CN105992869B - 用于驱动高压燃料泵的驱动装置以及高压燃料泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动内燃机的高压燃料泵（10）的驱动装置（42），所述高压燃料泵（10）包括具有平坦的偏心环面（38）的偏心环（30）、具有平坦的挺杆面（50）的挺杆（44）和设置在偏心环面（38）和挺杆面（50）之间的枢转体（46），该枢转体与偏心环面（38）和挺杆面（50）接触，其中枢转体（46）构造成绕枢转体（46）的延伸轴线（56）枢转。此外，本发明涉及一种具有这种驱动装置（42）的高压燃料泵（10）。

Description

用于驱动高压燃料泵的驱动装置以及高压燃料泵

技术领域

本发明涉及一种用于驱动内燃机的高压燃料泵的驱动装置以及一种具有此驱动装置的高压燃料泵。

背景技术

为提供到内燃机的燃烧室中的燃料施加高压的高压燃料泵一般构造成活塞泵，在这些活塞泵中活塞通过平移运动压缩压力室内的燃料并且由此施加高压。例如，在汽油内燃机中，高压燃料泵为燃料施加200巴至250巴之间的压力，在柴油内燃机中，高压燃料泵为燃料施加2000巴至2500巴之间的压力。

为了驱动活塞进行平移运动，通常使用绕驱动轴旋转轴线旋转的凸轮轴作为驱动轴，从而突出超过驱动轴的凸轮周期性地将活塞推离驱动轴旋转轴线，从而装有燃料的压力室的容积减小并且由此为燃料加压。然后，随着驱动轴的继续旋转，活塞再次朝驱动轴旋转轴线的方向移动，从而压力腔的容积再次增加。

为了将驱动轴的平移运动转移到活塞上，存在不同的方法，其中通常使用偏心环，即所谓的滑块，该滑块与驱动轴接触，使得驱动轴与凸轮一起在偏心环下作远离旋转，而偏心环在平移方向上上下移动而本身不旋转。偏心环具有与活塞有效接触的平坦的面并且这种有效接触通常通过滑靴实现，该滑靴在偏心环的平坦的面上滑过并且由此将偏心环的运动传递到活塞上。

这样的设置例如在图3和图4中示出。图3示出了根据现有技术的高压燃料泵10的纵剖视图，而图4示出了图3的高压燃料泵10沿IV-IV线的剖视图。

如图3和图4所示，现有技术中的高压燃料泵10分别具有两个活塞12，这两个活塞相互对置并且在一侧分别具有一个压力室14。压力室14分别通过设置有第一阀18的进口16供给有活塞12的平移运动施加高压的燃料。然后，施加高压的燃料分别经由设置有第二阀22的出口20输送到燃烧室。活塞12由绕驱动轴旋转轴线26旋转的驱动轴24驱动。为了能够执行活塞冲程，在驱动轴24和活塞12之间插入所谓的偏心驱动器28，通过这种方式机械能以旋转能的形式，即转矩转换成活塞12的平移运动。

偏心驱动器28具有偏心环30，驱动轴24和设置在其上的凸轮34在该偏心环下旋转远离。偏心环30周期性地被引导靠近和远离压力室14，但是偏心环本身并不旋转。偏心环30的中点M与旋转轴线26或轴中点W之间的距离为距离A。当旋转为W并且离心率为时，得到冲程。

此外，偏心驱动器28还具有滑靴36，该滑靴在偏心环30移动的情况下在平坦的偏心环面38上滑动并将偏心环30的平移运动传递到活塞12上。

为了使活塞12和滑靴36始终与偏心环面38保持接触，设置弹簧40，该弹簧将活塞12和滑靴36预紧到偏心环面38上。

替代图3和图4所示的偏心驱动器28还存在这样的装置，其中例如具有滚筒的滚柱挺杆直接在驱动轴24的凸轮34上滚动并且由此将平移运动传递到活塞12上。具有滚柱挺杆的装置的优点在于，相比于偏心驱动器28，代替偏心环30和滑靴36之间的滑动摩擦，凸轮34和滚柱挺杆的滚筒之间的滚动摩擦明显更小。

因此，滚柱挺杆尽管具有驱动区域的各个元件之间的摩擦更小的优点，但是其牢固性比偏心驱动器低。这种偏心驱动器例如还可以结合连杆在内燃机中使用，这在使用滚柱挺杆的情况下则难以实现。

发明内容

本发明的目的在于，在摩擦问题方面改进高压燃料泵的偏心驱动器。

该目的通过具有权利要求1的特征的用于驱动高压燃料泵的驱动装置来实现。

具有这种驱动装置的高压燃料泵是从属权利要求的主题。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

用于驱动内燃机的高压燃料泵的驱动装置具有与驱动轴处于摩擦连接中的偏心环，该偏心环用于将驱动轴绕驱动轴旋转轴线的旋转运动转换成平移运动，其中偏心环具有至少一个平坦的偏心环面。此外，驱动装置还包括与偏心环间隔地设置的挺杆，该挺杆用于继续传递偏心环的平移运动，其中挺杆具有至少一个平坦的挺杆面。此外，设置至少两个枢转体，这两个枢转体设置在偏心环面和挺杆面之间并且与偏心环面和挺杆面接触。枢转体分别具有平行于驱动轴旋转轴线延伸的延伸轴线，其中枢转体构造成绕延伸轴线枢转。

据此，利用驱动装置提供一种解决方案，在使用偏心环的情况下使用偏心驱动器，即一种用于高压燃料泵的很稳健的驱动器，其中驱动活塞的元件之间的摩擦减小，因为在枢转体和偏心环面或枢转体和挺杆面之间不存在滑动摩擦，而是存在相当于滚动摩擦的枢转摩擦。

因此，这种新的解决方案原则上是一种在驱动轴每个转动中为每个挤压器（Verdränger）执行一个活塞冲程的偏心驱动器。其与现有技术中的滑靴驱动器的区别在于，转移位置不是构造成滑动接触、而是构造成滚动接触或枢转接触。由此产生具有最优可能的并且牢固的赫兹接触的纯滚动接触或枢转接触。

设置一个以上的枢转体的优点在于，在驱动活塞时可以实现更大的稳定性。

优选，枢转体具有与挺杆面接触的第一接触面和与偏心环面接触的第二接触面，其中第一接触面和/或第二接触面绕延伸轴线构造成拱形。

这具有的优点在于，枢转体始终绕延伸轴线枢转。特别有利的是，如果第一接触面和第二接触面都构造成拱形。

在有利的设计方案中，第一接触面和/或第二接触面绕延伸轴线构造成凸形。在此，特别有利的是，如果第一接触面和第二接触面曲率是相同的。由此，可以实现枢转体在挺杆面和偏心环面上特别低摩擦的运动。

在有利的设计方案中，枢转体具有至少一个基本上垂直于偏心环面和挺杆面设置的侧面，该侧面例如构造成平坦的。但是为了节省枢转体的材料和重量，该至少一个侧面也可以优选具有收缩部。替代地或另外也可能的是，将该至少一个侧面构造成凹形，这同样有利于节省材料。

该至少一个侧面的替代的凸形设计的优点在于，相比于具有平坦的侧面或凹形侧面的枢转体，该枢转体相对于高压燃料泵中的作用力更稳定地构造。在此，特别有利的是，如果凸形构造的侧面具有与凸形构造的第一接触面或第二接触面不同的曲率。

因此，有利地可能的是，分别由一个圆筒状的滚动体构造枢转体，该滚动体的外直径最大化，以便获得最小的赫兹接触应力。然而，由于一个工作行程仅需要圆柱形滚动体的周长的一小部分，因此具有对应于接触面的曲率的侧面可以有利地扁平化以节省材料。因此，根据枢转体内所需的稳定性，扁平化可能产生平坦的侧面或具有收缩部的侧面，其中在这两种情况下，根据是否想进一步节省材料或增加稳定性能够形成凹形或凸形形状。

优选，枢转体沿平移运动的轴线构造成长形。尤其是，枢转体沿平移运动的轴线的长度位于7mm至20mm、尤其是14mm至18mm之间的范围内。通过枢转体的这种长度，在弯曲的接触面上形成最大外直径，由此产生实现最小的赫兹接触应力时接触面的曲率。

优选，挺杆是杯形挺杆，其中在杯形挺杆的朝向偏心环的底侧形成挺杆面。相比于其他挺杆、例如滚柱挺杆或蘑菇状的活塞，杯形挺杆的优点在于，能够非常好地吸收在驱动活塞时作用的横向力。因此，在使用杯形挺杆作为挺杆时，便形成了有利地牢固的用于驱动活塞的驱动装置。

优选，挺杆具有至少一个设置在挺杆面旁边、朝偏心环方向突出的挺杆固定突起，用于将枢转体固定在挺杆面上。由此，有利地避免了枢转体在由横向力引起的运动时失去与挺杆面的接触。

偏心环进一步有利地具有至少一个设置在偏心环面旁边、朝挺杆方向突出的偏心环固定突起，用于将枢转体固定在偏心环面上。由此，避免了枢转体由于作用的横向力而失去与偏心环面的接触。

特别优选的是，在挺杆面与偏心环面之间设置正好两个枢转体。设置正好两个枢转体的优点在于，挺杆面或偏心环面上的支承不会超静定，而是明确地静定结构。

优选，设置弹簧用于将挺杆和枢转体永久地预紧到偏心环上。弹簧的预紧有利地设计成，使得弹簧一方面使枢转体与挺杆面和偏心环面保持紧密接触，而另一方面使枢转体可以进行枢转运动。

与驱动装置一起提出了一种通过测试的偏心驱动器，但是该偏心驱动器在能量方面得到了优化，因为该偏心驱动器需要较少的摩擦功率并且由此二氧化碳排放量更低。本发明提出通过执行最大的接触半径以及通过明确地静定结构实现牢固的滚动接触或枢转接触，在这种接触中甚至很小的直径差别也是可以容许的。

例如枢转体可以通过将圆筒状的滚动体侧面扁平化来生产，以便兼顾牢固性的同时实现最大的能量效率。代替扁平部，也可以在滚动体的一个或多个侧面上设置凹形或凸形的形式。

高压燃料泵有利地具有带有上述优点的驱动装置。

附图说明

下面，结合附图介绍本发明的有利的设计方案。在附图中：

图1示出了具有两个枢转体的高压燃料泵的驱动装置的纵剖视图；

图2示出了图1中的两个枢转体中的一个的透视图；

图3示出了具有偏心驱动器的现有技术中的高压燃料泵的纵剖视图；以及

图4示出了通过图3的IV-IV线的剖面图。

具体实施方式

具有偏心驱动器28的高压燃料泵10的基本结构已结合图3和图4所述的现有技术中高压燃料泵10说明。根据本发明的高压燃料泵10的基本结构和运行方式相当于现有技术中已知的高压燃料泵10在使用偏心环30的情况下的基本结构和运行方式，但是与其相比整体的驱动装置42的结构得到了改善，下面将就此予以介绍。

因此，图1示出了在驱动装置42的区域中高压燃料泵的子区域的纵剖视图。

驱动装置42具有驱动轴24、偏心环30、挺杆44和两个枢转体46。但是也可以设置两个以上的枢转体46，然而这可能会导致超静定的接触。

偏心环30由驱动轴24、尤其是未示出的凸轮34在驱动轴24绕其驱动轴旋转轴线26旋转运动的情况下上下移动，由此产生平移运动，该平移运动传递到高压燃料泵10的活塞12上。为了能够将该平移运动传递到活塞12上，设置包括枢转体46和挺杆44的传递机构。在此，枢转体46由第一接触面48与挺杆面50接触，该挺杆面50构造成平坦的并且位于挺杆44的朝向偏心环30的底面52上。在对置的侧面上，枢转体46由第二接触面54与偏心环面38接触，该偏心环面朝向挺杆44布置在偏心环30上。

枢转体46分别具有平行于驱动轴旋转轴线26延伸的延伸轴线56，该延伸轴线在图1中伸入绘图平面中。当偏心环30由驱动轴24移动时，枢转体46可以绕该延伸轴线56枢转。

在图1中，用实线示出了在如下位置上的枢转体46，在该位置上偏心环30朝向上死点移动，虚线示出的枢转体56表示偏心环30再次远离上止点移动的情况。

为了使驱动装置42在没有超静定的情况下达到较好的稳定性，在挺杆面50和偏心环面38之间设置两个枢转体46。

为了使枢转体46与挺杆面50和偏心环面38永久地接触，设置弹簧40，该弹簧将挺杆44和枢转体46预紧到偏心环30上。

挺杆44构造成杯形挺杆58，该杯形挺杆的优点在于能够很好地吸收横向力并对其施加阻力。同时，杯形挺杆58的内侧面60可以用作用于支撑弹簧40的弹簧垫圈以及用于活塞12的支承面。

枢转体46的第一接触面48和第二接触面54都构造成拱形，并且优选绕延伸轴线56呈凸拱形。在此，第一接触面48和第二接触面54的曲率是相同的。由此，在偏心环30运动的过程中，枢转体46可以与偏心环面38和挺杆面50接触地以很小的摩擦损失绕延伸轴线56枢转。

挺杆44和偏心环30除了具有挺杆面50或偏心环面38之外还分别具有突起，即挺杆固定突起62或偏心环固定突起64。这些固定突起62、64确保在操作时枢转体46不会从偏心环面38或挺杆面50上滑落或脱离并且由此失去与挺杆面50或偏心环面38的接触。

图2示出了枢转体46的透视图。枢转体46具有垂直于偏心环面38或挺杆面50并且由此基本上垂直于接触面48、54设置的侧面66。在图2所示实施例中，这些侧面66构造成平坦的。同样可能的是，为侧面66设置收缩部（Einschnürung），用来节省枢转体46的材料和重量。为了实现该目标，也可能的是，将侧面66构造成凹形。侧面66同样可能构造成凸形，但是凸形侧面66的曲率优选不同于接触面48、54的曲率。

如图2进一步示出的，枢转体46可以由用虚线表示的滚动体68构成。为此，侧面通过移除滚动体68的侧面的材料来形成。在此之前已经提供了具有最大可能的外直径的滚动体68，以便由此最大限度地减小在待生产的枢转体46稍后与偏心环面38或挺杆面50接触的区域中的赫兹接触应力。

由此，形成由滚动体68构成的枢转体46沿平移运动的轴线70的长度L，该长度位于14mm至18mm、尤其是15.5mm至16.5mm的范围内。

由此，驱动装置42或具有这种驱动装置42的高压燃料泵10的优点在于可以在使用偏心驱动器30的情况下使用通过测试的偏心驱动器28，但是其中经常出现在滑靴36和偏心环面38之间的滑动摩擦能够减小为通过一个或多个枢转体46绕延伸轴线56枢转产生的滚动摩擦或枢转摩擦。由此，类似于使用滚柱挺杆，利用实际上绕轴线旋转的滚动体能够实现较低的摩擦系数，但是使用了牢固的偏心环30。

附图标记列表

10高压燃料泵

12活塞

14压力室

16进口

18第一阀

20出口

22第二阀

24驱动轴

26驱动轴旋转轴线

28偏心驱动器

30偏心环

34凸轮

36滑靴

38偏心环面

40弹簧

42驱动装置

44挺杆

46枢转体

48第一接触面

50挺杆面

52底面

54第二接触面

56延伸轴线

58杯形挺杆

60内侧面

62挺杆固定凸起

64偏心环固定凸起

66侧面

68滚动体

70轴线

A距离

L长度

M偏心环中点

W轴中点

Claims (15)

1.一种用于驱动内燃机的高压燃料泵（10）的驱动装置（42），所述驱动装置具有

- 与驱动轴（24）处于摩擦连接中的偏心环（30），所述偏心环用于将驱动轴（24）绕驱动轴旋转轴线（26）的旋转运动转换成平移运动，其中所述偏心环（30）具有至少一个平坦的偏心环面（38），

- 与所述偏心环（30）间隔地设置的挺杆（44），所述挺杆用于传递所述偏心环（30）的平移运动，其中所述挺杆（44）具有至少一个平坦的挺杆面（50），

- 至少两个枢转体（46），所述两个枢转体设置在所述偏心环面（38）和所述挺杆面（50）之间并且与所述偏心环面（38）和所述挺杆面（50）接触，

其中所述枢转体（46）分别具有平行于所述驱动轴旋转轴线（26）延伸的延伸轴线（56），其中所述枢转体（46）构造成绕所述延伸轴线（56）枢转，

其中，在所述枢转体（46）和所述偏心环面（38）之间以及在所述枢转体（46）和所述挺杆面（50）之间存在纯滚动接触或枢转接触。

2.根据权利要求1所述的驱动装置（42），其特征在于，所述枢转体（46）分别具有与所述挺杆面（50）接触的第一接触面（48）和分别与所述偏心环面（38）接触的第二接触面（54），其中所述第一接触面和/或所述第二接触面（54）绕所述延伸轴线（56）构造成拱形。

3.根据权利要求2所述的驱动装置（42），其特征在于，所述第一接触面和/或所述第二接触面（48、54）绕所述延伸轴线（56）构造成凸拱形。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，所述枢转体（46）分别具有至少一个基本上垂直于所述偏心环面（38）和所述挺杆面（50）设置的侧面（66），所述侧面（66）构造成平坦的、具有收缩部、凹形或凸形的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，所述枢转体（46）沿平移运动的轴线（70）构造成长形。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，所述挺杆（44）是杯形挺杆（58），其中在所述杯形挺杆（58）的朝向所述偏心环（30）的底侧（52）形成所述挺杆面（50）。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，所述挺杆（44）具有至少一个设置在所述挺杆面（50）旁边、朝所述偏心环（30）方向突出的挺杆固定突起（62），用于将所述枢转体（46）固定在所述挺杆面（50）上。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，所述偏心环（30）具有至少一个设置在所述偏心环面（38）旁边、朝挺杆（44）方向突出的偏心环固定突起（64），用于将所述枢转体（46）固定在所述偏心环面（38）上。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，在所述挺杆面（50）与所述偏心环面（38）之间设置正好两个枢转体（46）。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动装置（42），其特征在于，设置弹簧（40）用于将所述挺杆（40）和所述枢转体（46）永久预紧到所述偏心环（30）上。

11.根据权利要求3所述的驱动装置（42），其特征在于，所述第一接触面和所述第二接触面（48、54）的曲率是相同的。

12.根据权利要求4所述的驱动装置（42），其特征在于，凸形构造的侧面（66）具有与凸形构造的第一接触面或第二接触面（48、54）不同的曲率。

13.根据权利要求5所述的驱动装置（42），其特征在于，所述枢转体（46）沿平移运动的轴线（70）的长度（L）位于7mm至20mm之间的范围内。

14.根据权利要求5所述的驱动装置（42），其特征在于，所述枢转体（46）沿平移运动的轴线（70）的长度（L）位于14mm至18mm之间的范围内。

15.一种具有权利要求1至14中任一项所述的驱动装置（42）的高压燃料泵（10）。