JP2010520965A - カムシャフトを支承するための軸受け装置の改良された構成を有する、燃料を圧送するための高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、特にコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプ（１）に関し、該高圧ポンプ（１）が、ポンプボディ（２）を有しており、該ポンプボディ（２）内に、カムシャフト（４）を有する少なくとも１つのカム伝動装置（３）が収容されており、カムシャフト（４）が、少なくとも１つの軸受け装置を用いて、ポンプボディ（２）および／またはフランジボディ（５）に、カムシャフト軸線（６）を中心として回転可能に支承されており、前記軸受け装置が、カムシャフト軸線（６）の方向に延びるラジアル軸受けブシュ（７）と、スラスト軸受けディスク（８）とを有しており、該スラスト軸受けディスク（８）が、ラジアル軸受けブシュ（７）の端部側に一体成形されていて、かつ／またはラジアル軸受けブシュ（７）に結合されていて、スラスト軸受けディスク（８）が、組み込まれていない状態では、カムシャフト軸線（６）に対して＜９０°の半径方向の延在方向（９）に延びており、ただし該半径方向の延在方向（９）は、ラジアル軸受けブシュ（７）に向けられていて、組み込まれた状態では、スラスト軸受けディスク（８）の弾性的な変形によって、カムシャフト軸線（６）に対して９０°に延びるスラスト軸受け平面（１０）にもたらされるようになっている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、特にコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプであって、該高圧ポンプが、ポンプボディを有しており、該ポンプボディ内に、カムシャフトを有する少なくとも１つのカム伝動装置が収容されており、カムシャフトが、少なくとも１つの軸受け装置を用いて、ポンプボディおよび／またはフランジボディに、カムシャフト軸線を中心として回転可能に支承されており、前記軸受け装置が、カムシャフト軸線の方向に延びるラジアル軸受けブシュと、スラスト軸受けディスクとを有しており、該スラスト軸受けディスクが、ラジアル軸受けブシュの端部側に一体成形されていて、かつ／またはラジアル軸受けブシュに結合されている形式のものに関する。

背景技術
冒頭で述べた形式の、燃料を圧送するための高圧ポンプは有利にはカム伝動装置を有して形成されているので、ポンプボディ、もしくは該ポンプボディに導入されたフランジボディにはカムシャフトが回転可能に支承されている。このカムシャフトは、高圧ポンプの運転時に、カムシャフト軸線を中心として回転して、タペットユニットを行程運動させる。このタペットユニットは、燃料を圧送するために弁ユニットと協働する。コモンレール式燃料噴射システムの高い運転圧に基づいて、カムシャフトには、カム伝動装置を介して高い力が作用する。この力は、カム伝動装置の左右両側に配置された滑り支承部によって吸収される。滑り支承部は、半径方向の力を吸収するためのラジアル軸受けブシュを有していて、この場合、カムシャフト軸線の方向の力を吸収するスラスト軸受けディスクが設けられている。カムシャフトは、カムシャフト軸線の両方向でスラスト軸受けディスクにより軸方向に支承されている。この場合、唯一つの軸方向支承部しか有しない配置も考えられる。ラジアル軸受けブシュとスラスト軸受けディスクとは、単一ユニットの１つの構成部分として形成されている。この場合、構造的な構成に関連して、スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとは、互いに一体にかつ単一材料から形成されているか、またはスラスト軸受けディスクは、ラジアル軸受けブシュの端部側に接合されている。スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとの結合は、材料接続式、つまり材料による結合か、または形状接続式、つまり形状に基づく結合によりに行うことができ、有利には溶接結合が使用される。

さらに、公知先行技術においては、スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとが互いに別個にハウジング内に取り付けられるような高圧ポンプも提供されている。スラスト軸受けディスクの位置固定は緊締ピンにより実現され、このためには、付加的な構成要素および付加的な組付け過程が必要となり、それゆえにスラスト軸受けディスクとラジアル軸受けディスクから成る１つのユニットの方が有利となる。

高圧ポンプ内にカムシャフトをこのように支承する場合、ポンプボディに設けられた平坦当付け面に対するスラスト軸受けディスクの平坦当付けが保証されていないという問題が生じる。なぜならば、カムシャフトの軸方向支承部が軸方向で著く負荷された場合に、スラスト軸受けディスクの弾性的な変形が、維持され得なくなるからである。この場合、スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとの間の溶接シームの極めて高い負荷が生じて、この溶接シームが故障してしまう恐れがある。損傷の結果として、スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとの間の溶接シームの破断が生ぜしめられるので、このことは高圧ポンプの故障に繋がる。特に、スラスト軸受けディスクがポンプボディの平坦当付け面に面一に接触していない場合に溶接シームの破断が行われる。この場合、不都合な負荷がかけられると、応力ピークおよびスラスト軸受けディスクと平坦当付け面との間での最大面圧が生じ、この応力ピークおよび最大面圧に基づいて過負荷が生ぜしめられ、ひいては溶接シームの破断が生ぜしめられる。

したがって本発明の課題は、燃料を圧送するための高圧ポンプを改良して、ポンプボディの内部にカムシャフトを支承するための改善された軸受け装置を有するような高圧ポンプを提供することである。

この課題は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、燃料を圧送するための高圧ポンプにおいて、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。本発明の有利な別の実施態様は請求項２以下に記載されている。

本発明は、スラスト軸受けディスクが、組み込まれていない状態では、カムシャフト軸線に対して相対的に＜９０°の半径方向の延在方向に延びており、ただしこの半径方向の延在方向は、ラジアル軸受けブシュに向けられていて、組み込まれた状態では、スラスト軸受けディスクの弾性変形によって、カムシャフト軸線に対して９０°に延びるスラスト軸受け平面にもたらされるようになっているという技術的な特徴を包含している。

本発明は、スラスト軸受けディスクが本発明によるジオメトリ的（幾何学的）な設計に基づいて、組み込まれた状態では溶接シームの領域において緊張状態を生ぜしめ、この緊張状態では溶接シームの破断が生じないという思想から出発している。スラスト軸受けディスクの意図的な角度調節（Anstellen）によって、スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとから成るユニットの取付け後に、スラスト軸受けディスクが、ポンプボディに設けられた平坦当付け面に確実に接触して、溶接シームの破断が阻止されることを確保することができる。＜９０°の半径方向の延在方向から平坦なスラスト軸受け平面にまでのスラスト軸受けディスクの変形は、弾性的な変形により行われる。この場合、スラスト軸受けディスクのばね作用しか利用されないので、スラスト軸受けディスクは半径方向内側でも半径方向外側でも、平坦当付け面に面一にぴたりと接触している。

ポンプボディが、平坦当付け面を有していると有利である。この平坦当付け面は、切削加工による後加工によって、要求された精度にもたらされるので、スラスト軸受けディスクは、組み込まれた状態では、平坦当付け面にぴたりと面一に接触することができる。

本発明の別の有利な構成では、スラスト軸受けディスクの半径方向の延在方向が、組み込まれていない状態では、カムシャフト軸線に対して８０°〜８９．９９°の角度、有利には８６°〜８９．９°の角度を成している。組み込まれた状態におけるスラスト軸受けディスクの弾性的な曲げによる溶接シームの負荷を最小限に保つためには、ほぼ９０°の角度が選択されると有利である。この場合、８９°の角度が特に有利である。この角度はスラスト軸受けディスクの厚さにも依存する。ラジアル軸受けブシュならびにスラスト軸受けディスクは、多コンポーネント型の構造を有しているので、スチール周壁（Stahlmantel）が、軸受けブシュもしくはスラスト軸受けディスクの基本形状を形成していて、滑り軸受けを形成するための滑り表面としてはＰＥＥＫ材料または炭素繊維強化された材料がスチール周壁に導入されている。しかし、スラスト軸受けディスクの弾性的な曲げは、スチール周壁に限定されており、この場合、溶接シームはスラスト軸受けディスクならびにラジアル軸受けブシュのそれぞれのスチールコンポーネントを結合している。すなわち、スチールコンポーネントが厚めに形成されている場合には、ほぼ直角の角度が有利であり、スチール構成要素が薄めに形成されている場合には、剛性の減少に基づいて、生ぜしめられる屈曲力が同じく減じられるので、直角からの大きな偏差が設定され得ることを推定することができる。

構造上の理由から、ラジアル軸受けブシュが、ポンプボディおよび／またはフランジボディに加工成形された支承孔に圧入されて、プレス嵌めされていると特に有利である。組付け上の理由から、同じくカムシャフトの支承部を収容する１つのフランジボディが設けられる。これによって一つの支承部が、ポンプボディ自体に設けられており、もう１つの支承部がフランジボディに設けられている。高圧ポンプの組立て時には、まず、第１の支承部がポンプボディに圧入されるので、引き続きカムシャフトを支承部内に嵌め込むことができる。その後に第２の支承部が、フランジボディに圧入されて、このフランジボディは次いでポンプボディに挿入されて、このポンプボディにねじ締結される。したがってカムシャフトの、組付け可能でかつ取外し可能な軸受け装置が提供され、この場合、第１の支承部がポンプボディ内に設けられ、第２の軸受けはフランジボディ内に設けられている。ラジアル軸受けブシュを、ポンプボディもしくはフランジボディに設けられた相応の孔に圧入することは、特に簡単な取付け可能性を提供する。この場合、支承孔内へのラジアル軸受けブシュの圧入力が、スラスト軸受けディスクにおけるばね力を克服し、かつ平坦当付け面におけるスラスト軸受けディスクの保持を保証するために十分に大きく形成されていなければならないことに気をつけなければならない。これによってスラスト軸受けディスクのばね作用に基づいてラジアル軸受けブシュは自動的に支承孔から引き戻され得なくなる。しかし、別の取付け可能性も同じく可能であり、この場合、ラジアル軸受けブシュと支承孔との間の遊び嵌めも可能であり、ラジアル軸受けブシュもしくはスラスト軸受けディスクの軸方向の位置固定は、付加的なエレメントにより行われる。

スラスト軸受けディスクと平坦当付け面との間の面圧は、スラスト軸受けディスクの半径方向の幅にわたって均等に分配されていると有利である。この場合、スラスト軸受けディスクの延在方向と、カムシャフト軸線との間の角度は、スラスト軸受けディスクの内側から半径方向の外側にまで均等な面圧が生じるように選択され得る。この場合、スラスト軸受けディスクの半径にわたる曲げモーメントは、外側に向かって均等に減少するので、組み込まれた状態では、平坦なスラスト軸受け平面が形成される。

さらに、ポンプボディに設けられた、平坦当付け面と支承孔との間の移行部が、面取り部を有していると有利である。面取り部の形成は、当然ながら、同じくフランジボディにおいて行われてもよい。これによりスラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとの間のスロート部において溶接シームは相応する構成スペースを占めることができるので、面取り部はこの構成スペースを空ける。さらに平坦当付け面とスラスト軸受けディスクとの間の面圧は、直接にスラスト軸受けディスクの半径方向内側から開始するのではなく、半径方向における面取り部の終了後にようやく開始する。これによって有利なジオメトリ的な構成および溶接シームへの改善された応力導入が得られる。

均等な応力分配は、スラスト軸受けディスクと、カムシャフトの平坦接触摺動部との間の面圧にも云えるので、この場合にも有利には、スラスト軸受けディスクの半径方向の幅にわたる面圧の均等な分配が行われる。これによっても、スラスト軸受けディスクとラジアル軸受けブシュとの間の溶接シームは負荷軽減される。

本発明を改良するさらに別の手段については、以下に本発明の有利な実施例の説明と共に図面につき詳しく説明する。

左側および右側のラジアル軸受けブシュと少なくとも１つのスラスト軸受けブシュとによってポンプボディの内部に回転可能に収容されているカムシャフトを有する高圧ポンプを横方向で断面した側面図である。 ラジアル軸受けブシュと、該ラジアル軸受ブシュに溶接されたスラスト軸受けブシュから成るユニットを組み込まれていない状態で示す横断面図である。 ラジアル軸受けブシュとスラスト軸受けブシュとから成るユニットをポンプボディに組み込まれた状態で示す横断面図である。

実施例
図１に示した高圧ポンプ１はポンプボディ２を有している。このポンプボディ２内には、カムシャフト４がカムシャフト軸線６の方向で回転可能に支承されている。カムシャフト４は、カム伝動装置３を有している。カム伝動装置３は、タペットユニット１６を行程運動させので、タペットユニット１６は、燃料の圧送を生ぜしめるために弁ユニット１７と協働することができる。カムシャフト４の支承は、２つの軸受け装置を介して行われる。すなわち、図面で見てカム伝動装置３の左側に配置された第１のラジアル軸受けブシュ７ａが、フランジボディ５の内部に導入されており、第２のラジアル軸受けブシュ７ｂが、右側でポンプボディ２自体に導入されている。これによりカム伝動装置３の左側にも右側にも、１つのラジアル軸受けが位置している。この場合、左側には、スラスト軸受けディスク８が設けられており、このスラスト軸受けディスク８は、ラジアル軸受けブシュ７ａに溶接されている。スラスト軸受けディスク８は、カムシャフト軸線６の方向で軸方向に作用する力を吸収するために働く。この力は、外部またはカム伝動装置によりカムシャフト４に導入される。スラスト軸受けディスク８は、フランジボディ５に接触しており、この場合、ラジアル軸受けブシュ７とスラスト軸受けディスク８とはフランジボディ５に圧入されている。さらにラジアル軸受けブシュ７ｂは、ポンプボディ２に圧入されているので、各ラジアル軸受けブシュ７ａ，７ｂは軸方向で不動に配置されている。

図２には、軸受けユニットが組み込まれていない状態で示されている。この軸受けユニットは、少なくとも１つのラジアル軸受けブシュ７とスラスト軸受けディスク８とを有している。スラスト軸受けディスク８は、環状に延びる溶接シーム１２によりラジアル軸受けブシュ７に結合されている。本発明によれば、スラスト軸受けブシュ８は、カムシャフト軸線６に対して＜９０°の値をとる半径方向の延在方向９を有している。スラスト軸受けディスク８の角度調節は全周にわたって均一であるので、周方向のいかなる位置でも、半径方向の延在方向９はカムシャフト軸線６に対して＜９０°の同じ角度を有している。スラスト軸受けディスク８は、溶接シーム１２を介してラジアル軸受けブシュ７に結合されており、この場合、溶接シーム１２も、軸受け装置の全周にわたって設けられている。

図３には、図２に示した軸受け装置が、ポンプボディ２に組み込まれた状態で示されている。組込みのためには、ラジアル軸受けブシュ７が、支承孔１３に圧入されてプレス嵌めされるので、スラスト軸受けディスク８は、ポンプボディ２に設けられた平坦当付け面１１に面一に当て付けられる。これによりスラスト軸受けディスク８の弾性的な変形が生ぜしめられるので、スラスト軸受けディスク８は、内側から半径方向外側までの全半径にわたって、平坦当付け面１１にぴたりと当て付けられる。これにより溶接シーム１２は負荷軽減されるので、溶接シーム内に不都合な応力ピークは生じなくなり、溶接シームの破断が阻止される。平坦当付け面１１から支承孔１３への移行部は、面取り部１４を有しているので、平坦当付け面１１に当て付けられるスラスト軸受けディスク８の面一な当付けの開始は、支承孔１３の半径よりも大きな半径のところではじめて行われる。本発明による軸受け装置では、スラスト軸受けディスク８全体が、カムシャフトのための平坦な接触摺動面を提供し、これによってカムシャフトと、スラスト軸受けディスク８との間でも、スラスト軸受けディスク８と、ポンプボディ２の平坦当付け面１１との間でも、面圧の均一な分配を生ぜしめることが保障される。

本発明の構成は、上に挙げた有利な実施例に限定されるものではなく、本発明の枠内で種々多様な変形実施例が考えられる。

Claims (8)

1. 特にコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料を圧送するための高圧ポンプ（１）であって、該高圧ポンプ（１）が、ポンプボディ（２）を有しており、該ポンプボディ（２）内に、カムシャフト（４）を有する少なくとも１つのカム伝動装置（３）が収容されており、カムシャフト（４）が、少なくとも１つの軸受け装置を用いて、ポンプボディ（２）および／またはフランジボディ（５）に、カムシャフト軸線（６）を中心として回転可能に支承されており、前記軸受け装置が、カムシャフト軸線（６）の方向に延びるラジアル軸受けブシュ（７）と、スラスト軸受けディスク（８）とを有しており、該スラスト軸受けディスク（８）が、ラジアル軸受けブシュ（７）の端部側に一体成形されていて、かつ／またはラジアル軸受けブシュ（７）に結合されている形式のものにおいて、
   スラスト軸受けディスク（８）が、組み込まれていない状態では、カムシャフト軸線（６）に対して＜９０°の半径方向の延在方向（９）に延びており、ただし該半径方向の延在方向（９）は、ラジアル軸受けブシュ（７）に向けられていて、組み込まれた状態では、スラスト軸受けディスク（８）の弾性的な変形によって、カムシャフト軸線（６）に対して９０°に延びるスラスト軸受け平面（１０）にもたらされるようになっていることを特徴とする、燃料を圧送するための高圧ポンプ。
2. ポンプボディ（２）が、平坦当付け面（１１）を有しており、該平坦当付け面（１１）に、スラスト軸受けディスク（８）が、組み込まれた状態では、面一に当て付けられている、請求項１記載の高圧ポンプ
3. スラスト軸受けディスク（８）の半径方向の延在方向（９）が、組み込まれていない状態では、カムシャフト軸線（６）に対して８０°〜８９．９９°、有利には８６°〜８９．９°の角度（１５）を成している、請求項１または２記載の高圧ポンプ。
4. スラスト軸受けディスク（８）が、溶接シーム（１２）によってラジアル軸受けブシュ（７）に一体に溶接されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
5. ラジアル軸受けブシュ（７）が、ポンプボディ（２）および／またはフランジボディ（５）に加工成形された支承孔（１３）に圧入されてプレス嵌めされている、請求項１から４までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
6. スラスト軸受けディスク（８）と平坦当付け面（１１）との間の面圧が、スラスト軸受けディスク（８）の半径方向の幅にわたり均等な分配を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
7. ポンプボディ（２）に設けられた、平坦当付け面（１１）と支承孔（１３）との間の移行部が、面取り部（１４）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。
8. カムシャフト（４）とスラスト軸受けディスク（８）との間でのカムシャフト（４）の平坦接触摺動部において、スラスト軸受けディスク（８）の半径方向の延在長さにわたって均等な面圧がかけられて、溶接シーム（１２）が負荷軽減されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の高圧ポンプ。

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