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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckkraftstoffpumpe zum Betrieb einer
Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse und mindestens
einem Pumpenkolben, welcher über einen Exzenterring einer
Pumpennockenwelle betreibbar und in einem auf dem Pumpengehäuse
aufgesetzten Pumpenzylinderkopf geführt ist, wobei eine
Rotation der Pumpennockenwelle in eine translatorische Bewegung
des mindestens einen Pumpenkolbens zum Ansaugen und Verdichten von
Kraftstoff umsetzbar ist und diese Umsetzung der Bewegung an einer
zwischen dem mindestens einen Pumpenkolben und der polygonen Ausbildung
liegenden Kontaktfläche stattfindet.
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Stand der Technik
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Aus
der
WO 99/28625 ist
bereits eine Hochdruckkraftstoffpumpe bekannt, die nach dem Radialkolbenpumpenprinzip
arbeitet. Bei dieser sind drei Pumpenkolben symmetrisch um einen
Exzenterring einer Pumpennockenwelle angeordnet und werden durch
die Bewegung dieses Ringes jeweils translatorisch bewegt. Um die
Flächenpressung des jeweiligen Kontakts des Exzenterrings
mit dem jeweiligen Pumpenkolben zu minimieren, ist zudem zwischen jedem
Pumpenkolben und dem Exzenterring eine Buchse angeordnet, welche
auf dem Exzenterring gleitet.
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Nachteilhaft
am bekannten Stand der Technik ist, dass beim Gleiten der jeweiligen
Buchse auf dem Exzenterring bestimmte Bereiche des Ringes ständig
durch die Buchse überdeckt werden und somit kein Schmiermittel
an diese Stellen gelangen kann. Dies führt bei hohen Belastungen
der Pumpe zu sehr hohen Temperaturbelastungen dieser Stellen und
erhöht die Gefahr des Fressens und damit des Ausfalls der
Pumpe.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hochdruckkraftstoffpumpe
zu schaffen, bei welcher der Kontaktbereich zur Umsetzung der rotatorischen
Bewegung des Exzenterringes in eine translatorische Bewegung des
Pumpenkolbens in ausreichender Weise mit Schmiermittel versorgt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von den Oberbegriffen der nebengeordneten
Ansprüche 1 und 9 in Verbindung mit deren kennzeichnenden
Teilen gelöst. Die darauf folgenden, abhängigen
Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung wieder.
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Die
Erfindung umfasst die technische Lehre, dass im Bereich des jeweiligen
Pumpenkolbens Bohrungen zum Zuführen des Schmiermittels
zur Kontaktfläche zwischen Pumpenkolben und Exzenterring vorgesehen
sind, um hierüber eine ausreichende Kühlung und
Schmierung an dieser Stelle zu gewährleisten.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen
dem Pumpenkolben und dem Exzenterring eine sich mit dem Pumpenkolben
bewegende, napfförmige Buchse angeordnet, welche in Seitenwänden
radiale Bohrungen zum Ansaugen von Fluid in einen Innenraum der Buchse
bei einer Abwärtsbewegung aufweist und zudem über
Bohrungen im Bodenbereich mit einer Ringnut zum Zuführen
des Fluids zu der Kontaktfläche bei einer Aufwärtsbewegung
in Verbindung steht. Durch die Anordnung der Buchse kann zum einen
die Flächenpressung zwischen Pumpenkolben und Exzenterring
gemindert werden und zum anderen über die Bohrungen der
Kontaktfläche Buchse mit Exzenterring gezielt Schmierstoff
zugeführt werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind ausgehend von der im Bodenbereich
der Buchse angeordneten Ringnut radiale Bohrungen zur Verbindung
mit der Umgebung der Kontaktfläche angeordnet. Durch diese
Maßnahme wird kein unzulässig hoher Druckaufbau
nötig, um das Fluid entlang der Kontaktfläche zu
fördern. Folglich wird eine Wirkungsgradverschlechterung
der Pumpe verhindert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Buchse an ihrer Innenwand auch über den Pumpenzylinderkopf
geführt. Dies hat den Vorteil, dass durch die Anordnung Buchse,
Pumpenzylinderkopf, und Pumpenkolben ein definiertes Volumen gebildet
wird, in welches das Fluid bei einer Abwärtsbewegung des
Kolbens gesaugt und aus welchem das Fluid bei einer Aufwärtsbewegung
desselben herausgedrückt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung verfügt die Buchse über
drei, in gleich bleibenden Winkeln zueinander angeordnete Bohrungen
im Bodenbereich, während die Ringnut drei symmetrisch angeordnete, radiale
Bohrungen aufweist. Eine derartige Anordnung der jeweiligen Bohrungen
ist besonders vorteilhaft bezüglich Festigkeit und Kühlung.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
zwischen dem Pumpenkolben und dem Exzenterring ein Kolbenfuss angeordnet
und zudem eine buchsenartige Ausbildung radial außerhalb
des Kolbenfusses anliegend und an dem Zylinderkopf innengeführt
platziert, wobei die buchsenartige Ausbildung über eine
radiale Drosselbohrung zum Ansaugen des Fluids bei einer Verdichtungsbewegung
des Pumpenkolbens in einen Innenraum verfügt und das Fluid
bei einer Saugbewegung des Pumpenkolbens über mindestens
eine Kühlbohrung im Kolbenfuss zu der Kontaktfläche
förderbar ist. Eine derartige Anordnung kann bei einem
Pumpenkolben mit einem bereits vorhandenen Kolbenfuss Anwendung
finden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine Kühlbohrung
als axiale Bohrung oder als axial verlaufende und sich radial nach
innen erstreckende Bohrung ausgebildet. Vorteilhaft ist hierbei,
dass eine zuverlässige Zuführung des Fluids zu der
Kontaktfläche gewährleistet wird.
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Entsprechend
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt der
Exzenterring im Bereich der mindestens einen Kühlbohrung über
Längs- oder Querrillen. Dies hat den Vorteil, dass sich
das zum Exzenterring geführte Fluid optimal auf der Kontaktfläche
verteilt.
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Gemäß einem
nebengeordneten Anspruch umfasst die Erfindung die technische Lehre,
dass zwischen den mindestens einen Pumpenkolben und dem Exzenterring
eine napfartige Buchse angeordnet ist. Diese Buchse weist Mittel
zum kurzzeitigen Abheben des Pumpenkolbens von dem Exzenterring zum
Ende der Ansaugphase auf. Somit kann während dieses kurzen
Abhebens Fluid zwischen Buchse und Exzenterring gelangen und dadurch
eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Kontaktfläche
gewährleistet werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel
zum Abheben als ein Ring mit eingebrachten Nuten ausgebildet, welcher
in einer korrespondierenden Ausnehmung der der Kontaktfläche
zugewandten Seite der Buchse platziert ist. Durch ein Abheben über
einen Ring bleibt ein indirekter Kontakt zwischen Buchse und Exzenterring
bestehen, wodurch eine mechanische Belastung beim erneuten direkten
Kontakt von Buchse und Exzenterring reduziert wird. Gleichzeitig
wird durch die eingebrachte Nuten im Ring eine Versorgung der Kontaktfläche
mit Fluid gewährleistet.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist der Ring durch eine Feder aus der
Ausnehmung der Buchse zum Ende der Ansaugphase herausführbar.
Durch eine Feder mit einer höheren Federkraft als die Kolbenfederkraft
zum Ende der Ansaugphase wird ein Herausdrücken des Rings
aus der Ausnehmung zum gewünschten Zeitpunkt sichergestellt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht
der Ring aus einem Kunststoff mit einem geringen E-Modul. Dies hat
den Vorteil, dass bei der Verwendung eines derartigen Ringes mit
einer entsprechend geeigneten Geometrie ein Abheben der Buchse ohne
ein zusätzliches Bauteil in Form einer Feder bewerkstelligt
werden kann.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mittel zum Abheben der
Buchse von dem Exzenterring als ein in entsprechender Höhe platzierter
Anschlag ausgebildet, welcher ein Abheben des Pumpenkolbens zum
Ende der Ansaugphase bewirkt. Auf diese Art und Weise lässt
sich mit niedrigem Herstellungsaufwand das gewünschte Abheben
des Pumpenkolbens sicherstellen.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
geschnitten im Bereich des Pumpenkolbens;
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2 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe
gemäß einer zweiten Ausführungsform,
geschnitten im Bereich des Pumpenkolbens;
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3 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
geschnitten im Bereich des Pumpenkolbens; und
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4 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe
gemäß einer vierten Ausführungsform,
geschnitten im Bereich des Pumpenkolbens.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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In 1 ist
eine detaillierte Schnittansicht der erfindungsgemäßen
Hochdruckkraftstoffpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform
zu sehen. Diese verfügt über ein Pumpengehäuse 1 und
einen Pumpenkolben 2, welcher in einem Pumpenzylinderkopf 3 verschiebbar
geführt ist. Zudem ist der Pumpenkolben 2 fest
mit einer napfförmigen Buchse 4 verbunden, welche
der Bewegung des Pumpenkolbens 2 folgt. Diese Buchse 4 steht
an einer Kontaktfläche 6 mit dem Exzenterring 5 einer
hier nicht dargestellten Pumpennockenwelle in Kontakt. Die Buchse 4 verfügt
außerdem in ihren Seitenwänden über radiale
Bohrungen 7a und 7b und ist an den Innenseiten
dieser Wände ebenfalls über den Pumpenzylinderkopf 3 geführt. Über
die radialen Bohrungen 7a und 7b kann Fluid in
den durch die Teile Pumpenkolbens 2, Pumpenzylinderkopf 3 und
Buchse 4 definierten Innenraum 8 gelangen. Die
Buchse 4 verfügt ferner in ihrem Bodenbereich über
die Bohrungen 9a und 9b, welche in einer Ringnut 10 münden.
Die Ringnut 10 steht wiederum über radiale Bohrungen 11 mit
dem Innenraum der Hochdruckkraftstoffpumpe in Verbindung.
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Bei
Betrieb der Hochdruckkraftstoffpumpe wird dem Pumpenkolben 2 über
eine Bewegung des Exzenterringes 5 mittels der Buchse 4 eine
Bewegung aufgeprägt, welche zu einem Ansaugen und Verdichten
von Kraftstoff führt. Bei einer Ansaugbewegung des Pumpenkolbens 2,
also einer Abwärtsbewegung, und einem Verlassen der Überdeckung der
radialen Bohrungen 7a und 7b mit dem Pumpenzylinderkopf 3 wird
Fluid in den Innenraum 8 gesaugt. Bei der darauf folgenden
Verdichtungsbewegung des Pumpenkolbens 2, also einer Aufwärtsbewegung, wird
ab einer Überdeckung der radialen Bohrungen 7a und 7b mit
dem Pumpenzylinderkopf 3 das Fluid aus dem Innenraum 8 über
die Bohrungen 9a und 9b in die Ringnut 10 gedrückt
und somit der Kontaktfläche 6 zugeführt. Über
die radialen Bohrungen 11 wird hierbei ein übermäßiger
Druckanstieg vermieden, welcher ansonsten zu einem Widerstand der
Verdichtungsbewegung des Pumpenkolbens 2 und somit zu einer
Minderung des Wirkungsgrades der Pumpe führen würde.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Hochdruckkraftstoffpumpe zu sehen. Im Unterschied zum vorher beschriebenen steht
der Pumpenkolben 2 hierbei über einen Kolbenfuss 12 mit
dem Exzenterring 5 in Kontakt. Zudem ist eine buchsenartige
Ausbildung 13 am Kolbenfuss 12 anliegend und an
den Zylinderkopf 3 innen geführt angeordnet. Diese
Ausbildung 13 verfügt über eine radiale
Drosselbohrung 14, über welche Fluid nahezu ungedrosselt
in den Innenraum 8 fließen kann. Der Kolbenfuss 12 weist
zu einer Zuführung dieses Fluids zu der Kontaktfläche 6 mit
dem Exzenterring 5 Kühlbohrungen 15a und 15b auf.
Diese Kühlbohrungen 15a und 15b ermöglichen
eine Förderung des Fluids zu Rillen 16 des Exzenterringes 5,
wodurch eine Kühlung und Schmierung der Kontaktfläche 6 möglich
wird.
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Bei
Betrieb der Hochdruckkraftstoffpumpe kann bei einer Saugbewegung
des Pumpenkolbens 2 Fluid nahezu ungedrosselt in den Innenraum 8 fließen,
während bei einer Verdichtungsbewegung des Pumpenkolbens 2 eine
starke Drosselung über die Drosselbohrung 14 stattfindet,
was ein Fließen des Fluids über die Kühlbohrungen 15a und 15b zu
den Rillen 16 des Exzenterringes 5 bewirkt.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Hochdruckkraftstoffpumpe zu sehen. Im Unterschied zu den vorher
genannten Ausführungsformen wird hierbei eine Zuführung
von Fluid zu der Kontaktfläche 6 über
einen im unteren Bereich der Buchse 4' angeordneten Ring 17 erreicht.
Dieser Ring 17 ist in einer Ausnehmung der Buchse 4' geführt
und über eine Feder 18 aus dieser heraus bewegbar.
Dabei ist die Federkraft dieser Feder 18 so ausgelegt,
dass sie größer ist als die Kolbenfederkraft des
Pumpenkolbens 2 im unteren Todpunkt. Dies bewirkt zum Ende
der Saugphase des Pumpenkolbens 2, also dem Ende der Abwärtsbewegung,
ein kurzes Abheben der Buchse 4' gegenüber dem
Exzenterring 5. Auf diese Art und Weise kann Fluid zu der
Kontaktfläche 6 gelangen.
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Schließlich
ist in 4 eine weitere Ausführungsform der Hochdruckkraftstoffpumpe
dargestellt. Hierbei weist das Pumpengehäuse 1 einen
umlaufenden Flansch 19 auf, welcher zu einem Absatz 20 der
Buchse 4'' korrespondiert. Dies führt zum Ende der
Ansaugphase des Pumpenkolbens 2 zu einem Aufsetzen der
Buchse 4'' auf dem Flansch 19 und somit zu einem
Abheben der Buchse 4'' vom Exzenterring 5. Auf
diese Art und Weise bildet sich ein Spalt, in welchem Fluid zu der
Kontaktfläche 6 gelangen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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