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Die
Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine
solche Hochdruckpumpe ist durch die
DE 199 07 311 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist
ein mehrteiliges Pumpengehäuse
auf, wobei in einem Grundkörper
des Pumpengehäuses
eine Antriebswelle drehbar gelagert ist, die wenigstens einen Nocken
aufweist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement
auf mit einem zumindest mittelbar durch den Nocken der Antriebswelle
in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben. Der Pumpenkolben
ist in einer Zylinderbohrung eines vom Grundkörper separaten Gehäuseteils
der Hochdruckpumpe geführt.
Die Zylinderbohrung verläuft
in ihrem der Antriebswelle zugewandten Endbereich in einem zylinderförmigen Ansatz
des Gehäuseteils. Der
Pumpenkolben stützt
sich über
einen Stößel zumindest
mittelbar am Nocken der Antriebswelle ab. Durch den Stößel werden
bei der Umsetzung der Drehbewegung der Antriebswelle in die Hubbewegung
des Pumpenkolbens auftretende Querkräfte aufgenommen, so dass diese
nicht auf den Pumpenkolben wirken. Der Stößel ist dabei in einer Bohrung des
Grundkörpers
des Pumpengehäuses
verschiebbar geführt.
Zur sicheren Abstützung
der Querkräfte muss
der Grundkörper
des Pumpengehäuses
aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit gefertigt werden und der
Stößel muss
mit einem großen
Durchmesser ausgeführt
werden. Der Stößel weist
dadurch ein hohes Gewicht auf, wodurch die maximale Drehzahl der Hochdruckpumpe
begrenzt wird, da der Stößel aufgrund
seines Gewichts bei hohen Drehzahlen und/oder starkem Anstieg des
Nockens vom Nocken abhebt. Nachteilig bei dieser bekannten Hochdruckpumpe
ist außerdem,
dass die Bohrung, in der der Stößel geführt ist,
im Grundkörper
des Pumpengehäuses
angeordnet ist, und die Zylinderbohrung, in der der Pumpenkolben
geführt
ist, im separaten Gehäuseteil
ausgebildet ist, so dass zur Sicherstellung einer exakten Ausrichtung
der Zylinderbohrung und der Bohrung für den Stößel aufwendige Zentriermaßnahmen
des Gehäuseteils
und des Grundkörpers
zueinander erforderlich sind. Weiterhin ist eine aufwendige Bearbeitung
der Bohrung des Grundkörpers
zur Führung
des Stößels erforderlich.
Weiterhin ergeben sich Probleme durch eine im Betrieb auftretende
Erwärmung
des Stößels im
Bereich von dessen Abstützung
am Nocken, wobei ein Klemmen des Stößels in der Bohrung in erwärmtem Zustand
vermieden werden muss, wozu eine aufwendige Außengeometrie des Stößels erforderlich
ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass der Stößel mit
einem kleinen Durchmesser ausgeführt
werden kann, wodurch dessen Gewicht gering gehalten werden kann,
was wiederum eine hohe Drehzahl der Hochdruckpumpe und/oder einen
Nocken mit steilem Anstieg und damit einen guten Liefergrad der
Hochdruckpumpe ermöglicht.
Außerdem
ist die Führung
des Stößels mit
höherer
Genauigkeit ermöglicht,
da diese am selben Gehäuseteil
erfolgt wie die Führung
des Pumpenkolbens in der Zylinderbohrung. Der Stößel kann dabei mit geringem radialem
Spiel geführt
werden und es ist keine aufwendige Geometrie am Stößel erforderlich.
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In
den abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe
angegeben. Die Ausführung
gemäß Anspruch
2 ermöglicht
die Verwendung eines preiswerten und leichten Werkstoffs für den Grundkörper des
Pumpengehäuses,
wodurch die Fertigungskosten und das Gewicht der Hochdruckpumpe
reduziert werden können.
Die Ausbildung gemäß Anspruch
3 ermöglicht
eine geringe Reibung zwischen dem Nocken und dem Stößel. Bei
der Ausbildung gemäß Anspruch
4 wird die Führung
des Stößels nicht
durch dessen Erwärmung
im Bereich von dessen Abstützung
am Nocken beeinträchtigt.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist 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 einen
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckpumpe
in vergrößerter Darstellung
und 3 den Ausschnitt II in einem Querschnitt entlang
Linie III-III.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
den 1 bis 3 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein
mehrteiliges Pumpengehäuse 10 auf,
in dem eine durch die Brennkraftmaschine rotierend antreibbare Antriebswelle 12 drehbar
gelagert ist. Die Antriebswelle 12 ist in einem Grundkörper 14 des
Gehäuses 10 über zwei
in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12 voneinander
beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. Der Grundkörper 14 des Gehäuses 10 kann
wiederum mehrteilig ausgebildet sein und die Lagerstellen können in
verschiedenen Teilen des Grundkörpers 14 angeordnet
sein. Der Grundkörper 14 besteht
aus einem Werkstoff mit der für
die Lagerung der Antriebswelle 12 erforderlichen Festigkeit,
insbesondere aus Leichtmetall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
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In
einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die
Antriebswelle 12 wenigstens einen Nocken 16 auf,
wobei der Nocken 16 auch als Mehrfachnocken ausgebildet
sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im
Pumpengehäuse 10 angeordnete
Pumpenelemente 18 mit jeweils einem Pumpenkolben 20 auf, der
durch den Nocken 16 der Antriebswelle 12 in einer
Hubbewegung in zumindest annähernd
radialer Richtung zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 angetrieben
wird. Im Bereich jedes Pumpenelements 18 ist ein mit dem
Grundkörper 14 verbundenes
Gehäuseteil 22 vorgesehen,
das als Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Gehäuseteil 22 weist einen
an einer Außenseite
des Grundkörpers 14 anliegenden Flansch 24 und
einen durch eine Öffnung 15 im Grundkörper 14 zur
Antriebswelle 12 hin durchragenden, zumindest annähernd zylinderförmigen Ansatz 26 mit
gegenüber
dem Flansch 24 kleinerem Durchmesser auf.
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Der
Pumpenkolben 20 ist in einer im Gehäuseteil 22 ausgebildeten
Zylinderbohrung 28 dicht verschiebbar geführt und
begrenzt mit seiner der Antriebswelle 12 abgewandten Stirnseite
in der Zylinderbohrung 28 einen Pumpenarbeitsraum 30.
Der Pumpenarbeitsraum 30 ist im Bereich des Flansches 24 des
Gehäuseteils 22 angeordnet
und die Zylinderbohrung 28 verläuft bis zu dem der Antriebswelle 12 zugewandten
Ende des Ansatzes 26 des Gehäuseteils 22. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist über einen im
Pumpengehäuse 10 verlaufenden
Kraftstoffzulaufkanal 32 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf,
beispielsweise einer Förderpumpe
auf. An der Mündung
des Kraftstoffzulaufkanals 32 in den Pumpenarbeitsraum 30 ist
ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 34 angeordnet.
Der Pumpenarbeitsraum 30 weist ausserdem über einen
im Pumpengehäuse 10 verlaufenden
Kraftstoffablaufkanal 36 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 36 in den Pumpenarbeitsraum 30 ist
ein aus dem Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Auslassventil 38 angeordnet.
Das Gehäuseteil 22 besteht
aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, da im Pumpenarbeitsraum 30 beim
Förderhub
des Pumpenkolbens 20 Hochdruck herrscht. Das Gehäuseteil 22 kann
beispielsweise aus Stahl oder Grauguss bestehen.
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Zwischen
dem Pumpenkolben 20 und dem Nocken 16 der Antriebswelle 12 ist
ein Stützelement in
Form eines Stößels 40 angeordnet, über den
sich der Pumpenkolben 20 zumindest mittelbar am Nocken 16 abstützt. Der
Stößel 40 weist
einen dem Nocken 16 zugewandten Boden 41 und einen
vom Boden 42 dem Nocken 16 abgewandt abstehenden hohlzylinderförmigen Abschnitt 42 auf,
mit dem der Stößel 40 auf
dem Ansatz 26 des Gehäuseteils 22 in Richtung
der Längsachse 29 der
Zylinderbohrung 28 verschiebbar geführt ist. Der Außenmantel
des Ansatzes 26 des Gehäuseteils 22 und
der Innenmantel des Abschnitts 42 des Stößels 40 sind
derart bearbeitet, dass diese eine geringe Oberflächenrauhtiefe aufweisen
und der Abschnitt 42 auf dem Ansatz 26 mit geringem
radialem Spiel zur Längsachse 29 geführt ist.
Die Längsachse 29 der
Zylinderbohrung 28 definiert die Bewegungsrichtung des
Pumpenkolbens 20 bei dessen Hubbewegung. Der Abschnitt 42 des
Stößels 40 ist
im Durchmesser gegenüber
dem Boden 41 des Stößels 40 verringert,
wodurch am Stößel 40 eine
dem Nocken 16 abgewandte Ringschulter 44 gebildet
ist. Zwischen dem Flansch 24 des Gehäuseteils 22 und der
Ringschulter 44 des Stößels 40 ist
eine vorgespannte Rückstellfeder 46 angeordnet,
die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Durch
die Rückstellfeder 46 wird
der Stößel 40 zum
Nocken 16 hin beaufschlagt. Der Pumpenkolben 20 ist
dabei mit dem Stößel 40 in nicht
näher dargestellter
Weise in Richtung der Längsachse 29 gekoppelt,
so dass auch der Pumpenkolben 20 durch die Rückstellfeder 46 zum
Nocken 16 hin beaufschlagt wird. Aufgrund des gegenüber dem
Boden 41 verringerten Durchmesser des Abschnitts 42 des
Stößels 40 weist
der Stößel 40 ein geringes
Gewicht auf. Der Stößel 40 besteht
aus einem Werkstoff mit ausreichender Festigkeit, beispielsweise
Stahl oder Guss und kann als Schmiedeteil oder Gussteil ausgebildet
sein.
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Der
Stößel 40 kann
sich direkt am Nocken 16 abstützen. Vorzugsweise stützt sich
der Stößel 40 jedoch über eine
auf dem Nocken 16 abrollende Rolle 48 am Nocken 16 ab,
wodurch eine geringe Reibung zwischen dem Stößel 40 und dem Nocken 16 sichergestellt
wird. Die Rolle 48 kann direkt im dem Nocken 16 zugewandten
Boden 41 des Stößels 40 oder
in einem in den Stößel 40 eingesetzten
Lagerelement 50 drehbar gelagert sein. Der Boden 41 des
Stößels 40 beziehungsweise
das Lagerelement 50 weist dabei auf seiner dem Nocken 16 zugewandten
Seite eine konkave Vertiefung 52 auf, in der die zumindest
annähernd
zylindrische Rolle 48 drehbar gelagert ist. Die Drehachse 49 der
Rolle 48 verläuft
dabei zumindest annähernd
parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12.
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Durch
den Stößel 40 wird
zwischen seinem Abschnitt 42 und seinem dem Nocken 16 zugewandten
Boden oder dem Lagerelement 50 und dem Ende des Ansatzes 26 des
Gehäuseteils 22 ein
Raum 54 begrenzt, der bei der Hubbewegung des Stößels 40 abwechselnd
vergrößert und
verkleinert wird. Der Stößel 40 weist
in dem über
den Ansatz 26 des Gehäuseteils 22 hinausragenden
Teil seines Abschnitts 42 wenigstens eine, vorzugsweise
mehrere Öffnungen 56 auf,
durch die der Raum 54 mit dem Inneren des Pumpengehäuses 10 verbunden
ist, das mit Kraftstoff gefüllt
ist. Durch die Öffnungen 56 kann
bei sich nach außen
vom Nocken 16 weg bewegendem Stößel 40 Kraftstoff
aus dem Raum 54 ausströmen und
bei sich nach innen zum Nocken 16 hin bewegendem Stößel 40 Kraftstoff
in den Raum 54 einströmen.
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Beim
Saughub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser zusammen
mit dem Stößel 40 bewirkt
durch die Rückstellfeder 46 radial
nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 30 durch
den Kraftstoffzulaufkanal 32 bei geöffnetem Einlassventil 34 mit
Kraftstoff befüllt,
wobei das Auslassventil 38 geschlossen ist. Beim Förderhub
des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser zusammen mit
dem Stößel 40 radial
nach aussen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 20 Kraftstoff
unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal 36 bei
geöffnetem
Auslassventil 38 zum Hochdruckspeicher 110 gefördert, wobei
das Einlassventil 34 geschlossen ist. Der Stößel 40 wird
auf dem Ansatz 26 des Gehäuseteils 22 verschiebbar
geführt
und nimmt auftretende Querkräfte auf,
so dass diese nicht auf den Pumpenkolben 20 wirken. Querkräfte sind
Kräfte,
die quer zur Hubbewegungsrichtung des Pumpenkolbens 20 und
damit quer zur Längsachse 29 der
Zylinderbohrung 28 wirken. Der Außenmantel des Ansatzes 26 als
Führung für den Stößel 40 kann
mit hoher Genauigkeit in Bezug zu der im Inneren des Ansatzes 26 verlaufenden Zylinderbohrung 28 gefertigt
werden, so dass die Bewegungsrichtung des Stößels 40 sehr genau
und mit geringem Spiel in Richtung der Längsachse 29 der Zylinderbohrung 28,
die die Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 20 bestimmt,
ausgerichtet werden kann. Aufgrund des geringen Gewichts des Stößels 40 kann
die Hochdruckpumpe mit hoher Drehzahl betrieben werden und/oder es
kann ein Nocken 16 mit steilem Anstieg an der Antriebswelle 12 verwendet werden,
wodurch der erzeugte Druck und/oder die geförderte Kraftstoffmenge der
Hochdruckpumpe gesteigert werden kann. Die Öffnung 15 im Grundkörper 14 des
Pumpengehäuses 10 ist
so groß bemessen,
dass der Stößel 40 mit
ausreichendem seitlichem Spiel durch diese hindurchtritt ohne an
der Öffnung 15 zur
Anlage zu kommen und die Öffnung 15 ist
nicht bearbeitet.