[发明专利]用于高压流体系统的低泄漏柱塞组件

说明书

相关申请的引用

本PCT申请要求于2007年3月16日提出的美国第60/907,035 号专利申请的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于流体系统的柱塞和套筒组件，其有效地使 通过柱塞和套筒组件之间的间隙的泄漏最小化。

背景技术

发动机设计师们一直在寻求提高发动机效率的发动机设计的 改进措施。提高发动机效率的方式之一是提高燃料系统的运行效 率。特别地，任何在燃料系统内部的高压燃料的泄漏均意味着能量 的损耗，这会降低发动机效率。由于提高了注入压力水平以致力于 如近期及即将生效(upcoming)的立法所要求的提高燃料经济性和 降低排放量，最近，高压燃料的损失已经成为更加严重的问题。

燃料的不良泄漏通常发生在燃料系统的构件中，该构件具有诸 如阀件或燃料柱塞的元件，其可往复运动地安装在形成于本体内的 孔(bore)中，并且尺寸适于与本体内表面形成紧密的滑动配合以 在相邻表面之间形成局部流体密封。随着燃料压力的增加，沿着元 件与形成孔的相对壁之间的密封带(即间隙)的长度产生压力梯度。 流过间隙的泄漏的程度主要取决于压力梯度的大小、配合长度、操 作间隙的尺寸以及流体粘度。操作间隙的尺寸受燃料压力所导致的 形成孔的本体的膨胀或变形的量的影响。减少泄漏的方式之一是设 计构件以获得柱塞与套筒之间的更小的间隙。然而，要求更紧密公 差(clsoer tolerance)的实践增加了制造成本。减少泄漏的另一方法 是通过增加形成孔的本体或壳体的尺寸和/或强度来设计本体以抵 抗由压力导致的膨胀。然而，这种方法不利地增加了构件的尺寸和 重量，并且因此增加了燃料系统的尺寸和重量。

许多用于现代发动机的燃料系统包括可往复运动的安装的燃 料增压柱塞，其被应用于，例如，如在美国第5072709号专利所公 开的组合燃料注入器(unit fuel injector)，或是如在美国第4530335 号专利所公开的燃料泵组件。通常，每个柱塞或是以机械方式或是 以液压方式运行以给压力室中的燃料加压，使其注入发动机汽缸。 例如，美国第5096121号和5441027号专利中公开的液压驱动加强 柱塞组件(hydraulically actuated intensification plunger assemblies)。 然而，这些参考资料都不能减少柱塞与相邻的孔壁之间的泄漏，并 且因此，仍存在上面提到的缺点。

授予Loegel，Sr等人的美国第4991495号专利公开了一种抽吸 机构，其包括：安装在孔中的柱塞，以及沿着柱塞连续地设置以便 密封柱塞与其壳体之间的间隙的多个插入件。这些插入件包括插件 (thrust)和密封环，其响应由相邻插入件施加的轴向流体压力而变 形和径向地扩张。

授予Kabai等人的美国第5038826号专利公开了一种三通阀， 其包括可滑动地设置在阀体内的活塞。通过形成在阀体和活塞内的 对准的口部将高压燃料输送至阀。对活塞或阀体的整体部分 (integral portion)施加供应燃料压力以减小活塞与阀体之间的间 隙，从而减少构件之间的泄漏。虽然整体部分的变形趋向于减小间 隙以减少泄漏，但由此产生的紧密公差可能导致阀体或活塞增加的 磨损(或者可能导致划伤)，从而随着时间的推移导致过大的间隙。 对于Kabai等人的设计，过度磨损将最终导致需要更换整个活塞和/ 或阀体，从而导致不必要地增加成本。而且，整体部分不利地仅在 密封带长度上一段有限的局部提供了压力梯度的减少，并因而不能 以最佳方式将泄漏最小化。另外，整体部分是通过在阀体或活塞内 制作内部通道而形成的，这不利地增加了制造时间和成本。

授予Houser的美国第3954048号专利公开了一种高压自密封 和自润滑的循环泵，其具有一对汽缸(cylinder)，该对汽缸具有均 一的薄壁、径向有弹性、平行延伸入泵壳体的相邻空腔中。活塞可 在汽缸中滑动。汽缸的外表面形成空腔内的环形空间，空腔与可操 作地连接至泵壳体的总管内的压力室连通。因泵内的压缩和抽吸导 致的压力变化使薄壁汽缸关于其各自的活塞收缩(colllapse)和膨 胀，因此形成压缩期间的高压密封、以及抽吸期间自润滑汽缸。