EP1527259A1 - Rollenstössel für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Rollenstössel für eine brennkraftmaschine

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EP1527259A1
EP1527259A1 EP03793614A EP03793614A EP1527259A1 EP 1527259 A1 EP1527259 A1 EP 1527259A1 EP 03793614 A EP03793614 A EP 03793614A EP 03793614 A EP03793614 A EP 03793614A EP 1527259 A1 EP1527259 A1 EP 1527259A1
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EP
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tappet
piston
roller
housing
compression spring
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INA Schaeffler KG
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    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
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    • F02M59/102—Mechanical drive, e.g. tappets or cams

Definitions

  • the invention relates to a roller tappet for a valve train or an injection device of an internal combustion engine, with a rotatably mounted roller, on which a cam contour of a camshaft acts, and with a hollow tappet piston, in which a helical compression spring is arranged and supported coaxially.
  • roller tappet is used in hydraulic pump units actuated by camshafts, e.g. B. hydraulic valve trains or GDI injectors (Gasoline Direct Injection).
  • camshafts e.g. B. hydraulic valve trains or GDI injectors (Gasoline Direct Injection).
  • a known pump unit the plunger of which, however, is not provided with a roller, has a plunger piston which is surrounded by a pump spring and which is arranged to be longitudinally displaceable in a cylinder.
  • a spring plate is formed on the plunger piston and a spring support surface on the cylinder.
  • the spring plate also serves as a sliding surface along which the cam slides, which moves the tappet piston relative to the cylinder body.
  • this version also requires a lot of space and causes an expensive production.
  • the tappet piston with the spring plate attached cannot be sharpened roundly.
  • a roller tap is preferable to a sliding tap. There are very limited spaces that prevent the use of a larger roll. As the roll size decreases, the pressures in the roller-cam contact area and the speed of the roll increase.
  • the invention has for its object to provide a roller tappet, the moving mass is very low.
  • the plunger piston is pot-shaped and has a bottom surface on which the helical compression spring rests directly at one end.
  • the integration of the helical compression spring in the interior of the tappet piston enables a compact design of the tappet when using a roller as a tap.
  • the size of the roller can be made large in accordance with the available cross section of the tappet piston.
  • the plunger piston can be mounted so as to be linearly displaceable in a cylinder bore of a housing, acting as a pump piston, which is connected to a channel arranged in the housing for a liquid or gaseous medium to be delivered.
  • a cylinder deriform support body may be arranged, which is partially surrounded by the plunger piston.
  • a bore acting as a line for the medium to be conveyed can be arranged in the support body, through which the interior of the tappet piston containing the helical compression spring, which is otherwise closed and acts as a pressure space, is connected to the channel of the housing.
  • an annular space adjoining the tappet piston which is formed by the housing and the support body within the cylinder bore, to be connected to the channel of the housing via bores acting as lines for the medium to be conveyed.
  • the plunger piston can be sharpened round without a tip, which reduces manufacturing costs.
  • the plunger can be flattened on one or two sides, or an anti-rotation pin can be attached.
  • FIG. 1 shows a roller tappet according to the invention in a first embodiment
  • Figure 2 shows a roller tappet according to the invention in a second embodiment
  • Figure 3 shows a known plunger
  • a known injection device shown in FIG. 4 has a camshaft 1, which rotates a deflection lever 3 about an axis 4 via a roller 2.
  • a roller 6 of a roller tappet 7 bears against a cam contour 5 of the deflection lever 3.
  • a main injection piston 8 is connected to the roller tappet 7 and is linearly displaceably mounted in an associated cylinder 9.
  • the roller tappet 7 is also mounted with its cylindrical jacket in a cylinder 10 of a housing such that it can be moved linearly.
  • a return helical compression spring 11 is mounted between a bottom of the cylinder 10 (not shown) and a cup-shaped insert 12 on the upper side of the main injection piston 8 and thus tends to push the main injection piston 8 into a rest position.
  • the cylinder 10 is part of a housing into which an inlet channel is drilled, which opens into the pressure chamber immediately below the end face of the main injection piston 8 in the rest position thereof.
  • a known plunger 13 shown in Figure 3 consists of a fixed cylinder 14, a plunger piston 15 arranged longitudinally displaceably in the cylinder and a pump spring 16, which is designed as a cylindrical helical compression spring and concentrically surrounds the plunger 13.
  • a spring support surface 17 is formed on the outer surface of the cylinder 14.
  • the pump spring 16 is supported on a spring plate 18, which is formed on the end of the plunger 13 located outside the cylinder 14.
  • the end face of the spring plate 18 serves as a sliding surface for the cam of a camshaft, which, in cooperation with the pump spring 16, causes the tappet 13 to move back and forth.
  • FIG. 1 shows a roller tappet 19 according to the invention, which has a cup-shaped tappet piston 20 with a cylindrical jacket and an end face.
  • a cylinder arranged helical compression spring 22 In the interior 21 of the tappet piston 20 there is a cylinder arranged helical compression spring 22. This is supported with an axial end on the inner bottom surface 23 of the tappet piston 20 and with its other axial end on a cylindrical support body 24 which is inserted in a cylinder bore 25 of a fixed housing 26 and is axially supported.
  • the tappet piston 20 is inserted linearly displaceably over part of its length in the cylinder bore 25 and here surrounds the support body 24 acted upon and in cooperation with the helical compression spring 22 can be set in a reciprocating movement.
  • the periodic change in volume of the interior 21 that occurs produces the pumping action, that is to say pushing out a flow medium to be conveyed through a central line 28 of the support body 24 and the housing 26 into a channel 29 of the housing 26, and then sucking in the flow medium in the opposite direction.
  • a roller tappet 30 according to the invention shown in FIG. 2 is basically constructed in the same way. Here, however, flow medium is conveyed by the periodic change in volume of an annular space 34 formed by the cylinder bore 31 of the housing 32 and the support body 33 below the tappet piston 35.
  • the annular space 34 is connected to the channel 29 of the duct 32 via a plurality of lines 36 arranged in the housing 32 Housing 32 connected.
  • the interior 21 with the inserted helical compression spring 22 supported on the bottom surface 23 is not a pump pressure chamber here, it is open to the outside through a bore 37 made in the bottom of the tappet piston 35 towards the roller 27.

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Abstract

Bei einem Rollenstößel (19) für einen Ventiltrieb oder eine Einspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer drehbar gelagerten Rolle (27), auf welche eine Nockenkontur einer Nockenwelle einwirkt, und mit einem hohlen Stößelkolben (20), in welchem eine Schraubendruckfeder (22) angeordnet und koaxial abgestützt ist, ist erfindungsgemäß der Stößelkolben (20) topfförmig ausgebildet ist und weist eine Bodenfläche (23) auf, an welcher die Schraubendruckfeder (22) unmittelbar mit einem Ende anliegt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Rollenstößel für eine Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel für einen Ventiltrieb oder eine Ein- spritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer drehbar gelagerten Rolle, auf welche eine Nockenkontur einer Nockenwelle einwirkt, und mit einem hohlen Stößelkolben, in welchem eine Schraubendruckfeder angeordnet und koaxial abgestützt ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein solcher Rollenstößel findet Einsatz bei durch Nockenwellen betätigten hydraulischen Pumpeinheiten, z. B. hydraulischen Ventiltrieben oder GDI- Einspritzvorrichtungen (Gasoline Direct Injection).
Eine bekannte Pumpeinheit, deren Stößel jedoch nicht mit einer Rolle versehen ist, weist einen von einer Pumpenfeder umgebenen Stößelkolben auf, der in einem Zylinder längsverschieblich angeordnet ist. Zur axialen Abstützung der Feder ist an dem Stößelkolben ein Federteller und an dem Zylinder eine Fe- derabstützfläche ausgebildet. Der Federteller dient gleichzeitig als Gleitfläche, an welcher der Nocken entlanggleitet, der den Stößelkolben gegenüber dem Zylinderkörper verschiebt. Außer dem Nachteil, daß hier kein Rollenabgriff erfolgt, hat diese Ausführung auch einen großen Platzbedarf und verursacht eine teuere Fertigung. Außerdem kann bei einem solchen Pumpenstößel der Stößelkolben mit angesetztem Federteller nicht spitzenlos rundgeschliffen werden. Bei der vorliegenden Anwendung ist ein Rollenabgriff einem Gleitabgriff vorzuziehen. Es liegen sehr beengte Platzverhältnisse vor, die den Einsatz einer größeren Rolle verhindern. Mit abnehmender Rollengröße steigen die Pressungen im Kontaktbereich Rolle-Nocken sowie die Drehzahl der Rolle.
Aus der Druckschrift DE 37 31 240 A1 ist eine Einspritzvorrichtung mit einem Rollenstößel der eingangs genannten Art bekannt, der einen massiven Lager- bereich für die Rolle aufweist. Diese Masse wird noch durch einen topfförmigen Einsatz für die Abstützung der Schraubendruckfeder und durch einen Haupteinspritzkolben erhöht. Beide befinden sich im Innenraum des Stößelkolbens und müssen bei der hin- und hergehenden Bewegung des Rollenstößels mitbewegt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rollenstößel anzugeben, dessen bewegte Masse sehr gering ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stößelkolben topfförmig ausgebildet ist und eine Bodenfläche aufweist, an welcher die Schraubendruckfeder unmittelbar mit einem Ende anliegt.
Die Integration der Schraubendruckfeder in dem Innenraum des Stößelkolbens ermöglicht bei Verwendung einer Rolle als Abgriff eine kompakte Bauform des Stößels. Die Rolle kann in ihrer Größe dem zur Verfügung stehenden Querschnitt des Stößelkolbens entsprechend groß gestaltet werden.
Der Stößelkolben kann in einer Zylinderbohrung eines Gehäuses als Pumpenkolben wirkend linear verschiebbar gelagert sein, welche mit einem in dem Gehäuse angeordneten Kanal für ein zu förderndes flüssiges oder gasförmiges Medium verbunden ist. In der Zylinderbohrung des Gehäuses kann ein zylin- derförmiger Stützkörper angeordnet sein, welcher von dem Stößelkolben teilweise umgeben ist. Dabei kann in dem Stützkörper eine als Leitung für das zu fördernde Medium wirkende Bohrung angeordnet sein, durch welche der die Schraubendruckfeder enthaltende, im übrigen geschlossene und als Druck- räum wirkende Innenraum des Stößelkolbens mit dem Kanal des Gehäuses verbunden ist. Es ist auch möglich, daß ein an dem Stößelkolben sich anschließender Ringraum, der von dem Gehäuse und dem Stützkörper innerhalb der Zylinderbohrung gebildet ist, über als Leitungen für das zu fördernde Medium wirkende Bohrungen mit dem Kanal des Gehäuses verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung werden am Stößel kein Federteller und keine Federabstützfläche an der Außenseite des Stößels benötigt ,so daß die Anzahl der erforderlichen Teile reduziert ist. Der Stößelkolben kann spitzenlos rundgeschliffen werden, dadurch verringern sich die Fertigungskosten. Zur Verdrehsicherung kann der Stößel an einer Seite oder an zwei Seiten abgeflacht werden, oder es kann ein Verdrehsicherungsstift angebracht werden.
Kurze Beschreibung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden im Vergleich mit dem vorbekannten Stand der Technik näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Rollenstößel in einer ersten Ausfüh- rungsform;
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Rollenstößel in einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3 einen vorbekannten Stößel;
Figur 4 ausschnittsweise eine Einspritzvorrichtung mit einem vorbekannten Rollenstößel. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Eine in Figur 4 dargestellte vorbekannte Einspritzvorrichtung weist eine Nok- kenwelle 1 auf, die über eine Rolle 2 einen Umlenkhebel 3 um eine Achse 4 verdreht. An einer Nockenkontur 5 des Umlenkhebels 3 liegt eine Rolle 6 eines Rollenstößels 7 an. Mit dem Rollenstößel 7 ist ein Haupteinspritzkolben 8 verbunden, der in einem zugehörigen Zylinder 9 linear verschiebbar gelagert ist. Der Rollenstößel 7 ist mit seinem zylindrischen Mantel in einem Zylinder 10 eines Gehäuses ebenfalls linear verschiebbar gelagert. Eine Rückstell- Schraubendruckfeder 11 ist zwischen einem nicht dargestellten Boden des Zylinders 10 und einem topfförmigen Einsatz 12 an der Oberseite des Haupteinspritzkolbens 8 gelagert und tendiert somit dazu, den Haupteinspritzkolben 8 in eine Ruhestellung zu drücken. Der Zylinder 10 ist Teil eines Gehäuses, in das ein Zulaufkanal gebohrt wird, der unmittelbar unterhalb der druckkammer- seitigen Stirnfläche des Haupteinspritzkolbens 8 in dessen Ruhestellung in die Druckkammer mündet.
Ein in Figur 3 dargestellter vorbekannter Stößel 13 besteht aus einem festen Zylinder 14, einem in dem Zylinder längsverschieblich angeordneten Stößelkolben 15 und einer Pumpenfeder 16, welche als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet ist und den Stößel 13 konzentrisch umgibt. Für die axiale Abstützung der Pumpenfeder 16 mit einem Ende ist an der äußeren Oberfläche des Zylinders 14 eine Federabstützfläche 17 ausgebildet. Mit dem anderen Ende stützt sich die Pumpenfeder 16 an einem Federteller 18 ab, der an dem Außerhalb des Zylinders 14 befindlichen Ende des Stößels 13 ausgebildet ist. Die stirnseitige Außenfläche des Federtellers 18 dient als Gleitfläche für den Nocken einer Nockenwelle, welche den Stößel 13 im Zusammenwirken mit der Pumpenfeder 16 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rollenstößel 19, der einen topfförmigen Stößelkolben 20 mit einem zylinderförmigen Mantel und einem stirnseitigen Boden aufweist. In dem Innenraum 21 des Stößelkolbens 20 ist eine zylin- drische Schraubendruckfeder 22 angeordnet. Diese stützt sich mit einem axialen Ende an der inneren Bodenfläche 23 des Stößelkolbens 20 und mit ihrem anderen axialen Ende an einem zylindrischen Stützkörper 24 ab, der in einer Zylinderbohrung 25 eines festen Gehäuses 26 eingesetzt und axial abgestützt ist. Der Stößelkolben 20 ist auf einem Teil seiner Länge in der Zylinderbohrung 25 linear verschiebbar eingesteckt und umgibt hier den Stützkörper 24. An der Außenseite des Bodens des Stößelkolbens 20 weist der Rollenstößel 19 eine gelagerte Rolle 27 auf, welche mittelbar oder unmittelbar von dem Nocken einer Nockenwelle beaufschlagt und von diesem in Zusammenwirkung mit der Schraubendruckfeder 22 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt werden kann. Die dabei auftretende periodische Volumenänderung des Innenraumes 21 erzeugt die Pumpwirkung, also ein Herausdrücken eines zu fördernden Strömungsmediums durch eine zentrale Leitung 28 des Stützkörpers 24 und des Gehäuses 26 in einen Kanal 29 des Gehäuses 26, und anschließend ein Einsaugen von Strömungsmedium in entgegengesetzter Richtung.
Ein in Figur 2 dargestellter erfindungsgemäßer Rollenstößel 30 ist grundsätzlich ebenso aufgebaut. Hier erfolgt die Förderung von Strömungsmedium jedoch durch die periodische Volumenänderung eines von der Zylinderbohrung 31 des Gehäuses 32 und dem eingesetzten Stützkörper 33 gebildeten Ringraumes 34 unterhalb des Stößelkolbens 35. Der Ringraum 34 ist über mehrere in dem Gehäuse 32 angeordnete Leitungen 36 mit dem Kanal 29 des Gehäuses 32 verbunden. Der Innenraum 21 mit der eingesetzten, an der Bodenfläche 23 abgestützten Schraubendruckfeder 22 ist hier nicht ein Pumpen- druckraum, er ist durch eine in dem Boden des Stößelkolbens 35 angebrachte Bohrung 37 nach außen zur Rolle 27 hin geöffnet. Bezugszahlenliste
Nockenwelle 31 Zylinderbohrung Rolle 35 32 Gehäuse Umlenkhebel 33 Stützkörper Achse 34 Ringraum Nockenkontur 35 Stößelkolben Rolle 36 Leitung Rollenstößel 40 37 Bohrung Haupteinspritzkolben Zylinder Zylinder Schraubendruckfeder Einsatz 45 Stößel Zylinder Stößelkolben Pumpenfeder Federabstützfläche 50 Federteller Rollenstößel Stößelkolben Innenraum Schraubendruckfeder 55 Bodenfläche Stützkörper Zylinderbohrung Gehäuse Rolle 60 Leitung Kanal Rollenstößel

Claims

Patentansprüche
1. Rollenstößel (19, 30) für einen Ventiltrieb oder eine Einspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer drehbar gelagerten Rolle (27), auf welche eine Nockenkontur einer Nockenwelle einwirkt, und mit einem hohlen Stößelkolben (20, 35), in welchem eine Schraubendruckfeder (22) angeordnet und koaxial abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel- kolben (20, 35) topfförmig ausgebildet ist und eine Bodenfläche (23) aufweist, an welcher die Schraubendruckfeder (22) unmittelbar mit einem Ende anliegt.
2. Rollenstößel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel- kolben (20, 35) in einer Zylinderbohrung (25, 31) eines Gehäuses (26, 32) als Pumpenkolben wirkend linear verschiebbar gelagert ist, welche mit einem in dem Gehäuse (26, 32) angeordneten Kanal (29) für ein zu förderndes flüssiges oder gasförmiges Medium verbunden ist.
3. Rollenstößel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zylinderbohrung (25, 31 ) des Gehäuses (26, 32) ein zylinderförmiger Stützkörper (24, 33) angeordnet ist, welcher von dem Stößelkolben (20, 35) teilweise umgeben ist.
4. Rollenstößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stützkörper (24) eine als Leitung (28) für das zu fördernde Medium wirkende Bohrung angeordnet ist, durch welche der die Schraubendruckfeder (22) enthaltende im Übrigen geschlossene und als Druckraum wirkende Innenraum (21 ) des Stößelkolbens (20) mit dem Kanal (29) des Gehäuses (26) verbunden ist.
5. Rollenstößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Stößelkolben (35) sich anschließender, von dem Gehäuse (32) und dem Stützkörper (33) innerhalb der Zylinderbohrung (31 ) gebildeter Ringraum
(34) über als Leitungen (36) für das zu fördernde Medium wirkende Bohrungen mit dem Kanal (29) des Gehäuses (32) verbunden ist.
Rollenstößel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Schraubendruckfeder (22) enthaltende Innenraum (21 ) des Stößelkolbens
(35) über eine von seiner Bodenfläche (23) ausgehende Bohrung (37) nach außen geöffnet ist.
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