CN110249115A - 具有冲压对准的防旋转特征部的泵致动器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种挺杆，其可为燃料泵致动器，该挺杆包括主体，该主体为壳体硬化的含铁金属的邻接件。该主体具有缸体适形镗孔运行表面和防旋转引导特征部，该防旋转引导特征部已通过冲压而制成，以从镗孔运行表面向外突出。凸轮从动件安装到主体。该主体已通过铁素体氮碳共渗壳体硬化，但尚未通过热处理而被扭曲，并且具有可延展的内部。用于挺杆的横向纤维网可完全硬化。用于凸轮从动件的轴孔可通过冲压形成。该挺杆是耐用的，并且提供辊与凸轮的优异对准，这降低了摩擦和噪声。

Description

具有冲压对准的防旋转特征部的泵致动器

技术领域

本公开涉及用于内燃机的挺杆，尤其是用于高压燃料泵的泵致动器。

背景技术

挺杆将凸轮的旋转运动转化为往复运动。挺杆主体一般包括在其在镗孔内往复运动时引导挺杆的缸体适形镗孔运行表面。辊可安装在挺杆主体的驱动输入端处，以跟随驱动挺杆的凸轮。高压燃料泵致动是要求更高的挺杆应用之一。泵致动器挺杆一般需要硬化的含铁金属，以满足操作寿命需要。

辊和凸轮之间的对准对于将摩擦和噪声保持在可接受的限度内是至关重要的。挺杆可具有防旋转引导特征部，以保持辊轴线与凸轮轴线在平面中对准。可依赖于辊到挺杆主体的安装来保持辊轴线垂直于镗孔轴线并且平行于凸轮轴线。

发明内容

本教导内容的一个方面为一种挺杆，该挺杆包括主体，所述主体为壳体硬化的含铁金属的邻接件。主体具有缸体适形镗孔运行表面和防旋转引导特征部，该防旋转引导特征部已通过冲压而制成，以从镗孔运行表面向外突出。凸轮从动件安装到主体。根据本教导内容的挺杆提供了辊与凸轮的优异对准，这降低了摩擦和噪声。

本教导内容的另一个方面为通过如下方法形成的挺杆，所述方法包括：由含铁金属形成具有表面的主体，该表面包括缸体适形镗孔运行表面，冲压主体以形成从镗孔运行表面向外突出的防旋转引导特征部，通过在亚临界温度下向含铁金属添加氮的方法使主体壳体硬化，以及将凸轮从动件附接到主体。

本教导内容的另一个方面为制造挺杆的方法。该方法包括形成含铁金属片以提供缸体适形镗孔运行表面，通过冲压形成从缸体适形镗孔运行表面向外突出的防旋转引导特征部，通过将氮添加到含铁金属的同时将含铁金属保持在铁素体状态的方法使主体壳体硬化，以及将凸轮从动件安装在主体的一端处。

辊的对准在很大程度上由辊安装、镗孔运行表面和防旋转引导件之间的几何关系确定。在根据本教导内容的挺杆中，这些关系可通过冲压方法来控制。冲压在主体上形成与辊的相对位置相关的一个和多个防旋转引导特征部。在这些教导内容的一些中，主体包括两个平行平坦表面，所述平坦表面通过冲压形成并且靠近主体的驱动输入端。轴孔可在这些平坦表面中形成，并且用于凸轮从动件的轴向支撑销可穿过那些轴孔安装。那些平坦表面相对于防旋转引导特征部的取向有助于辊对准。在这些教导内容的一些中，用于凸轮从动件的轴孔通过冲压形成。形成轴孔的冲压方法可包括刺穿和剃刮。通过冲压形成轴孔改善了辊对准。

缸体适形镗孔运行表面是可操作的，以接合第一缸体镗孔，以引导挺杆在镗孔内的平移。镗孔运行表面的轴线与镗孔轴线重合。凸轮被布置成其接触表面垂直于镗孔。在这些教导内容的一些中，可操作防旋转引导特征部以接合第二缸体镗孔，所述第二缸体镗孔具有比第一缸体镗孔更小的直径并且与第一缸体镗孔相交。在该构型中，防旋转引导特征部限制挺杆在第一缸体镗孔内的旋转。

根据本教导内容中的一些，不使主体经受将金属加热到高于临界温度的任何硬化方法。临界温度为金属从铁素体相转变到奥氏体相的温度处。例如，不使主体经受碳氮共渗，这是常规的壳体硬化方法。碳氮共渗涉及将金属加热到高于临界温度。如果在冲压前使主体经受碳氮共渗，则金属对于冲压方法将没有足够的延展性。如果在冲压之后使主体经受碳氮共渗，则缸体适形镗孔运行表面将被扭曲，并且防旋转引导特征部将干扰加工以恢复对镗孔运行表面的圆度。

使现有技术挺杆的主体经受碳氮共渗。硬化方法导致形状扭曲。通过诸如OD磨削的方法使主体的外表面返回到缸体适形形状，该方法从表面移除金属。然而发现，碳氮共渗和OD磨削可能改变辊安装和镗孔运行表面之间的几何关系。在本教导内容中，这些方法可被避免。在本教导内容的一些中，主体缺乏将通过涉及将主体加热到高于临界温度的硬化方法而产生的扭曲类型。

在本教导内容的一些中，镗孔运行表面不承载任何已有助于确定其外径并且尚未被施加到防旋转引导件的表面的操作的证据。在本教导内容的一些中，在没有影响外径的任何磨削、铣削或研磨的情况下，产生缸体适形镗孔运行表面的最终外径。外径可在冲压之前大部分确定，尽管壳体硬化可对外径具有可测量的影响。在本教导内容的一些中，主体由金属片通过深拉伸形成。在本教导内容的一些中，主体的外径通过基本上由深拉伸、冲压和壳体硬化组成的方法确定。在本教导内容的一些中，在冲压之前，提供镗孔运行表面的金属存在于主体的表面处。主体是壳体硬化的，但根据本教导内容中的一些，主体具有相对可延展的内部。

在本教导内容的一些方面，挺杆为泵致动器。在这些教导内容的一些中，挺杆为高压燃料泵致动器。泵致动器应用需要高抗疲劳性。在本教导内容中，通过将氮添加到含铁金属的同时将含铁金属保持在铁素体状态的方法使主体壳体硬化。在这些教导内容的一些中，壳体硬化方法为铁素体氮碳共渗。壳体硬化方法为修饰靠近部件表面的金属以提供硬化外壳的方法。

可将横梁安装在主体内。在这些教导内容的一些中，横梁为在其全厚度上硬化的含铁金属，而主体具有可延展的内部。使横梁在其全厚度上硬化包括将横梁加热到含铁金属进入奥氏体相的温度处。在这些教导内容的一些中，通过包括卷曲以将横梁固定在主体内的方法将横梁安装在主体内。

由于防旋转引导特征部通过冲压还提供镗孔运行表面的金属来形成，因此防旋转引导特征部与镗孔运行表面邻接。在这些教导内容的一些中，防旋转引导特征部具有沿缸体适形镗孔运行表面的轴线延伸的长度，并且防旋转引导特征部沿防旋转引导特征部的两个相对侧与缸体适形镗孔运行表面接触，这两个相对侧均沿长度延伸。在这些教导内容的一些中，防旋转引导特征部和缸体适形镗孔运行表面之间的界面围绕防旋转引导特征部形成周边。这意味着防旋转引导件是连续的，其中镗孔运行表面在所有侧面上。

在这些教导内容的一些中，主体包括在其驱动输入端处的两个平行平坦表面，在两个平坦表面中的每一者中形成轴孔，用于凸轮从动件的轴向支撑销穿过轴孔安装，并且主体还包括两个基本上平坦的附加表面。这两个附加表面在缸体适形镗孔运行表面和两个平行平坦表面之间的过渡区域内。附加表面在主体的驱动输入端远侧的平行平坦表面的端部处邻近平行平坦表面。在这些教导内容的一些中，附加表面相对于缸体适形镗孔运行表面的轴线是倾斜的，并且倾斜角在15度至75度的范围内。使那些表面如此倾斜在保持或增加其抗疲劳性的同时降低了挺杆的重量。

本发明内容的主要目的是以简化的形式呈现发明人的某些概念，以有利于理解随后的更详细的描述。本发明内容并不是发明人的每个概念或每一个可被认为是“发明”的发明人概念的组合的全面描述。本发明人的其它概念将通过以下具体实施方式连同附图传达给本领域的普通技术人员。本文所公开的细节可概括、缩小和以各种方式与发明人声称他们的发明被保留用于随后的权利要求书的最终陈述相组合。

附图说明

图1为根据本教导内容的一些方面的挺杆的透视图。

图2为在组装之前图1的挺杆的主体的透视图。

图3为图1的挺杆的横梁的透视图。

图4为在组装之后图2的主体和图3的横梁的透视图。

图5为示出垂直度的测量的草图。

图6为在图4的线6-6上截取的横截面。

图7为根据本教导内容的一些方面的安装在发动机中以作为燃料泵致动器操作的图1的挺杆的例示。

图8为在图4的线8-8上截取的横截面，但示出如安装在图7的发动机中的挺杆。

图9为根据本教导内容的一些方面的方法的流程图。

具体实施方式

图1为挺杆100的透视图，该挺杆为根据本教导内容中的一些的示例。挺杆100包括主体101、横梁121(在图1中不可见)和凸轮从动件131。图2为主体101的透视图。图3为横梁121的透视图。如图4和图6中所示，将横梁121安装在主体101内。图4为主体101和横梁121的透视图，并且图6为对应于图4的剖视图。

凸轮从动件131包括轴向支撑销133、轴承137和辊135。辊135通过轴承137安装在轴向支撑销133上。凸轮从动件131靠近驱动输入端103安装到主体101。横梁121可静止在形成于主体101的内侧上的凸缘125上。横梁121可通过凹坑123抵靠凸缘125固定，所述凹坑可通过卷曲形成于主体101中。主体101和横梁121两者均由含铁金属(其为钢)形成。横梁121在其整个厚度上硬化，而主体101仅是壳体硬化的并且具有可延展的内部。硬化材料(其包括主体101的外壳和横梁121的内部)具有大于500HV的硬度。可延展材料具有小于500HV的硬度。500HV为基于维氏硬度测试的维氏金字塔数。

壳体硬化可仅使在表面的100微米内的金属硬化。在这些教导内容的一些中，硬化限于表面的50微米内。在这些教导内容的一些中，硬化限于表面的30微米内。硬化层的厚度可在约10微米和15微米之间。硬化的分布可通过形成部分并且采用硬度迹线来确定。

主体101具有缸体适形镗孔运行表面109。表面109为主体101的外表面。它是缸体适形的，因为它遵循具有轴线151的缸体的形状。虽然表面109适形于缸体的形状，但不需要在其本身中形成任何完整的缸体。表面109为镗孔运行表面，因为当安装在匹配的镗孔中时，其可操作以引导挺杆100的平移并且将限制该镗孔内的摆动。

主体101为包括防旋转引导特征部115的含铁金属邻接件。主体101已被冲压，以使防旋转引导特征部115形成为从缸体适形镗孔运行表面109的向外突起部。通过冲压形成防旋转引导特征部115由于其与形成镗孔运行表面109的金属的连续性而明显。防旋转引导特征部115具有平行于轴线151延伸的长度153，并且接触在沿长度115延伸的两个侧面117上的镗孔运行表面109。优选地，防旋转引导特征部115通过长度115的大部分来接触镗孔运行表面109。更优选地，防旋转引导特征部115通过其整个长度115来接触镗孔运行表面109。还更优选地，防旋转引导特征部115围绕其整个周边来接触镗孔运行表面109，如图中针对挺杆100所示的情况。这些连续性特征部可通过在冲压方法中形成防旋转引导特征部115来实现。

主体101包括靠近驱动输入端103的两个平行平坦表面105。凸轮从动件131包括轴向支撑销133，该轴向支撑销通过形成于表面105中的轴孔111安装到主体101。表面105被冲压到主体101中。凸轮从动件131相对于防旋转引导特征部115的取向与表面105相对于防旋转引导特征部115的取向相关。通过冲压形成表面105和防旋转引导特征部115两者改善了凸轮从动件131相对于防旋转引导特征部115的取向。此外，轴孔111也通过冲压形成，其进一步改善了它们相对于防旋转引导特征部115和相对于镗孔运行表面109的取向。

在镗孔运行表面109和凸轮从动件131之间实现了高度的垂直度。图5示出了垂直度的测量。垂直度被测量为辊135距垂直于镗孔运行表面109的轴线151的平面163的距离的端对端变化。该变化为距离165和距离167之间的差值。辊135通常具有约5mm至约20mm的范围内的长度，其中11mm为在该示例中的长度。对于该尺寸的辊，期望保持垂直度低于45微米。本教导内容允许实现低于30微米的垂直度。对于挺杆100，垂直度为约20微米。为了使这些垂直度与其它尺寸的辊相关，它们可根据11mm的辊长度进行归一化，以得到0.0041、0.0027和0.0018的无量纲垂直度。

垂直度部分地为尚未对主体101完成操作的结果。尚未使镗孔运行表面109经受会使其形状扭曲的热处理方法。尚未使镗孔运行表面109经受OD磨削或任何其它磨削、铣削或研磨操作，所述操作将适用于在形状扭曲硬化操作(诸如碳氮共渗)之后将主体101的表面109恢复到缸体适形形状。OD磨削留下迹线，诸如磨削线和标记。镗孔运行表面109不承载将用于确定其外径157的OD磨削或任何其它磨削、铣削或研磨操作的迹线。

主体101还包括平坦表面113。平坦表面113在镗孔运行表面109和平行平坦表面105之间的过渡区域内。平坦表面113邻近靠近平行平坦表面105的端部107的平行平坦表面105，所述平行平坦表面105在主体101的驱动输入端103的远侧。平坦表面113相对于缸体适形镗孔运行表面109的轴线151倾斜。倾斜角与轴线151成40度，其为15度至75度的范围内的角度。

主体101通过在将金属保持在铁素体相的同时将氮扩散到金属中的方法来壳体硬化。金属内氮原子的布置不同于在金属处于奥氏体相的同时添加氮的情况。在壳体硬化期间或之后，金属不被加热到高于临界温度。因此，对金属晶格内氮以及其结构的分布的分析将显示，所述部件已通过在将金属保持在铁素体相的同时将氮扩散到金属中的方法而壳体硬化。可用诸如X射线晶体学和扫描电子显微镜的方法进行分析。

挺杆100为铲斗挺杆。挺杆100为高压燃料泵致动器，尽管在其它挺杆应用中可使用相同的构造，如在辊提升机中。图7示出了安装在发动机150中的挺杆100。发动机150包括具有镗孔143的缸体头141。挺杆100安装在镗孔143内，并且其轴线151与镗孔143的轴线重合。平行于镗孔143并且与镗孔143重叠的更小镗孔145也形成于缸体头141中。导槽可用于代替镗孔145。防旋转引导件115骑在镗孔145内。镗孔145内的弹簧171使凸轮从动件131相对于凸轮147偏置。凸轮147具有三个圆形突出部。三个圆形突出部和四个圆形突出部的凸轮对于高压燃料泵是典型的。可也使用具有其它数量的圆形突出部的凸轮。

电子控制的计量阀177被配置成选择性地将低压燃料从入口179接纳到泵送室175中。当凸轮147旋转时，其向上驱动挺杆100。挺杆100压缩弹簧171，并且将活塞173驱动到泵送室175中。挺杆100通过横梁121与活塞173交接。横梁121将力从主体101传递到活塞173。在执行该功能时，可硬化横梁121以抵抗疲劳。泵送室175内的燃料被活塞173压缩，直到其达到止回阀181打开以将加压的燃料释放到出口183的临界压力处。一旦出口183处的压力足够高，就可提供高压安全阀185以允许燃料流返回泵送室175。

图8提供了镗孔143中的挺杆100的剖视图。横截面对应于图4中所识别的挺杆横截面8-8。从该视图移除凸轮从动件131以提供更大的清晰度。如该视图中所示，镗孔运行表面109与镗孔143的壁配合。直径157可被称为挺杆100的标称外径。挺杆100为高压燃料泵致动器。直径157可为标准尺寸中的任一种，标准尺寸包括26mm、31mm和32mm。因此，直径157可在26mm至32mm的范围内。对于高压燃料泵应用，直径157一般在约10mm至约50mm的范围内。挺杆100可另选地具有更大或更小的直径。

镗孔143的直径159略大于镗孔运行表面109的直径157，以提供运行间隙。间隙可在10μm至40μm的范围内。防旋转引导特征部115从镗孔143延伸出，进入镗孔145的空间中。防旋转引导特征部115与镗孔145的壁配合，以狭义地限制挺杆100在镗孔143内的旋转。镗孔145的直径161可远小于镗孔143的直径159。直径161通常在约2mm至约8mm的范围内。直径161在该示例中为约4mm。缸体适形镗孔运行表面109具有小于50μm的直径方差。例如，方差可为15μm。

图9提供了可用于制造挺杆100的方法200的流程图。方法200以金属片的条带开始，该金属片的条带可从线圈中取出。在动作201中，使一片金属片经受深拉伸以产生缸体形式。在动作203中，使缸体形式经受一系列的冲压操作以产生主体101。这些操作可包括形成防旋转引导特征部115的动作205、形成平行平坦表面105的动作207以及形成轴孔111的动作209。动作209包括刺穿和剃刮。

动作211至215独立于主体101产生和加工横梁121。动作211为冲压以形成横梁121。动作213为中性硬化。中性硬化包括将横梁121加热到高于临界温度并且淬火。动作215为回火，其为减轻硬化方法期间产生的内部应力的一种热处理方法。

动作217为将横梁121安装在主体101内，并且卷曲以将其抵靠凸缘125保持。卷曲形成凹坑123。横梁121可被描述为横向纤维网并且安装在主体101内。动作219为铁素体氮碳共渗(FNC)，其为一种壳体硬化方法。FNC为在金属低于临界温度时通过扩散来向含铁金属添加氮的方法。临界温度为金属开始从铁素体相转变到奥氏体相温度时的温度。临界温度一般为约733℃。优选地在525℃和625℃之间进行FNC方法。FNC可为气体FNC方法、盐浴FNC方法或等离子体FNC方法。

动作221为将凸轮从动件131安装到主体101。辊135安装在轴承137上，轴承137安装在轴向支撑销133上。将凸轮从动件131安装到主体101包括穿过轴孔111装配轴向支撑销133。组装的挺杆100可安装在发动机150中，其中挺杆100作为燃料泵致动器操作。

尽管被FNC改性，但在主体101的镗孔运行表面109处暴露的金属基本上为在动作201的深拉伸之后存在于金属片的外表面处的金属。冲压操作203对外径157具有很小的影响或没有影响。外径157基本上由动作201的深拉伸、动作203的冲压和动作219的FNC确定。外径157可基本上由动作201的深拉伸单独确定。

已根据某些教导内容和示例示出和/或描述了本公开的部件和特征部。虽然已经结合仅一个实施方案或一个示例描述了特定组件或特征或者该组件或特征的广义或狭义表述，但所有的组件和特征，无论是其广义表述还是狭义表述，都可与其它组件或特征相结合，只要此类组合被本领域的普通技术人员认为是合乎逻辑的。

Claims (15)

1.一种挺杆，包括：

主体，所述主体为壳体硬化的含铁金属的邻接件，所述主体包括缸体适形镗孔运行表面和防旋转引导特征部，所述防旋转引导特征部已被制成通过冲压从所述镗孔运行表面向外突出；和

凸轮从动件，所述凸轮从动件安装到所述主体。

2.通过一种方法形成的挺杆，所述方法包括：

由含铁金属形成具有表面的主体，所述表面包括缸体适形镗孔运行表面；

冲压包括所述镗孔运行表面的所述主体，以形成从所述镗孔运行表面向外突出的防旋转引导特征部；

通过铁素体氮碳共渗使所述主体壳体硬化；以及

将凸轮从动件附接到所述主体。

3.根据权利要求2所述的挺杆，其中所述方法还包括：

在所述主体的驱动输入端处冲压所述主体，以形成两个平行平坦表面；以及

在所述两个平坦表面中的每一者中形成轴孔；

其中将凸轮从动件附接到所述主体包括穿过所述轴孔安装用于所述凸轮从动件的轴向支撑销。

4.根据权利要求2所述的挺杆，其中所述方法还包括：

在冲压操作中刺穿所述主体，以在所述主体中形成轴孔；

其中将凸轮从动件附接到所述主体包括穿过所述轴孔安装用于所述凸轮从动件的轴向支撑销。

5.根据权利要求2所述的挺杆，其中所述方法还包括：

形成含铁金属的横梁；

通过包括将所述横梁加热到所述含铁金属进入奥氏体相的温度处的方法来硬化所述横梁；以及

将所述横梁安装在所述主体内。

6.根据权利要求2所述的挺杆，其中由含铁金属形成所述主体包括由金属片通过深拉伸形成所述主体。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的挺杆，其中：

所述挺杆包括保持在所述主体内的横梁；并且

所述横梁在其全厚度上硬化，而所述主体具有未硬化的内部。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的挺杆，其中：

所述防旋转引导特征部具有沿所述缸体适形镗孔运行表面的轴线延伸的长度；并且

防旋转引导特征部沿防旋转引导特征部的两个相对侧接触缸体适形镗孔运行表面，这两个相对侧均沿长度延伸。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的挺杆，其中所述防旋转引导特征部和所述缸体适形镗孔运行表面之间的界面围绕所述防旋转引导特征部形成周边。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的挺杆，其中所述镗孔运行表面不承载任何已有助于确定其外径并且尚未被施加到所述防旋转引导件的所述表面的操作的证据。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的挺杆，其中：

所述主体还包括在其驱动输入端处的两个平行平坦表面；

在所述两个平坦表面中的每一者中形成轴孔；

用于所述凸轮从动件的轴向支撑销穿过所述轴孔安装；

所述主体还包括两个基本上平坦的附加表面；

所述缸体适形镗孔运行表面和所述两个平行平坦表面之间的过渡区域内的所述两个附加表面；

所述附加表面邻近在所述主体的驱动输入端远侧的平行平坦表面的末端处的所述平行平坦表面；

所述附加表面相对于所述缸体适形镗孔运行表面的轴线倾斜；并且

倾斜角在15度至75度的范围内。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的挺杆，其中所述挺杆为泵致动器。

13.一种制造挺杆的方法，所述方法包括：

形成含铁金属片以提供缸体适形镗孔运行表面；

通过冲压形成从所述缸体适形镗孔运行表面向外突出的防旋转引导特征部；

通过铁素体氮碳共渗使所述主体壳体硬化；以及

将凸轮从动件安装在所述主体的一端处。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法在不影响所述外径的任何磨削、铣削或研磨的情况下，为所述缸体适形镗孔运行表面产生最终外径。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中冲压还包括形成轴孔，所述凸轮从动件穿过所述轴孔安装。