DE102006041673A1

DE102006041673A1 - Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006041673A1
Application number: DE102006041673A
Authority: DE
Inventors: Gernot Repphun; Peter Bauer; Markus Koch; Wolfram Rittmannsberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2007-08-23
Also published as: WO2007096224A1; ATE502209T1; KR101076170B1; CN101389858B; CN101389858A; JP4768826B2; KR20080093131A; BRPI0706556A2; EP2032850A1; DE502007006731D1; US20080295807A1; US8191459B2; JP2009527675A; EP2032850B1

Abstract

Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle (12) mit wenigstens einem Nocken (16) oder Exzenter und wenigstens ein Pumpenelement (18) auf, das einen Pumpenkolben (20) aufweist, der durch den Nocken (16) oder Exzenter der Antriebswelle (12) in einer Hubbewegung angetrieben wird. Zwischen dem Pumpenkolben (20) und dem Nocken (16) oder Exzenter der Antriebswelle (12) sind ein Stützelement (44) und eine in diesem drehbar gelagerte, auf dem Nocken (16) oder Exzenter abrollende Rolle (46) angeordnet. In Richtung der Drehachse (47) der Rolle (46) neben dieser ist eine Abstützung (60) für die Rolle (46) angeordnet. Die Rolle (46) und/oder die Abstützung (60) weist zumindest im Kontaktbereich zwischen der Rolle (46) und der Abstützung (60) eine Oberfläche mit hoher Verschleißfestigkeit auf.

Description

Stand der Technik
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 Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken oder Exzenter auf. Die Hochdruckpumpe weist außerdem wenigstens ein Pumpenelement auf, das einen Pumpenkolben aufweist, der durch den Nocken oder Exzenter der Antriebswelle in einer Hubbewegung angetrieben wird. Zwischen dem Pumpenkolben und dem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle ist ein Stützelement angeordnet und im Stützelement ist eine Rolle drehbar gelagert, die auf dem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abrollt. Es wurde festgestellt, dass beim Betrieb der Hochdruckpumpe auf die Rolle auch Kräfte in Richtung ihrer Drehachse wirken, wobei beim Anlauf der Rolle an benachbarte Bauteile an der Rolle und/oder diesen Bauteilen Verschleiß auftreten kann, der zu erhöhter Reibung zwischen der Rolle und den benachbarten Bauteilen führt. Diese erhöhte Reibung behindert die Drehbewegung der Rolle wodurch Schlupf zwischen der Rolle und dem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle auftreten kann, was auch hier zu Verschleiß führt.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Verschleiß der Rolle und/oder der Abstützung reduziert ist und damit erhöhte Reibung hier vermieden wird.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben.

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 in einem Querschnitt entlang Linie II-II in 1, 3 einen in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckpumpe in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 4 den Ausschnitt III der Hochdruckpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 5 den Ausschnitt III der Hochdruckpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und 6 einen Teil der Hochdruckpumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 6 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse 10 auf, in dem eine durch die Brennkraftmaschine rotierend angetriebene Antriebswelle 12 angeordnet ist. Die Antriebswelle 12 ist beispielsweise über zwei in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. Die Lagerstellen können in verschiedenen Teilen des Pumpengehäuses 10 angeordnet sein, beispielsweise kann eine erste Lagerstelle in einem Grundkörper 14 des Pumpengehäuses 10 und eine zweite Lagerstelle in einem mit dem Grundkörper 14 verbundenen Flanschteil 15 angeordnet sein.
In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 12 wenigstens einen Nocken 16 oder einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 13 ausgebildeten Abschnitt auf, wobei der Nocken 16 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im Gehäuse 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 Antriebsewelle 12 angetrieben wird. Im Bereich jedes Pumpenelements 18 ist ein mit dem Grundkörper 14 verbundenes Pumpengehäuseteil 22 vorgesehen, das als Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Pumpengehäuseteil 22 weist einen an einer Außenseite des Grundkörpers 14 anliegenden Flansch 24 und einen durch eine Öffnung im Grundkörper 14 zur Antriebswelle 12 hin durchragenden, zumindest annähernd zylinderförmigen Ansatz 26 mit gegenüber dem Flansch 24 kleinerem Durchmesser auf. Der Pumpenkolben 20 ist in einer im Ansatz 26 ausgebildeten Zylinderbohrung 28 im Pumpengehäuseteil 22 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 12 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 28 einen Pumpenarbeitsraum 30. Die Zylinderbohrung 28 kann sich bis in den Flansch 24 hinein erstrecken, in dem dann der Pumpenarbeitsraum 30 angeordnet ist. 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.
Zwischen dem Pumpenkolben 20 und dem Nocken 16 der Antriebswelle 12 ist ein Stößel 40 angeordnet, über den sich der Pumpenkolben 20 zumindest mittelbar am Nocken 16 der Antriebswelle 12 abstützt. Der Stößel 40 ist hohlzylinderförmig mit rundem Außenquerschnitt ausgebildet und ist in einer Bohrung 42 des Grundkörpers 14 des Pumpengehäuses 10 in Richtung der Längsachse 21 des Pumpenkolbens 20 verschiebbar geführt. Die Längsachse 41 des Stößels 40 ist somit zumindest im wesentlichen identisch mit der Längsachse 21 des Pumpenkolbens 20. Im Stößel 40 ist in dessen der Antriebswelle 12 zugewandtem Endbereich ein Stützelement 44 eingesetzt, in dem eine Rolle 46 drehbar gelagert ist, die auf dem Nocken 16 der Antriebswelle 12 abrollt. Die Drehachse 47 der Rolle 46 ist zumindest annähernd parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12. Das Stützelement 44 weist auf seiner der Antriebswelle 12 zugewandten Seite eine Vertiefung 48 auf, in der die Rolle 46 drehbar gelagert ist. Das Stützelement 44 und der Stößel 40 können auch einstückig ausgebildet sein.
Am Stößel 40 oder am Pumpenkolben 20 greift eine vorgespannte Rückstellfeder 52 an, die sich am Pumpengehäuseteil 22 abstützt. Durch die Rückstellfeder 52 werden der Pumpenkolben 20 und der Stößel 40 zum Nocken 16 der Antriebswelle 12 hin beaufschlagt, so dass die Anlage der Rolle 44 am Nocken 16 auch beim zur Antriebswelle 12 hin gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 20 und auch bei hoher Drehzahl der Antriebswelle 12 sichergestellt ist. Der Pumpenkolben 20 kann mit dem Stößel 40 gekoppelt sein, zumindest in Richtung von dessen Längsachse 21. Alternativ kann der Pumpenkolben 20 auch nicht mit dem Stößel 40 verbunden sein, wobei dann durch die Rückstellfeder 52 die Anlage des Pumpenkolbens 20 am Stößel 40 sichergestellt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Rückstellfeder 52 beispielsweise über einen Federteller 53 an einem im Durchmesser vergrößerten Kolbenfuß des Pumpenkolbens 20 angreift, der dadurch in Anlage an einem am Stößel 40 von dessen Mantel nach innen ragenden Flansch gehalten wird, der wiederum in Anlage am Stützelement 44 gehalten wird, so dass der gesamte Verbund aus Pumpenkolben 20, Stößel 40 und Stützelement 44 mit Rolle 46 zum Nocken 16 der Antriebswelle 12 hin beaufschlagt ist.
In Richtung der Drehachse 47 ist seitlich neben der Rolle 46 für diese eine Abstützung 60 angeordnet, durch die verhindert wird, dass sich die Rolle 46 in Richtung ihrer Drehachse 47 aus dem Stützelement 44 herausbewegt. Die Rolle 46 kann an ihren der Abstützung 60 zugewandten Seitenflächen 56 konvex gewölbt ausgebildet sein, beispielsweise zumindest annähernd kugelförmig gewölbt. Die den Seitenflächen 56 der Rolle 46 zugewandte Fläche der Abstützung 60 kann zumindest annähernd eben oder gewölbt ausgebildet sein. Die Abstützung 60 kann als ein die Rolle 46 umgebender Ring ausgebildet sein oder nur seitlich neben den Seitenflächen 56 der Rolle 46 angeordnet sein.
Es ist vorgesehen, dass die Rolle 46 und/oder die Abstützung 60 zumindest im Kontaktbereich zwischen der Rolle 46 und der Abstützung 60 eine Oberfläche mit hoher Verschleißfestigkeit aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Rolle 46 insgesamt aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit besteht, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff oder einem Hartmetall. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Abstützung 60 insgesamt aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit besteht, beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff oder einem Hartmetall.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Rolle 46 selbst aus einem Werkstoff mit geringerer Verschleißfestigkeit besteht und gemäß einem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel auf ihren der Abstützung 60 zugewandten Seitenflächen 56 jeweils mit einer Beschichtung 62 aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit versehen ist. Alternativ oder zusätzlich zur Beschichtung der Seitenflächen 56 der Rolle kann auch die Abstützung 60 mit einer Beschichtung 62 aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit versehen sein. Die Beschichtung 62 kann aus einem keramischen Werkstoff, aus einem Hartmetall oder aus einer Kohlenstoffverbindung, insbesondere einer diamantähnlichen Kohlenstoffverbindung bestehen. Alternativ kann die Beschichtung 62 aus einem Metalloxid oder einem Metallnitrid bestehen, beispielsweise Titannitrid. Die Beschichtung 62 kann auch durch Nitrocarburieren hergestellt sein.
Weiterhin alternativ ist vorgesehen, dass die Rolle 46 selbst aus einem Werkstoff mit geringerer Verschleißfestigkeit besteht und gemäß einem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in ihren der Abstützung 60 zugewandten Seitenflächen 56 jeweils einen Einsatz 64 aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit aufweist. Der Einsatz 64 kann dabei als eine dünne Platte ausgebildet sein, die in eine entsprechende Vertiefung der Seitenfläche 56 der Rolle 46 eingefügt ist. Alternativ oder zusätzlich zur Rolle 46 kann auch in die Abstützung 60 in ihren den Seitenflächen 56 der Rolle 46 zugewandten Bereichen jeweils ein Einsatz 64 aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit eingefügt sein. Der Einsatz 64 kann aus einem Werkstoff bestehen, wie er vorstehend zu der Beschichtung 62 angegeben ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Beschichtung 62 gemäß einem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt auf den Stößel 40, wie in 5 in der linken Hälfte dargestellt, oder das Stützelement 44, wie in 5 in der rechten Hälfte dargestellt, aufgebracht ist, insbesondere auf eine an die Rolle 46 seitlich in Richtung ihrer Drehachse 47 angrenzende Innenwand des Stößels 40 oder Stützelements 44. Es kann dabei vorgesehen sein, dass in der Innenwand des Stößels 40 oder Stützelements 44 wenigstens eine Nut 66 angeordnet ist, in die die Beschichtung 62 eingebracht ist, wobei in der wenigstens einen Nut 66 eine gute Haftung der Beschichtung 62 am Stößel 40 bzw. Stützelement 44 sichergestellt wird. Die Beschichtung 62 kann beispielsweise durch Spritzen als Spritzkeramik aufgebracht werden.
Die Abstützung 60 kann durch einen Teil des Stößels 40 oder des Stützelements 44 gebildet sein oder durch ein separates, in den Stößel 40, wie in 6 in der linken Hälfte dargestellt, oder das Stützelement 44, wie in 6 in der rechten Hälfte dargestellt, eingesetztes insbesondere ringförmiges Bauteil, das dann zwischen der Rolle 46 und dem Stößel 40 bzw. dem Stützelement 44 angeordnet ist. Die Abstützung 60 kann in den Stößel 40 oder das Stützelement 44 eingefügt sein, beispielsweise eingepresst. Im Stößel 40 kann dabei gemäß einem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Aufnahme 68 für die Abstützung 60 ausgebildet sein. Die Aufnahme 68 kann beispielsweise von einem im Innendurchmesser der die Rolle 46 umgebenden Innenwand des Stößels 40 vergrößerten Bereich gebildet sein.
Die Wandstärke des Stößels 40 kann dabei im Bereich der Aufnahme 68 gegenüber dem übrigen Stößel 40 bzw. Stützelement 44 verringert sein. Eine gleich ausgebildete Aufnahme 68 für die Abstützung 60 kann alternativ, wie in 6 in der rechten Hälfte dargestellt, auch im Stützelement 44 ausgebildet sein. Die Abstützung kann wie vorstehend erläutert ausgebildet sein, also selbst aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit bestehen oder eine Beschichtung oder einen Einsatz aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit aufweisen.
Beim Saughub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser 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 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.

Claims

Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Antriebswelle (12), die wenigstens einen Nocken (16) oder Exzenter aufweist, mit wenigstens einem Pumpenelement (18), das einen Pumpenkolben (20) aufweist, der durch den Nocken (16) oder Exzenter der Antriebswelle (12) in einer Hubbewegung angetrieben wird, wobei zwischen dem Pumpenkolben (20) und dem Nocken (16) oder Exzenter der Antriebswelle (12) ein Stützelement (44) und eine in diesem drehbar gelagerte, auf dem Nocken (16) oder Exzenter abrollende Rolle (46) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Drehachse (47) der Rolle (46) neben dieser eine Abstützung (40; 44; 60) für die Rolle (46) angeordnet ist und dass die Rolle (46) und/oder die Abstützung (40; 44; 60) zumindest im Kontaktbereich zwischen der Rolle (46) und der Abstützung (40; 44; 60) eine Oberfläche mit hoher Verschleißfestigkeit aufweist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (46) an ihrer der Abstützung (40; 44; 60) zugewandten Seitenfläche (56) konvex gewölbt ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (46) und/oder die Abstützung (40; 44; 60) im Kontaktbereich mit einer Beschichtung (62) aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit versehen ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rolle (46) und/oder in die Abstützung (40; 44; 60) im Kontaktbereich ein Einsatz (64) aus einem Werkstoff mit hoher Verschleißfestigkeit eingefügt ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (62) oder der Einsatz (64) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (62) oder der Einsatz (64) aus einem Metalloxid oder Metallnitrid besteht.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (62) oder der Einsatz (64) aus Titannitrid besteht.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (62) oder der Einsatz (64) aus einer Kohlenstoffverbindung, insbesondere einer diamantähnlichen Kohlenstoffverbindung besteht.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (46) und/oder die Abstützung (60) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (60) als ein die Rolle (46) umgebender Ring ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (60) in das Stützelement (44) oder in einen das Stützelement (44) aufnehmenden Stößel (40) eingefügt ist.