專利名稱：用于高壓流體應用的帶相交通路的外殼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于高壓力流體應用的外殼，其包括相交鉆孔或通路。特別地，本發(fā)明涉及在通路相交區(qū)域中的外殼形狀。本發(fā)明應用于(但不限于)汽車應用的高壓泵領域。 特別地，但非排他性地，本發(fā)明涉及用于在高壓鉆孔之間具有成形相交區(qū)的共軌壓縮點燃 (柴油)內燃機的泵組件的一部分。
背景技術：
在設計和操作具有相交通路的工程構件中常常遇到的一個問題在于當通路處于壓力下時在通路之間的相交區(qū)或過渡區(qū)出現(xiàn)應力集中。舉例而言，在諸如泵的液壓應用中， 通路運送高壓流體，高壓流體作用于通路壁上以形成高應力集中，其能通過在相交區(qū)附近或在相交區(qū)處的疲勞而導致構件損毀。在一些應用中，諸如共軌燃料泵中，所生成的應力可極其高，這歸因于在泵內生成的燃料的顯著壓力。圖1(a)示出了用于共軌柴油機中的已知泵組件的部分。該泵組件包括泵外殼10， 泵外殼10具備盲孔12，在盲孔12內，泵送柱塞(未圖示)在驅動布置(也未圖示)的影響下在使用中往復運動。柱塞和其孔12同軸延伸穿過泵外殼10，且孔的上部區(qū)域限定用于燃料的泵腔室14。在相對較低壓力的燃料在入口止回閥(未圖示)的控制下通過入口通路 16遞送到泵腔室14。隨著柱塞在孔12內往復運動，燃料在泵腔室14內加壓，一旦壓力到達預定水平，燃料經(jīng)由出口閥(未圖示)遞送到出口通路，整體上被稱作18，出口通路橫向于孔12延伸。出口通路18與凹口 20中的柱塞孔12相交，與沿著孔的其余部分的直徑相比，凹口 20具有擴大的直徑。出口通路18遞送加壓燃料到燃料噴射系統(tǒng)的下游共軌。由于在泵送循環(huán)期間在泵腔室14內循環(huán)地生成的高壓，在上述類型的泵組件內可出現(xiàn)的一個問題在于由于在柱塞孔12、20與出口通路18之間的相交區(qū)域中增加的應力造成的部件的高壓疲勞。隨著柱塞在其孔12內往復運動且燃料在泵腔室14內加壓到高水平，在泵外殼10內出現(xiàn)脈動拉伸應力，這可造成裂縫生長。脈動拉伸應力在泵外殼10內具有兩種主要影響環(huán)向應力作用于柱塞孔12、20周邊周圍，特別地在泵腔室14附近，且軸向應力沿著柱塞孔12、20的長度作用。已經(jīng)在先前示出了能通過在一個通路的端部成形相交區(qū)，例如通過將相交區(qū)倒圓以減少在相交區(qū)的尖銳特征和材料薄區(qū)域的存在，從而減少了在流體通路之間相交區(qū)的應力集中。圖1(b)示出了泵組件的截面以說明在出口通路48與柱塞孔凹口 20之間相交區(qū)的倒圓。在其相交端，出口通路18包括圓錐形表面22且止于在圓錐22與柱塞孔凹口 20 之間接合(blend)倒圓部M。授予給本申請者的歐洲專利No. EP 06256052描述了將相交區(qū)更復雜地成形，相交區(qū)可用于高壓共軌中的出口通路與柱塞孔之間以進一步減小出口通路與柱塞孔會合處的應力集中。該解決方案提出了相交區(qū)域以大體上矩形的形狀朝向柱塞孔擴口，且倒圓部設于擴口上以使得擴口與柱塞孔之間的過渡平滑。雖然這些方法在到特定壓力水平操作的高壓泵應用中是成功的，但是在當前共軌泵需要不斷增加的高壓下，在相交區(qū)域的應力集中并未充分減小到足以明顯地減小疲勞問題。本發(fā)明的目的在于提供一種高壓燃料泵，且更大體而言，用于高壓流體應用的外殼，其中與已知的解決方案相比，進一步減小了在相交通路之間的應力集中。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于高壓流體應用的外殼，該外殼包括第一鉆孔，其限定第一軸線且具有由第一平面中的上邊界和第二平面中的下邊界界定的擴大直徑區(qū)域；以及，第二鉆孔，其限定第二軸線且經(jīng)由相交區(qū)域與第一鉆孔相交。相交區(qū)域包括 第一基本平的表面，其限定相交區(qū)域的頂面且其與擴大直徑區(qū)域的上邊界相交；以及，第二基本平的表面，其與第一基本平的表面相對且其限定相交區(qū)域的底面且與擴大直徑區(qū)域的下邊界相交。優(yōu)選地，第一和第二基本平的表面分別以基本上90度與上邊界和下邊界相交以便與上邊界和下邊界中的相應一個的平面對準。因此平表面彼此平行。以此方式，平表面與最大環(huán)向應力的區(qū)域對準(即，在擴大直徑區(qū)域的上邊界和下邊界處)且它們并不充當在相交區(qū)處的顯著應力集合源。相交區(qū)域包括側壁，側壁可包括第一和第二相對的切向表面，第一和第二相對的切向表面形成第一鉆孔圓周的切面。作為補充或作為替代，相交區(qū)域可包括第一和第二相對的倒圓表面以限定相交區(qū)域的側壁。第一和第二相對的倒圓表面中每一個優(yōu)選地形成第一和第二相對的切向表面中相應一個的切面。本發(fā)明特別地應用于燃料泵組件中，例如用于主泵外殼的泵頭，其中第一鉆孔為用于接納泵送柱塞的孔且第二鉆孔為用于在使用中從柱塞孔向泵出口(例如，出口通路) 輸送高壓燃料的通路。在此情況下，擴大直徑區(qū)域形成柱塞孔凹口，在柱塞孔凹口內限定用于對燃料加壓的泵腔室。認識到相交區(qū)可形成有上平表面和下平表面，上平表面和下平表面與柱塞孔凹口的邊界對準，而不是如本領域技術中已知的那樣進入到柱塞孔凹口壁內， 由該相交區(qū)避免了集中環(huán)向應力區(qū)域且因此顯著地減輕了部件的疲勞和損毀。另外的益處在于柱塞孔凹口的深度基本上與出口通路直徑相同且因此與已知的布置相比減小了泵腔室的死體積。在一替代實施例中，相交區(qū)域可呈錐形，且錐形方向使得第一和第二基本平的表面在其分別與擴大直徑區(qū)域的上邊界和下邊界相交處是發(fā)散的?；蛘?，錐形方向使得第一和第二基本平的表面在其分別與擴大直徑區(qū)域的上邊界和下邊界相交處是會聚的。優(yōu)選地，第一和第二基本平的表面為類似三角形的形式，S卩，它們具有端對端聯(lián)結以形成三邊的多邊形的三個側邊，即使在側邊并不精確地直的情況下。舉例而言，第一和第二基本平的類似三角形的表面中的每一個可具有基部和與基部相對的頂點，基部與上邊界和下邊界中相應的一個連接，頂點與第二鉆孔的端部相交。方便地，第一鉆孔和第二鉆孔的第一軸線和第二軸線分別彼此相交，盡管并非必需為這種情況。在本發(fā)明的特別優(yōu)選實施例中，提供一種用于燃料泵組件的外殼，其中，第一鉆孔
5為用于接納泵柱塞的孔且第二鉆孔為用于在使用中從柱塞孔向泵出口輸送高壓燃料的通路。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于高壓流體應用的外殼，其包括第一鉆孔， 其限定第一軸線；以及，第二鉆孔，其限定第二軸線且經(jīng)由相交區(qū)域與第一鉆孔相交。相交區(qū)域包括側壁。側壁由第一和第二相對的切向表面限定，第一和第二相對的切向表面形成第一鉆孔的圓周的切面。第一基本平的表面限定相交區(qū)域的頂面；以及，第二基本平的表面，其與第一基本平的表面相對，限定相交區(qū)域的底面。在一實施例中，側壁還包括第一和第二相對的倒圓表面，其每一個形成第一和第二相對的切向表面中相應一個的切面。在此布置中，由于相交區(qū)域處在第一鉆孔圓周的切面，相交區(qū)域與第一鉆孔的環(huán)向應力不干涉。應了解本發(fā)明的第一方面的優(yōu)選和/或可選的特征也可單獨地或以適當組合地結合于本發(fā)明的第二方面中。


圖1(a)已經(jīng)展開了描述，示出了共軌燃料泵的已知泵組件的一部分的截面圖以說明用于高壓燃料的出口鉆孔與柱塞孔凹口之間的相交區(qū)域；以及圖1(b)示出了沿著線 A-A的泵組件的相同部分的截面圖?，F(xiàn)將參考附圖僅以舉例說明的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中
圖2(a)和圖2(b)以與圖1(a)和1 (b)比較的方式示出了本發(fā)明的第一實施例的泵組件的一部分的截面圖以說明在高壓燃料的出口鉆孔與柱塞孔凹口之間的相交區(qū)域； 圖3為在圖2(a)和2(b)中的相交區(qū)域的透視圖4為在圖1(a)和圖1(b)的已知泵組件中在與出口鉆孔相交的區(qū)域中柱塞孔的擴大凹口的發(fā)展視圖，且以與圖4比較的方式；
圖5示出了在圖2 (a)和圖2(b)的泵組件中在與出口鉆孔相交的區(qū)域中柱塞孔的發(fā)展視圖6為在本發(fā)明的第二實施例中在柱塞孔與出口鉆孔之間的相交區(qū)域的截面圖；以及圖7為圖6中的相交區(qū)域的透視圖。
具體實施例方式在下文的描述中對“上部”、“下部”和“側部”和暗示方位的其它術語的提及預期并無限制意義且僅指在附圖所示的部件的方位。本發(fā)明可應用于高壓流體應用，其中運送高壓流體的兩個鉆孔在外殼中的相交區(qū)域內彼此相交。本發(fā)明的一個特定實施例在于用于共軌燃料噴射系統(tǒng)的燃料泵組件。參看圖 2(a)、2(b)和圖3，泵組件包括呈泵頭形式的外殼30，泵頭具備用于接納泵組件的柱塞(未圖示)的孔32。柱塞被布置成在使用中在驅動布置的影響下在柱塞孔32內往復運動，如本領域技術人員熟知的那樣。通常，泵頭附連到組件的主泵外殼(未圖示)。柱塞孔包括兩個不同的區(qū)域均勻直徑的下部孔區(qū)域3 和擴大直徑的上部孔區(qū)域32b，被稱作柱塞孔凹口。柱塞孔凹口 32b與上部圓錐形通路33連接，其內表面限定用于到泵組件的入口閥(未圖示)的閥座。上邊緣限定于圓錐形通路33與柱塞孔凹口 32b之間，且下邊緣限定于柱塞孔凹口 32b與下部孔區(qū)域3 之間使得上邊緣限定柱塞孔凹口 32b 的上邊界36且下邊緣限定柱塞孔凹口 32b的下邊界38。柱塞孔凹口具有限定于上邊界36 與下邊界38之間的深度D。柱塞孔凹口 32b的擴大直徑通常由于在外殼30內形成柱塞孔的方法而造成且為已知泵組件的特點。泵腔室40在使用中用于接收低壓燃料且燃料在其內隨著柱塞往復移動而加壓到高水平，該泵腔室40限定于柱塞孔凹口 32b內。在泵的使用中，燃料通過入口通路41遞送到泵腔室40且在泵送沖程期間在泵腔室40內加壓，在泵送沖程期間，柱塞從其在柱塞孔內最下部的位置(在其沖程底部)向其柱塞孔內最上部的位置(其沖程頂部)移動。自泵腔室40的出口鉆孔42與柱塞孔凹口 32b連通且在使用中將在泵腔室40內加壓的燃料運送到泵出口(未圖示)，泵出口與下游共軌(也未圖示)連通。出口鉆孔42 垂直于柱塞孔且具有最小直徑d，最小直徑d基本上與柱塞孔凹口的深度D相同。本發(fā)明特別關注出口鉆孔42經(jīng)由出口鉆孔42與柱塞孔凹口之間的相交區(qū)域44與柱塞孔凹口連通的方式。如在圖2(a)截面圖中示出的那樣，相交區(qū)域44被成形為包括一對倒圓形式的相對表面46、48(被稱作倒圓表面)，其設于出口鉆孔42端部。倒圓表面中的僅一個可在圖 2(b)的截面中看出。在其距出口鉆孔42較遠的端部，倒圓表面46、48與在切面處的相對應成對的相對表面50、52連接。進而相對表面50、52與在切面處的柱塞孔凹口 32b的周向表面相交(因此，它們被稱作切向表面50、52)，使得倒圓表面46、48與切向表面50、52 —起限定相交區(qū)域44的相對側壁。相交區(qū)域44還包括一對類似三角形式的相對平表面M、56，其中的僅一個可在圖 2(a)的截面中看到。類似三角形的表面M中的第一個限定相交區(qū)域44的頂面且類似三角形的表面56中的第二個限定相交區(qū)域44的底面。在圖3中的相交區(qū)44的透視圖更詳細地示出了倒圓表面46、48、切向表面50、52和平表面M、56的布置。每個類似三角形的表面定向成使得其基部5 與柱塞孔凹口 32b的上邊界36和下邊界38中相應的一個以基本上 90度連接且與基部相對的其頂點54b與鉆孔42的端部的倒圓開始處連接。應了解類似三角形的表面M、56并不精確地為具有三個直邊的三角形式，特別是基部Ma，其與柱塞孔凹口 32b的周向表面連接且因此形成它們所連接的弧。然而，表面54、 56由端對端聯(lián)結的三個線段閉合，以形成三邊的多邊形且因此具有類似三角形形式。對于上述形狀，在鉆孔42端部與柱塞孔凹口 32b之間的相交區(qū)域44并不繞鉆孔 42軸線旋轉對稱，而是沿著穿過柱塞孔軸線和鉆孔軸線的平面且穿過與前述平面成90° 角并與鉆孔軸線相交的平面成鏡像對稱。比較圖1和圖2，其分別示出了在已知泵組件和本發(fā)明中相當?shù)南嘟粎^(qū)域，可看出本發(fā)明與現(xiàn)有技術的顯著不同在于相交區(qū)域44的倒圓表面46，48，切向表面50、52和類似三角形的表面討、56。在圖1中，相交區(qū)域包括在出口鉆孔18端部的圓錐形表面22與柱塞孔凹口 20之間的周向連續(xù)的接合倒圓部M，且接合倒圓部M進入到柱塞孔凹口 20本身內。相比而言，在本發(fā)明中，相交區(qū)域44包括兩個不同的倒圓表面46、48和柱塞孔凹口 32b的兩個切向表面50、52，在相交區(qū)域44的端部并無接合倒圓部，而是經(jīng)由平表面M、56
7與柱塞孔凹口 20的上邊界和下邊界確切對準的相交區(qū)域。圖4和圖5分別示出了在圖1的已知泵組件中柱塞孔12、20和在本發(fā)明中柱塞孔 32a、32b的發(fā)展視圖。比較這些附圖能看出在本發(fā)明中的柱塞孔凹口 32b與在已知泵組件中的柱塞孔凹口 20相比具有更淺深度。而且，相交區(qū)域的平表面M、56與柱塞孔凹口 32b 的上邊界36和下邊界38對準使得它們與該區(qū)域內的環(huán)向應力平面對準但并不與環(huán)向應力平面相交。通過使得相交區(qū)域44的平表面M、56與柱塞孔凹口的邊界36、38對準，且因此與環(huán)向應力平面對準，在該相交區(qū)并無應力集合效應。這與圖1中的已知泵組件相反，在已知泵組件中在出口鉆孔18的端部的倒圓表面M并不與柱塞孔凹口 20的邊界對準且因此在此區(qū)域中的環(huán)向應力增加(在圖1和圖4中以X指示)。因此到柱塞孔12內的出口鉆孔 18充當在現(xiàn)有技術中的應力集合源，其能由于高壓力疲勞而導致部件損毀。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于柱塞孔凹口 32b具有與已知的泵組件相比減小的深度，其能引起泵腔室40減小的死體積(即，當柱塞在其沖程結束時在柱塞孔中其最上部位置時保持填充燃料的泵腔室40的體積)。這改進了泵輸出，特別是在高燃料壓力下。圖6和圖7示出了本發(fā)明的第二實施例，其中出口鉆孔的最小直徑d具有比圖2 所示的出口鉆孔更長的長度L’。在所有其它方面，在出口鉆孔42與柱塞孔32b之間的相交區(qū)域44在圖6和圖7中與其在圖2和圖3中相同。在先前所述的本發(fā)明的實施例中。柱塞孔凹口 32b深度具有與出口鉆孔42在其最小直徑點d處的直徑基本上相同的尺寸。換言之，柱塞孔凹口深度D與出口鉆孔42的直徑d基本上相同。在其它實施例(未圖示)中，這些直徑d、D無需精確地相等。舉例而言，相交區(qū)域 44可具有在出口鉆孔42與柱塞孔凹口 32b之間漸變的錐形。錐形可定向為使得相對的平表面M、56在它們分別與上邊界36和下邊界相交時會聚，或者使得相對平表面M、56在其與上邊界36和下邊界38相交時發(fā)散。但實際上，最佳布置如先前所述的那樣，其中第一平表面M和第二平表面56基本上彼此平行且基本上垂直于柱塞孔的軸線使得每個平表面的平面與上邊界36和下邊界38中相應的一個對準。在本發(fā)明的另外的實施例中，與第二鉆孔42相交的第一鉆孔3 可具有均勻直徑使得不存在第一孔的擴大直徑區(qū)域(即，不存在區(qū)域32b)。在此情況下，相交區(qū)域以如先前所述的類似方式成形，除了不存在與相交區(qū)域的平表面M、56相交的邊界。替代地，相交區(qū)域44具備倒圓表面46、48，其分別形成切向表面50、52的切面，進而切向表面50、52形成第一鉆孔32a的圓周的切面。此實施例可更適用于共軌和泵外殼應用，而不是先前所述的泵頭，其中第一鉆孔并不具有擴大直徑區(qū)域，如在用于泵頭中泵送柱塞的孔的情況下。
權利要求
1.一種用于高壓流體應用的外殼(30)，所述外殼包括第一鉆孔(3 ，32b)，其限定第一軸線且具有由第一平面中的上邊界(36)和第二平面中的下邊界(38)界定的擴大直徑區(qū)域(32b)；以及第二鉆孔(42)，其限定第二軸線且經(jīng)由相交區(qū)域04)與所述第一鉆孔(3 ，32b)相、-父；其中，所述相交區(qū)域G4)包括，第一基本平的表面64)，其限定所述相交區(qū)域04)的頂面且其與所述上邊界(36)相交；以及第二基本平的表面(56)，其與所述第一基本平的表面(56)相對且其限定相交區(qū)域 (44)的底面且與所述下邊界(38)相交。
2.根據(jù)權利要求1所述的外殼，其中，所述相交區(qū)域G4)還包括由第一和第二相對的切向表面(50，52)限定的側壁，所述第一和第二相對的切向表面(50，52)形成所述第一鉆孔(3 , 32b)圓周的切面。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的外殼(30)，其中，所述相交區(qū)域04)還包括由第一和第二相對的倒圓表面G6，48)限定的側壁。
4.當權利要求3從屬于權利要求2時根據(jù)權利要求3所述的外殼，其中，所述第一和第二相對的倒圓表面G6，48)形成所述第一和第二相對的切向表面(50，52)中相應一個的切面。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的外殼，其中，所述第一和第二基本平的表面 (54，56)基本上垂直于所述第一軸線，以便與所述上邊界和下邊界(36，38)中相應的一個的平面對準。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的外殼，其中，所述相交區(qū)域G4)在所述第二鉆孔0 與所述第一鉆孔(3 ，32b)之間漸進地呈錐形。
7.根據(jù)權利要求6所述的外殼，其中，所述錐形的方向使得所述第一和第二基本平的表面(54，56)在其分別與所述擴大直徑區(qū)域(32b)的上邊界和下邊界(36，38)相交處是發(fā)散的。
8.根據(jù)權利要求6所述的外殼，其中，所述錐形的方向使得所述第一和第二基本平的表面(54，56)在其分別與所述擴大直徑區(qū)域(32b)的上邊界和下邊界(36，38)相交處是會聚的。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的外殼，其中，所述第一和第二基本平的表面 (54，56)為類似三角形的形式。
10.根據(jù)權利要求9所述的外殼，其中，所述第一和第二基本平的類似三角形的表面中的每一個具有基部(Ma)和與所述基部(Ma)相對的頂點(54b)，所述基部(Ma)與所述上邊界和下邊界(36，38)中相應一個連接，所述頂點(Mb)與所述第二鉆孔0 的端部相 、-父。
11.一種用于高壓流體應用的外殼(30)，所述外殼包括 第一鉆孔(3 ，32b)，其限定第一軸線;第二鉆孔(42)，其限定第二軸線且經(jīng)由相交區(qū)域04)與所述第一鉆孔(3 ，32b)相、-父；其中，所述相交區(qū)域G4)包括側壁，其呈第一和第二相對的切向表面(50，52)的形式，第一和第二相對的切向表面(50，52)形成所述第一鉆孔(3 , 32b)的圓周的切面；第一基本平的表面(M)，其限定所述相交區(qū)域G4)的頂面；以及，第二基本平的表面(56)，其與所述第一基本平的表面(56)相對且其限定相交區(qū)域G4)的底面。
12.根據(jù)權利要求11所述的外殼(30)，其中，所述側壁還包括第一和第二相對的倒圓表面(46，48)。
13.根據(jù)權利要求12所述的外殼，其中，所述第一和第二相對的倒圓表面06，48)形成所述第一和第二切向表面(50，52)中相應一個的切面。
14.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的外殼(30)，其中，所述第一軸線和第二軸線彼此相交。
15.根據(jù)權利要求1至14中任一項所述的外殼，其呈用于燃料泵組件的外殼的形式，其中所述第一鉆孔(3 ，32b)為用于接納所述泵的柱塞的孔，且所述第二鉆孔G2)為用于在使用中從所述柱塞孔(3 ，32b)向泵出口輸送高壓燃料的通路。全文摘要
用于高壓流體應用的外殼(30)包括第一鉆孔(32a,32b)，限定第一軸線，且具有由第一平面中的上邊界(36)和在第二平面中的下邊界(38)界定的擴大直徑區(qū)域(32b)；以及，第二鉆孔(42)，限定第二軸線，且經(jīng)由相交區(qū)域(44)與第一鉆孔(32a,32b)相交。相交區(qū)域(44)包括第一基本平的表面(54)，第一基本平的表面(54)限定相交區(qū)域(44)的頂面且其與擴大直徑區(qū)域(32b)的上邊界(36)相交；以及，第二基本平的表面(56)，其與第一基本平的表面(56)相對且其限定相交區(qū)域(44)的底面且與擴大直徑區(qū)域(32b)的下邊界(38)相交。由于平表面與最大環(huán)向應力的區(qū)域對準(即，在第一鉆孔的擴大直徑區(qū)域的上邊界和下邊界)，它們并不充當相交區(qū)(44)處的顯著應力集合源。在本發(fā)明的另一方面，第一鉆孔無需具有擴大直徑區(qū)域，且相交區(qū)域具有第一鉆孔圓周的切向表面使得相交區(qū)域并不與環(huán)向應力區(qū)域相交。
文檔編號F04B11/00GK102597514SQ201080050075
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者D.霍普利 申請人:德爾福技術控股有限公司