CN101636579B - 带有在推杆装置中的扭转脱耦的压簧元件的用于输送燃料的高压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压泵(1)，尤其是用于为一共轨燃料喷射系统输送燃料的高压泵(1)，包括至少一个设有一输出元件(2)的凸轮传动装置，该输出元件(2)能被一设置在一凸轮轴(3)中的凸轮几何结构(4)驱动而在一行程轴线(5)的方向上做往复运动，其中，该往复运动可传递到一推杆装置(6)上，该推杆装置(6)及所述输出元件(2)借助一压簧元件(7)在向着所述凸轮几何结构(4)的方向上被加载力，该推杆装置(6)具有至少一个接触面(8a，8b，8c，8d)，所述压簧元件(7)与该接触面邻接，其中，所述至少一个接触面(8a，8b，8c，8d)和/或所述压簧元件(7)的与该至少一个接触面邻接的表面包括一摩擦力最小化了的表面涂层，以便实现所述压簧元件(7)的扭转脱耦。

Description

带有在推杆装置中的扭转脱耦的压簧元件的用于输送燃料的高压泵
技术领域
本发明涉及权利要求1的前序部分中所详细定义的类型的、尤其是为共轨燃料喷射系统输送燃料的高压泵。
背景技术
用于输送燃料的高压泵是普遍公知的，它被用于共轨燃料喷射系统。这种高压泵用于将处于高压下的燃料提供到共轨内，高压泵被加载以高至2K巴或更高的工作压力。因此对高压泵提出特殊的要求，以便以有效的方式使燃料提升到所述压力上。高压泵通常通过与内燃机的曲轴的联接被驱动，其中高压泵可根据凸轮驱动的原理来设计。该高压泵可包括一个设有凸轮几何结构的凸轮轴，该凸轮几何结构使一个输出元件在行程轴线方向上做往复运动，及由此使与该输出元件连接的泵活塞做往复运动。通过安装在圆柱形端部中的阀驱动装置可使泵活塞与该阀驱动装置配合作用，以便输送燃料。泵活塞在泵体中或在圆柱形端部中可往复运动地被导向，及至少通过一个滚子座与所述输出元件相连接。该输出元件通常构造成一个滚子，它在凸轮几何结构上滚动。与凸轮几何结构功能连接地设置滚子是有利的，因为在滚子与凸轮几何结构之间构成线接触，该线接触具有高承载能力。此外仅发生滚动运动，它相对滑动运动可减小磨损。具有滚子构型的输出元件为了其在凸轮几何结构上的导向而借助一个压簧元件被压在该凸轮几何结构上，由此同时地保证泵活塞的回程。这种压簧元件被作成螺旋弹簧及延伸在圆柱形端部内的一个环圈与接收滚子的所谓滚子座之间。
但在这种根据凸轮驱动原理的用于输送燃料的高压泵结构上存在一个问题，即在使用螺旋弹簧构型的压簧元件的情况下通过压簧元件的压缩在由滚子座、推杆导向装置、泵活塞构成的组合体上及由此在所述输出元件即滚子上施加扭力。因此得到滚子座及输出元件的扭转倾向，以致不再能保证输出元件与凸轮几何结构之间的线接触。为此虽然公知了推杆装置与泵体之间直线导向装置形式的抗扭转装置，但通常不能达到足够的精度。并且直线导向装置具有一个小间隙，该间隙相对地宽，及由此不能保证输出元件与凸轮几何结构之间的线接触。该情况将导致高压泵过早的磨损，这在高压泵所需的工作寿命及可靠性的观点上是不期望的。
此外要求这种往复装置由少量的部件组装成及保证简单的结构。与简单的螺旋弹簧的结构类型不同的减小扭力的压簧元件的设置通常费事及仍然不能起到使弹簧区域无扭力地压缩的作用。
因此本发明的任务在于，提出一种为内燃机输送燃料的高压泵，它为了得到输出元件与凸轮几何结构之间的线接触能实现推杆装置无扭转地被导向。
发明内容
该任务从根据权利要求1的前序部分的为内燃机输送燃料的高压泵出发，结合其特征部分的特征来解决。本发明的有利的改进给出在从属权利要求中。
本发明包含这样的技术教导，即在压簧元件与推杆装置之间的至少一个接触面和/或压簧元件的与该接触面邻接的表面包括一个摩擦力最小化了的表面涂层，以便实现压簧元件的扭转脱耦。
根据本发明的方案的优点在于，压簧元件与推杆装置之间的扭转运动的脱耦。在压簧元件被压缩时引起的该压簧元件的扭转可在具有摩擦力最小化了的表面涂层的接触面时不再传递到推杆装置上，以致通过压簧元件的扭转不能再引起推杆装置的扭转，并且因此不再能引起在凸轮几何结构上的输出元件的扭转。压簧元件被接收在圆柱形端部与推杆导向装置之间，以致压簧元件的一个端部支撑在推杆导向装置中的接收轮廓上。在推杆导向装置内部的接收结构构成包括所述摩擦力最小化了的表面涂层的接触面。但该表面涂层也可构成在压簧元件这一方，以致压簧元件的与推杆导向装置邻接的表面具有所述摩擦力最小化了的表面涂层。
根据一个有利的进一步构型，推杆装置的结构包括一个压盘元件，压簧元件被置靠在该压盘元件上，其中，该压盘元件的至少一个平面构成所述具有摩擦力最小化了的表面涂层的接触面。压盘元件构造成环形的及具有两个相反的平面，以致一个平面与推杆导向装置中的接触面邻接及另一平面与压簧元件的端部邻接。为了最小化摩擦力及由此为了压簧元件与推杆导向装置之间的扭转脱耦，可使压簧元件的第一平面、相反的平面或这两个平面设有摩擦力最小化了的表面涂层。但压盘元件也可与压簧元件在一侧无相对转动地连接，以致压盘元件的所述相对的平面可相对推杆导向装置进行确定的滑动运动。如果压簧元件被压缩，则在压簧元件中引起扭转，该扭转在压盘元件与推杆导向装置之间被补偿。
有利的是，输出元件构造成滚子元件，推杆装置还包括推杆导向装置与安装在该推杆导向装置中的滚子座，在该推杆导向装置上构造了具有摩擦力最小化了的表面涂层的接触面。由此展示了另一可行方案性，即具有摩擦力最小化了的表面涂层的接触面既可构成在压盘元件上也可构成在推杆导向装置本身上，其中，也可以是具有各自的摩擦力最小化了的表面涂层的各个接触面的组合。这里尤其可利用其优点，即，选择不同的表面涂层，这些表面涂层在彼此之上滑动，以致构成在摩擦学上优化的摩擦副。
此外有利的是，在压簧元件的端面上，在该压簧元件上无相对转动地设置一个弹性盘元件，该弹性盘元件平面地与推杆导向装置的接触面邻接。弹性盘元件可材料锁合、形状锁合或借助连接件被安装在压簧元件上，由此弹性盘元件也构造成平面的环轮廓并且形成环形的接触面。弹性盘元件的与推杆导向装置的接触面邻接的接触面有利地包括摩擦力最小化了的表面涂层。本发明的一个更有利的实施形式既包括设在压簧元件端面上的弹性盘元件也包括一个压盘元件，以使得压盘元件被设置在弹性盘元件与推杆导向装置之间，并且压簧元件的接触面与压盘元件的接触面邻接。根据最后所述的结构，四个具有相应的摩擦力最小化了的表面涂层的接触面可以以一个叠层结构彼此相邻接，其中，压盘元件位于弹性盘元件与推杆导向装置之间。
摩擦力最小化了的表面涂层可有利地通过PVD方法，CVD方法，电镀方法或化学方法施加到至少一个接触面上。此外还可以是，摩擦力最小化了的表面涂层包括润滑漆膜和/或施加在接触面上的干润滑材料。摩擦力最小化了的表面涂层也可为一个硬材料涂层，例如钛氧化物层、锆氧化物层、硅氧化物层、碳化钛层或钛氮化物涂层。此外还可以设置创新的PVD硬材料涂层，如TiMgN涂层。摩擦力最小化了的表面涂层与相应接触面的边缘层处理的结合也被规定为本发明范围中的一个有利的可行方案。特别有利的是碳化钛涂层，它以高硬度、兼有低摩擦系数及极高的韧性而著称。相反地钛氮化物涂层的特征是高硬度，高韧性及小的可焊接性，由此可避免磨损及形成分层。此外有利的是良好的抗腐蚀及抗氧化性能。
包括压簧元件的推杆装置位于泵体内部，泵体中注有燃料。因此燃料可起到润滑剂的作用，以使得表面涂层与燃料的润滑作用配合作用。因此表面涂层对燃料应具有耐受性，该燃料尤其是柴油燃料。作为另一表面涂层可以是钛-铝氮化物涂层，此外，氮化铬氮化物层也是一种可行的硬材料涂层。这些涂层的特征为尤其是很高的化学及热的稳定性，其中铬氮化物涂层具有小的粘附倾向，因为压簧元件与压盘元件或与弹性盘元件形成作用连接的结构可具有局部高的面压力，由此小的粘附倾向是有利的。
也可使用单层构型的摩擦力最小化了的表面涂层，其中，双层(Ti(C，N))或多层(TiC/TiN)或分级层(gradierte Schichten)(TiC/Ti(C，N)/TiN)也是可形的变型方案。因此根据本发明的摩擦力最小化了的表面涂层不被限制在一定的层体系上，而是包括多个不同的层体系。
为了使根据本发明的摩擦力最小化了的表面涂层的方案的优点也可用于其它被要求保护的表面，在本发明的范围中可提出：整个压簧元件及整个推杆导向装置以及还有整个压盘元件与弹性盘元件全部设有表面涂层。正因为推杆导向装置在泵体或圆柱形端部内在一导向孔中滑动，因此这些部件的全面的涂层也是有利的。
以下通过借助附图对本发明的优选实施例的普遍描述来详细地说明本发明的其它的改进措施。
附图说明
图1：一个高压泵的横截面图，该高压泵具有一个推杆装置、一个压簧元件，一个带有置入的滚子座的推杆导向装置及一个设在压簧元件与推杆导向装置之间的压盘元件；
图2：根据本发明的具有第一及第二接触面的压盘元件的横截面图；及
图3：具有相应的根据本发明的接触面的推杆装置的结构的横截面图，其中以彼此分开的布置表示出压簧元件、压盘元件及一弹性盘元件。
图1以横截面表示一个高压泵1的侧视图，例如该高压泵被使用在用于柴油发动机的燃料喷射系统中。该高压泵1用于输送柴油燃料，以便将柴油燃料以高的压力提供给一个共轨。高压泵1包括一个输出元件2，它在一个设置在凸轮轴3上的凸轮几何结构4上滚动。凸轮轴3在发电机侧被驱动及包括至少一个凸轮几何结构4，其中该凸轮几何结构包括一个或多个在圆周上均匀分布地设置的凸轮。由此输出元件2在行程轴线5的方向上进行往复运动，其中输出元件2的往复运动传递到推杆装置6上。推杆装置6包括压簧元件7及泵活塞12，其中输出元件2被接收在推杆导向装置10内，推杆导向装置10与滚子座15一起也是推杆装置6的组成部分。在压簧元件7与推杆导向装置10之间设有压盘元件9，它以横截面表示及以平面盘的构型被实施。在中间由滚子座10延伸出泵活塞12，该泵活塞在一个圆柱形端部13中导行及与圆柱形端部13中的阀装置配合作用，以输送燃料。高压泵1基本上包括一个泵体14，其中，圆柱形端部13密封地设置在泵体14上。因此无论泵体14还是圆柱形端部13均构成推杆装置6在行程轴线5的方向上的往复运动的导向装置，其中未详细表示出推杆装置6的用于避免绕行程轴线5扭转的抗扭转部分。
图2表示压盘元件9的一个放大视图，它位于压簧元件与推杆导向装置之间，参见图1。压盘元件9包括一个根据本发明的接触面8a及另一个相反的接触面8b，该接触面8b具有一个摩擦力最小化了的表面涂层。压盘元件9绕行程轴线5环形地延伸，以致泵活塞可穿过压盘元件9地延伸。摩擦力最小化了的接触面8a及8b各与压簧元件及推杆导向装置邻接，从而或第一接触面8a或第二接触面8b或两个接触面具有根据本发明的摩擦力最小化了的表面涂层。
图3表示根据本发明的具有压盘元件9的推杆装置6的一个可行的结构，该压盘元件设置在推杆导向装置10与一个弹性盘元件11之间，其中用于接收输出元件2的滚子座15安装在推杆导向装置10中。弹性盘元件11与压簧元件7形成连接，其中与压簧元件的连接或通过材料锁合(熔焊，钎焊，粘接)或通过形状锁合(压接，楔接或敛缝)来连接。弹性盘元件11可包括另一根据本发明的接触面8d，该接触面也具有摩擦力最小化了的表面涂层。此外在推杆导向装置10上也具有接触面8c，它也可具有摩擦力最小化了的表面涂层。根据图，在弹性盘元件11与推杆导向装置10之间安装了压盘元件9，其中，该压盘元件9也可被取消，以使得弹性盘元件11的接触面8d直接地与推杆导向装置10的接触面8c邻接并且可在该接触面8c上滑动。
在此情况下，该滑动运动包括在小角度范围中的振动形式的旋转运动，因为在滚子座15的每个行程中都发生压簧元件7相对推杆导向装置10的扭转。压簧元件7的该扭转因此将在接触面8a，8b，8c及8d之间被补偿，因为这些接触面是摩擦力最小化了的及允许相互间的滑动运动，其中，该滑动运动引起很小的摩擦力或甚至与燃料的润滑作用相结合将引起很微不足道的摩擦力。因此压簧元件7的扭转倾斜不会传递到推杆导向装置10上，以致该推杆导向装置也不会将扭转运动传递到输出元件2上，并且保持了输出元件2与凸轮轴3上的凸轮几何结构4之间的线接触。
本发明在其实施形式上不应被限制在以上所述的优选实施例上。而是可想到多种变型方案，这些变型方案也可在根本不同类型的实施形式下利用上述的方案。

Claims (11)

1.高压泵(1)，包括至少一个设有一输出元件(2)的凸轮传动装置，该输出元件(2)能被一设置在一凸轮轴(3)中的凸轮几何结构(4)驱动而在一行程轴线(5)的方向上做往复运动，其中，该往复运动可传递到一推杆装置(6)上，该推杆装置(6)及所述输出元件(2)被借助一压簧元件(7)在向着所述凸轮几何结构(4)的方向上加载力，该推杆装置(6)具有至少一个接触面(8a，8b，8c，8d)，所述压簧元件(7)与该接触面邻接，其特征在于：所述至少一个接触面(8a，8b，8c，8d)和/或所述压簧元件(7)的与该至少一个接触面邻接的表面包括一摩擦力最小化了的表面涂层，以便实现所述压簧元件(7)的扭转脱耦。
2.根据权利要求1的高压泵(1)，其特征在于：所述推杆装置(6)包括一压盘元件(9)，所述压簧元件(7)支撑在该压盘元件上，该压盘元件(9)的至少一个平面构成具有摩擦力最小化了的表面涂层的所述接触面(8a，8b)。
3.根据权利要求2的高压泵(1)，其特征在于：所述输出元件(2)构造成滚子元件，所述推杆装置(6)还包括一推杆导向装置(10)，在该推杆导向装置上构造了具有所述摩擦力最小化了的表面涂层的所述接触面(8c)。
4.根据权利要求3的高压泵(1)，其特征在于：在所述压簧元件(7)的端侧上，一弹性盘元件(11)无相对转动地设置在该压簧元件上，该弹性盘元件与所述推杆导向装置(10)的接触面(8c)平面地邻接。
5.根据权利要求4的高压泵(1)，其特征在于：所述弹性盘元件(11)的、与所述推杆导向装置(10)的接触面(8c)邻接的接触面(8d)包括一摩擦力最小化了的表面涂层。
6.根据权利要求4或5的高压泵(1)，其特征在于：所述压盘元件(9)设置在所述弹性盘元件(11)与所述推杆导向装置(10)之间，以致所述压盘元件(9)的接触面(8a，8b)与所述弹性盘元件(11)的接触面(8d)邻接。
7.根据权利要求1至5中一项的高压泵(1)，其特征在于：所述摩擦力最小化了的表面涂层通过物理气相沉积方法、电镀方法或化学方法施加到所述至少一个接触面(8a，8b，8c，8d)上。
8.根据权利要求1至5中一项的高压泵(1)，其特征在于：所述摩擦力最小化了的表面涂层包括一润滑漆膜和/或一施加到所述接触面(8a，8b，8c，8d)上的干润滑材料。
9.根据权利要求1至5中一项的高压泵(1)，其特征在于：所述高压泵(1)用于为一共轨燃料喷射系统输送燃料。
10.根据权利要求7的高压泵(1)，其特征在于：所述化学方法是化学气相沉积方法。
11.根据权利要求1的高压泵(1)，其特征在于：所述输出元件(2)构造成滚子元件，所述推杆装置(6)还包括一推杆导向装置(10)，在该推杆导向装置上构造了具有所述摩擦力最小化了的表面涂层的所述接触面(8c)。
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