞套30形成非接觸式滑動(dòng)，極大改善了潤(rùn)滑條件。凹腔24與變深度的凹槽22的復(fù)合結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善了柱塞偶件的潤(rùn)滑與密封。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
[0029]上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.柴油機(jī)噴油栗的柱塞(10)，所述柱塞包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)端(11)、一個(gè)壓油端(13)、和一個(gè)密封面(12)，其特征在于: 該密封面(12)開設(shè)有多條凹槽(22)，所述凹槽(22)與所述柱塞的軸線的夾角為30°至70°，各所述凹槽(22)與所述密封面(12)交界處形成的面積之和為所述密封面(12)的周向理論表面積的5%至35%，各所述凹槽(22)的深度從其靠近所述壓油端(13)處到靠近所述驅(qū)動(dòng)端(11)處逐漸增加； 該密封面(12)未開設(shè)所述凹槽(22)處均布有凹腔(24)，所述凹腔(24)與所述密封面(12)交界處形成的面積之和為所述密封面(12)的周向理論表面積的2%至30%。2.如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)噴油栗的柱塞，其中所述復(fù)數(shù)條凹槽(22)相互平行。3.如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)噴油栗的柱塞，其中各所述凹槽(22)的長(zhǎng)寬比為2至6。4.如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)噴油栗的柱塞，其中在各所述凹槽(22)的槽底(23)與所述密封面(12)相交處的切向夾角為10°至45°。5.如權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)噴油栗的柱塞，其中: 各所述凹槽(22)的寬度為ΙΟμπι至30μπι， 各所述凹腔(24)的直徑為ΙΟμπι至50μπι。6.柴油機(jī)噴油栗的柱塞偶件，它包括: 一個(gè)如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的柱塞(10);和 一個(gè)套設(shè)所述柱塞(10)的柱塞套(30)，其與所述柱塞(10)間具有一個(gè)徑向間隙(h2); 其中: 所述凹腔(24)的最大深度(hi)與所述徑向間隙(h2)之比為0.4至5.3， 所述凹槽(22)的最大凹陷深度(h3)與所述徑向間隙(h2)之比為0.5至6.7。
【專利摘要】柴油機(jī)噴油泵的柱塞，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)端（11）、一個(gè)壓油端（13）、和一個(gè)密封面（12），密封面上開設(shè)多條凹槽（22）、和均布于未開設(shè)凹槽處的凹腔（24），凹槽與密封面交界處形成的面積之和為密封面的周向理論表面積的5%至35%，各凹槽的深度從其靠近壓油端處到靠近驅(qū)動(dòng)端處逐漸增加，凹腔與密封面交界處形成的面積之和為密封面的周向理論表面積的2%至30%。本發(fā)明還提供了噴油泵的柱塞偶件，改善了柱塞與柱塞套之間的潤(rùn)滑，減少產(chǎn)生的咬死現(xiàn)象，提高了高溫高壓條件下的密封性能，減少燃油的泄漏。
【IPC分類】F02M59/10, F02M59/44
【公開號(hào)】CN105065165
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510491925
【發(fā)明人】尹必峰, 俞升浩, 賈和坤, 孫建中, 何建光, 徐毅
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué), 常柴股份有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月12日