DE102008001871A1

DE102008001871A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102008001871A1
Application number: DE102008001871A
Authority: DE
Inventors: Werner Vallon; Gerhard Meier; Andreas Dutt; Frank Maurer; Jochen Aleker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-11-26
Also published as: JP2011521159A; WO2009141179A1; RU2010152004A; JP5200162B2; PL2288804T3; CN102037235A; KR20110006689A; US20110073078A1; EP2288804B1; EP2288804A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (2) und mit mindestens einem Pumpenelement (3), das einen Kolben (8) umfast, der durch einen Nocken (18) angetrieben ist, der mit einer Laufrolle (15) zusammenwirkt, die an ihren Enden von zwei Seitenanlaufflächen begrenzt ist, die im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) mit Gegenflächen in Kontakt kommen. Um eine Kraftstoffhochdruckpumpe zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer aufweist, sind die Seitenanlaufflächen als Kreisringscheibenflächen ausgeführt und in einem zentralen Innenbereich vom Kontakt mit den Gegenflächen freigestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse und mit mindestens einem Pumpenelement, das einen Kolben umfasst, der durch einen Nocken angetrieben ist, der mit einer Laufrolle zusammenwirkt, die an ihren Enden von zwei Seitenanlaufflächen begrenzt ist, die im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe mit Gegenflächen in Kontakt kommen.
Die Gegenflächen können zum Beispiel an einem Stößelkörper vorgesehen sein und begrenzen eine Bewegung der Laufrolle in axialer Richtung.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.
Die Aufgabe ist bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse und mit mindestens einem Pumpenelement, das einen Kolben umfasst, der durch einen Nocken angetrieben ist, der mit einer Laufrolle zusammenwirkt, die an ihren Enden von zwei Seitenanlaufflächen begrenzt ist, die im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe mit Gegenflächen in Kontakt kommen, dadurch gelöst, dass die Seitenanlaufflächen als Kreisringscheibenflächen ausgeführt und in einem zentralen Innenbereich vom Kontakt mit den Gegenflächen freigestellt sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibenflächen in einem koaxialen Außenbereich vom Kontakt mit den Gegenflächen freigestellt sind. Durch die gezielten Freistellungen kann ein im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe durch Seitenanlauf der Laufrolle an den zugehörigen Gegenflächen hervorgerufener Reibungsverschleiß deutlich reduziert werden. Als Kreisringscheibenfläche wird eine Fläche bezeichnet, die von zwei konzentrischen beziehungsweise koaxialen Kreisen begrenzt wird. Die Kreisringfläche kann eben oder gekrümmt ausgeführt sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibenflächen, im Längsschnitt durch die Laufrolle betrachtet, jeweils konvex gekrümmt sind. Der Krümmungsradius wird bei herkömmlichen Laufrollen auch als Kuppenradius bezeichnet. Bei der erfindungsgemäßen Laufrolle ist die herkömmliche Kuppengestalt durch die Freistellungen verändert. Die konvex gekrümmten Kreisringscheibenflächen haben die Gestalt von Kugelzonen. Als Kugelzone wird der zur Kugeloberfläche gehören de Teil einer Kugelschicht bezeichnet, die entsteht, wenn eine Kugel von zwei parallelen Ebenen geschnitten wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Innenbereiche jeweils eine Abflachung umfassen, die senkrecht zur Längsachse der Laufrolle angeordnet ist. Die Abflachungen haben im Wesentlichen die Gestalt von Kreisscheiben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Innenbereiche jeweils eine Vertiefung umfassen. Durch die Vertiefungen wird sicher verhindert, dass die zentralen Innenbereiche mit den zugehörigen Gegenflächen in Kontakt kommen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibenflächen gegenüber den zugehörigen koaxialen Außenbereichen erhaben sind. Durch die Erhebung oder Erhöhung wird sicher verhindert, dass die koaxialen Außenbereiche mit den zugehörigen Gegenflächen in Kontakt kommen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die koaxialen Außenbereiche, im Längsschnitt durch die Laufrolle betrachtet, kegelstumpfartig verjüngen. Der Kegelwinkel ist vorzugsweise so gewählt, dass die koaxialen Außenbereiche nach außen steiler abfallen als die Kreisringscheibenflächen.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Kraftstoffhochdruckpumpe sind dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den zentralen Innenbereichen und den zugehörigen Kreisringscheibenflächen, zwischen den Kreisringscheibenflächen und den zugehörigen koaxialen Außenbereichen und zwischen den koaxialen Außenbereichen und einem Zylinderkörper der Laufrolle gerundet sind. Durch die Rundungen werden sanfte Übergänge geschaffen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 einen Ausschnitt einer Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch ein Pumpenelement;
2 einen vergrößerten Ausschnitt II mit einer Laufrolle aus 1;
3 die Laufrolle aus 2 allein in der Draufsicht;
4 einen vergrößerten Ausschnitt IV aus 3 im Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
5 den gleichen Ausschnitt wie in 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 und 2 ist ein Ausschnitt einer Kraftstoffhochdruckpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2 im Längsschnitt durch ein Pumpenelement 3 dargestellt. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs und dient dazu, Kraftstoff, der vorzugsweise mit Hilfe einer Vorförderpumpe aus einem Kraftstofftank zu der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gefördert wird, mit Hochdruck zu beaufschlagen. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt, der auch als Common Rail bezeichnet wird. An den zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher sind Kraftstoffeinspritzventile, die auch als Injektoren bezeichnet werden, angeschlossen, über die der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Jedes Pumpenelement 3 umfasst eine Elementbohrung 4, in die ein Elementkörper 6 ragt, der von einem (nicht dargestellten) Zylinderkopf ausgeht. In dem Elementkörper 6 ist ein Hochdruckkolben 8 hin und her bewegbar geführt. Der Hochdruckkolben 8 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders mit einer Längsachse 9. Durch einen Doppelpfeil 10 ist angedeutet, dass der Hochdruckkolben 8 in dem Elementkörper 6 entlang der Längsachse 9 hin und her bewegbar geführt ist.
Ein Ende des Hochdruckkolbens 8 begrenzt eine Druckkammer in dem Zylinderkopf. Die Druckkammer steht über ein Saugventil mit der Vorförderpumpe in Verbindung. Des Weiteren steht die Druckkammer über ein Druckventil mit dem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher in Verbindung. Wenn sich der Kolben 8 aus der Druckkammer heraus bewegt, dann wird Kraftstoff in die Druckkammer angesaugt. Wenn sich der Kolben 8 in die Druckkammer hinein bewegt, dann wird der darin befindliche Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt.
An seinem dem Druckraum abgewandten Ende weist der Kolben 8 einen Kolbenfuß 12 auf, der im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe aufweist und einstückig mit dem Kolben 8 verbunden ist. Die dem Kolben 8 abgewandte Stirnseite des Kolbenfußes 12 liegt an einem Rollenschuh 14 an, in welchem eine Laufrolle 15 um ihre Längsachse 16 drehbar geführt ist. Die Längsachse 16 der Laufrolle 15 verläuft quer zur Längsachse 9 des Kolbens 8. Die Laufrolle 15 wirkt mit einem Nocken 18 einer Antriebswelle 20 zusammen, durch welche der Kolben 8 angetrieben wird. Die Antriebswelle 20 ist um eine Drehachse 21 drehbar.
In der Elementbohrung 4 ist ein Stößel 22 in Richtung der Längsachse 9 des Kolbens 8 hin und her bewegbar aufgenommen. Der Stößel 22 hat im Wesentlichen die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders und weist radial innen einen Steg 24 auf, mit der sich der Stößel 22 an dem Rollenschuh 14 abstützt. Auf der dem Rollenschuh 14 abgewandten Oberseite des Stegs 24 liegt ein Federteller 25 auf, der ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch das sich der Kolben 8 hindurch erstreckt. Der Kolbenfuß 12 des Kolbens 8 ist in axialer Richtung zwischen dem Federteller 25 und dem Rollenschuh 18 angeordnet.
Eine Rückholfeder 26 für den Kolben 8 ist zwischen dem Federteller 25 und dem Zylinderkopf eingespannt. Durch die Vorspannkraft der Rückholfeder 26 wird der Kolbenfuß 12 in Anlage an dem Rollenschuh 14 beziehungsweise der Rollenschuh 14 in Anlage an der Laufrolle 15 beziehungsweise die Laufrolle 15 in Anlage an dem Nocken 18 der Antriebswelle 20 gehalten. Durch einen Pfeil 28 ist angedeutet, dass sich die Antriebswelle 20 mit dem Nocken 18 im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 um die Drehachse 21 dreht.
In 3 ist die Laufrolle 15 allein in der Draufsicht dargestellt. Die Laufrolle 15 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders mit kuppenartigen Erhöhungen an ihren Enden 31, 32. Die Laufrolle 15 dient in der Kraftstoffhochdruckpumpe als Übertragungsglied zur Umwandlung einer Rotationsbewegung der Antriebswelle, insbesondere einer Nockenwelle, in eine oszillierende Bewegung.
Im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe entstehen an der Laufrolle 15 Kräfte in radialer und in axialer Richtung, welche die Funktion der Laufrolle 15 beeinflussen können. Um diese Kräfte kontrollieren zu können beziehungsweise abzufangen, ist die Laufrolle in radialer und in axialer Richtung geführt.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Laufrolle 15 in radialer Richtung in dem Rollenschuhe 14 geführt. Der Rollenschuh hält die Laufrolle 15 während des Abrollvorgangs auf der Gegenlauffläche der Antriebswelle in Position und nimmt die radialen Bewegungen auf. Axiale Kräfte werden über die an den Enden 31, 32 der Laufrolle 15 ausgebildeten Kuppen auf den Stößel 22 übertragen.
Durch die Seitenbegrenzung der axialen Bewegung der Laufrolle 15 kommt es zu einem Anlaufzustand, in dem die Laufrolle 15 gegen den relativ dazu stehenden Stößel 22 anläuft. Bei diesem Anlaufprozess entsteht an einem Kontaktpunkt oder mehreren Kontaktpunkten Reibungsverschleiß, der zum Versagen der Bauteile führen kann. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden die Enden 31, 32 der Laufrolle 15 zur Verschleißreduzierung und zur Steigerung der Lebensdauer der Bauteile geometrisch optimiert.
Durch eine geometrisch angepasste Kuppengeometrie der Enden 31, 32 wird der Kontaktbereich zwischen der Laufrolle 15 und dem Stößel 22 im Hinblick auf den im Betrieb auftretenden Reibungsverschleiß optimiert, indem das Zentrum und der Randbereich der Kuppe an den Enden 31, 32 freigestellt werden. Dadurch wird erreicht, dass das Zentrum der Kuppen an den Enden 31, 32, wo in der Regel der größte Verschleiß auftritt, nicht mehr tragend eingreift und die auftretenden Reibungskräfte auf einen größeren Bereich verteilt werden, der diese besser aufnehmen kann. Dadurch wird das Seitenanlaufverhalten deutlich verbessert.
In 4 ist ein Ausschnitt IV aus 3 vergrößert im Längsschnitt dargestellt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Seitenanlauffläche der Laufrolle 15 als Kreisringscheibenfläche 40 ausgeführt. Die Kreisringscheibenfläche 40 hat die Gestalt einer Kugelzone und ist konvex gekrümmt. Die Kreisringscheibenfläche 40 kann auch die Gestalt eines Kegelstumpfabschnitts aufweisen. Die Kreisringscheibenfläche 40 erstreckt sich um die Längsachse 16 der Laufrolle 15.
Radial innen weist die Kreisringscheibenfläche 40 einen Innendurchmesser 41 und radial außen einen Außendurchmesser 42 auf. Der Bereich innerhalb des Innendurchmessers 41 ist als Abflachung 44 eben ausgeführt. Radial außerhalb des Außendurchmessers 42 erstreckt sich ein koaxialer Außenbereich 46, der die Gestalt eines Kegelstumpfabschnitts aufweist.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Laufrollenkuppe innerhalb des Innendurchmessers 41 und außerhalb des Außendurchmessers 42 gezielt freigestellt, um den Kontakt des Seitenanlaufs der Laufrolle 15 auf die Kreisringscheibenfläche 40 zwischen dem Innendurchmesser 41 und dem Außendurchmesser 42 zu begrenzen. Diese Freistellung kann, wie man in 4 sieht, durch eine Winkeländerung an dem Übergang zwischen der Kreisringscheibenfläche 40 und dem koaxialen Außenbereich 46 und/oder durch die Abflachung 41 realisiert werden.
In 5 ist das Ende 31 mit einer Kreisringscheibenfläche 50 dargestellt, die sich zwischen einem Innendurchmesser 51 und einem Außendurchmesser 52 erstreckt. Die Kreisringscheibenfläche 50 ist im Wesentlichen gleich ausgeführt wie die in 4 dargestellte Kreisringscheibenfläche 40. Im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist in 5 innerhalb des Innendurchmessers 51 eine Vertiefung 54 vorgesehen. Die Tiefe oder Höhe der Vertiefung 51 ist mit 55 bezeichnet.
Darüber hinaus ist ein koaxialer Außenbereich 56, der sich radial außerhalb des Außendurchmessers 42 erstreckt, so von der Kreisringscheibenfläche 40 abgesetzt, dass die Kreisringscheibenfläche 40 gegenüber dem koaxialen Außenbereich erhaben oder erhöht ist. Die Höhe der Erhöhung ist ebenfalls mit 55 bezeichnet. Die Dimensionierung der Maße 41; 51, 42; 52 und 55 wird in Abhängigkeit von den Betriebsrandbedingungen durchgeführt.

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (2) und mit mindestens einem Pumpenelement (3), das einen Kolben (8) umfasst, der durch einen Nocken (18) angetrieben ist, der mit einer Laufrolle (15) zusammenwirkt, die an ihren Enden (31, 32) von zwei Seitenanlaufflächen begrenzt ist, die im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) mit Gegenflächen in Kontakt kommen, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenanlaufflächen als Kreisringscheibenflächen (40; 50) ausgeführt und in einem zentralen Innenbereich vom Kontakt mit den Gegenflächen freigestellt sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibenflächen (40; 50) in einem koaxialen Außenbereich (46; 56) vom Kontakt mit den Gegenflächen freigestellt sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibenflächen (40; 50), im Längsschnitt durch die Laufrolle (15) betrachtet, jeweils konvex gekrümmt sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Innenbereiche jeweils eine Abflachung (44) umfassen, die senkrecht zur Längsachse (16) der Laufrolle (15) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Innenbereiche jeweils eine Vertiefung (54) umfassen.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisringscheibenflächen (50) gegenüber den zugehörigen koaxialen Außenbereichen (56) erhaben sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die koaxialen Außenbereiche (46), im Längsschnitt durch die Laufrolle (15) betrachtet, kegelstumpfartig verjüngen.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den zentralen Innenbereichen und den zugehörigen Kreisringscheibenflächen (40; 50) gerundet sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den Kreisringscheibenflächen (40; 50) und den zugehörigen koaxialen Außenbereichen (46; 56) gerundet sind.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den koaxialen Außenbereichen (46; 56) und einem Zylinderkörper der Laufrolle gerundet sind.