DE102004011284A1 - Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Hochdruckpumpe weist eine rotierend angetriebene Antriebswelle (12) und wenigstens ein Pumpenelement (16) auf, das einen zumindest mittelbar durch die Antriebswelle (12) in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20) aufweist, der in einer Zylinderbohrung (22) eines Gehäuses (10) der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt ist. Die Längsachse (23) der Zylinderbohrung (22) verläuft zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse (13) der Antriebswelle (12) und schneidet die Drehachse (13) der Antriebswelle (12) nicht. Die Längsachse (23) der Zylinderbohrung (22) verläuft bezüglich einer die Drehachse (13) der Antriebswelle (12) enthaltenden Radialebene (40) in Drehrichtung (18) der Antriebswelle (12) versetzt. Durch diese Ausbildung können die auf den Pumpenkolben (20) zur Abstützung der auf diesen über die Antriebswelle (12) wirkenden Querkraft bewirkten Stützkräfte in der Zylinderbohrung (22) gering gehalten werden.
Description
- Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
- Eine solche Hochdruckpumpe ist durch die
DE 199 07 311 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist eine rotierend angetriebene Antriebswelle und wenigstens ein Pumpenelement auf. Das Pumpenelement weist einen zumindest mittelbar durch die Antriebswelle in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der in einer Zylinderbohrung eines Gehäuses der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt ist. Die Längsachse der Zylinderbohrung verläuft dabei senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle und in einer die Drehachse enthaltenden Radialebene. Die Antriebswelle weist einen Nocken auf, auf dem eine zylindrische Rolle abrollt, die in einem mit dem Pumpenkolben verbundenen Rollenschuh drehbar gelagert ist. Der Rollenschuh ist in einer Bohrung des Gehäuses der Hochdruckpumpe verschiebbar gelagert und durch die Lagerung des Rollenschuhs werden bei der Rotation der Antriebswelle vom Nocken auf die Rolle übertragene Querkräfte aufgenommen, so dass diese nicht auf den Pumpenkolben wirken. Der Rollenschuh ist dabei im Durchmesser wesentlich größer ausgeführt als der Pumpenkolben, so dass durch die Querkräfte nur geringe Flächenpressungen des Rollenschuhs in der Bohrung verursacht werden. Nachteilig bei dieser bekannten Hochdruckpumpe ist jedoch, dass diese wegen des zusätzlichen Rollenschuhs und der für dessen Führung erforderlichen Bohrung im Pumpengehäuse, die exakt zur Zylinderbohrung ausgerichtet sein muss, in der Herstellung aufwendig ist und ein hohes Gewicht aufweist. - Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die bei der Rotation der Antriebswelle auf den Pumpenkolben erzeugten Querkraft nur geringe auf die Führung des Pumpenkolbens in der Zylinderbohrung wirkende Kräfte verursacht wird, so dass diese direkt vom Pumpenkolben und dessen Führung in der Zylinderbohrung aufgenommen werden kann, ohne dass unzulässig hohe und zu starkem Verschleiß führende Flächenpressungen auftreten. Es ist somit kein zusätzliches Bauteil zur Aufnahme der Querkraft erforderlich, wodurch die Herstellung der Hochdruckpumpe vereinfacht ist und deren Gewicht verringert ist.
- In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben. Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird durch die Querkraft ein Drehmoment auf den Pumpenkolben erzeugt, durch das der Pumpenkolben an beiden Endbereichen an dieselbe Seite der Zylinderbohrung gepresst wird, wobei die Summe der auf den Pumpenkolben in seinen Endbereichen an der Abstützung in der Zylinderbohrung wirkenden Kräfte gleich der abzustützenden Querkraft ist. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 kann erreicht werden, dass die größten Stützkräfte auf den Pumpenkolben nur im Bereich von dessen Totpunkten wirken, wo der Pumpenkolben nur einen geringen Hub ausführt. Bei der Ausführung gemäß Anspruch 5 kann erreicht werden, dass auf den Pumpenkolben über einen wesentlichen Teil seines Hubs nur geringe Stützkräfte in der Zylinderbohrung wirken. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle in die Hubbewegung des Pumpenkolbens mit geringer Reibung.
- Zeichnung
- Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt,2 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise in einem Querschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,3 die Hochdruckpumpe in einem Querschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und -
4 die Hochdruckpumpe in einem Querschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In den
1 bis4 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse10 auf, in dem eine durch die Brennkraftmaschine rotierend antreibbare Antriebswelle12 angeordnet ist. Die Antriebswelle12 ist im Gehäuse10 über zwei in Richtung der Drehachse13 der Antriebswelle12 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle12 wenigstens einen Nocken14 auf, wobei der Nocken14 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im Gehäuse10 angeordnete Pumpenelemente16 mit jeweils einem Pumpenkolben20 auf, der durch den Nocken14 der Antriebswelle12 in einer Hubbewegung angetrieben wird. - Der Pumpenkolben
20 ist in einer im Gehäuse10 ausgebildeten Zylinderbohrung22 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle12 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung22 einen Pumpenarbeitsraum24 . Der Pumpenarbeitsraum24 weist über einen im Gehäuse10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal26 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals26 in den Pumpenarbeitsraum24 ist ein in den Pumpenarbeitsraum24 öffnendes Einlassventil28 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum24 weist ausserdem über einen im Gehäuse10 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal30 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals30 in den Pumpenarbeitsraum24 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum24 öffnendes Auslassventil32 angeordnet. - Der Pumpenkolben
20 kann sich direkt mit einem aus der Zylinderbohrung22 zur Antriebswelle12 hin herausragenden Kolbenfuß am Nocken14 der Antriebswelle12 abstützen. Vorzugsweise stützt sich der Pumpenkolben20 jedoch über eine Rolle34 am Nocken14 ab. Die Rolle34 ist dabei zumindest annähernd zylinderförmig ausgebildet und deren Drehachse35 verläuft zumindest annähernd parallel zur Drehachse13 der Antriebswelle12 . Die Rolle34 ist in einer konkaven Vertiefung36 eines Rollenschuhs38 drehbar gelagert, wobei der Rollenschuh38 einstückig mit dem Pumpenkolben20 ausgebildet sein kann oder als separates Teil mit dem Pumpenkolben20 verbunden ist. Der Rollenschuh38 weist einen größeren Querschnitt auf als der in der Zylinderbohrung22 angeordnete Teil des Pumpenkolbens20 . Bei der Rotation der Antriebswelle12 um ihre Drehachse13 rollt die Rolle34 auf dem Nocken14 ab und bewirkt die Hubbewegung des Pumpenkolbens20 und damit eine Kraftstoffförderung unter Hochdruck in den Speicher110 . Der Pumpenkolben20 und der Rollenschuh38 werden durch eine vorgespannte Feder39 zum Nocken14 der Antriebswelle12 hin beaufschlagt. - In
2 ist die Hochdruckpumpe ausschnittsweise in einem Querschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. In2 ist eine die Drehachse13 der Antriebswelle12 enthaltende Radialebene mit der Bezugszahl40 bezeichnet. Die Rolle34 ist derart angeordnet, dass deren Drehachse35 zumindest annähernd in der Radialebene40 verläuft. Die Zylinderbohrung22 ist derart angeordnet, dass deren Längsachse23 nicht in der Radialebene40 verläuft sondern ausgehend von einer Anordnung der Längsachse23 in der Radialebene40 derart bezüglich der Radialebene40 geneigt verläuft, dass die Längsachse23 mit zunehmendem Abstand von der Antriebswelle12 in Drehrichtung18 der Antriebswelle12 der Radialebene40 vorauseilt. Die Längsachse23 der Zylinderbohrung22 verläuft dabei zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse13 der Antriebswelle12 und schneidet die Drehachse35 der Rolle34 . Die Rolle34 kann alternativ wie in2 mit gestrichelten Linien dargestellt auch derart angeordnet sein, dass die Längsachse23 der Zylinderbohrung22 die Drehachse35 der Rolle34 nicht schneidet. Die Längsachse23 der Zylinderbohrung22 schneidet die Drehachse13 der Antriebswelle12 nicht. Die Längsachse23 der Zylinderbohrung22 ist gleich der Richtung der Hubbewegung des Pumpenkolbens20 . In2 ist der Pumpenkolben20 bei Anordnung in seinem inneren Totpunkt dargestellt. - Der Winkel α zwischen der Längsachse
23 der Zylinderbohrung22 und der Radialebene40 beträgt beispielsweise zwischen etwa 0° und etwa 20°. Der Winkel α kann vorzugsweise derart gewählt sein, dass der Kraftangriffswinkel φ zwischen dem Nocken14 und der Rolle34 bei der Rotation der Antriebswelle12 bei mittlerem Hub des Pumpenkolbens20 zumindest annähernd gleich α ist, so dass auf die Rolle34 und den Pumpenkolben20 nur eine Kraft in Richtung der Längsachse23 der Zylinderbohrung22 wirkt. Im Bereich des inneren Totpunkts des Pumpenkolbens20 , in dem der Pumpenkolben20 am weitesten zur Antriebswelle12 hin aus der Zylinderbohrung22 ausgetaucht ist und die Rolle34 am tiefsten Punkt des Nockens14 anliegt, und im Bereich des äußeren Totpunkts des Pumpenkolbens20 , in dem der Pumpenkolben20 am weitestens von der Antriebswelle12 weg in die Zylinderbohrung22 eingetaucht ist und die Rolle34 am höchsten Punkt des Nockens14 anliegt, ergibt sich dabei ein Kraftangriffswinkel φ zwischen dem Nocken14 und der Rolle34 , der ungleich α ist, so dass auf die Rolle34 und den Pumpenkolben20 sowohl eine Kraft in Richtung der Längsachse23 der Zylinderbohrung22 als auch senkrecht zur Längsachse23 wirkt. Die Richtung des Kraftangriffswinkels φ zwischen dem Nocken14 und der Rolle34 ist beim Förderhub des Pumpenkolbens20 entgegengesetzt zu der Richtung beim Saughub des Pumpenkolbens20 . Durch die im Bereich des inneren Totpunkts und im Bereich des äußeren Totpunkts auf den Pumpenkolben20 wirkenden Stützkräfte in der Zylinderbohrung22 wird jedoch nur eine geringe Reibarbeit geleistet, da der Pumpenkolben20 beim Auftreten dieser Stützkräfte nur einen geringen Hub ausführt. - In
3 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau gleich ist wie vorstehend beschrieben, jedoch die Anordnung der Zylinderbohrung22 modifiziert ist. In3 ist wiederum die die Drehachse13 der Antriebswelle12 enthaltende Radialebene40 dargestellt. Die Zylinderbohrung22 ist ausgehend von einer Anordnung in der Radialebene40 derart in ihrer Lage verändert, dass deren Längsachse23 zumindest annähernd parallel zur Radialebene40 , jedoch in Drehrichtung18 der Antriebswelle12 zur Radialebene40 versetzt verläuft. Die Rolle34 ist derart angeordnet, dass deren Drehachse35 zumindest annähernd in der Radialebene40 verläuft. Die Längsachse23 der Zylinderbohrung22 schneidet die Drehachse13 der Antriebswelle12 und die Drehachse35 der Rolle34 nicht. Bei dieser Anordnung der Längsachse23 der Zylinderbohrung22 wird durch die auf die Rolle34 in Richtung der Längsachse23 wirkende Normalkraft Fn ein Drehmoment auf den Pumpenkolben20 erzeugt, durch das der Pumpenkolben20 in seinem inneren und äußeren Endbereich mit seiner in Drehrichtung18 der Antriebswelle12 weisenden Mantelfläche gegen die Zylinderbohrung22 gepresst wird. Die Summe der auf den Pumpenkolben20 in der Zylinderbohrung22 zur Abstützung der Querkraft Fq im äußeren und inneren Endbereich des Pumpenkolbens20 wirkenden Kräfte Fa und Fi ist dabei etwa gleich der Querkraft Fq. Vorzugsweise ist die Längsachse23 der Zylinderbohrung22 derart zur Radialebene40 versetzt, dass die Kräfte Fa und Fi zumindest annähernd gleich groß und jeweils halb so groß wie die Querkraft Fq sind. - In
4 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Aufbau im wesentlichen gleich ist wie beim zweiten Ausführungsbeispiel, jedoch zusätzlich die Rolle34 versetzt angeordnet ist. Die Rolle34 ist dabei derart angeordnet, dass deren Drehachse35 in einer die Drehachse13 der Antriebswelle12 enthaltenden Radialebene42 verläuft, die unter einem Winkel β geneigt zu der Längsachse23 der Zylinderbohrung22 angeordnet ist, wobei der Winkel β zwischen etwa 0° und etwa 20° betragen kann. - Beim Saughub des Pumpenkolbens
20 , bei dem sich dieser bewirkt durch die Feder39 in der Zylinderbohrung22 nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum24 durch den Kraftstoffzulaufkanal26 bei geöffnetem Einlassventil28 mit Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil32 geschlossen ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens20 , bei dem sich dieser bewirkt durch den Nocken14 gegen die Kraft der Feder39 in der Zylinderbohrung22 nach aussen bewegt, wird durch den Pumpenkolben20 Kraftstoff unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal30 bei geöffnetem Auslassventil32 zum Hochdruckspeicher110 gefördert, wobei das Einlassventil28 geschlossen ist.
Claims (10)
- Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer rotierend angetriebenen Antriebswelle (
12 ), mit wenigstens einem Pumpenelement (16 ), das einen zumindest mittelbar durch die Antriebswelle (12 ) in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20 ) aufweist, der in einer Zylinderbohrung (22 ) eines Gehäuses (10 ) der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt ist, wobei die Längsachse (23 ) der Zylinderbohrung (22 ) zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (23 ) der Zylinderbohrung (22 ) die Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) nicht schneidet. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (
23 ) der Zylinderbohrung (22 ) ausgehend von einer Anordnung in einer die Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) enthaltenden Radialebene (40 ) in Drehrichtung (18 ) der Antriebswelle (12 ) bezüglich der Radialebene (40 ) versetzt verläuft. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (
23 ) der Zylinderbohrung (22 ) ausgehend von einer Anordnung in der die Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) enthaltenden Radialebene (40 ) zumindest annähernd parallel zur Radialebene (40 ) versetzt verläuft. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (
23 ) der Zylinderbohrung (22 ) ausgehend von einer Anordnung in der die Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) enthaltenden Radialebene (40 ) derart geneigt verläuft, dass die Längsachse (23 ) mit zunehmendem Abstand von der Antriebswelle (12 ) in Drehrichtung (18 ) der Antriebswelle (12 ) der Radialebene (40 ) vorauseilt. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (
23 ) der Zylinderbohrung (22 ) derart geneigt verläuft, dass auf den Pumpenkolben (20 ) im Bereich von dessen mittlerem Hub zumindest annähernd nur eine Kraft in Richtung der Längsachse (23 ) wirkt. - Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Pumpenkolben (
20 ) über eine auf der Antriebswelle (12 ) abrollende Rolle (34 ) an der Antriebswelle (12 ) abstützt. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (
34 ) in einem mit dem Pumpenkolben (20 ) verbundenen oder mit dem Pumpenkolben (20 ) einstückigen Stützelement (38 ) drehbar gelagert ist. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (
35 ) der Rolle (34 ) zumindest annähernd in einer die Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) enthaltenden Radialebene (40 ) verläuft. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (
35 ) der Rolle (34 ) zumindest annähernd in einer die Drehachse (13 ) der Antriebswelle (12 ) enthaltenden Radialebene (42 ) verläuft, die zur Längsachse (23 ) der Zylinderbohrung (22 ) geneigt angeordnet ist. - Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (
12 ) wenigstens einen Nocken (14 ) aufweist, durch den die Hubbewegung des Pumpenkolbens (20 ) bewirkt wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |