尤其用于柴油喷射泵的具有可往复直线运动地被驱动的滚轮的凸轮轴驱动装置.pdf

本发明涉及一种凸轮轴驱动装置(1)，它尤其是用于一柴油喷射泵，该凸轮轴驱动装置具有一绕一凸轮轴纵轴线(2)旋转的凸轮轴(3)，其中，该凸轮轴包括至少一个凸轮(4)，该凸轮与一往复直线运动地被导向的压辊(5)配合作用，该压辊在该凸轮(4)的圆周面上滚动，其中，该压辊(5)的往复直线运动包括一工作行程以及还包括一回程，在该工作行程中该压辊离开该凸轮轴纵轴线(2)地运动，在该回程中该压辊向着该凸轮轴纵轴线(2)地运动，其中，所述凸轮(4)的圆周面具有一回程区段(6)及还具有一工作行程区段(7)，所述压辊(5)在所述回程中在该回程区段上滚动，所述压辊(5)在所述工作行程中在该工作行程区段上滚动，其中，在所述凸轮(4)的该回程区段(6)上的圆周面具有比在该工作行程区段(7)上的圆周面大的摩擦系数。因此提出了一种用于柴油喷射泵的凸轮轴驱动装置(1)，该凸轮轴驱动装置保证了压辊(5)在凸轮轴(3)的整个转速范围上在凸轮(4)的圆周上的滚动。

1.  凸轮轴驱动装置(1)，它尤其是用于一柴油喷射泵，具有一绕一凸轮轴纵轴线(2)旋转的凸轮轴(3)，其中，该凸轮轴包括至少一个凸轮(4)，该凸轮与一往复直线运动地被导向的压辊(5)配合作用，该压辊在该凸轮(4)的圆周面上滚动，其中，该压辊(5)的往复直线运动包括一工作行程以及还包括一回程，在该工作行程中该压辊离开该凸轮轴纵轴线(2)地运动，在该回程中该压辊向着该凸轮轴纵轴线(2)地运动，其特征在于：所述凸轮(4)的圆周面具有一回程区段(6)及还具有一工作行程区段(7)，所述压辊(5)在所述回程中在该回程区段上滚动，所述压辊(5)在所述工作行程中在该工作行程区段上滚动，其中，在所述凸轮(4)的该回程区段(6)上的圆周面具有比在该工作行程区段(7)上的圆周面大的摩擦系数。

2.  根据权利要求1的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述回程区段(6)的平均峰谷高度R_Z具有至少2μm至8μm、优选3μm至6μm中的一值，特别优选为至少4μm。

3.  根据权利要求1或2的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述工作行程区段(7)的平均峰谷高度R_Z具有0.1μm至2.5μm、优选0.5μm至2.2μm中的一值，特别优选为最大2μm。

4.  根据以上权利要求之一的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述回程区段(6)的材料份额M_r包括5％至30％、优选10％至25％中的一值，特别优选为不大于20％。

5.  根据以上权利要求之一的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述工作行程区段(7)的材料份额M_r包括20％至95％、优选50％至90％中的一值，特别优选为至少80％。

6.  根据以上权利要求之一的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述凸轮(4)的圆周面至少部分地包括一借助一磨削工艺制造出的表面。

7.  根据权利要求1至5之一的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述凸轮(4)的圆周面至少部分地包括一借助一抛光工艺制造出的表面。

8.  根据权利要求7的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：所述被抛光的表面被限制在所述工作行程区段(7)的区域上。

9.  根据权利要求6至8之一的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：用于所述工作行程区段(7)中的圆周面加工的磨削工艺包括一外圆磨削工艺。

10.  根据以上权利要求之一的凸轮轴驱动装置(1)，其特征在于：用于所述回程区段(6)中的圆周面加工的磨削工艺包括一平行于所述凸轮轴纵轴线(2)的磨削方向。

尤其用于柴油喷射泵的具有可往复直线运动地被驱动的滚轮的凸轮轴驱动装置
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴驱动装置，其尤其是用于柴油喷射泵，该柴油喷射泵被用来产生用于将柴油燃料供给内燃机的高压。
背景技术
由专利文献DE 35 46 930 C2公知了一种凸轮轴驱动装置，它包括一个凸轮轴，该凸轮轴通过内燃机的曲轴来驱动。该凸轮轴具有一个凸轮，一个压辊在该凸轮上在其周面上滚动。在此情况下在压辊上产生了一个往复直线运动，该往复直线运动使压辊离开凸轮轴纵轴线地运动，以及在凸轮的背面随着减小的半径，压辊又向着凸轮轴纵轴线运动。因此通过凸轮轴的旋转运动形成压辊的连续的往复直线运动，其中压辊被接收在一个滑块中，以便进行直线的往复直线运动。通过这样产生的行程，在使用阀装置的情况下可使燃料压缩。根据柴油喷射泵的实施形式及凸轮轴的预定转速，该喷射泵将以曲轴的转速工作，该转速达到4500 l/min及更高。因此在这种系统在凸轮与压辊之间受大的机械负荷，该负荷由压辊的旋转-往复直线运动的动态特性引起。
在其中接收压辊及对压辊施加回程力的滑块的背面设有一个压簧，使得该压辊在凸轮的整个周面上保持接触。在柴油喷射泵的凸轮轴驱动装置的这种结构中存在一个问题，即，由于压辊在旋转的凸轮上运动时的大的动态特性而不能保证通过凸轮轴的旋转运动对于每个角度区段使压辊旋转。凸轮轴的凸轮可被划分成一个回程区段及一个工作行程区段，其中压辊的在工作行程区段中的往复直线运动使燃料压缩及在回程区段中再向喷射泵的压缩室注入燃料。在凸轮的工作行程区段上可出现直至10kN的力，压辊用该力被压在凸轮上。在回程区段上没有这样的力，这时仅是压簧将压辊压在凸轮上。但为了凸轮轴驱动装置的可靠工作压辊必需在凸轮的任何角区段上与凸轮紧靠，使得压辊在凸轮的周面上滚动。如果低于用于使压辊压紧在凸轮周面上的最小力，则不再能对于凸轮的每个区段都保证压辊的旋转运动。因此压辊的旋转运动可中断及压辊保持不动。在此情况下在压辊与凸轮的周面之间形成滑动，这导致凸轮轴驱动装置的磨损及由此导致柴油喷射泵的失效。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种用于柴油喷射泵的凸轮轴驱动装置，它可保证在凸轮轴的整个转速范围内压辊都在凸轮周面上的滚动。
该任务将从根据权利要求1的前序部分的凸轮轴驱动装置出发结合其特征部分的特征来解决。本发明有利的进一步构型给出在从属权利要求中。
本发明包括一个技术原理，即，凸轮的周面具有一个回程区段及一个工作行程区段，压辊在回程中在该回程区段上滚动，压辊在工作行程中在该工作行程区段上滚动，其中，在回程区段上的凸轮的圆周面具有比在工作行程区段上的圆周面大的摩擦系数。
本发明得到的优点是，在凸轮的圆周面的回程区段上增大的摩擦系数避免了压辊在回程区段的区域中的圆周面上的滑动。在此情况下，在工作行程区段上用圆周面的高的表面质量来保证较小的摩擦系数，以便不会由于大的压力而导致压辊与凸轮圆周面之间的过早磨损。由于压辊在回程区段的圆周面上的小的压紧力，根据本发明增大了摩擦，这就在该回程区段上也维持了压辊的旋转运动。根据本发明，要求在回程区段上提高粗糙度，其中，不会由于表面粗糙度增大及由此获得的增大的摩擦系数而出现过早的磨损，因为压辊在回程区段上的压力相对地小。
根据凸轮圆周面上的各个区段的有利的实施形式提出，回程区段的平均峰谷高度R_Z具有至少2μm至8μm的值，优选3μm至6μm及特别优选为至少4μm。平均峰谷高度R_Z是在一个粗糙度型廓上的5个相继区段的各个表面粗糙度的平均值。将每个测量区段中的极值相加及将跨距的总和除以测量区段数。这样得到的表面粗糙度R_Z将影响凸轮圆周面的摩擦系数，其中，大的平均峰谷高度R_Z引起增大的摩擦系数。
优选地，回程区段的材料份额(Materialanteil)M_R包括5％至30％的值，优选为10％至25％的值及特别优选为不大于20％。一个表面的平均峰谷高度R_Z愈大，材料份额M_R愈小。也被称为承重比例(Traganteil)t_p的材料份额M_R是在一个确定的相交线上的支承面积相对于参照基准长度的被考察的总面积的份额。因此小的材料份额引起大的摩擦，从而在小的材料份额的情况下在回程区段上可减小或避免压辊的滑动。
相反地提出，工作行程区段的平均峰谷高度R_Z具有0.1μm至2.5μm的值，优选0.5μm至2.2μm及特别优选为最大2μm。工作行程区段所属的材料份额M_R具有20％至95％的值，优选50％至90％及特别优选为至少80％。在凸轮工作行程区段上的圆周面与压辊之间的小的平均峰谷高度R_Z及由此达到的大的材料份额M_R导致小的磨损，因为由于工作行程区段中高的作用力及大的赫兹压力而提出了高的表面质量。因为压辊在工作行程上的滑动由于高的压紧力而实际上被排除，因此具有小的平均峰谷高度及高的材料份额的高表面质量起到减小磨损的作用。
根据本发明的一个有利的实施例提出，凸轮的圆周面至少部分地包括一个借助磨削工艺制造出的表面。特别优选地，凸轮的圆周面至少部分地包括一个借助抛光工艺制造出的表面。在此情况下抛光的表面被限制在工作行程区段的区域上。凸轮的圆周面的制造可借助磨削工艺来实现，其中，首先磨削凸轮的整个圆周面。借助磨削工艺可得到的表面质量原则上低于借助抛光工艺可达到的表面质量。如果凸轮在整个圆周面上被磨削以及仅工作行程区段的区域经受随后的抛光，则在凸轮的圆周面上构成两个区段，它们具有不同的平均峰谷高度R_Z及由此产生彼此不同的摩擦系数。
变换地可考虑，凸轮在整个圆周面上被磨削及被抛光，其中，在抛光后局部地使在回程区段的区域中的圆周面借助重复的磨削工艺重新变粗糙。对于凸轮圆周面的磨削加工可使用不同的磨削工艺，其中，外圆磨削工艺是圆周面的符合标准的磨削加工。在凸轮表面上构成的磨削结构在应用该工艺的情况下也构成在圆周方向上，使得在压辊与凸轮之间可达到的摩擦系数在圆周方向上相对地降低。由此可考虑，用于加工工作行程区段中的圆周面的磨削工艺首先包括一个外圆磨削工艺。随后进行抛光工艺，但在该抛光工艺中回程区段被排除在外。磨削表面保留在回程区段上，而工作行程区段得到一个抛光的表面。
本发明的另一改进方案包括用于回程区段中圆周面加工的磨削工艺，其中，该磨削工艺涉及一个与凸轮轴纵轴线平行的磨削方向。因此由该磨削加工产生的表面结构也被定向在凸轮轴纵轴线上，从而在圆周面方向上可达到压辊与凸轮之间摩擦的增大。增大的摩擦基于压辊相对凸轮表面作用在圆周方向上的摩擦力，但在此磨削结构构成在纵向上。因此表面磨削的典型的微结构在磨削方向上具有比在与磨削方向垂直的方向上小的摩擦系数。只要磨削方向垂直于压辊在凸轮圆周面上的滚动运动地定向，则以此方式，压辊在凸轮上可能的滑动被减至最低程度。
在凸轮的不同区段上产生不同摩擦系数的其它可能性可在涂层工艺，腐蚀工艺，压花工艺或类似工艺中看到，借助这些方法，磨削结构的表面的粗糙度或者被保留或者作为最终处理被施加到已被磨削或抛光的表面中。对于腐蚀工艺，可提出来尤其是对回程区段进行腐蚀，以便得到增高的摩擦系数。对于工作行程区段，可提出具有比涂层的基面小的表面粗糙度的表面涂层，从而回程区段不被涂层。
回程区段及工作行程区段可分别绕一个对称凸轮的位于相反侧的半部分地延伸180°，其中，回程的区段及工作行程的区段也可被限制在一个凸轮圆周面的仅部分区段上，以及与回程区段相邻的余下区段也可相应于工作行程区段的表面值。
以下借助附图随着本发明优选实施例的描述来共同详细地说明改进本发明其它措施。
附图说明
图1：在凸轮轴横截面中的凸轮及压辊的视图，其中，压辊与回程区段处于接触；
图2：在凸轮轴横截面中的凸轮及压辊的视图，其中，压辊与工作行程区段处于接触；
图3：凸轮轴的侧视图，在该凸轮轴中构造有一个凸轮，其中，凸轮与压辊处于接触；
图4：凸轮的一个变换的实施形式的横截面的示意图，该凸轮与压辊相接触；及
图5：具有双凸轮的一个凸轮轴的横截面的示意图，该双凸轮椭圆地构成。
具体实施方式
在图1及2中凸轮轴驱动装置标有参考标号1。该凸轮驱动装置包括一个凸轮轴3，该凸轮轴围绕凸轮轴纵轴线2旋转。在凸轮轴3中施加有一个用参考标号4表示的凸轮，其中凸轮4与凸轮轴3一起也围绕凸轮轴纵轴线2旋转。旋转的方向通过一个绕凸轮轴纵轴线2表示的箭头来指示。凸轮4一体地过渡到凸轮轴3的横截面的区域中，其中，凸轮轴3及凸轮4构成一个共同的圆周面，一个压辊5在该圆周面上滚动。压辊5通过未详细示出的施压装置被压紧在凸轮4的圆周面上。由于压辊5在凸轮4的圆周面上的接触，压辊5也被致旋转，其中压辊5的转动方向在图中也由一个箭头指示。
压辊5借助一个-未示出的-接收部分可往复直线运动地被导向，其中，该往复直线运动引导压辊离开凸轮轴纵轴线2或靠近该纵轴线。凸轮4或凸轮轴3的圆周面可被划分成一个回程区段6及一个工作行程区段7。根据图1中的视图，压辊5在回程区段6的范围中与凸轮4接触，而在图2的视图中，压辊5在工作行程区段7的范围中与凸轮4接触。根据凸轮4的预给定的旋转方向，在图1中的视图中所述压辊向着凸轮轴纵轴线2运动，因为所述压辊在回程区段6的范围中在凸轮4的下行区域中与凸轮4处于接触。
根据图2中的视图，压辊5在工作行程区段7的范围中与凸轮4处于接触，使得压辊5随着凸轮4的旋转而离开凸轮轴纵轴线2地运动。压辊5当前的运动在图1及2中用一个双箭头指示。回程区段6及工作行程区段7在凸轮4的圆周上的表示应理解为仅仅是示意性的，其中，相应的区段也仅能被限制在凸轮本身上，而凸轮轴3上的圆周的余下区段不被涉及。根据本发明，不管怎样都提出，在回程区段6的范围中设计有圆周面上增高的摩擦系数，而工作行程区段7的范围中的摩擦系数相对地减小。相比于工作行程区段7，回程区段6的范围中的不同的摩擦系数通过不同的平均峰谷高度R_Z或与此技术参数类似地通过表面的高的材料份额M_R来引起。如果跟从凸轮轴3的按图1及2中的视图的旋转运动，则根据图1，压辊5在回程区段6上运动以及被用小的力压紧在凸轮4的圆周面上。由于在回程区段6的范围中的大的平均峰谷高度R_Z，在凸轮4与压辊5之间产生大的摩擦，使得尽管小的压紧力，压辊5在凸轮4上仍无滑动地滚动。根据图2中的视图，压辊5在工作行程区段7的范围中在凸轮4上滚动，其中，小的表面粗糙度实现了压辊与凸轮4的磨损最小的接触。
图3中表示凸轮轴驱动装置1的另一实施例，其中凸轮4被构造在一个凸轮轴3的内部，该凸轮轴绕一个纵向地表示的凸轮轴纵轴线2旋转。压辊5与凸轮4的表面处于接触，其中压辊5借助一个辊轮轴8可转动地被支撑。回程区段6的范围通过交叉阴影线来表示，该交叉阴影线仅应反映出回程区段6的被致粗糙的区域。根据回程区段6的被致粗糙的区域的延展，该区域未延伸超过凸轮4的半个圆周，而仅延伸在凸轮的半个区段的部分区域上。因此，余下的区域相应于工作行程区段7的表面质量。
图4表示凸轮4的轮廓的变换的实施例，该凸轮可绕一个凸轮轴纵轴线2转动地构造在凸轮轴3上。连同压辊5一起，该视图构成凸轮轴驱动装置1，其中，在凸轮4的圆周上的往复直线运动不能被描述为谐波运动，因为凸轮4包括一个不对称的构型。工作行程区段7延伸在凸轮4的圆周面的一个第一区域上，其中，余下的区域表现为回程区段6。根据该视图，其特征为很小的平均峰谷高度R_Z及高的承重比例M_R的高表面质量的区域仅被设置在所述圆周的一个小的部分区域上。回程区段6的大的部分区域需要相对高的表面粗糙度，使得可有效地避免压辊5的滑动。
图5表示凸轮轴驱动装置1的另一实施例。在可绕凸轮轴纵轴线2转动地被支撑的凸轮轴3上成型出一个椭圆形的轮廓，该轮廓包括一个第一及一个第二凸轮4。这两个凸轮4分别设置在彼此错位180°的角度区段上，使得压辊5随着凸轮轴3转一圈而作两次往复直线运动。因此在凸轮4的圆周上构造有两个回程区段及两个工作行程区段，它们各相继地延伸在该圆周上。根据凸轮轴驱动装置1的该实施例，这些回程区段6各包括大的平均峰谷高度R_Z，而工作行程区段7具有相对小的平均峰谷高度R_Z。
本发明在其实施时不被局限在以上所给出的优选实施例中。而可考虑多个变型方案，这些变型方案即使在原则上不同地实施的情况下也利用所述的方案。因此凸轮轴驱动装置不被局限用于柴油喷射泵，而是包括所有的基于在凸轮上滚动的压辊5的原理的凸轮轴驱动装置。回程区段6及工作行程区段7的各自的延伸不被分别限制在凸轮4的半个圆周面上，而是可包括部分区域，这些部分区域可不同方式地的分布在凸轮4的圆周面上。