JP2020529551A - ポンプ特に高圧燃料ポンプのためのカムシャフト、およびカムシャフトを備えたポンプ - Google Patents

Abstract

特にポンプ（１０）のためのカムシャフト（２４）が提案される。前記カムシャフト（２４）は、前記カムシャフト（２４）の縦軸線（２５）の方向に並んで配置された少なくとも２つのカム（２６，２８）を有しており、これらのカム（２６，２８）のカム隆起部が前記カムシャフト（２４）の縦軸線（２５）を中心にして互いにずらして配置されている。隣接し合う２つのカム（２６，２８）の間に中間領域（３０）が設けられていて、少なくとも１つの軸受領域（３２）が前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）の方向で前記カム（２６，２８）の隣に配置されている。前記中間領域（３０）が、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を含む軸方向の縦断面内に、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）から半径方向間隔（ｒ１，ｒ２）を保って延在しており、前記半径方向間隔（ｒ１，ｒ２）が、それぞれの軸方向の縦断面でより小さいカム隆起部（ｈ１）を有する隣接するカム（２６）から出発して、それぞれの軸方向の縦断面でより大きいカム隆起部（ｈ２）を有する隣接するカム（２８）に向かって次第に増大している。【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載した、ポンプ特に高圧燃料ポンプのためのカムシャフト、および請求項７の前提部に記載した、カムシャフトを備えたポンプに関する。

このようなカムシャフトおよび、高圧燃料ポンプとして構成されたこのようなポンプは、特許文献１により公知である。このポンプは、それぞれ１つのポンププランジャを備えた２つのポンプエレメントと１つのカムシャフトとを有しており、このカムシャフトによって、ポンププランジャがそれぞれ１つのローラタペットを介してストローク運動で駆動される。カムシャフトは、その縦軸線の方向で並んで配置された２つのカムを有しており、これらのカムのカム隆起部は、カムシャフトの縦軸線を中心にして互いにずらして配置されている。カムは、例えば１８０°ツインカムであってよく、これらのカムのカム隆起部は、カムシャフトの縦軸線を中心にして互いに９０°ずらして配置されているかまたは回転して配置されていてよい。カムの隣に、カムシャフトは少なくとも１つの軸受領域を有しており、この軸受領域を介してカムシャフトは例えばポンプのハウジング内でその縦軸線を中心にして回転可能に支承されている。カムシャフトの縦軸線の方向におけるこれらのカムの間隔は、２つのポンプエレメントを互いに並んで収容できるようにするために必要である。これによって、２つのカムの間に中間領域が存在するが、この中間領域は、公知のカムシャフトでは、外周面回転切削によって、軸受領域の直径とほぼ同じ大きさの直径に製作される。ポンプの運転中に、ポンププランジャの駆動によってカムシャフトのカムの負荷が発生し、この負荷は、カムシャフトの中間領域に曲げ負荷を加える。カムシャフトの中間領域が曲がることによって、ポンププランジャの傾斜に基づいてポンププランジャに対するカムの位置合わせも変化する。これによって、ポンププランジャの運転中に大きい負荷が発生し、例えばローラタペットとカムとの間の傾きが発生し、これにより、カム並びにローラタペットおよびローラの摩耗が増大する。しかも、カムシャフトの中間領域が曲がることによって、少なくとも軸受領域も傾き、これにより高い負荷、特にカムシャフトの軸受領域の縁部に片寄った負荷が発生する。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００９００２０１４号明細書

これに対して、請求項１に記載した特徴を有する本発明によるカムシャフトは、中間領域内のカムシャフトの曲がりが小さく維持されるので、カムおよび少なくとも１つの軸受領域は、運転中におけるカムシャフトの負荷時に全く傾くことがないかまたはわずかに傾くだけであり、カムと少なくとも１つの軸受領域との整列は十分に維持され、それによって、カム並びにローラタペットおよびローラの摩耗は少なく維持され得る、という利点を有している。

従属請求項には、本発明によるカムシャフトの好適な実施形態および変化実施態様が記載されている。請求項２の構成によれば、カムの加工が中間領域によって妨げられることがないように保証されている。請求項３の構成によって、中間領域の簡単な製造が可能であり、また切欠効果に基づく応力増大は避けることができる。

ポンプエレメントおよびカムシャフトを備えたポンプの一部の縦断面図である。 第１実施例によるカムシャフトの、図１の符号ＩＩで示した区分の拡大図である。 第１実施例によるカムシャフトの斜視図である。 第２実施例によるカムシャフトの区分ＩＩを示す図である。 負荷を受けて曲がっている、従来技術によるカムシャフトを示す図である 負荷を受けて曲がっている、本発明によるカムシャフトを示す図である。

本発明の複数の実施例が図面に示されていて、以下の説明に詳しく記載されている。

図１〜図６には、特に内燃機関の燃料噴射装置において高圧燃料圧送のために設けられたポンプ１０の簡略的な図を示す。ポンプ１０は、少なくとも２つのポンプエレメント１２を有しており、これらのポンプエレメント１２はそれぞれ１つのハウジング部分１４を有していて、これらのハウジング部分１４内でそれぞれ１つのシリンダ孔１６内にポンププランジャ１８が可動にガイドされており、これらのポンププランジャ１８はそれぞれのシリンダ孔１６内でポンプ作業室２０を仕切る。ポンププランジャ１８は、それぞれ１つのタペット２２を介してカムシャフト２４によって、カムシャフト２４の回転軸線２５に関連して少なくとも概ね半径方向にストローク運動で駆動される。カムシャフト２４の回転軸線２５は、カムシャフト２４の縦軸線に対して同軸的である。カムシャフト２４は、ポンプ１０の部分であってよいか、または選択的に、ポンプ１０が固有のカムシャフトを有しているのではなくカムシャフト２４が内燃機関の部分であるように構成されていてもよい。

カムシャフト２４は、ポンププランジャ１８の駆動のために、その縦軸線２５の方向で並んで配置された２つのカム２６，２８を有していて、これらのカム２６，２８はそれぞれシングルカムまたはマルチカムとして構成されていてよく、例えば１８０°ツインカムとして構成されていてよい。カム２６，２８は、カムシャフト２４の縦軸線２５を中心にした互いにずらして配置されているかまたは回転して配置されており、例えば縦軸線２５を中心にして概ね９０°ずらされている。カムシャフト２４の縦軸線２５の方向で、２つのカム２６と２８との間に、以下に詳しく説明されている中間領域３０が設けられている。カムシャフト２４の縦軸線２５の方向で、中間領域３０とは反対側の、少なくとも１つのカム２６または２８の隣に、好ましくは２つのカム２６および２８の隣に、カムシャフト２４のそれぞれ１つの軸受領域３２が設けられている。

軸受領域３２は、それぞれ円筒形に構成されていて、この軸受領域３２を介してカムシャフト２４が例えばそれぞれの滑り軸受内で回転可能に支承されている。このタペット２２はそれぞれローラタペットとして構成されていて、このローラタペット内にそれぞれ１つのローラ３４が回転可能に支承されており、これらのローラ３４はカム２６または２８上を転動する。タペット２２はそれぞれ１つのタペット体３６を有していてよく、この場合、ローラ３４は、タペット体３６内の、またはタペット体３６内に配置されたローラシュー３８内の切欠内で、ローラ３４の外周面を介して滑り軸受の形式に従って回転可能に支承されている。選択的に、ローラ３４は中空に構成されていて、タペット体３６内に保持された軸受ピン４０上に回転可能に支承されていてもよい。タペット２２およびポンププランジャ１８は、タペットばね４２によってカム２６または２８に向かって付勢される。タペット２２は、受け部４４内でしゅう動可能にガイドされており、この場合、受け部４４は、ポンプ１０のハウジング部分４６内にまたは内燃機関のハウジング部分内に形成されている。２つのポンプエレメント１２のハウジング部分１４は、一体的に構成されているかまたは別個の構成部分として構成されていて、ハウジング部分４６に接続されていてよい。

以下に、カムシャフト２４の中間領域３０の構成を詳しく説明する。カム２６および２８のカム隆起部をカムシャフト２４の縦軸線２５を中心にして互いにずらして配置したことによって、カムシャフト２４の縦軸線２５を含む軸方向の縦断面は、縦軸線２５からの様々な半径方向間隔ｈ１およびｈ２を有している。カム２６は、その軸方向の縦断面内に、このカム２６の上死点を有するその最大カム隆起部を備えており、これに対して他方のカム２８は、このカム２８の下死点を有するその最小カム隆起部を備えている。縦軸線２５を中心にして９０°または２７０°回転された軸方向の縦断面で、カム２６は、このカム２６の下死点を有するその最小カム隆起部を有していて、これに対して他方のカム２８は、このカム２８の上死点を有するその最大カム隆起部を備えている。それぞれの軸方向の縦断面で、２つのカム２６，２８の様々なカム隆起部は、それぞれの軸方向の縦断面の位置に依存して得られる。

中間領域３０は、この中間領域３０が、カムシャフト２４の縦軸線２５を含む軸方向の縦断面内に、縦軸線２５から半径方向間隔ｒを保って延在するように構成されており、この半径方向間隔ｒは、それぞれの軸方向の縦断面でより小さいカム隆起部ｈ１を有する隣接するカム２６から出発して、それぞれの軸方向の縦断面でより大きいカム隆起部ｈ２を有する隣接するカム２８に向かって次第に増大している。２つの隣接し合うカム２６，２８の間の中間領域３０の延在形状は、好適には無段階である。これによって、中間領域３０の製造は簡略化され、応力上昇を引き起こす切欠効果が生じることはない。

隣接し合うカム２６，２８に面した、中間領域３０の縁部領域３０ａ内で、この中間領域３０は、縦軸線２５から半径方向間隔ｒ１またはｒ２を保って、縦軸線２５を含む軸方向の縦断面内に延在しており、この半径方向間隔ｒ１，ｒ２は、それぞれ隣接するカム２６または２８のカム隆起部の半径方向間隔ｈ１またはｈ２と同じで大きさであるかまたはこれよりもやや小さい。従って、中間領域３０の縁部領域３０ａは、縦軸線２５を含む軸方向の縦断面内で、縦軸線２５を基準にして半径方向に、それぞれの隣接するカム２６または２８のカム隆起部を超えない程度に突き出している。これによって、工具、例えば研削工具によるカム２６，２８のカム隆起部の加工時に、カムシャフト２４の縦軸線２５に向かう方向に工具を侵入させるための十分なスペースが存在することが保証されている。好適な形式で、中間領域３０の縁部領域３０ａの半径方向間隔ｒ１またはｒ２は、隣接するカム２６または２８のカム隆起部ｈ１またはｈ２よりも数ミリメートルだけ小さい。中間領域３０の縁部領域３０ａは、カムシャフト２４の縦軸線２５を含む軸方向の縦断面内に、例えば縦軸線２５に対して概ね平行に延在している。従って、中間領域３０の縁部領域３０ａへのカム２６，２８の移行部にそれぞれ１つの段部が存在する。

図２および図３に図示された第１実施例において、中間領域３０は、この中間領域３０の、カムシャフト２４の縦軸線２５を含む軸方向の縦断面内で縁部領域３０ａ間の中央の領域３０ｂに、湾曲した延在形状を有しており、この湾曲した延在形状は、好ましくは連続的であって、段部および折り曲げ部を有していない。この場合、図３によれば、カムシャフト２４の周面に亘って中間領域３０の延在形状が、隣接するカム２６，２８のカム隆起部の延在形状に応じてどのように変化しているかが分かる。

図４に示された第２実施例では、中間領域３０はその、カムシャフト２４の縦軸線２５を含む軸方向の縦断面内で縁部領域３０ａ間の中央の領域３０ｂに、縦軸線２５に関連して傾斜した延在形状を有している。中間領域３０の、中央の領域３０ｂから縁部領域３０ａへの移行部は、図４の上に示されているように座屈部を備えて構成されているか、または図４の下に示されているように丸味をつけて構成されていてよい。

カムシャフト２４は、例えば鍛造法で製造され、この場合、中間領域３０の輪郭は鍛造工具で予め十分に形成され得る。必要であれば、切削加工法によって中間領域３０の後加工が行われてよい。選択的に、カムシャフト２４は、中間領域３０の輪郭が十分に形成され得る鋳造法または３Ｄプリント法で製造されてもよい。前述した中間領域３０の構成によって、カム２６，２８の加工が不都合な影響を受けることはない。

カムシャフトの著しく簡略化された原理図が示されている図５および図６により、本発明によるカムシャフト２４の、負荷時における撓みが、従来技術によるカムシャフト２４０に対して縮小されていることが明らかである。図５には従来技術によるカムシャフト２４０が示されており、この場合、２つのカム２６０，２８０に加えられる負荷が力矢印Ｆで示されていてカムシャフトの軸受領域２３２が示されている。特にカム２６０と２８０との間の中間領域２３０内のカムシャフト２４０の撓みが、カムシャフト２４０の縦軸線２５０の延在形状で確認できる。この撓みは、カム２６０，２８０の傾きを生ぜしめ、これによってローラタペットのローラの当接が妨げられ、摩耗が惹き起こされる。図６に示した本発明によるカムシャフト２４の構成では、特に中間領域３０内でカムシャフト２４の著しく小さい撓みが存在し、従ってカム２６，２８の傾きは生じないかまたはわずかな傾きしか生じないので、タペット２２のローラ３４の申し分のない当接が十分に維持され、それによって摩耗が避けられることが、縦軸線２５の延在形状で確認できる。

１０ ポンプ
１２ ポンプエレメント
１４ ハウジング部分
１８ ポンププランジャ
２０ ポンプ作業室
２２ タペット
２４ カムシャフト
２５ 回転軸線、縦軸線
２６，２８ カム
３０ 中間領域
３０ａ 縁部領域
３０ｂ 中央の領域
３４ ローラ
３６ タペット体
３８ ローラシュー
４０ 軸受ピン
４２ タペットばね
４４ 受け部
２３０ 中間領域
２３２ 軸受領域
２４０ カムシャフト
２５０ 縦軸線
２６０，２８０ カム
Ｆ 力矢印
ｈ１，ｈ２ 半径方向間隔、カム隆起部
ｒ，ｒ１，ｒ２ 半径方向間隔

Claims (7)

1. 特にポンプのためのカムシャフトであって、前記カムシャフト（２４）の縦軸線（２５）の方向に並んで配置された少なくとも２つのカム（２６，２８）を有しており、これらのカム（２６，２８）のカム隆起部が前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を中心にして互いにずらして配置されており、この場合、隣接し合う２つのカム（２６，２８）の間に中間領域（３０）が設けられており、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）の方向で前記カム（２６，２８）の隣に配置された少なくとも１つの軸受領域（３２）を有している形式のものにおいて、
   前記中間領域（３０）が、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を含む軸方向の縦断面内に、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）から半径方向間隔（ｒ１，ｒ２）を保って延在しており、前記半径方向間隔（ｒ１，ｒ２）が、それぞれの軸方向の縦断面でより小さいカム隆起部（ｈ１）を有する隣接するカム（２６）から出発して、それぞれの軸方向の縦断面でより大きいカム隆起部（ｈ２）を有する隣接するカム（２８）に向かって次第に増大していることを特徴とする、カムシャフト。
2. 前記中間領域（３０）が、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を含む軸方向の縦断面内で、隣接する前記カム（２６，２８）に面した縁部領域（３０ａ）内に、それぞれ前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）から半径方向間隔（ｒ１，ｒ２）を保って延在しており、前記半径方向間隔（ｒ１，ｒ２）が、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）からの、それぞれ隣接する前記カム（２４）のカム隆起部の半径方向間隔（ｈ１，ｈ２）と同じ大きさかまたはこれよりもわずかに小さいことを特徴とする、請求項１記載のカムシャフト。
3. 前記中間領域（３０）が、それぞれ隣接する前記カム（２６，２８）間に無段階の延在形状を有していることを特徴とする、請求項１または２記載のカムシャフト。
4. 前記中間領域（３０）が、該中間領域（３０）の、隣接する前記カム（２６，２８）に面した縁部領域（３０ａ）で、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を含む軸方向の縦断面内に、それぞれ前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）に対して少なくとも概ね平行に延在していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のカムシャフト。
5. 前記中間領域（３０）が、該中間領域（３０）の、隣接する前記カム（２６，２８）に面した前記縁部領域（３０ａ）の間に位置する中央の領域（３０ｂ）で、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を含む軸方向の縦断面内に、湾曲した延在形状を有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のカムシャフト。
6. 前記中間領域（３０）が、該中間領域の、隣接する前記カム（２６，２８）に面した前記縁部領域（３０ａ）の間に位置する中央の領域（３０ｂ）で、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）を含む前記軸方向の縦断面内に、前記カムシャフト（２４）の前記縦軸線（２５）に関連して傾斜した直線状の延在形状を有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のカムシャフト。
7. ポンプ特に高圧燃料ポンプであって、それぞれ１つのポンププランジャ（１８）を有する少なくとも２つのポンプエレメント（１２）と、１つのカムシャフト（２４）とを有しており、前記カムシャフト（２４）によって、前記ポンププランジャ（１８）が少なくとも間接的にストローク運動で駆動されるようになっている形式のものにおいて、
   前記カムシャフト（２４）が請求項１から６までのいずれか１項に従って構成されていることを特徴とする、ポンプ。

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