CN104033563A - 机械推杆 - Google Patents

Abstract

机械推杆通常包括内提升构件、外提升构件和滚子。内提升构件至少部分地由金属材料制成。外提升构件至少部分地由聚合材料制成，且围绕内提升构件。滚子相对于内提升构件可旋转地联接，且部分地设置在内提升构件内。内提升构件构造为响应于由第二部件施加到滚子的力而移动第一部件。

Description

机械推杆

技术领域

本公开涉及一种轻质机械推杆，其构造为移动比如燃料泵或气门机构部件这样的部件。

背景技术

机械推杆可用来驱动或移动部件，比如燃料泵或气门机构部件。例如，在传统的燃料泵中，机械推杆可以响应于发动机部件（比如凸轮轴）施加的力而移动活塞或柱塞。

发明内容

本公开涉及一种机械推杆，其可以用来移动部件，比如燃料泵或气门机构部件。在实施例中，机械推杆通常包括内提升构件、外提升构件和滚子。内提升构件至少部分地由金属材料制成。外提升构件至少部分地由聚合材料制成，且围绕内提升构件。滚子相对于内提升构件旋转地联接，且部分地设置在内提升构件内。内提升构件构造为响应于由第二部件施加到滚子的力而移动第一部件。

在本发明的一个方面中，该机械推杆具有在大约68克至大约72克之间的质量。例如，机械推杆可具有大约70克的质量。

在本发明的一个方面中，外提升构件模制在内提升构件上。形成外提升构件的聚合材料可包括聚酰胺。所述聚合材料还可包括玻璃填充的聚酰胺。例如，聚合材料可包括诸如30%玻璃填充的聚酰胺的玻璃填充的聚酰胺。

在本发明的一个方面中，内提升构件包括内构件本体，其具有外表面。外提升构件可结合到内构件本体的外表面。

在本发明的一个方面中，外提升构件包括外提升本体和从外提升本体向外延伸的突出部。所述突出部成形为和定尺寸为可滑动地接收在壳体的沟槽内，以便抑制机械推杆相对于壳体的旋转。突出部可与外提升本体一体形成。

本公开还涉及车辆，比如汽车。在实施例中，车辆通常包括发动机和燃料泵组件，所述发动机构造为供应功率至车辆，所述燃料泵组件与发动机流体连通，以便将燃料供应到发动机。发动机包括发动机部件，比如凸轮部分，其构造为将力施加到燃料泵组件的一部分。车辆进一步包括壳体。燃料泵组件包括泵本体，该泵本体附连到壳体。泵本体限定泵孔，所述泵孔限定冲程轴线。燃料泵组件进一步包括柱塞，该柱塞至少部分地设置在泵孔中。柱塞操作地联接到泵本体。这样，柱塞构造为相对于泵孔沿冲程轴线运动。燃料泵组件包括机械推杆，该机械推杆设置在壳体内。机械推杆操作地联接到柱塞。因此，柱塞构造为，当机械推杆相对于壳体运动时，相对于泵孔沿冲程轴线运动。机械推杆总体地包括内提升构件、外提升构件和滚子。内提升构件至少部分地设置在外提升构件内。外提升构件由聚合材料制成，且模制在内提升构件上。机械推杆进一步包括滚子，该滚子相对于内提升构件旋转地联接。滚子部分地设置在内提升构件内。发动机部件构造为将力施加到滚子，以便相对于壳体沿冲程轴线移动机械推杆。

在本发明的一个方面中，内提升构件可由金属材料制成

在本发明的一个方面中，该机械推杆具有在大约68克至大约72克之间的质量。例如，机械推杆可具有大约70克的质量。

在本发明的一个方面中，聚合材料包括聚酰胺。聚酰胺可以是聚己二酰己二胺（polyhexamethylneadipamide）、聚-6-己内酰胺（poly-6-caprolactam）或其组合。聚酰胺可以嵌有玻璃纤维。

在本发明的一个方面中，壳体具有内壳体表面和延伸进入内壳体表面的沟槽。外提升构件包括外提升本体和从外提升本体延伸的突出部。所述突出部成形为和定尺寸为可滑动地接收在所述沟槽内，以便抑制机械推杆绕冲程轴线的旋转。

本公开还涉及制造机械推杆的方法。在一实施例中，所述方法包括将聚合物的外提升构件模制在内提升构件上，以便将聚合物的外提升构件结合或联接到内提升附件，其中内提升构件包括金属的内构件本体和滚子，所述滚子联接在内构件本体内。该滚子构造为相对于内构件本体旋转。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如所附的权利要求中定义的本发明的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是车辆的示意图，所述车辆包括内燃发动机和根据本发明的实施例的燃料泵组件；

图2是包括机械推杆的典型燃料泵组件的透视图；

图3是图2中所示的燃料泵组件沿图2的剖面线3-3截取的透视截面图；

图4是图2中所示的燃料泵组件的机械推杆的放大透视图；

图5是图4中所示的机械推杆沿图4的剖面线5-5截取的透视截面图；和

图6是图4中所示的机械推杆沿图4的剖面线6-6截取的透视截面图。

具体实施方式

参考附图，相同的附图标记在若干幅视图中对应于相同或相似的部件，从图1开始，车辆10包括与变速器14驱动连接的发动机12。变速器14包括输入构件13和输出构件20，所述输入构件构造为接收来自发动机12的功率，所述输出构件构造为连接到多个轮（未示出）。发动机12可构造为火花点火直喷式（SIDI）发动机、柴油发动机、或利用高压力供应的可燃燃料的其他发动机，所述发动机的操作被本领域技术人员已知。

车辆10包括低压力燃料供应源、储存器、或油箱15，其容纳一定量的低压力可燃燃料19L，其中在各视图中字母“L”表示相对低的压力。在图1中也标记有“L”以表示低压力的供应泵22定位在油箱15内，且可操作用于将燃料19L加压到大约4至6bar，或达到足以令燃料19L从油箱15运动到高压力（HP）燃料泵组件24的任何其他的压力水平，其中用在各视图中的字母“H”表示高压力。低压力燃料管线11L，比如管道、管子或其他这样的流体导管连接在供应泵22和HP燃料泵组件24之间，以允许燃料19L在其之间经过或流过。

在一个实施例中HP燃料泵组件24可操作用于快速地将燃料19L加压到至少大约150至200bar（尽管在本发明的范围内可使用更低的压力），且用于将被加压的燃料19H通过高压力燃料管线11H输送到燃料轨道16，并最终到燃料输送装置，比如多个燃料喷射器16A。被加压的燃料19H被经由燃料喷射器16A直接喷射进入发动机12的各个燃烧室（未示出），其中燃料轨道16具有至少一个压力传感器18，所述压力传感器操作地连接到燃料轨道且构造用于在燃料轨道16处或燃料轨道附近感测燃料压力。电子控制单元或控制器（未示出）与发动机12、燃料轨道16、供应泵22、和HP燃料泵组件24电连接。操作中，这样的控制器实现各种燃料输送部件的控制和/或同步。

现在参考图2，燃料泵组件24能够加压燃料19L，并将被加压的燃料19H输送到燃料轨道16。为此，燃料泵组件24包括套管或壳体28，以及附连到壳体28的泵本体26。壳体28可限定冲程轴线，且可由金属材料构成，比如铝、不锈钢或其他适当的材料。泵本体26限定泵孔37，所述泵孔沿冲程轴线S是细长的。由此，泵本体26也可以限定冲程轴线S。泵孔37也可以限定冲程轴线S。如下所述，燃料泵组件24可接收由发动机部件31（比如凸轮部分30）施加的力，以加压容纳在泵本体26内的流体，如下文更详细叙述的。发动机部件31还可称为第二部件。具体地，发动机12包括凸轮轴32，所述凸轮轴具有轴部分34和设置在凸轮轴32上的至少一个凸轮部分30。凸轮部分30包括一个或多个凸角36，且围绕轴部分34的圆周或横向尺寸设置。在所示实施例中，凸轮部分30包括四个凸角36，然而，凸轮部分30可具有更多或更少的凸角36。轴部分34构造为沿旋转方向L绕旋转轴线R旋转。然而，凸轮轴32可替代地构造为绕旋转轴线R沿与旋转方向L相反的方向旋转。

参考图3，燃料泵组件24进一步包括运动地联接到泵本体26的活塞或柱塞38。柱塞38至少部分地设置在泵孔37内，且构造为当凸轮轴32绕旋转轴线R（图2）旋转时相对于泵本体26沿冲程轴线S运动。具体地，柱塞38构造为当凸轮轴32绕旋转轴线R（图2）旋转时相对于泵孔37沿冲程轴线S运动。在所示实施例中，柱塞38同中心地联接到泵本体26。柱塞38的至少一部分设置在泵本体26内，且柱塞38的另一部分设置在由壳体28限定的腔室40内。柱塞38可称为第一部件。

柱塞38构造为当凸轮轴32绕旋转轴线R旋转时相对于泵孔26沿冲程轴线S运动。特别地，当轴部分34绕旋转轴线R旋转时，凸轮部分30将力施加到燃料泵组件24的一部分，以沿冲程轴线S以往复的方式驱动燃料泵组件的一部分，如下所述。具体地，柱塞38可相对于泵本体26沿箭头A所表示的第一方向运动，以限定进气冲程，从而允许低压力燃料19L（图1）进入泵本体26。随着凸轮轴32继续绕旋转轴线R旋转，凸轮部分30的一个凸角36最终将力施加到燃料泵组件24的一部分，由此沿箭头B表示的第二方向移动柱塞38。沿第二方向的这种运动（由箭头B表示）限定了压缩冲程或“上冲程”，其加压预先进入泵本体26的低压力燃料19L。

壳体28具有限定腔室40的内壳体表面42。腔室40可以为大致圆柱状，且构造为和定尺寸为接收柱塞38的至少一部分以及机械推杆44，如下文详细叙述的。除腔室40之外，壳体28进一步限定沟槽62或延伸进入内壳体表面42的任何其他合适的通道。因此，沟槽62通到腔室40。在所示实施例中，沟槽62沿大致平行于冲程轴线S的方向是细长的。然而，沟槽62可以沿相对于冲程轴线S的其他方向取向。如下文所讨论的，沟槽62成形为和定尺寸为接收机械推杆44的一部分，以引导机械推杆44穿过腔室40的运动。

机械推杆44可以是燃料泵组件24的一部分，且构造为响应于凸轮部分30所施加的力而沿箭头B表示的方向驱动柱塞38。特别地，机械推杆44成形为、定尺寸为和构造为至少部分地接收在腔室40内。操作中，当凸轮轴32绕旋转轴线R（图2）旋转时，机械推杆44可沿冲程轴线S运动或滑动穿过腔室40。弹簧46或任何其他合适的偏压构件连接在泵本体26和机械推杆44之间，以便沿箭头A表示的第一方向偏压机械推杆44。燃料泵组件24可包括联接在机械推杆44和弹簧46之间的垫圈48。弹簧46的第一端部50位于垫圈48上，而弹簧46的第二端部52邻接泵本体26的下端部表面54。弹簧46在泵本体26和机械推杆44之间的连接允许弹簧46沿箭头A表示的第一方向偏压机械推杆44。另一方面，机械推杆44构造为将力施加到柱塞38，以抵抗弹簧46的偏压而沿箭头B表示的第二方向相对于泵本体26运动柱塞38。

传统的机械推杆可整体由金属材料构成，比如不锈钢。因此，这些传统的机械推杆未必是轻质的，且其制造可能要求使用金属加工技术，比如机加工、研磨、切削等。另外，传统的机械推杆有时包括需要组装的多个金属部件。这些金属部件的组装通常需要采用若干种制造技术，比如切割和铆固（staking）。因此希望简化机械推杆的制造过程，并最小化其重量。为了最小化其重量并简化制造，机械推杆44可以部分地由聚合材料制成。

参考图4-6，机械推杆44可构造为凸轮从动件，并一般包括外提升构件56和部分地设置在外提升构件56内的内提升构件58。外提升构件56大致由适当的聚合材料构成，且具有大致圆柱形或环形的形状。因为其大致环形的形状，外提升构件56可围绕内提升构件58的至少一部分。聚合物的外提升构件56可模制在内提升构件58上。换句话说，聚合物的外提升构件56可包覆模制到内提升构件58。由此，外提升构件56可结合或粘附到内提升构件58。因此，聚合物的外提升构件56相对于内提升构件58被固定。可以采用适当的注射模制工艺将外提升构件56模制到内提升构件58上。重要的是用聚合材料制造外提升构件56，以便最小化机械推杆44的重量和成本。例如，传统的机械推杆通常具有大约79克的质量，而本机械推杆44具有范围在约68克至约72克之间的质量。在一个实施例中，机械推杆44具有大约70克的质量。重要的是，机械推杆44具有如上所述的质量，以便最小化制造成本，同时提供足够的结构完整性以最大化燃料泵组件24的使用寿命。聚合物的外提升构件56的使用还简化了机械推杆44的制造过程，因为其将采用金属加工技术（比如机加工、研磨和切削）的需求最小化。具有聚合物的外提升构件56的机械推杆44相比于完全金属的机械推杆还更具耐磨性。因此，使用聚合物的外提升构件56可延长机械推杆44的使用寿命。

如上所述，外提升构件56可由适用于燃料泵组件的聚合物材料制成。适当的聚合材料包括但不限于聚酰胺。例如，外提升构件56可部分地或完全由只是至少一种聚酰胺制成，比如聚-6-己内酰胺（也称为聚酰胺6或尼龙6）和聚己二酰己二胺（polyhexamethylneadipamide）（也称为聚酰胺6-6或尼龙6-6）。而且，外提升构件56的聚合材料可填充有或嵌有玻璃纤维，以提高其结构强度、抗冲击强度和刚性。例如，外提升构件56可部分地或完全由玻璃填充的聚合材料制成，比如玻璃填充的聚酰胺6或玻璃填充的聚酰胺6-6。在一个实施例中，外提升构件56由30%填充的聚酰胺6；20%玻璃填充的聚酰胺6；30%玻璃填充的聚酰胺6-6，20%聚酰胺或其组合构成。

特别地，30%玻璃填充的聚酰胺6-6非常强韧且因此耐磨。进一步地，希望使用30%玻璃填充的聚酰胺6-6，因为其具有耐油性。然而，其他适当的聚合耐磨材料也可以被用来构成外提升构件56。例如，外提升构件56可部分地或完全由在23℃下具有约65M至约85M之间的洛氏硬度（M标尺）的聚合材料制成。在一个实施例中，外提升构件56部分地或完全由在23℃下具有约76M的洛氏硬度（M标尺）的聚合材料制成。重要的是使得聚合物的外提升构件56具有上述硬度值，以在机械推杆44运动穿过壳体28的腔室40时最小化外提升构件56的磨损。而且，外提升构件56可部分地或全部由聚合材料构成，所述聚合材料能够在内燃发动机的典型操作温度下维持其结构完整性。例如，聚合材料应能够在约82.22摄氏度（华氏180°）至98.89摄氏度（华氏210°）之间的温度范围内维持其结构完整性。由此，外提升构件56的聚合材料可具有约200摄氏度（华氏392°）至约300摄氏度（华氏572°）之间的熔解温度。在一个实施例中，外提升构件56的聚合材料具有大约255摄氏度（华氏491°）的熔解温度。上述的熔解温度是重要的，因为，如果聚合物的外提升构件56具有上述熔解温度，则当发动机12正在操作时，外提升构件56更不可能融化或失去其结构完整性。

外提升构件56可构造为外壳或包封件，且可具有大致环形的形状。在所示实施例中，外提升构件56包括沿提升轴线X细长的外提升本体60。外提升本体60具有第一本体端部66和相对的第二本体端部68，所述第二本体端部沿提升轴线X从第一本体端部66间隔开。外提升本体60具有在第一本体端部66和第二本体端部68之间延伸的内本体表面70。内本体表面70限定外提升腔体72，所述外提升腔体构造为并定尺寸为接收内提升构件58。外提升本体60进一步包括与内本体表面70相对的外本体表面74。

另外，外提升构件56包括突出部64，该突出部64从外提升本体60沿向外的方向（即远离外提升腔体72）延伸。突出部64构造为、定尺寸为且成形为在操作中可滑动地接收在沟槽62（图3）中，以实现至少两个功能。首先，沟槽62和突出部64之间的相互作用用来引导机械推杆44相对于壳体28（图3）沿冲程轴线S（图2）的运动。其次，突出部64与沟槽62之间的相互作用可抑制泵推杆44相对于壳体28绕冲程轴线S的旋转。重要的是抑制机械推杆44相对于壳体28的旋转以降低机械推杆44相对于凸轮部分30偏移的风险。突出部64可与外提升本体60一体形成。希望的是一体地形成具有外提升本体60的突出部64，以提高整体机械推杆44的强度，并简化制造工序。替代地，突出部64可连接到外提升本体60。在所示实施例中，突出部64从外提升本体60的第一本体端部66沿基本平行于提升轴线X的方向延伸到第二本体端部68。然而，突出部64可仅沿外提升本体60的长度的一部分延伸。而且，突出部64可沿相对于提升轴线X倾斜地成角度的方向延长。

如上所述，机械推杆44进一步包括内提升构件58，其部分地设置在外提升腔体72内。内提升构件58的大部分设置在外提升构件56内。内提升构件58的仅接合凸轮轴32的那一部分设置在外提升构件56外。因此，内提升构件58构造为接收凸轮轴32施加的力，所述力继而使得机械推杆44相对于壳体28（图2）沿冲程轴线S（图3）运动。

内提升构件58通常包括内构件本体76，其可由金属材料构成，比如不锈钢。内构件本体76可构造为杯形构件78，并具有限定内提升腔体85的内表面84。另外，内构件本体76具有外表面86，该外表面联接到外提升构件56。外提升构件56可结合或粘附到内构件本体76的外表面86。内构件本体76限定穿过内表面84和外表面86延伸的第一本体孔100。第一本体孔100构造为且定尺寸为接收机械推杆44的另一部分，如下文所讨论的。内本体构件76进一步具有穿过内表面84和外表面86延伸的第二本体孔102。第二本体孔102也构造为且定尺寸为接收机械推杆44的另一部分，如下文所讨论的。第一本体孔100基本与第二本体孔102沿滚子轴线Y对齐。另外，内构件本体76具有第一或顶端部表面80，以及相对的第二或底端部表面82。第一端部表面80沿提升轴线X与第一本体端部66间隔开，而第二端部表面82沿提升轴线X与第二本体端部68基本对齐。而且，第一端部表面80相比于第二端部表面82更接近于泵本体26（图3）。内提升构件58具有一个或多个孔88，所述孔88延伸穿过第一端部表面80以流体地联接外提升腔体72与内提升腔体85。因此，流体（比如机油）可从内提升腔体85行进到外提升腔体72，以便润滑柱塞38和弹簧46（图3）。内提升构件58进一步具有延伸穿过第一端部表面80的开口90。开口90通到内构件本体76的内提升腔体85。

除了内构件本体76之外，内提升构件58包括滚子、鼓、轮92或任何适当的沿凸轮轴32的凸轮部分30滚动的可旋转构件（图2）。滚子92可由金属材料构成，且构造为相对于内构件本体76绕滚子轴线Y旋转。滚子92的至少一部分延伸穿过开口90且因此设置在内构件本体76之外，由此允许滚子92接触凸轮部分30。由此，滚子92部分地设置在内提升构件58内。

滚子轴94支撑滚子92，且沿滚子轴线Y是细长的。滚子轴94的至少一部分设置在滚子92内。滚子轴94包括第一轴端部部分96和第二轴端部部分98。第一轴端部部分96可部分地或完全设置在第一本体孔100中。由此，第一本体孔100构造为且定尺寸为接收滚子轴94的至少第一轴端部部分96。第二轴端部部分98可部分地或完全设置在第二本体孔102中。因此，第二本体孔102构造为且定尺寸为接收滚子轴94的至少第二轴端部部分98。第一本体孔100和第二本体孔102允许第一轴端部部分96和第二轴端部部分98被联接到外提升构件56。因此，滚子轴94操作地联接到外提升构件56。例如，滚子轴94可旋转地连接到外提升构件56以最小化滚子92的磨损与损耗。替代地，滚子轴94可固定到外提升构件56，由此抑制滚子轴94相对于外提升构件56旋转。

内提升构件58进一步包括一个或多个轴承104，该一个或多个轴承设置在滚子轴94和滚子92之间。轴承104可构造为滚针轴承，且可降低滚子轴94与滚子92之间的摩擦。在所示实施例中，内提升构件58包括围绕滚子轴94的多个轴承104。而且，轴承104设置在滚子92内。

参考图2和4，在燃料泵组件24运行期间，机械推杆44响应于凸轮轴32的凸轮部分30施加的力，沿冲程轴线S沿箭头B指示的第二方向驱动柱塞38。具体地，当被驱动源（未示出）驱动时，凸轮轴32绕旋转轴线R旋转。当凸轮轴32旋转时，凸轮部分30绕旋转轴线R转动。当凸轮部分30转动时，其中一个凸角36最终将力沿箭头B指示的方向施加到滚子92上。响应于该力的施加，机械推杆44沿箭头B指示的方向运动穿过腔室40。如果柱塞38操作地联接到内构件本体76，则机械推杆44沿箭头B指示方向的运动引起柱塞38沿相同方向的运动。当柱塞38沿箭头B指示的第二方向运动时，容纳在泵本体26内的燃料被加压。当凸轮轴32继续旋转时，凸角36远离滚子92运动，因此，凸轮部分30不再沿箭头B指示的方向施加力到机械推杆44。结果，柱塞38在弹簧46的帮助下沿箭头A指示的方向运动。当柱塞38沿箭头A指示的第一方向运动时，低压力燃料19L（图1）被送入泵本体26。因此，柱塞38沿由箭头A指示的第一方向的运动限定进气冲程。

机械推杆44可使用各种技术被制造，比如注射模制。首先，内提升构件58被接收或被获得。如上所述，内提升构件58包括金属内构件本体76和滚子92，所述滚子相对于内提升构件58的内构件本体76旋转地联接。滚子92构造为相对于内构件本体76旋转。然后，将聚合物的外提升构件56模制在内提升构件58上，以便将聚合物的外提升构件56结合到内提升构件58。可以采用注射模制或压缩模制，以将聚合物的外提升构件56结合到内提升构件58。

详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，但存在各种替换设计和实施例用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims (10)

1.一种机械推杆，其包括：

内提升构件，至少部分地由金属材料制成；

外提升构件，至少部分地由聚合材料制成，所述外提升构件围绕内提升构件；和

滚子，相对于内提升构件可旋转地联接，且该滚子部分地设置在内提升构件内，其中，内提升构件构造为响应于由第二部件施加到滚子的力而移动第一部件。

2.如权利要求1所述的机械推杆，其中该机械推杆具有范围在大约68克至大约72克之间的质量。

3.如权利要求2所述的机械推杆，其中该机械推杆具有大约70克的质量。

4.如权利要求1所述的机械推杆，其中外提升构件模制在内提升构件上。

5.如权利要求1所述的机械推杆，其中聚合材料包括聚酰胺。

6.如权利要求5所述的机械推杆，其中聚合材料包括玻璃填充的聚酰胺。

7.如权利要求5所述的机械推杆，其中聚合材料包括玻璃填充的聚己二酰己二胺（polyhexamethylneadipamide）。

8.如权利要求6所述的机械推杆，其中聚合材料包括30%玻璃填充的聚己二酰己二胺。

9.如权利要求1所述的机械推杆，其中内提升构件包括具有外表面的内构件本体，且外提升构件结合到所述外表面。

10.如权利要求1所述的机械推杆，其中外提升构件包括外提升本体和从外提升本体向外延伸的突出部，所述突出部成形为和定尺寸为可滑动地接收在壳体的沟槽内，以便抑制机械推杆相对于壳体的旋转。