CN106150806B - 柱塞泵和高压燃油泵 - Google Patents

Abstract

一种柱塞泵包括：柱塞套和在柱塞套中往复移动的柱塞；旋转驱动轴，其上包括凸轮；以及凸轮从动件，其设置在柱塞与凸轮之间，用于将驱动轴的旋转运动传递为柱塞的直线式往复移动，凸轮从动件包括挺杆、固定在挺杆中的销以及可旋转地承载在销上并且与凸轮接触的滚子；其中，滚子包括两个相反的端面、两个端面之间的外圆柱面、内孔，销插入所述内孔中，其中，在滚子的至少一个、优选地两个端面中形成有环形的端槽，其与内孔和外圆柱面共轴。一种高压燃油泵包括由上述柱塞泵构成的高压组件。

Description

柱塞泵和高压燃油泵

技术领域

本发明涉及柱塞泵和高压燃油泵，其包括改进的凸轮从动件。

背景技术

在用于柴油发动机的燃油喷射系统中，高压燃油泵将燃油以高压供给到共轨中。高压燃油泵可以包括供油泵和多个柱塞型高压组件(柱塞泵)。柱塞型高压组件通常包括由凸轮经由凸轮从动件驱动的柱塞，凸轮从动件包括由销可旋转地承载的滚子。销接触滚子的端部边缘的区域而遭受到高磨损，所述高磨损的原因首先是力高度集中，其次是润滑油膜厚度不足。其它类型的柱塞泵中，也面临着这一问题。

为了减少销上的磨损，可以对销进行表面处理以增加销的表面强度。作为替代方案，附加耐磨构件可以围绕销安装。作为另一替代方案，销可以设计为具有复杂构造(形状，轮廓…)。作为又一替代方案，销与滚子之间的界面可以被分析以便改进润滑油膜的流体动力学特性。

尽管已试用过各种方法，但仍需要进一步减少销上的边缘磨损。

发明内容

本发明的目的是减少柱塞泵和高压燃油泵的凸轮从动件的销上的边缘磨损以提高凸轮从动件的使用寿命。

为此，根据本发明的一方面，提供了一种柱塞泵，其包括：

柱塞套和在柱塞套中往复移动的柱塞；

旋转驱动轴，其上包括凸轮；以及

凸轮从动件，其设置在柱塞与凸轮之间，用于将驱动轴的旋转运动传递为柱塞的直线式往复移动，凸轮从动件包括挺杆、固定在挺杆中的销以及可旋转地承载在销上并且与凸轮接触的滚子；

其中，滚子包括两个相反的端面、两个端面之间的外圆柱面、内孔，销插入所述内孔中，其中，在滚子的至少一个、优选地两个端面中形成有环形的端槽，其与内孔和外圆柱面共轴。

根据本发明的可行实施方式，端槽的形状和/或几何参数被组合设计成满足：一方面，限定在端槽与内孔之间的滚子边缘部分的刚度下降以使得边缘部分具有挠性，另一方面，滚子的边缘部分仍具有避免永久变形的足够强度。

根据本发明的可行实施方式，凸轮从动件由润滑油润滑，并且端槽的形状和/或几何参数设计为使得在柱塞泵的运转期间在边缘区域中在销与滚子之间存在具有足够厚度的润滑油膜。

根据本发明的可行实施方式，端槽是半径在滚子的轴向方向上大致恒定的大致圆筒形的。

根据本发明的可行实施方式，端槽是半径在朝向滚子的轴向中部的方向上逐渐变大的大致圆锥形的。

根据本发明的可行实施方式，端槽宽度在滚子的轴向方向上大致恒定。

根据本发明的可行实施方式，端槽宽度在轴向方向上改变，例如在朝向滚子的轴向中部的方向上逐渐变小。

根据本发明的可行实施方式，弹性材料填充且固定在端槽中。

根据本发明的可行实施方式，限定在滚子的内孔与端面之间的边缘被倒圆角。

根据本发明的可行实施方式，端槽包括主端槽以及形状和/或几何参数与主端槽不同的一个或多个辅助端槽。

根据本发明的可行实施方式，滚子由高强度合金形成。

根据本发明的可行实施方式，销在其外圆柱面上包括碳涂层。

根据本发明的另一个方面，提供了一种高压燃油泵，特别是高压柴油泵，其包括至少一个高压组件，用于以高压输出燃油，所述高压组件由前面所述的柱塞泵构成。

根据本发明，滚子的边缘区域中的润滑状态得以改进并且从而销在该区域中的磨损减少，因此柱塞泵或高压燃油泵中的凸轮从动件可以具有更长的使用寿命。

附图说明

下面将根据具体实施方式并且结合附图来更彻底地理解并认识本发明的上述和其它方面，其中：

图1是本发明的高压燃油泵的示意性剖视图；

图2是示出在图1中示出的高压燃油泵中使用的柱塞和支架的剖视图；

图3和4分别是在图1中示出的高压燃油泵中使用的凸轮从动件的正向和侧向的剖视图；

图5和6分别是凸轮从动件的挺杆的正向和侧向剖视图；以及

图7是凸轮从动件的滚子的剖视图。

具体实施方式

现在参照附图来描述本发明的一些实施方式。应当注意的是，附图仅为示意性的，并且并非按比例绘制。

图1示出本发明的高压燃油泵、特别是高压柴油泵的一种实施方式的总体配置。高压燃油泵形成共轨系统的部件，以将高压燃油供给到油轨(未示出)中，所述油轨则将燃油经由喷嘴喷射到发动机(未示出)、特别是柴油发动机中。

可以看到，高压燃油泵主要包括：壳体1；供油泵2，其安装在壳体1的下部，用于从燃油箱抽取燃油并且预压燃油；一个或多个柱塞型高压组件(柱塞泵)3，其安装在壳体1的上部中；和驱动轴4，其沿横向延伸穿过壳体1的下部，用于驱动供油泵2和高压组件3两者。

供油泵2可具有传统结构，例如，适于由驱动轴4驱动运转的叶片泵。

各高压组件3沿着驱动轴4的轴向方向排布，并且每个高压组件是由驱动轴4上的对应凸轮5驱动的柱塞泵。在图示的最简单的实施方式中，两个高压组件3被提供并且由驱动轴4的两个凸轮5相应地驱动；然而，三个、四个或更多个高压组件可在此被采用并由驱动轴4上的对应凸轮驱动。

凸轮5形成在驱动轴4上的对应于高压组件3的轴向位置上，并且围绕驱动轴的中心轴线在圆周方向上相对于彼此以一定角度偏置。每个凸轮5的凸轮面具有至少一个(例如三个)凸轮凸角5a。在每个凸轮具有“n”个彼此相隔360°/n的凸角的情况下，每当驱动轴4旋转一圈，每个凸轮5驱动对应高压组件运转“n”次。此外，各个高压组件的运转阶段依次彼此偏移。

每个高压组件包括固定在壳体1的上部中的柱塞套6。柱塞套6的内侧部分(朝向驱动轴4的那个部分)形成有柱塞腔12，用于接纳柱塞7，并且柱塞套6的外侧部分(背对驱动轴4的那个部分)形成有阀腔，用于接纳吸油阀和排油阀(未示出)。柱塞腔的中心轴线优选与驱动轴4的中心轴线相交且垂直，因而柱塞7能够在柱塞腔中沿着与驱动轴4的中心轴线垂直的方向滑动地往复移动。柱塞7具有从柱塞腔伸出并且经由支架9与凸轮从动件8连接的内侧端。凸轮从动件8可移动地设置在壳体1中的内膛中，并且在弹簧10的弹簧力作用下推抵于凸轮5的凸轮面，所述弹簧设置在柱塞套6与支架9之间。这样，当驱动轴4旋转时，凸轮5的凸轮面经由凸轮从动件8驱动柱塞7，以使得凸轮从动件8在内膛中往复移动、优选地在内膛中受引导地移动，并且使得柱塞7在柱塞腔中往复移动。

弹簧10被压缩在柱塞套6的内侧部分与支架9之间，并且支架9由弹簧10推抵且随从于凸轮5的凸轮面的凸轮从动件8。在驱动轴4的旋转期间，在凸轮凸角5a与凸轮从动件8发生接触之后，凸轮凸角5a推动凸轮从动件8并且从而推动柱塞7以沿着远离驱动轴4的方向移动以在柱塞腔中形成正压，柱塞腔中的燃油受压并且被从高压组件3中强制排出而供给到共轨。另一方面，在凸轮凸角5a趋向于离开凸轮从动件8时，凸轮从动件8并且从而柱塞7由弹簧10强制沿着朝向驱动轴4的方向移动以在柱塞腔中形成负压，由供油泵2供应的燃油被抽取到高压组件3中。以这样的方式，高压燃油泵将燃油以高压供应到共轨。

应当理解的是，在所展示的实施方式中，弹簧10借助于支架9的协助用于保持柱塞7附着于凸轮从动件8。然而，能够在驱动轴4的旋转期间有效地保持柱塞7处在附着于凸轮从动件8的状态的任何其它适当元件或构造能够作为替代方案在此使用。

如图2中所示，柱塞7的内侧端形成有环形槽7a，并且支架9以大致倒扣的碗的形状形成，所述支架包括夹持在环形槽7a中的上基部9a、下凸缘部9b、以及连接在基部9a与凸缘部9b之间的截锥部9c。以这样的方式，柱塞7耦连到支架9并且与所述支架一起移动。

参照图3和4，凸轮从动件8主要包括挺杆11、固定在挺杆11中的销12、以及可旋转地承载在销12上的滚子13。

销12可以以任何适当方式(诸如所展示的方式)固定到挺杆11，在所展示的方式中，所述销由卡环14固定到挺杆11。滚子13能够在挺杆11中围绕销12旋转，滚子13的暴露在挺杆11之外的部分与凸轮5的凸轮面接触。

如图5和6中所示，挺杆11具有限定外圆柱面11a的大致圆柱形本体。面对向外方向的端槽11b形成在圆柱形本体的上侧端或外侧端中，并且凸起11c在端槽11b中从端槽11b的底面11d延伸。支架9的凸缘部9b接纳在端槽11b中并且在弹簧10的推动力下推抵于底面11d。凸起11c插入到截锥部9c中，用于有助支架9的定位。

面朝向内方向的容置腔11e从挺杆11的圆柱形本体的下侧端或内侧端形成在挺杆11中，滚子13接纳在容置腔11e中。一对通孔11f沿着穿过挺杆11的对角线方向形成并且开口到容置腔11e中，销12在其两个相反端部处插入到这一对通孔11f中。环形槽11g形成在其中至少一个通孔11f中，用于将卡环14接纳在其中。外周环形槽11h围绕外圆柱面11a形成，用于促进凸轮从动件8在壳体1中的内膛中的往复移动。一个或多个连通孔11i形成为在一端处开口到端槽11b中并且在另一端开口到容置腔11e中，以在所述端槽与所述容置腔之间建立流体连通。借助于连通孔11i，空气能够流动通过挺杆11，以使得挺杆11能够在壳体中的内膛中平滑地移动。

挺杆11的直径优选地与壳体中的内膛的直径相等以使得挺杆11在壳体1中被导引。作为替代方案，挺杆11的直径可以大致小于内膛的直径。

如图7中所示，滚子13是大致圆柱体，其包括两个相反的端面13a和两个端面13a之间的外圆柱面13b。与外侧面13b共轴的内孔11c穿过滚子13从其中一个端面13a延伸到另一个端面，销12穿过内孔13c插入。滚子13是具有高强度的单件形式的材料，诸如合金。销12的外径和内孔13c的内径设定为使得在销12与内孔13c之间建立松配合。

在驱动轴4旋转时，容置在壳体1内部用于润滑驱动轴4和其他可动构件的润滑油由凸轮5甩到销12和滚子13上，以使得润滑油膜存在于销12与滚子13之间的间隙中。润滑油膜可以保护销12和滚子13两者不至于迅速磨损。在理想状态中，销12应当与滚子13完全地共轴。然而，在驱动轴4以高速旋转并且从而滚子13由凸轮5驱动而也以高速旋转时，销12可能会相对于滚子13的中心轴线略微偏斜。在这种情况下，销12主要地在滚子13的左右端部边缘(在内孔13c与端面13a之间的连接部处形成的边缘)处的一个或两个接触区域中与滚子13接触。接触区域中的润滑油膜的厚度远小于销12的轴向中部处的润滑油膜厚度，因而接触区域处的润滑状况变差。不足的润滑油膜厚度和接触区域中的高局部力可以导致销12的迅速磨损。

为了减少销12在接触区域处与滚子13的边缘的磨损，环形的端槽13d形成在其中一个或每个端面13a中(在所展示的实施方式中形成两个相反端槽)。借助于该端槽13d，在销12以高压力接触滚子13的边缘部分时，滚子13的接触部分将会沿着径向向外方向暂时弹性变形以使得销12与滚子13之间的接触区域变大，并且使得所述销与所述滚子之间的接触力分配到更大区域(朝向销12的轴向中部扩展)，因而足够润滑油膜厚度维持在接触区域中并且应用到销12的局部力减小。以这样的方式，有效地保护销12不至于由于接触滚子13的边缘引起迅速磨损。

端槽13d形成为沿轴向延伸，与内孔13c和外侧面13b共轴，并且所述端槽具有从其中心轴线(也是滚子的中心轴线)测量的半径(中位半径)R、在其内周与外周之间测量的径向宽度T、以及从端面13a起测量的轴向长度L。端槽13d的半径R、宽度T、以及长度L被组合地设计、可能与端槽13d的形状和/或其它几何参数组合设计成满足：一方面，滚子13的边缘部分的刚度下降以使得边缘部分具有挠性，另一方面，滚子13的边缘部分仍具有足够强度以避免永久变形。此外，端槽13d的形状和/或几何参数设计为使得具有足够厚度的润滑油膜在高压燃油泵的运转期间总是在边缘区域中存在于销12与滚子13之间。

根据一种可行实施方式，弹性材料可以填充并且固定在端槽13d中以进一步防止在滚子13的边缘部分处的永久变形并且吸收在滚子13与销12之间产生的震动。

销12通常由金属形成，其上具有碳涂层。通过以由本发明提供的方式减少销12的磨损，碳涂层的厚度能够减小。此外，能够避免销12的复杂构造(形状、轮廓等)。从而，销12的成本能够减少。

在所展示的实施方式中，端槽13d是大致圆柱形的。根据一种改型，端槽13d可以是大致圆锥形的，例如，其半径R沿朝向滚子13的轴向中部的方向逐渐变大。

此外，端槽13d的宽度T在所展示的实施方式中大致恒定；然而，端槽13d可以沿着轴向方向改变的宽度T，例如，宽度T沿着朝向滚子13的轴向中部的方向逐渐变小。

此外，端槽13d在横截面中具有大致矩形或长条形的形状；然而，端槽13d在横截面方面可以具有其它形状，诸如半圆形、半椭圆形、三角形、不规则形状或组合形状。

根据一种可行实施方式，形成在滚子13的内孔13c与端面13a之间的边缘可以被倒圆角，用于进一步减少销12上的边缘磨损。

根据一种可行实施方式，端面13a中的一个或每个可以形成有两个或更多同心端槽13d，例如，包括一个主端槽13d、以及形状和/或几何参数(横截面形状、宽度T、长度L等)与主端槽13d不同的一个或多个辅助端槽13d，用于增加对应边缘部分的挠性。

概括地讲，通过将端槽13d形成在滚子13中，能够减少销12上的边缘磨损，因此销12的使用寿命能够延长，整个高压燃油泵的耐用性提高了。此外，销12的成本能够减少。

可以理解，上面公开的本发明的特征同样的可以应用于其它类型的柱塞泵。

尽管本发明在此参照特定实施方式展示和描述，但是本发明不意于被限制到所示细节。相反，可以对于本发明的范围中的细节进行各种改型。

Claims (13)

1.一种柱塞泵，包括：

柱塞套和在柱塞套中往复移动的柱塞；

旋转驱动轴，其上包括凸轮；以及

凸轮从动件，其设置在柱塞与凸轮之间，用于将驱动轴的旋转运动传递为柱塞的直线式往复移动，凸轮从动件包括挺杆、固定在挺杆中的销以及可旋转地承载在销上并且与凸轮接触的滚子；

其中，滚子包括两个相反的端面、两个端面之间的外圆柱面、内孔，销插入所述内孔中，其中，在滚子的至少一个端面中形成有环形的端槽，其与内孔和外圆柱面共轴，使得在销接触滚子的设有端槽的端部边缘部分时，滚子的接触部分将沿着径向向外方向弹性变形。

2.如权利要求1所述的柱塞泵，其中，在滚子的两个端面中形成有所述环形的端槽。

3.如权利要求1所述的柱塞泵，其中，端槽的形状和/或几何参数被组合设计成满足：一方面，限定在端槽与内孔之间的滚子边缘部分的刚度减小以使得边缘部分具有挠性，另一方面，滚子边缘部分仍具有避免永久变形的足够强度。

4.如权利要求3所述的柱塞泵，其中，凸轮从动件由润滑油润滑，并且端槽的形状和/或几何参数设计为使得在柱塞泵的运转期间在边缘区域中在销与滚子之间存在具有足够厚度的润滑油膜。

5.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，端槽是沿着滚子的轴向方向具有大致恒定半径的大致圆筒形的；或

端槽是具有沿着朝向滚子的轴向中部的方向逐渐变大的半径的大致圆锥形的。

6.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，端槽具有沿着滚子的轴向方向大致恒定的宽度；或

端槽的宽度沿着轴向方向改变。

7.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，端槽的宽度沿着朝向滚子的轴向中部的方向逐渐变小。

8.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，端槽中填充并且固定有弹性材料。

9.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，限定在滚子的内孔与端面之间的边缘被倒圆角。

10.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，端槽包括主端槽以及具有与主端槽不同的形状和/或几何参数的一个或多个辅助端槽。

11.如权利要求1-4中任一项所述的柱塞泵，其中，滚子由高强度合金形成；和/或

其中，销在其外圆柱面上包括碳涂层。

12.一种高压燃油泵，包括：

至少一个高压组件，用于以高压输出燃油，所述高压组件由权利要求1-11中任一项所述的柱塞泵构成。

13.如权利要求12所述的高压燃油泵，其中，所述高压燃油泵是高压柴油泵。

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