CN102422011B - 高压泵 - Google Patents

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Abstract

高压泵(1)，其尤其用作压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的径向柱塞泵或者曲轴式柱塞泵，该高压泵具有至少一个泵组件(13)和一驱动轴(6)，该驱动轴具有一个配置给所述泵组件(13)的凸轮(9)。其中，所述泵组件(13)具有一滚子(25)，该滚子用其滚动表面(35)在所述凸轮(9)的滚动面(10)上滚动。所述滚子(25)的在所述滚子(25)的所述滚动表面(35)上的滚动受力性和所述凸轮(9)的在所述凸轮(9)的所述滚动面(10)上的滚动受力性被相同大小地预给定。在所述凸轮(9)和所述滚子(25)在运行中的高动态的应力下，由此得到用于两个构件(9，25)的重要的临界应力，该临界应力对于两个构件(9，25)同等重要。

Description

高压泵
技术领域
本发明涉及一种高压泵，尤其一种径向柱塞泵或者曲轴式柱塞泵。本发明特别涉及用于压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的燃料泵领域。
背景技术
由DE 10 2005 046 670 A1公开了一种用于内燃机的燃料喷射装置的高压泵。该已知的高压泵具有一多件式的泵壳体，在该泵壳体中设有至少一个泵元件。该泵元件包括一个通过一驱动轴往复运动地驱动的泵活塞，该泵活塞在泵壳体的一部分的缸孔中可移动地导向并且在该缸孔中限定一个泵工作室。在此，该驱动轴具有一凸轮，其中，该泵活塞通过该驱动轴的凸轮在相对于驱动轴的旋转轴线的径向方向上被驱动。在泵活塞和驱动轴的凸轮之间设置一槌，泵活塞通过该槌支撑在驱动轴的凸轮上的滚子上。在该槌中置入一支撑元件，滚子可转动地支承在该支撑元件中，其中，滚子在驱动轴的凸轮上滚动。在此，滚子的旋转轴线近似平行于驱动轴的旋转轴线。
由DE 10 2005 046 670 A1已知的高压泵具有缺点：在运行时出现凸轮和滚子的增大的应力，该应力导致材料疲劳。
发明内容
根据本发明具有权利要求1特征的高压泵具有优点，即实现可靠地运行，尤其凸轮和/或滚子改善的耐久性。凸轮和滚子在运行时出现的增大的应力方面被特别改善地设计。
通过在从属权利要求中列出的措施，在权利要求1中给出的高压泵的有利的扩展构型是可行的。
有利地是，滚子的半径小于凸轮在滚动面的一部位上的曲率半径，滚 子在泵组件的上止点中贴靠该部位，并且滚子材料的弹性模量小于凸轮材料的弹性模量，滚子至少在其滚动表面上由滚子材料构成，凸轮至少在其滚动面上由凸轮材料构成。由此可在滚子和凸轮不同的几何结构的情况下在运行时为滚子和凸轮相同地重要地设计重要的临界应力的形成。由此可在滚子的屈服极限和凸轮的屈服极限方面优化。在上止点中，在滚子的滚动表面上的赫兹式挤压与在凸轮的滚动面上的赫兹式挤压是相同大小的。在此，赫兹式挤压必须相应小于滚子的或者凸轮的屈服极限。以优选的方式，通过滚子的、适配凸轮的构型，两个构件滚子和凸轮的疲劳被优化。
有利的是，滚子的半径小于凸轮在滚动面的部位上的曲率半径，滚子在泵组件的上止点中贴靠该部位并且滚子具有至少一个孔，该孔至少部分地在滚子的旋转轴线的方向上延伸。此外，在此有利的是，该孔关于滚子的旋转轴线至少基本上构造为轴向的孔或者至少基本上构造为同轴的孔和/或该孔构造为通孔，该通孔从滚子的一侧延伸至滚子的另一侧。由此，在不同的几何结构的情况下，在上止点中在滚子的滚动表面的区域中实现滚子的刚度的降低。
也有利的是，滚子的半径小于凸轮在滚动面的部位上的曲率半径，滚子在泵组件的上止点中贴靠该部位并且滚子在其滚动表面上的至少残余压应力(Druckeigenspannung)升高。特别有利的是，滚子的滚动表面被表面硬化和/或喷丸清理和/或滚压和/或渗氮和/或氮碳共渗。由此在滚子和凸轮不同几何结构的情况下通过在表面上施加残余压应力使在上止点上滚子的滚动强度提升。由此滚子可有利地适配凸轮。
有利的是，滚子的半径大于凸轮在滚动面的一部位上的曲率半径，滚子在泵组件的上止点中贴靠该部位，并且滚子材料的弹性模量大于凸轮材料的弹性模量，滚子至少在其滚动表面上由滚子材料构成，凸轮至少在其滚动面上由凸轮材料构成。由此滚子和凸轮可实现有利地相互适配。在此，凸轮在其滚动面上的残余压应力也可提升。
有利的是，滚子材料的弹性模量和/或滚动强度和/或横向延伸系数和凸轮材料的弹性模量和/或滚动强度和/或横向延伸系数被分别至少近似相同大小地预给定并且滚子的半径和凸轮在滚动面的一部位的区域中的曲率半径被至少近似相同大小地预给定，滚子至少在其滚动表面上由滚子材料构 成，凸轮至少在其滚动面上由凸轮材料构成，滚动面在泵组件的上止点中贴靠该部位。例如滚子和凸轮可以由相同的或者可比较的钢构成，这些钢在弹性模量、滚动强度和横向延伸系数方面相同地或者可比较地构造。在该情况下，凸轮在上止点区域中的曲率半径至少近似地相同于滚子的半径地设计，使得生成一有利的适配。此外，在此有利的是，滚子的半径和凸轮在滚动面的部位上的曲率半径相互偏离小于5％，滚子在泵组件的上止点中贴靠该部位。
附图说明
本发明优选的实施例在下面的说明书中根据附图详细地解释，在附图中相应的元件设有一致的附图标记。附图示出：
图1相应于本发明的一实施例的、以一示意性轴向的剖视图的高压泵，
图2沿着用II表示的剖线的、穿过在图1中示出的高压泵的概要的剖视图。
具体实施方式
图1示出相应于本发明的第一实施例的、以一示意性轴向的剖视图的高压泵1。该高压泵1可尤其用作为用于压缩空气的、自动点火的内燃机的燃料喷射装置的径向柱塞泵或者曲轴式柱塞泵。该高压泵1特别适合于具有在高压下储存柴油燃料的共轨的燃料喷射装置。然而根据本发明的高压泵1也适合用于其他应用情况。
该高压泵1具有一多件式的壳体2。在该实施例中，壳体2由壳体部分3、4、5组成，其中，壳体部分3表示基体，壳体部分4表示缸盖并且壳体部分5表示固定在基体3上的法兰。
该高压泵1具有一驱动轴6，该驱动轴支承在壳体部分3、5中的支承部位7、8上。该驱动轴6在支承部位7、8之间具有一凸轮9。该凸轮9在该实施例中构造为两路凸轮或多路凸轮。该凸轮9也可构造为单路凸轮或另一多路凸轮。
高压泵1的壳体部分3具有一导向孔12，在该导向孔中设置一泵组件13。该凸轮9配置给该泵组件13。视高压泵1的构型而定，也可以设有相 应于泵组件13的多个泵组件。这些泵组件可以配置给凸轮9或相应于凸轮9的另一凸轮。由此视构型而定可实现径向柱塞泵或曲轴式柱塞泵。
该构造为缸盖的壳体部分4具有一凸起部14。该凸起部14延伸到导向孔12中。该凸起部14具有一缸孔15，一活塞16在该缸孔中在导向孔12的轴线17的方向上可移动地导向，如通过双箭头18图示的一样。该活塞16在缸孔15中限定一泵工作室19。一燃料管道21通到泵工作室20中，在该燃料管道中设置一入口阀22。燃料通过一设置壳体部分4上的入口阀20可从燃料管道21流入到泵工作室19中。此外，在该壳体部分4上设有一排出阀22，通过该排出阀处于高压下的燃料可从泵工作室19输送至燃料管道13。该燃料管道13例如与一共轨连接，以便将处于高压下的燃料输送至该共轨。
该泵组件13具有一滚子25，该滚子被滚子座26接收。在此，该滚子座26安装在一基本空心圆柱形的槌体27中。此外，槌体27与一盘状的携动元件28连接，该携动元件在活塞16的凸缘29上方包围活塞16。由此，活塞16通过其凸缘29与滚子座26保持贴靠。此外，设有一活塞弹簧30，该活塞弹簧作用在槌体27和/或携动元件28上并且因此与活塞16一起以一定的弹簧力朝着滚子25加载槌体27。由此，带有其凸缘29的泵活塞16、滚子座26、滚子25和凸轮9的滚动面10分别相互贴靠，其中，即使在高压泵1高转速的情况下确保这相互的贴靠。
由此在高压泵1运行时实现该通过双箭头18图示的活塞16的往复运动，使得实现将处于高压下的燃料输送至共轨。在为了将燃料通过燃料管道输送至共轨的、活塞16的泵行程期间，一相对大的泵力F(图2)通过滚子座26作用在滚子25上。在此，该滚子25支撑在滚动面10上。
在高压泵1运行时，驱动轴6绕着轴线31旋转。此外，滚子25在凸轮9的滚动面10上滚动。在此，滚子25的旋转轴线32至少近似平行于驱动轴6的轴线31旋转。滚子25具有一滚动表面35。该滚子25以其滚动表面35在运行时在凸轮9的滚动面10上滚动。
该实施例的高压泵1在下面也参考图2进一步详细地描述。
图2示出沿着标有II的剖线的、穿过在图1中示出的高压泵1的概要的剖视图。在此，图2示出一种情况，在该情况中达到泵组件13的上止点。 在此，该滚子25以其滚动表面35贴靠凸轮9的滚动面10的一部位36。在该部位中或者在该部位的区域中出现滚子25的以及凸轮9的最高应力。在此，达到泵组件13的活塞16的最大输送行程，使得在泵工作室19中存在最大的、由高压泵1产生的压力。这在一相应大的力F时发生。
滚子25和凸轮9可以由硬化的高强度的工具钢制成。在此，滚子25的几何结构的构型和滚子材料以及凸轮的几何结构的构型和凸轮9的凸轮材料被如此地选择，使得滚子25的滚动受力性和在凸轮9的滚动面10上的、凸轮9的滚动受力性被至少近似相同大小地预给定。在该实施例中，特别是在滚动面10的部位36上的、凸轮9的滚动受力性是重要的，因为这里出现凸轮9的最大滚动应力。由于凸轮9作为双路凸轮9的构型，也在凸轮9的滚动面10的另一部位37上出现相应大的滚动应力。在此，该部位37关于驱动轴6的轴线31相对于滚动面10上的部位36对置地设置。
滚子35至少近似圆柱形地构造。该滚子25关于其滚动表面35具有一半径38。此外，凸轮9关于其滚动面10具有一外周变化的曲率半径。因为在部位36、37的区域中出现凸轮9的最高滚动应力，所以在部位36上的曲率半径39是重要的，在该部位36上滚子25在泵组件13上止点中贴靠滚动面10。在此，对于部位37产生一相应的曲率半径40，该曲率半径与曲率半径39相同。
视高压泵1的构型而定，滚子25的半径38可相同、小于或者也大于凸轮9的曲率半径39。
在泵组件13的上止点中的、凸轮9在图1中示出的部位中，在凸轮9的滚动面10以及滚子25的滚动表面35上的赫兹式挤压对于两个构件9、25是相同大小的。该赫兹式的挤压为了可靠的运行必须小于构件滚子25和凸轮9的屈服极限。因为在运行时高动态地发生应力，所以在可靠运行方面滚子25的疲劳和/或凸轮9的疲劳是重要的。滚子25和凸轮9的增大的应力在滚动表面35或者滚动面10之下具有其最大值。此外，该增大的负荷和滚子25的应力、几何结构、尤其半径38和在部位36、37上的曲率半径39、40和滚子25或凸轮9的弹性模量有关。为了在高压泵1的寿命期间可靠的运行，增大的应力应不超过为构件25、9应用的材料或者这些材料的允许的滚动强度。在此，该增大的应力作用越强烈，滚子25的半径 38或者凸轮9的曲率半径39就越小。由此构件25、29被更强烈地加载，该构件具有更小的半径38或者曲率半径39。
以有利的方式，用于两个构件9、25的重要的临界应力被设计重要地相对于允许的滚动应力相同。对于可行的设计的例子在下面进一步描述。
如果滚子25的半径38被设定小于凸轮9的曲率半径39，那么滚子材料的弹性模量以有利的方式小于凸轮材料的弹性模量，滚子25至少在其滚动表面35的区域中由滚子材料构成，凸轮9至少在其滚动面10的区域中由凸轮材料构成。在这种情况下，滚子也可至少具有一个孔41。这样的一个孔41尤其在其滚动表面35上实现滚子25的刚性减小。该孔41优选成型为轴向的或者同轴的孔41。在该实施例中，孔41构造为轴向的孔，该轴向的孔沿着滚子25的旋转轴线32延伸。该孔41在该实施例中构造为通孔41。该孔41从滚子25的一侧42延伸直至滚子25的另一侧43，该另一侧与该侧42背离。
在滚子25的半径38小于凸轮9在滚动面10的部位36上的曲率半径39的情况下，也有利的是，滚子25在其滚动表面35上的残余压应力升高。在此，滚子25在其滚动表面35的区域中被加工。特别可对滚动表面35表面硬化、对滚动表面35喷丸清理、对滚动表面35滚压、对滚动表面35渗氮或者也可对滚动表面35氮碳共渗。由此滚子25的、尤其滚子25的滚动表面35的滚动强度通过在滚动表面35上施加残余压应力而提升。
在滚子25的半径38大于凸轮9的曲率半径39的情况下，有利的是，滚子材料的弹性模量大于凸轮材料的弹性模量，滚子25由滚子材料构成，凸轮9至少在其滚动面10上由凸轮材料构成。由此可负荷补偿，以便获得既用于滚子25又用于凸轮9的、相同的或者至少可比较的负荷。也可对凸轮9加工尤其表面加工。这可相应于滚子25的滚动表面35的表面加工而实施。
在滚子25的半径38和凸轮9在滚动面10的部位36上的曲率半径39至少近似相同大小的情况下，有利的是，滚子25的滚子材料和凸轮9的凸轮材料分别具有至少近似相同大小的弹性模量、至少近似相同大小的滚动强度和/或至少近似相同大小的横向延伸系数。由此在部位36、37的区域中对于滚子25和凸轮9可实现由可比较的或者相同的材料制成可比较的几 何结构和一配对件。由此可获得相同的或者至少可比较的应力。
在此，滚子25的半径38和凸轮9的曲率半径39的差别优选小于5％。
本发明不局限于所描述的实施例。

Claims (13)

1.高压泵(1)，具有至少一个泵组件(13)和一驱动轴(6)，该驱动轴具有至少一个配置给所述泵组件(13)的凸轮(9)，其中，所述泵组件(13)具有一滚子(25)，该滚子具有一滚动表面(35)，并且其中，所述滚子(25)设置在所述凸轮(9)的滚动面(10)上，其特征在于，所述滚子(25)的在所述滚子(25)的所述滚动表面(35)上的滚动强度和所述凸轮(9)的在所述凸轮(9)的所述滚动面(10)上的滚动强度被至少近似相同大小地预给定。
2.根据权利要求1所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的半径(38)小于所述凸轮(9)在所述滚动面(10)的一这样的部位(36)上的曲率半径(39)：所述滚子(25)在所述泵组件(13)的上止点中贴靠该部位，并且，滚子材料的弹性模量小于凸轮材料的弹性模量，所述滚子(25)至少在其滚动表面(35)上由该滚子材料构成，所述凸轮(9)至少在其滚动面(10)上由该凸轮材料构成。
3.根据权利要求1所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的半径(38)小于所述凸轮(9)在所述滚动面(10)的一这样的部位(36)上的曲率半径(39)：所述滚子(25)在所述泵组件(13)的上止点中贴靠该部位，并且，所述滚子(25)具有至少一个孔(41)，该至少一个孔至少部分地在所述滚子(25)的旋转轴线(32)的方向上延伸。
4.根据权利要求3所述的高压泵，其特征在于，所述孔(41)关于所述滚子(25)的所述旋转轴线(32)而言基本上构造为轴向的孔(41)，和/或，该孔(41)构造为通孔(41)并且该通孔从所述滚子(25)的一侧(42)延伸至所述滚子(25)的另一侧(43)。
5.根据权利要求1至3之一所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的半径小于所述凸轮(9)在所述滚动面(10)的一这样的部位(36)上的 曲率半径(39)：所述滚子(25)在所述泵组件(13)的上止点中贴靠该部位，并且，至少所述滚子(25)在其滚动表面(35)上的残余压应力升高。
6.根据权利要求5所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的滚动表面(35)被表面硬化。
7.根据权利要求1所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的半径(38)大于所述凸轮(9)在所述滚动面(10)的一这样的部位上的曲率半径(39)：所述滚子(25)在所述泵组件(13)的上止点中贴靠该部位，并且，滚子材料的弹性模量大于凸轮材料的弹性模量，所述滚子(25)至少在其滚动表面(35)上由滚子材料构成，所述凸轮(9)至少在其滚动面(10)上由该凸轮材料构成。
8.根据权利要求7所述的高压泵，其特征在于，至少所述凸轮(9)在其滚动面(10)上的残余压应力升高。
9.根据权利要求1所述的高压泵，其特征在于，滚子材料的弹性模量和/或横向延伸系数和凸轮材料的弹性模量和/或横向延伸系数被分别至少近似相同大小地预给定并且所述滚子(25)的半径(38)和所述凸轮(9)在所述滚动面(10)的一这样的部位(36)的区域中的曲率半径(39)被至少近似相同大小地预给定：所述滚子(25)在所述泵组件(13)的上止点中贴靠该部位，所述滚子(25)至少在其滚动表面(35)上由该滚子材料构成，所述凸轮(9)至少在其滚动面(10)上由该凸轮材料构成。
10.根据权利要求9所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的半径(38)和所述凸轮(9)在所述滚动面(10)的所述部位(36)上的曲率半径(39)相互偏差小于5％，所述滚子(25)在所述泵组件(13)的上止点中贴靠该部位。
11.根据权利要求1至3之一所述的高压泵，其特征在于，所述高压泵(1)是用于压缩空气的自点火式内燃机的燃料喷射装置的径向柱塞泵或者曲轴式柱塞泵。
12.根据权利要求4所述的高压泵，其特征在于，所述孔(41)关于所述滚子(25)的所述旋转轴线(32)而言基本上构造为同轴的孔(41)。
13.根据权利要求5所述的高压泵，其特征在于，所述滚子(25)的滚动表面(35)被喷丸清理或滚压或渗氮或氮碳共渗。
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