DE102004011284A1

DE102004011284A1 - Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004011284A1
Application number: DE200410011284
Authority: DE
Inventors: Helmut Knoedl; Peter Boehland; Sebastian Kanne; Holger Maulhardt; Walter Fuchs; Gerald Sittlinger; Frank Ott
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-29
Also published as: WO2005088125A1

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 bis 4 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse 10 auf, in dem eine durch die Brennkraftmaschine rotierend antreibbare Antriebswelle 12 angeordnet ist. Die Antriebswelle 12 ist im Gehäuse 10 über zwei in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 12 wenigstens einen Nocken 14 auf, wobei der Nocken 14 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im Gehäuse 10 angeordnete Pumpenelemente 16 mit jeweils einem Pumpenkolben 20 auf, der durch den Nocken 14 der Antriebswelle 12 in einer Hubbewegung angetrieben wird.
Der Pumpenkolben 20 ist in einer im Gehäuse 10 ausgebildeten Zylinderbohrung 22 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 12 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 22 einen Pumpenarbeitsraum 24. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist über einen im Gehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 26 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 26 in den Pumpenarbeitsraum 24 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 24 öffnendes Einlassventil 28 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist ausserdem über einen im Gehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 30 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 30 in den Pumpenarbeitsraum 24 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 24 öffnendes Auslassventil 32 angeordnet.
Der Pumpenkolben 20 kann sich direkt mit einem aus der Zylinderbohrung 22 zur Antriebswelle 12 hin herausragenden Kolbenfuß am Nocken 14 der Antriebswelle 12 abstützen. Vorzugsweise stützt sich der Pumpenkolben 20 jedoch über eine Rolle 34 am Nocken 14 ab. Die Rolle 34 ist dabei zumindest annähernd zylinderförmig ausgebildet und deren Drehachse 35 verläuft zumindest annähernd parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12. Die Rolle 34 ist in einer konkaven Vertiefung 36 eines Rollenschuhs 38 drehbar gelagert, wobei der Rollenschuh 38 einstückig mit dem Pumpenkolben 20 ausgebildet sein kann oder als separates Teil mit dem Pumpenkolben 20 verbunden ist. Der Rollenschuh 38 weist einen größeren Querschnitt auf als der in der Zylinderbohrung 22 angeordnete Teil des Pumpenkolbens 20. Bei der Rotation der Antriebswelle 12 um ihre Drehachse 13 rollt die Rolle 34 auf dem Nocken 14 ab und bewirkt die Hubbewegung des Pumpenkolbens 20 und damit eine Kraftstoffförderung unter Hochdruck in den Speicher 110. Der Pumpenkolben 20 und der Rollenschuh 38 werden durch eine vorgespannte Feder 39 zum Nocken 14 der Antriebswelle 12 hin beaufschlagt.
In 2 ist die Hochdruckpumpe ausschnittsweise in einem Querschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. In 2 ist eine die Drehachse 13 der Antriebswelle 12 enthaltende Radialebene mit der Bezugszahl 40 bezeichnet. Die Rolle 34 ist derart angeordnet, dass deren Drehachse 35 zumindest annähernd in der Radialebene 40 verläuft. Die Zylinderbohrung 22 ist derart angeordnet, dass deren Längsachse 23 nicht in der Radialebene 40 verläuft sondern ausgehend von einer Anordnung der Längsachse 23 in der Radialebene 40 derart bezüglich der Radialebene 40 geneigt verläuft, dass die Längsachse 23 mit zunehmendem Abstand von der Antriebswelle 12 in Drehrichtung 18 der Antriebswelle 12 der Radialebene 40 vorauseilt. Die Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 verläuft dabei zumindest annähernd senkrecht zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 und schneidet die Drehachse 35 der Rolle 34. Die Rolle 34 kann alternativ wie in 2 mit gestrichelten Linien dargestellt auch derart angeordnet sein, dass die Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 die Drehachse 35 der Rolle 34 nicht schneidet. Die Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 schneidet die Drehachse 13 der Antriebswelle 12 nicht. Die Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 ist gleich der Richtung der Hubbewegung des Pumpenkolbens 20. In 2 ist der Pumpenkolben 20 bei Anordnung in seinem inneren Totpunkt dargestellt.
Der Winkel α zwischen der Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 und der Radialebene 40 beträgt beispielsweise zwischen etwa 0° und etwa 20°. Der Winkel α kann vorzugsweise derart gewählt sein, dass der Kraftangriffswinkel φ zwischen dem Nocken 14 und der Rolle 34 bei der Rotation der Antriebswelle 12 bei mittlerem Hub des Pumpenkolbens 20 zumindest annähernd gleich α ist, so dass auf die Rolle 34 und den Pumpenkolben 20 nur eine Kraft in Richtung der Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 wirkt. Im Bereich des inneren Totpunkts des Pumpenkolbens 20, in dem der Pumpenkolben 20 am weitesten zur Antriebswelle 12 hin aus der Zylinderbohrung 22 ausgetaucht ist und die Rolle 34 am tiefsten Punkt des Nockens 14 anliegt, und im Bereich des äußeren Totpunkts des Pumpenkolbens 20, in dem der Pumpenkolben 20 am weitestens von der Antriebswelle 12 weg in die Zylinderbohrung 22 eingetaucht ist und die Rolle 34 am höchsten Punkt des Nockens 14 anliegt, ergibt sich dabei ein Kraftangriffswinkel φ zwischen dem Nocken 14 und der Rolle 34, der ungleich α ist, so dass auf die Rolle 34 und den Pumpenkolben 20 sowohl eine Kraft in Richtung der Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 als auch senkrecht zur Längsachse 23 wirkt. Die Richtung des Kraftangriffswinkels φ zwischen dem Nocken 14 und der Rolle 34 ist beim Förderhub des Pumpenkolbens 20 entgegengesetzt zu der Richtung beim Saughub des Pumpenkolbens 20. Durch die im Bereich des inneren Totpunkts und im Bereich des äußeren Totpunkts auf den Pumpenkolben 20 wirkenden Stützkräfte in der Zylinderbohrung 22 wird jedoch nur eine geringe Reibarbeit geleistet, da der Pumpenkolben 20 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 Zylinderbohrung 22 modifiziert ist. In 3 ist wiederum die die Drehachse 13 der Antriebswelle 12 enthaltende Radialebene 40 dargestellt. Die Zylinderbohrung 22 ist ausgehend von einer Anordnung in der Radialebene 40 derart in ihrer Lage verändert, dass deren Längsachse 23 zumindest annähernd parallel zur Radialebene 40, jedoch in Drehrichtung 18 der Antriebswelle 12 zur Radialebene 40 versetzt verläuft. Die Rolle 34 ist derart angeordnet, dass deren Drehachse 35 zumindest annähernd in der Radialebene 40 verläuft. Die Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 schneidet die Drehachse 13 der Antriebswelle 12 und die Drehachse 35 der Rolle 34 nicht. Bei dieser Anordnung der Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 wird durch die auf die Rolle 34 in Richtung der Längsachse 23 wirkende Normalkraft Fn ein Drehmoment auf den Pumpenkolben 20 erzeugt, durch das der Pumpenkolben 20 in seinem inneren und äußeren Endbereich mit seiner in Drehrichtung 18 der Antriebswelle 12 weisenden Mantelfläche gegen die Zylinderbohrung 22 gepresst wird. Die Summe der auf den Pumpenkolben 20 in der Zylinderbohrung 22 zur Abstützung der Querkraft Fq im äußeren und inneren Endbereich des Pumpenkolbens 20 wirkenden Kräfte Fa und Fi ist dabei etwa gleich der Querkraft Fq. Vorzugsweise ist die Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 derart zur Radialebene 40 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 Rolle 34 versetzt angeordnet ist. Die Rolle 34 ist dabei derart angeordnet, dass deren Drehachse 35 in einer die Drehachse 13 der Antriebswelle 12 enthaltenden Radialebene 42 verläuft, die unter einem Winkel β geneigt zu der Längsachse 23 der Zylinderbohrung 22 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 Feder 39 in der Zylinderbohrung 22 nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 24 durch den Kraftstoffzulaufkanal 26 bei geöffnetem Einlassventil 28 mit Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil 32 geschlossen ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser bewirkt durch den Nocken 14 gegen die Kraft der Feder 39 in der Zylinderbohrung 22 nach aussen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 20 Kraftstoff unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal 30 bei geöffnetem Auslassventil 32 zum Hochdruckspeicher 110 gefördert, wobei das Einlassventil 28 geschlossen ist.

Claims

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.