CN103339376A - 高压泵和用于高压泵的驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射设备的高压泵，包括至少一个泵活塞，在往复运动中在大致径向方向上，所述泵活塞经由配置在所述驱动轴上的凸轮和配置在所述泵活塞上的挺杆组件，由驱动轴围绕旋转轴线的旋转驱动朝向驱动轴的旋转轴线，其中所述挺杆组件包括滚子，滚子的滚子外壳面与凸轮的工作面接触，其中所述凸轮的工作面和/或滚子外壳面至少部分地设有包括合成橡胶的涂层。本发明还涉及一种用于高压泵的驱动机构，包括驱动轴，所述驱动轴具有至少一个凸轮和配置在滚子支座中的滚子，其中，滚子的滚子外壳面与凸轮的工作面滚动接触，其中，所述凸轮的工作面和/或滚子的滚子外壳面至少部分地设有包括合成橡胶的涂层。

Description

高压泵和用于高压泵的驱动机构

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、用于内燃机的燃料喷射设备的高压泵以及一种根据权利要求10的前序部分的、用于高压泵的驱动机构。

背景技术

为了在燃料喷射系统，例如共轨系统中对燃料施加高压，另外具有径向活塞的高压泵安装有一个或多个泵活塞，它们由驱动轴间接或者通过凸轮或者偏心轮做往复运动，以便执行进气冲程和压缩冲程。在进气冲程过程中，燃料被吸入到高压泵的泵工作空间，并且在压缩冲程过程中，压缩吸入的燃料并且发送给共轨系统的高压存储器。

在已知的高压泵中，通常滚子凸轮驱动装置安装有布置在滚子支座中的滚子。

例如在DE102008043429A1中描述了一种具有凸轮轴驱动机构的径向活塞泵。在该申请中，驱动轴可转动地安置在泵壳体中。所述驱动轴在两个轴衬之间凸轮之间具有凸轮工作面，所述凸轮工作面驱动泵活塞做往复运动。所述泵活塞在泵壳体中在径向方向上被可移动地引导向使驱动轴移动的圆柱孔的旋转轴线并且利用活塞根部通过一个在滚子支座中可转动地安置的滚子支承在所述凸轮工作面上。所述滚子支座又插入到挺杆本体中，所述挺杆本体在所述泵壳体的挺杆导向孔中被往复直线运动地引导并且围绕它的纵轴可自由转动地安置。压缩弹簧通过挺杆本体和滚子支座将滚子推压向所述驱动轴，由此所述滚子保持紧贴在所述凸轮工作面上。

然而，柴油共轨技术中常常更高的压力才使尤其高效率的高压泵的驱动机构受到关于疲劳或磨损。上述驱动机构由凸轮或驱动轴，滚子和滚子支座组成，在这里遭受不同的摩擦负荷。

典型地，所述凸轮和滚子分别用非常硬的钢制造，其中，在所述凸轮和滚子之间的材料构成润滑膜形式的中间层。驱动机构理想运行的条件是总是凸轮和滚子之间存在更小的，然而不太大的润滑膜。因为所述滚子本身在滚子支座中被引导在滑动轴承中，所谓滚子和凸轮之间的“粘着”克服滑动阻力必须是充分足够的，以便保持直立地持续转动。提供持续转动以使所述润滑膜同样持续地产生在滚动部件之间，所述润滑膜是克服直接金属-金属接触的防护层，直接金属-金属接触可能导致例如粘附损伤形式的磨损。然而，如果所述润滑膜-防护层太大，因缺乏粘着，不再能确保滚动运动。这导致所述滚子的静止状态（“滑水效应”），又使所述润滑膜因缺乏滚动运动而突然减小并且导致所述滚子被击入到凸轮轴上，具有后来的粘附磨损。问题是尤其燃料更差的质量。在这里可能发生，所述润滑膜不是环形地形成而导致增加金属-金属接触状态，最终导致驱动机构被磨损和出故障。

对高压和燃料温度增加的要求和标有润滑差或者低粘度材料的使用因而要求优化现存系统。

为了避免高压泵因缺少润滑剂供给而损坏，从现有技术已知，驱动机构滚动接触上的接触面例如经过如渗氮的表面处理或者接触面覆盖有涂层。

在DE10348140A1中描述了一种用于在燃料喷射系统中产生高压燃料的径向活塞泵，所述径向活塞泵具有多角形转子，它的滑动面至少部分地设有用可延展的或粘弹的材料制成的表面衬层。作为优选的涂层材料，在这里使用钼、钨、金属陶瓷或这些材料的合金。

具有上述材料的涂层阻止甚至因为它的延展性，因为材料脆性而在滑动面上形成所谓点蚀。然而由此没有得到所述凸轮和滚子的可靠滚动的额定功率以保证滚动接触必需的润滑膜。

因而，值得向往的是提供一种具有驱动机构的高压泵，在这种驱动机构中，保证所述滚子和凸轮之间的滚动接触区域持续粘着和因而持续转动，以便减小驱动机构的磨损和材料疲劳。

发明内容

根据本发明，提供一种用于内燃机燃料喷射设备的高压泵，它具有至少一个泵活塞，所述泵活塞通过驱动轴围绕旋转轴线通过至少一个布置在驱动轴上的凸轮和在所述泵活塞上布置的挺杆组件在往复直线运动中在基本上径向方向上被驱动向所述驱动轴的旋转轴线，其中，所述挺杆组件具有一个滚子，所述滚子具有与凸轮接触的滚子外壳面，其中，所述凸轮在它的工作面和/或滚子外壳面至少部分地设有一个具有合成橡胶的层。通过在凸轮的滚动面上或在滚子外壳面上设置合成橡胶，明显改善了所述滚子和凸轮之间的滚动接触，施加在所述凸轮上的力是大约8000N。它是一个优化的运行，在其中，滚子本体在凸轮上滚子具有小的打滑。所述涂层具有高的粘附力，这表明它处于可靠地驱动滚子的情形并且它还具有这样的优点，即所述涂层通常只弹性变形，因而恢复它的初始形式并因此允许通过塑性变形而没有直接磨损。驱动机构中的粘附磨损和所述高压泵过早出故障通过根据本发明的结构有效地避免。特别是在燃料临界标记中或在高负荷时，滚动接触区域中的合成橡胶层是尤其有益的。

根据一个优选实施例，所述涂层设置在所述凸轮的高曲率处。所述凸轮的高曲率处是驱动机构中高负荷点，在这些高负荷点上，所述滚子的打滑可能引起巨大的破坏。尤其是在这个区域中的层对阻止这些可能的破坏是有效的。

根据另一优选实施例，在所述层和凸轮的滚动面之间布置至少一个增附剂层。

根据另一优选实施例，所述涂层包括下组材料中的至少一种：硅橡胶、硅树脂、树胶、橡胶或胶乳。在选择合适的材料时重要的是，它是燃料稳定性、灵活性和高粘附的。所述涂层也能够使用含硅树脂、含树胶、含橡胶、含胶乳或者其他弹性材料，这些材料通常处于液态、固态或气态形式。

优选地，所述合成橡胶，尤其是树胶和橡胶，掺入至少一种添加剂和/或至少一种填料。优选地，所述填料是热解硅酸、射入的硅酸或炭黑。在一种优选实施例中，所述添加剂优选包括金刚石、石英或炭黑。优选地，所述硅橡胶作为添加剂掺入交联化学试剂，尤其是过氧化物或白金三元催化剂。

根据另一优选实施例，软化剂，尤其是硅聚合物基软化剂，被掺入所述合成橡胶。

优选地，用于改善膨胀性能和抗裂能力的添加物质，尤其是硅酸，与所述涂层混合。特别优选地，在含硅树脂材料时加入硅酸。

还优选地，当以重量百分比混合硅酸时，硅酸占比在1重量%（重量百分比）和30重量%之间，尤其是在5重量%和15重量%之间。

根据一个优选实施例，所述合成橡胶是无色的，并且它的密度在1.05至1.14g/cm³的范围内，硬度在20至55肖氏硬度的范围内，抗断强度在6.0至12.0N/mm²的范围内，断裂伸长率在500至1300%的范围内，继续抗断阻力在15至30N/mm的范围内，回弹弹性在50至70%的范围内和压力变形阻力（22h/175℃）在10至30%的范围内。

根据又一优选实施例，至少部分涂层通过浸入，接着干燥和聚合来制成。

根据另一优选实施例，至少部分涂层借助喷射铸造，蒸镀或者滚边施加到所述凸轮的工作面上和/或滚子外壳面上。

此外，特别优选地，所述涂层的层厚位于50nm至5μm的范围内，尤其是在2μm至3μm的范围内。

根据本发明还提供了一种用于高压泵的驱动机构，所述高压泵具有设有至少一个凸轮的驱动轴和布置在滚子支座中的滚子，其中，所述滚子的滚子外壳面与所述凸轮的工作面滚动接触，其中，所述凸轮的工作面和/或滚子的滚子外壳面至少部分地设有用合成橡胶制成的涂层。根据本发明的驱动机构通过优化弹性层而不具有粘附磨损，并因而也在使用低粘度或润滑差的燃料时，不引起所述高压泵的过早出故障。

附图说明

下面将参考附图，更详细地描述本发明的实施例。附图示出：

图1根据现有技术的高压泵的截面；

图2根据现有技术的驱动机构的示意性部分剖切的侧视图；和

图3A，3B分别示出根据本发明一个实施例的凸轮。

具体实施方式

在图1中示出根据现有技术的、用于内燃机的燃料喷射系统的高压泵1的截面。这里示出的高压泵1是径向活塞泵，并且使用在共轨系统中。

根据现有技术的高压泵1具有壳体2，在壳体2中布置旋转驱动的驱动轴3，驱动轴3构造为凸轮轴。高压泵1具有至少一个或多个布置在每个缸盖8中的泵元件4，泵元件4各具有一个泵活塞5，泵活塞5通过驱动轴3的凸轮6在相对驱动轴3的旋转轴线7的至少近似径向方向上被间接驱动做往复运动。泵活塞5在缸孔9中在缸盖8的轴段10可密封移动地被导向，并且用它的背离驱动轴3的端侧在缸孔9中界定泵工作空间11。弹簧12围绕轴段10布置。

泵工作空间11通过在壳体2中偏移的燃料入口通道（未示出）而与燃料入口，例如输送泵，相连接。在燃料入口通道的通到泵工作空间11中的出口上布置敞开到泵工作空间11中的进气阀13。泵工作空间11还通过在缸盖8中移动的燃料出口通道14而与出口连接，出口例如与高压泵存储器15连接。一个或多个布置在内燃机气缸上的喷射器16与高压存储器15连接，通过喷射器16，燃料喷射到内燃机的气缸中。从泵工作空间11敞开的排气阀17布置在燃料出口通道14通到泵工作空间11中的出口上。

挺杆组件24配置给泵元件4，泵活塞5通过挺杆组件24支承在驱动轴3的凸轮6上。挺杆组件24包括中空圆筒形挺杆本体18，挺杆本体18在孔19中被可移动地导向。在它的背离泵工作空间11的端部上，泵活塞5具有活塞根部20。

挺杆组件24和泵活塞5通过预加载的弹簧12向内推压驱动轴3的凸轮6。弹簧12构造为环绕泵活塞5并且伸入到挺杆本体18中的螺旋压缩弹簧。弹簧12一侧支承在缸盖8上，另一侧支承在弹簧挡板21上。弹簧挡板21与泵活塞5连接并且紧贴在活塞环岸（这里未详细示出）的背离滚子支座22的侧上。弹簧12因此通过弹簧挡板21不仅作用到泵活塞5上，而且作用到挺杆本体18上，以便如上所述，弹簧12推压驱动轴3的凸轮6。滚子支座22从面向驱动轴3的侧插入到挺杆本体18中。在滚子支座22中，圆筒形的滚子23可转动地安置在滚子支座22的面向驱动轴3的凸轮6上的圆筒截面形的凹口中。

在驱动轴3围绕旋转轴线7旋转时，旋转运动因此通过凸轮6和挺杆组件传递到泵活塞5上，以使泵活塞5上下运动，由此相应地执行用于将燃料输送到泵元件4中的进气冲程和用于压缩输送到泵元件4中的燃料的压缩冲程。压缩的或施压的燃料然后通过排气阀17输送给高压存储器15。

图2是根据现有技术的驱动机构25的示意性部分剖切的侧视图，驱动机构25包括布置在驱动轴3上的凸轮6和安置在滚子支座22中的滚子23，凸轮6具有工作面27，滚子23具有滚子外壳面26。凸轮6和滚子23都是用硬钢制造的。如果凸轮6通过驱动轴3围绕它的旋转轴线3旋转，在滚动外壳面26和凸轮6的工作面27之间的滚子接触28上用燃料构成润滑层，然而在缺少滚动运动时，润滑层可能突然减小，这导致滚子23击入到凸轮6上。这种危险同样在使用低粘度或劣质燃料的情形下存在。

图3A和3B分别示出根据一个实施例的凸轮6，凸轮6用硬钢制造。在图3A中所示的实施例中，凸轮6在它的工作面27上设有涂层29，涂层29覆盖全部工作面27。涂层29是橡胶类的、燃料稳定的、灵活的和高粘附的层，该层用硅酸占10重量%的硅橡胶制成。替代地，涂层29也能够用其它弹性材料构成，例如硅树脂、树胶、橡胶或胶乳或者含硅树脂的、含树胶的、含胶乳的或者含橡胶的物质，使用或者不使用硅酸添加剂。涂层29具有高的粘附力并且因此驱动滚子23（参见图2）。因为涂层29是用合成橡胶制成的，它具有的优点是它弹性变形并且恢复它的初始形状，其中，通过塑性变形，不发生直接磨损。在凸轮6的表面或者工作面27和涂层29之间能够附加地布置一个或多个增附剂层。涂层28借助浸入和接着干燥和聚合所述合成橡胶而施加到凸轮6上。然而，替代地，喷射铸造、蒸镀或滚边也是可能的。所述涂层能够在真空或正常压下涂敷。按照涂层方法，退火是必需的。然而，替代地或者依赖于所使用的材料，所述合成橡胶的聚合也在室温下进行。无机或有机物质的添加剂能够促进聚合。涂层28的层厚在本实施例中为5μm。然而，更厚或更薄的层厚同样是可能的。在图3B示出的实施例不同于图3A中示出的实施例之处在于，涂层28仅仅是部分地施加的，即只施加在凸轮6的工作面27的高曲率区域30中。

借助本发明的结构，有效地提供一种用于高压泵1的驱动机构25，其中有效地避免粘附磨损，又阻止高压泵1的过早出故障。

Claims (10)

1.用于内燃机燃料喷射设备的高压泵（1），具有至少一个泵活塞（5），所述泵活塞（5）因驱动轴（3）围绕旋转轴线（7）的旋转而通过布置在所述驱动轴（3）上的凸轮（6）和布置在所述泵活塞（5）上的挺杆组件（24）在相对所述驱动轴（3）的旋转轴线（7）的大致径向方向上被驱动做往复运动，其中，所述挺杆组件（24）具有滚子（23），所述滚子具有滚子外壳面（26），所述滚子外壳面（26）与所述凸轮（6）的工作面（27）接触，

其特征在于，

所述凸轮（6）在它的工作面（27）上和/或所述滚子外壳面（26）至少部分地设有涂层（29），所述涂层（29）具有合成橡胶。

2.根据权利要求1所述的高压泵（1），其特征在于，所述涂层（29）设置在所述凸轮（6）的高曲率处（30）上。

3.根据权利要求1或2所述的高压泵（1），其特征在于，至少一个增附剂层布置在所述涂层（29）和所述凸轮（6）的工作面（27）之间。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的高压泵（1），其特征在于，所述涂层（29）包括由硅橡胶、硅树脂、树胶、橡胶或胶乳组成的组中的至少一种材料。

5.根据权利要求4所述的高压泵（1），其特征在于，所述涂层（29）与用于改进膨胀性能与抗裂能力的添加物质混合，尤其是硅酸。

6.根据权利要求5所述的高压泵（1），其特征在于，添加物质是硅酸，其中，硅酸以位于1重量%和30重量%之间，尤其是5重量%和15重量%之间的重量百分比混合。

7.根据权利要求1至6中任意一项或多项所述的高压泵（1），其特征在于，所述涂层（9）通过浸入，接着干燥和聚合来制成。

8.根据权利要求1至6中任意一项或多项所述的高压泵（1），其特征在于，所述涂层（29）借助喷射铸造、蒸镀或滚压，施加到所述凸轮（6）的工作面（27）和/或滚子外壳面（26）上。

9.根据权利要求1至8中任意一项或多项所述的高压泵（1），其特征在于，所述涂层（29）具有在50nm至5μm之间范围内，尤其是2μm至3μm范围内的层厚。

10.用于高压泵（1）的驱动机构（25），所述驱动机构（25）具有驱动轴（3）和滚子（23），其中，所述驱动轴（3）设有至少一个凸轮（6）和所述滚子（23）布置在滚子支座（22）中，其中，所述滚子（23）的滚子外壳面（26）与所述凸轮（6）的工作面（27）滚子接触，其特征在于，

所述凸轮（6）的工作面和/或所述滚子（23）的滚子外壳面（26）至少部分地设有涂层（29），所述涂层（29）具有合成橡胶。

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