CN101223360A - 用于喷油泵的凸轮环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于内燃机喷油泵的凸轮环(2)，其具有用于可偏心传动的轴段的圆孔(4)和至少一个削平的外部段(6)，喷油泵的压排元件可以支撑在所述外部段上，其中在所述凸轮环(2)的孔(4)内设有用于支承轴段的套筒形滑动轴承件(12)；为了减少滑动轴承件压入孔内的不利影响，所述凸轮环构成为使得所述滑动轴承件(12)包括具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑动层材料(14)，其直接涂覆在所述凸轮环(2)的限定孔(4)的表面(16)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机喷油泵的凸轮环，其具有用于可偏心传动的轴段的圆孔和至少一个削平的外部段，喷油泵的压排元件可以支撑在该外部段上，其中在凸轮环的孔内设有用于支承轴段的套筒形滑动轴承件。
背景技术
在公知的凸轮环中，滑动轴承件以滑动轴承衬套的方式由钢/塑料的复合材料构成。它包括钢的支撑层(钢背)和在支撑层上构成的大多由青铜组成多细孔承载层，在其孔内装入以聚合物基为基础的滑动层材料。这种滑动轴承衬套由环形的带钢材料制造，从板坯中切断并卷起，从而形成接缝。它们以最低压紧力压入凸轮环的孔内，以便使其在喷油泵工作时的任何工作条件下均保持紧密配合，也就是不会在孔内分离。这种轴承衬套的压入一方面导致衬套的接缝端之间表面压力，其在衬套材料内沿衬套的周向作用。另一方面，由此在凸轮环的材料上施加径向力，其造成削平的外部段径向向外拱起，从而削平的外部段剖面上在孔或衬套的纵向中心线方向上观察不再是平面，而是弧形弯曲并具有一个拱顶。如果压排元件利用根部段或者底部段支撑于该弯曲面，那么不再保证通过其接触面将力均匀地导入压排元件内。因此不存在满足要求的均匀的平面接触，而是导致增加点状或者线状的力导入。随之而来的是增加了磨损和材料疲劳。
发明内容
本发明的目的在于消除这种目标冲突，也就是说，一方面保证滑动轴承件在凸轮环孔内的紧密配合，而另一方面确保从凸轮环向压排元件耐疲劳和耐磨损的力导入。
该目的在一种所述类型的凸轮环方面依据本发明以如下方式得以实现，即滑动轴承材料包括具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑动层材料，其直接涂覆在凸轮环的限定孔的表面上。
通过依据本发明将滑动层材料直接涂覆在凸轮环的限定孔的表面上和依据本发明取消作为滑动层材料载体的钢背，或者换言之，凸轮环本身用作滑动层材料的载体或支撑体，可以解决造成过快疲劳和过高磨损的问题，即凸轮环由于滑动轴承衬套的高压入力而形成的拱起。按照本发明一种优选的实施方式，滑动层材料喷镀在表面上或者按照另一种实施方式由滑动层材料制造薄膜材料并且需要时在使用特别是PFA基的增附剂情况下涂敷在表面上，这样不会出现造成凸轮环或平面外部段拱起的径向力。
已证明有利的是，凸轮环的限定孔的表面为此具有至少Rz4的表面粗糙度，特别是至少Rz6和进一步优选至少Rz8的表面粗糙度。
在本发明思想的改进方案中已证明有利的是，表面上附加地进行磷化处理。
按照另一发明思想已证明有利的是，表面采用钢丸喷射处理。情况表明，由此不仅可以达到保证滑动层材料良好附着有利的表面粗糙度，而且表面附加通过脉冲作用致密并由此提高表面硬度。因此该表面更适用于吸收切向作用的力(剪切力)或抵抗剪应力并使滑动层材料保持在孔的表面。
但伴随本发明而来的还有另一个非常明显的优点。通过取消滑动轴承件上的金属支撑层或承载层可以节省径向结构空间，这意味着，凸轮环在相同的外径情况下可以更加坚固地构成。按照相应的方式，可以将结构空间未受金属载体耗用的深度用于提高滑动层材料的厚度。
总而言之，可以按照本发明的方式生产一种承受在如机组启动时混合摩擦下最高负荷的喷油泵。凸轮环适合于例如在压力范围1000至2000bar的直喷式柴油发动机的高压喷油泵上使用，这种压力范围的要求不能与在200与300bar之间工作的那种传统的汽油发动机相比。
按照依据本发明的凸轮环的优选的实施方式，滑动层材料以PEEK基为基础。这一点意味着，至少体积百分比为50％的聚合物部分由PEEK组成。滑动层材料整体上，也就是包括填料在内，优选地包括重量百分比为至少50％的PEEK。作为耐磨填料，滑动层材料此外有利地包括重量百分比为5％至15％的TiO2。该材料此外有利地包括重量百分比为5％至15％的硫化锌和/或者硫酸钡，其中，特别是对于混合摩擦状态来说，这是一种非常适用的固体润滑材料。此外证明有利的是，滑动层材料包括重量百分比为5％至15％的石墨。此外证明有利的是包括重量百分比为5％至15％的碳素纤维。
硫化锌是一种良好的固体润滑材料，其对干燥不敏感。与此相关比较敏感的石墨相反则具有良好的导热能力，并能够将出现的摩擦热向轴承金属层和金属支撑层的方向传导。氧化钛相反则提供必需的耐磨强度。因此，利用这些成分产生一种从摩擦学上看在混合摩擦(高负荷、出现摩擦热、干燥)条件下也非常适用的系统。碳素纤维有助于传导摩擦热并在表面方向上提供稳定性，它们因此有利于均匀导入和吸收剪切力。
已证明特别适用的是，滑动层材料具有100至250μm的层厚度，其中在这种情况下这是完成加工的凸轮环的层厚度。在直接制造时，层厚度留有约150μm的加工余量，也就是250至400μm，其然后在最终加工和精加工时减到所述的范围。
按照依据本发明的凸轮环另一实施方式，滑动层材料包括PAI基(聚酰胺亚胺)上的润滑漆膜。在这种情况下，涂敷、特别是喷镀或者通过浸渍涂覆无加工余量的层厚度15至40μm，特别是15至25μm。
依据本发明的滑动层材料的优选成分包括重量百分比为60％的PEEK、重量百分比为10％的石墨、重量百分比为10％的碳素纤维、重量百分比为10％的TiO2和重量百分比为10％的ZnS。
润滑漆膜的优选成分包括重量百分比为60％的PAI、重量百分比为10％的石墨、重量百分比为10％的碳素纤维、重量百分比为10％的TiO2和重量百分比为10％的ZnS；已证明，无碳素纤维的实施方式也是适用的。
按照另一发明思想，凸轮环的限定孔的表面具有肉眼可见的表面轮廓，其在周向上形成底切并因此有助于卡住滑动层材料。通过这种肉眼可见的表面轮廓特别是可以更佳地吸收在工作时试图分离滑动轴承材料的切向出现的剪切力，从而在任何工作条件下均可以保证滑动轴承材料的紧密配合。这种肉眼可见的表面轮廓包括槽形的凹陷部或者桥形的凸起部，它们可以沿衬套形孔的纵向延伸或者相对于纵向倾斜地延伸，特别是螺旋形延伸。
也可以想到，表面轮廓通过滚花图案形成，其优选地基本上在凸轮环的限定孔的整个表面上延伸。
按照另一种非从属和独立要求保护的发明思想，削平的外部段上设有直接涂覆在表面上的具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑动层材料，其构成用于压排元件的基本上平面的接触面。这种要求独立保护的结构可以取代滑动层材料在凸轮环的孔内依据本发明的结构或者作为对此的附加实现。情况表明，通过削平外部段的这种变化可以弥补对凸轮环略微外凸的不利影响。
在本发明思想的改进方案中，滑动层材料具有100至250μm的层厚度并且几乎板状地构成。为此也可以在凸轮环的削平外部段上设有板状的凹陷部，滑动层材料几乎齐平地装入该凹陷部内。
至少原则上也可以想到，取代这种措施或者与这种措施附加地，压排元件朝向凸轮环的段具有带有滑动层材料的这种涂层。
涂覆在凸轮环削平外部段上的滑动层材料的结构和成分以有利的方式可相应于滑动层材料的上述成分。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优点来自所附的权利要求和附图以及依据本发明的凸轮环优选实施方式的下列说明。其中：
图1示出沿纵向中心轴线方向所见依据本发明的凸轮环的视图；
图2示出图1剖面平面II-II的剖面图；
图3示出依据本发明的凸轮环(尚无孔涂层)的另一实施方式的透视图；以及
图4示出依据本发明的凸轮环的另一实施方式的透视图。
具体实施方式
图1和2示出特别是在柴油内燃机的高压喷油泵上使用的依据本发明的凸轮环2的两个视图。凸轮环2是实心的并最常见地构成套管形。它具有用于未示出的可略微偏心传动轴段的中心孔4。凸轮环2在其外圆周上具有三个削平的平面外部段6，喷油泵的压排元件(活塞件)可分别支撑在所述外部段上。通过所述的轴段的略微偏心传动，各个压排元件沿双箭头8的方向往复运动，其中各个压排元件紧靠于外部段6的根部沿削平外部段6的平面方向相对于外部段进行滑动运动(参见双箭头10)。
在凸轮环的孔4内设有用于支承未示出的可偏心传动的轴段的滑动轴承件12。滑动轴承件12依据本发明不是具有压入孔4内的金属承载层的卷起的滑动轴承衬套，而是由具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑动层材料组成，该滑动层材料直接涂覆在凸轮环2限定孔4的表面16上。为此按照本发明一种优选的实施方式，表面16此前特别是通过钢丸喷射打毛。已证明特别有利的是，表面粗糙度至少为Rz8，特别是Rz10。也可以附加对此前打毛的表面进行磷化处理。按照这种方式，聚合物基的滑动层材料即使在凸轮环2周向上的剪应力情况下也可以非常良好地保持在表面16上。滑动层材料可以有利的方式喷镀在表面上。但也可以想到，由此加工出一种薄膜材料，然后将其特别是粘贴在表面上。
沿径向涂覆的滑动层材料12的层厚度在精加工后特别为100至250μm；最初的层厚度包括约150μm的附加加工余量。
优选喷镀的滑动层材料例如包括重量百分比为60％的PEEK、重量百分比为10％的石墨、重量百分比为10％的碳素纤维、重量百分比为10％的TiO2和重量百分比为10％的ZnS。
按照本发明的另一实施方式，也可以喷镀一种无加工余量的情况下层厚度15至45μm，特别是15至25μm、PAI基的润滑漆膜。润滑漆膜举例和优选的成分包括重量百分比为60％的PAI、重量百分比为10％的石墨、重量百分比为10％的碳素纤维、重量百分比为10％的TiO2和重量百分比为10％的ZnS。
图3示出一种相应的凸轮环2，在其内表面16上设有沿纵向延伸的凹陷部22形式的肉眼可见的表面轮廓20。作为对此的替代或者补充，示出螺旋形的凹陷部24或者在表面上构成的滚花图案26。这些措施可以单独或者组合在切线方向上或周向上构成涂覆有滑动层材料的底切，从而其可以更佳地吸收剪应力并传递到凸轮环2上，而不与表面16分离。
图4最后示出本发明的另一实施方式，其中直接在削平的外部段6上涂覆薄层聚合物基的滑动层材料30。正如从图4所看到的那样，削平的外部段6上构成与层厚度相应的凹陷部32，在该凹陷部内几乎齐平地装入滑动层材料30。滑动层材料30然后形成喷油泵未示出的压排元件的支承层。
正如前面结合图1至3所介绍的那样，凸轮环2的孔4内设有依据本发明的滑动层材料，或者在这里压入由钢/塑料复合材料制成的传统滑动轴承衬套。通过削平外部段6利用直接涂覆在凸轮环2钢材料上的滑动层材料30的结构，相对于压排元件直接紧靠于凸轮环2削平外部段6的钢制表面上的情况，凸轮环的外凸具有更小的不利影响。
Claims (17)
1.一种用于内燃机喷油泵的凸轮环(2)，具有用于可偏心传动的轴段的圆孔(4)和至少一个削平的外部段(6)，所述喷油泵的压排元件能够支撑在所述外部段上，其中在所述凸轮环(2)的孔(4)内设有用于支承轴段的套筒形滑动轴承件(12)，其特征在于，所述滑动轴承件(12)包括具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑动层材料(14)，其直接涂覆在所述凸轮环(2)的限定所述孔(4)的表面(16)上。
2.如权利要求1所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)喷镀在所述表面上。
3.如权利要求1所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)设置为薄膜材料并安装在所述表面上。
4.如权利要求1、2或3所述的凸轮环，其特征在于，所述表面(16)为此具有至少Rz4的表面粗糙度。
5.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)以PEEK基为基础。
6.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)包括重量百分比为5％至15％的TiO2。
7.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)包括重量百分比为5％至15％的ZnS。
8.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)包括重量百分比为5％至15％的石墨。
9.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)包括重量百分比为5％至15％的碳素纤维。
10.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)具有100至250μm的层厚度。
11.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)包括PAI基的润滑漆膜。
12.如权利要求11所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(14)具有15至40μm的层厚度。
13.如前述权利要求中任一项所述的凸轮环，其特征在于，所述凸轮环(2)的限定孔(4)的表面(16)具有肉眼可见的表面轮廓(20)，其在周向上构成底切并因此有助于卡住所述滑动层材料(14)。
14.如权利要求13所述的凸轮环，其特征在于，所述表面轮廓(20)包括槽形的凹陷部(22)或者桥形的凸起部。
15.如权利要求13或14所述的凸轮环，其特征在于，所述表面轮廓(20)包括滚花图案(24)。
16.一种用于内燃机喷油泵的凸轮环，具有用于可偏心传动的轴段的圆孔(4)和至少一个削平的外部段(6)，喷油泵的压排元件可以支撑在所述外部段上，其中，特别是如权利要求1至15中任一项所述，在所述凸轮环(2)的孔(4)内设有用于支承轴段的套筒形滑动轴承件(12)，其特征在于，在所述削平的外部段(6)上设有直接涂覆在所述凸轮环(2)表面上的具有降低摩擦的填料的聚合物基的滑动层材料(30)，其构成所述压排元件的基本上平面的接触面。
17.如权利要求16所述的凸轮环，其特征在于，所述滑动层材料(30)具有100至250μm的层厚度。
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Open date: 20080716 |