DE102009026732A1

DE102009026732A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102009026732A1
Application number: DE200910026732
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, welche ein Nockentriebwerk aufweist, bei welchem die Drehbewegung einer Antriebswelle (3) über zumindest einen Nocken (5) in eine Hubbewegung zumindest eines Pumpenkolbens (8) der Hochdruckpumpe (1) umgesetzt wird, wobei der Nocken (5) als Dreifachnocken ausgebildet ist, und wobei die Hochdruckpumpe (1) als Radialkolbenpumpe mit vier jeweils einen Pumpenkolben (8) aufweisenden Pumpenelementen (7) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist es bekannt, in Common Rail Systemen für Personenkraftwagen für die Druckerzeugung in einem Hochdruckspeicher kraftstoffgeschmierte 3-, 2- und 1-Stempel-Radialkolbenpumpen einzusetzen, wohingegen im Nutzkraftfahrzeugsektor auch ölgeschmierte 2-Stempel-Reihenpumpen zum Aufbau des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher eingesetzt werden. Bei den 2-Stempel-Reihenpumpen sind die Pumpenelemente nebeneinander in einer Reihenanordnung vorgesehen, und die Rotationsbewegung der Nockenwelle wird über einen Nocken in eine Hubbewegung der Pumpenkolben umgesetzt. Die im Stand der Technik bekannten Radialkolbenpumpen können ebenfalls in 1- bzw. 2-Stempel-Ausführung konfiguriert sein und weisen zumindest einen Pumpenkolben auf, welcher von einer Antriebswelle ebenfalls mittelbar beispielsweise über einen Nocken oder einen Exzenter in eine Hubbewegung versetzt wird.
Problematisch ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpen jedoch, dass bei Steigerung des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher des Common Rail Systems die Pressung der Pumpenelemente am Nocken ebenfalls ansteigt.
Daher ist es erforderlich, eine Hochdruckpumpe vorzusehen, bei welcher sehr kleine Pumpenkolbendurchmesser erzeugt werden können, um die Pressung der Pumpenelemente am Nocken bei steigenden Drücken im Hochdruckspeicher des Common Rail Systems zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, bereitgestellt, welche ein Nockentriebwerk aufweist, bei welchem die Drehbewegung einer Antriebswelle über zumindest einen Nocken in eine Hubbewegung zumindest eines Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe umgesetzt wird, wobei der Nocken als Dreifachnocken ausgebildet ist, und wobei die Hochdruckpumpe als Radialkolbenpumpe mit vier jeweils einen Pumpenkolben aufweisenden Pumpenelementen ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Hochdruckpumpe als Radialkolbenpumpe mit vier jeweils einen Pumpenkolben aufweisenden Pumpenelementen, welche durch den durch die Antriebswelle angetriebenen Dreifachnocken betätigt werden, ist es möglich, die Kolbendurchmesser der Pumpenkolben zu reduzieren, wodurch die Pressung am Nocken bei steigendem Common Rail Druck deutlich reduziert wird. Die Ausbildung der Hochdruckpumpe als Radialkolbenpumpe in Einebenenbauweise reduziert darüber hinaus den Herstellungsaufwand und somit die Herstellungskosten. Darüber hinaus bringt die erfindungsgemäße Konfiguration den Vorteil mit sich, dass die Durchbiegung der Antriebswelle reduziert wird, da nur eine Nocke im Antrieb ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Nocken drei Vorsprünge auf, welche um eine Drehachse der Antriebswelle herum jeweils in einem Winkel von 120° zueinander beabstandet bzw. versetzt angeordnet sind.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform werden die vier Pumpenkolben der vier Pumpenelemente jeweils durch den auf der drehbar gelagerten Antriebswelle vorgesehenen Nocken mittelbar in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu der Drehachse der Antriebswelle angetrieben. Die Konfiguration der Hochdruckpumpe mit vier Pumpenelementen erlaubt eine große Flexibilität bezüglich der Anordnung der einzelnen Pumpenelemente an dem Dreifachnocken. Insbesondere sind drei verschiedene Varianten der Anordnung der vier Pumpenelemente an dem Dreifachnocken möglich.
Vorzugsweise schließen zumindest zwei der Pumpenkolben bezüglich ihrer Längsachse einen Winkel von ungefähr 30° mit einer ersten Querachse des Nockens ein, welche einen ersten Vorsprung des Nockens in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform fällt die Längsachse von zumindest einem der vier Pumpenkolben mit der ersten Querachse zusammen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform fallen die jeweiligen Längsachsen von zweien der vier Pumpenkolben mit der ersten Querachse zusammen, wobei einer der zwei Pumpenkolben an dem ersten Vorsprung des Nockens angeordnet ist, und wobei der andere der zwei Pumpenkolben an einer Seite des Nockens angeordnet ist, welche dem ersten Vorsprung gegenüberliegt.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn die Längsachse von einem der vier Pumpenkolben mit einer zweiten Querachse zusammenfällt, welche einen zweiten Vorsprung des Nockens in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt, wobei dieser Pumpenkolben an einer Seite des Nockens angeordnet ist, welche dem zweiten Vorsprung gegenüberliegt.
Vorzugsweise ist einer der vier Pumpenkolben bezüglich seiner Längsachse in einem Winkel von ungefähr 30° zu einer dritten Querachse des Nockens angeordnet, welche einen dritten Vorsprung des Nockens in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist einer der vier Pumpenkolben bezüglich seiner Längsachse in einem Winkel von ungefähr 30° zu der zweiten Querachse des Nockens angeordnet.
Vorzugsweise liegt der Hub des Nockens in einem Bereich von 4 bis 8 mm.
Bei der oben beschriebenen Bauform einer Hochdruckpumpe, welche die Reduzierung der Kolbendurchmesser und somit die Reduzierung der Pressung am Nocken ermöglicht, ist es besonders vorteilhaft, dass bestehende Komponenten von Radialkolbenpumpen verwendet werden können. Insbesondere können Komponenten wie Zylinderkopf, Pumpenelemente und Antrieb von bereits bekannten Radialkolbenpumpen, welche ein oder zwei Pumpenelemente aufweisen, verwendet werden, und lediglich Gehäuse und Nocken müssen an die erfindungsgemäße Konfiguration angepasst werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Schnittansicht durch eine Hochdruckpumpe gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer Pumpenkolbenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung einer Pumpenkolbenanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Schnittansicht durch eine Hochdruckpumpe 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet ist, welche in dem Gehäuse 2 über zwei in Richtung der Drehachse 4 der Antriebswelle 3 voneinander beabstandete Lagerstellen (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist.
In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 3 wenigstens einen Nocken 5 auf, wobei der Nocken 5 als Dreifachnocken ausgebildet ist. Der Nocken 5 weist im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit abgerundeten Ecken auf ist mit drei gleichmäßig um 120° voneinander beabstandeten Vorsprüngen 6, 6', 6'' versehen. Der Hub des Nockens ist in der Zeichnung stark überzeichnet und liegt in der Ausführungsform bei 5 mm, kann jedoch in weiteren Ausführungsformen in einem Bereich von 4 bis 8 mm liegen.
Die Hochdruckpumpe 1 weist darüber hinaus vier in dem Gehäuse 2 angeordnete Pumpenelemente 7 auf, welche jeweils gleich ausgebildet sind. Daher ist lediglich eines der vier Pumpenelemente 7 vollständig dargestellt und im Folgenden beschrieben, wobei die drei weiteren Pumpenelemente 7 nur teileweise bzw. stark vereinfacht dargestellt sind.
Jedes der vier Pumpenelemente 7 weist einen Pumpenkolben 8 auf, der durch den Nocken 5 der Antriebswelle 3 mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 8 ist in einer in einem Zylinderkopf 10 ausgebildeten Zylinderbohrung 9 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 9 einen Pumpenarbeitsraum 11. Wie in der Figur erkannt werden kann, ist das den Zylinderkopf 10 bildende Gehäuseteil mit einem Schaftabschnitt 12 versehen, in welchem die den Pumpenkolben 8 aufnehmende Zylinderbohrung 9 vorgesehen ist.
Der Pumpenarbeitsraum 11 ist über einen im Zylinderkopf 10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 13 mit einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) verbunden. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 13 in den Pumpenarbeitsraum 11 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 11 öffnendes Saugventil 14 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 11 weist außerdem über einen ebenfalls in dem Zylinderkopf 10 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 15 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) eines Common Rail Systems verbunden ist. Jedes der vier Kolbenelemente 7 weist einen in dem Zylinderkopf 10 ausgebildeten Kraftstoffablaufkanal 15 zu dem Hochdruckspeicher auf, so dass in der Ausführungsform vier Kraftstoffablaufkanäle 15 zu dem Hochdruckspeicher führen. Mit dem Hochdruckspeicher sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren (nicht dargestellt) verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 15 in den Pumpen arbeitsraum 11 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 11 öffnendes Auslassventil 16 angeordnet.
Jedem Pumpenelement 7 ist eine Stößelbaugruppe 17 zugeordnet, über die sich der Pumpenkolben 8 am Nocken 5 der Antriebswelle 3 abstützt. Die Stößelbaugruppe 17 umfasst einen hohlzylindrischen Stößelkörper 18. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 11 abgewandten Ende weist der Pumpenkolben 8 einen im Durchmesser gegenüber seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 19 auf.
Die Stößelbaugruppe 17 und der Pumpenkolben 8 werden durch eine nicht dargestellte vorgespannte Feder zum Nocken 5 der Antriebswelle 3 hin gedrückt. Die Feder ist als den Pumpenkolben 8 umgebende und in den Stößelkörper 18 hineinragende Schraubendruckfeder ausgebildet.
An den Stößelkörper 18 ist von dessen der Antriebswelle 3 zugewandter Seite her ein Rollenschuh 20 angefügt. Im Rollenschuh 20 ist in einer zylinderabschnittförmigen Aufnahme 21 auf der dem Nocken 5 der Antriebswelle 3 zugewandten Seite des Rollenschuhs 20 eine zylindrische Rolle 22 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 3 treibt den als Dreifachnocken ausgebildeten Nocken 5 an, welcher die Kraft über die jeweiligen Rollen 22 und Rollenschuhe 21 auf die Pumpenkolben 8 überträgt.
Die Anordnung der vier Pumpenelemente 7 bzw. der vier Pumpenkolben 8 ist in dieser Ausführungsform derartig, dass zwei der vier Pumpenelemente 7 bzw. Pumpkolben 8 bezüglich ihrer jeweiligen Längsachse L einen Winkel von ungefähr 30° mit einer ersten Querachse Q₁ des Nockens 5 einschließen, welche einen ersten Vorsprung 6 des Nockens 5 in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt. Die zwei Pumpenkolben 8 sind dabei bezüglich der ersten Querachse Q₁ spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Ein dritter der vier Pumpenkolben 8 ist dagegen derartig angeordnet, dass seine Längsachse L zu der ersten Querachse Q₁ parallel verläuft bzw. damit zusammenfällt, wobei er zwischen den anderen beiden Pumpenkolben 8 angeordnet ist, welche in einem Winkel von 30° zu der ersten Querachse Q₁ angeordnet sind. Hierdurch schließt die auch Längsachse L des dritten Pumpenkolbens 8 mit den Längsachsen L der zwei benachbarten Pumpenkolben 8 jeweils einen Winkel von 30° ein. Darüber hinaus ist in der Ausführungsform der vierte Pumpenkolben 8 derartig angeord net, dass seine Längsachse L ebenfalls mit der ersten Querachse Q₁ zusammenfällt. Jedoch ist der vierte Pumpenkolben 8 an einer Seite des Nockens 5 angeordnet, welche dem ersten Vorsprung 6 des Nockens 5 gegenüberliegt. Daher schließt die Längsachse L des vierten Pumpenkolbens 8 mit einer zweiten Querachse Q₂, welche einen zweiten Vorsprung 6' des Nockens 5 in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt, sowie mit einer dritten Querachse Q₃ des Nockens 5, welche einen dritten Vorsprung 6'' des Nockens 5 in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt, jeweils einen Winkel von 60° ein.
2 zeigt eine schematische Pumpenkolbenanordnung der vier Pumpenkolben 8 einer Hochdruckpumpe 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche sich von der bezüglich der in 1 bereits beschriebenen Ausführungsform lediglich durch die Anordnung der Pumpenelemente 7 bzw. der Pumpenkolben 8 an dem als Dreifachnocken ausgebildeten Nocken 5 unterscheidet. Diese Pumpenkolbenanordnung ist jedoch besonders vorteilhaft, da alle vier Pumpenkolben 8 dicht beieinander liegen. In dieser Ausführungsform schließen die Längsachsen L von zwei der vier Pumpenkolben 8 jeweils einen Winkel von 30° mit der ersten Querachse Q₁ des Nockens 5 ein. Ein dritter Pumpenkolben 8 ist zwischen diesen beiden Pumpenkolben 8 mit seiner Längsachse L parallel zu der ersten Querachse Q₁ an dem ersten Vorsprung 6 angeordnet, wie bereits im Zusammenhang mit der ersten in 1 dargestellten Ausführungsform beschrieben. Der vierte der Pumpenkolben 8 ist dagegen nicht gegenüberliegend dem dritten der Pumpenkolben 8 an dem Nocken 5 angeordnet, sondern ist mit seiner Längsachse L parallel zu der zweiten Querachse Q₂ angeordnet, wobei die Längsachse L des vierten Pumpenkolbens 8 mit der Längsachse L von einem der beiden ersten Pumpenkolben 8 ebenfalls einen Winkel von 30° einschließt. Genauso kann der vierte Pumpenkolben 8 jedoch mit seiner Längsachse L parallel zu der dritten Querachse Q₃ angeordnet sein, so dass seine Längsachse L mit dem anderen der beiden ersten Pumpenkolben 8 einen Winkel von 30° einschließt. In dieser Anordnung schließen zwischen jeweils zwei angrenzenden der Pumpenkolben deren Längsachsen jeweils einen Winkel von 30° ein.
3 zeigt eine schematische Pumpenkolbenanordnung der vier Pumpenkolben 8 einer Hochdruckpumpe 1 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform. Hierbei sind alle vier Pumpenkolben 8 maximal voneinander beabstandet. Ein erster Pumpenkolben 8 ist mit seiner Längsachse L parallel zu der ersten Querachse Q₁ an dem ersten Vorsprung 6 angeordnet. Gegenüberliegend an der Seite des Nockens 5, welche dem Vorsprung 6 gegenüberliegt, ist ebenfalls mit seiner Längsachse L parallel zu dem ersten Pumpenkolben 8 ein zweiter Pumpenkolben 8 angeordnet, d. h. diese beiden Pumpenkolben 8 sind um 180° zueinander versetzt angeordnet. Ein weiterer dritter Pumpenkolben 8 schließt mit seiner Längsachse L einen Winkel von 30° mit der zweiten Querachse Q₂ ein und liegt dabei zwischen dem ersten Vorsprung 6 und dem zweiten Vorsprung 6'. Der vierte Pumpenkolben 8 schließt dagegen mit seiner Längsachse L einen Winkel von 30° mit der dritten Querachse Q₃ ein und liegt zwischen dem ersten Vorsprung 6 und dem dritten Vorsprung 6''.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen können die Zylinder auf zwei bis vier Nocken verteilt werden, wobei sie auch so gedreht werden können, dass alle Zylinder in einer Reihe stehen.
Durch die oben beschriebenen Pumpenkolbenanordnungen mit den an der Dreifachnockenwelle angeordneten vier Pumpenelementen 8 können sehr kleine Kolbendurchmesser erzeugt werden, um die Pressung am Nocken bei steigenden Drücken im Hochdruckspeicher vorteilhaft zu reduzieren.

Claims

Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-System, welche ein Nockentriebwerk aufweist, bei welchem die Drehbewegung einer Antriebswelle (3) über zumindest einen Nocken (5) in eine Hubbewegung zumindest eines Pumpenkolbens (8) der Hochdruckpumpe (1) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (5) als Dreifachnocken ausgebildet ist, und dass die Hochdruckpumpe (1) als Radialkolbenpumpe mit vier jeweils einen Pumpenkolben (8) aufweisenden Pumpenelementen (7) ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken drei Vorsprünge (6, 6', 6'') aufweist, welche um eine Drehachse (4) der Antriebswelle (3) herum jeweils in einem Winkel von 120° zueinander beabstandet angeordnet sind.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pumpenkolben (8) der vier Pumpenelemente (8) durch den auf der drehbar gelagerten Antriebswelle (3) vorgesehenen Nocken (5) mittelbar in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu der Drehachse (4) der Antriebswelle (3) angetrieben wird.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Pumpenkolben (8) bezüglich ihrer Längsachse (L) einen Winkel von ungefähr 30° mit einer ersten Querachse (Q₁) des Nockens (5) einschließen, welche einen ersten Vorsprung (6) des Nockens (5) in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (L) von zumindest einem der vier Pumpenkolben mit der ersten Querachse (Q₁) zusammenfällt.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Längsachsen (L) von zweien der vier Pumpenkolben (8) mit der ersten Querachse (Q₁) zusammenfallen, wobei einer der zwei Pumpenkolben (8) an dem ersten Vorsprung (6) des Nockens (5) angeordnet ist, und wobei der andere der zwei Pumpenkolben an einer Seite des Nockens (5) angeordnet ist, welche dem ersten Vorsprung (6) gegenüberliegt.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (1) von einem der vier Pumpenkolben (8) mit einer zweiten Querachse (Q₂) zusammenfällt, welche einen zweiten Vorsprung (6') des Nockens (5) in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt, wobei dieser Pumpenkolben (8) an einer Seite des Nockens (5) angeordnet ist, welche dem zweiten Vorsprung (6') gegenüberliegt.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der vier Pumpenkolben (8) bezüglich seiner Längsachse (L) in einem Winkel von ungefähr 30° zu einer dritten Querachse (Q₃) des Nockens (5) angeordnet ist, welche einen dritten Vorsprung (6'') des Nockens (5) in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften unterteilt.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der vier Pumpenkolben (8) bezüglich seiner Längsachse (L) in einem Winkel von ungefähr 30° zu der zweiten Querachse (Q₂) des Nockens (5) angeordnet ist.