DE102009027272A1

DE102009027272A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102009027272A1
Application number: DE200910027272
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-12-30
Also published as: EP2449261A1; WO2011000598A1; CN102472257A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche ein Pumpenelement (6) mit einem Pumpenkolben (7) aufweist, welcher durch einen auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle (3) vorgesehenen Exzenter (21) und einen den Exzenter (21) umgebenden Exzenterring (22) entsprechend einem Exzenterhub auf- und abbewegbar ist, wobei der Pumpenkolben (7) in einem Tassenstößel (26) angeordnet 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 werden für Common Rail Systeme unter anderem Radialkolbenpumpen zum Aufbau des Hochdrucks in einem Hochdruckspeicher des Common Rail Systems verwendet. Die Radialkolbenpumpen können eines oder mehrere Pumpenelemente mit jeweiligen Pumpenkolben aufweisen, welche von einer Antriebswelle mittelbar beispielsweise über einen Nocken oder einen Exzenter in eine Hubbewegung versetzt werden, um einen Saughub, während welchem Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe eingesaugt wird, und einen Druckhub auszuführen, in welchem der angesaugte Kraftstoff komprimiert wird und an den Hochdruckspeicher des Common Rail Systems ausgegeben wird.
Aus DE 43 05 791 A1 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei der die Kraftstoffförderung über einen Radialkolben, der von einem Exzenter einer Welle betätigt wird, erfolgt. Drei Radialkolben sind gleichmäßig am Außenumfang der Exzenterwelle verteilt. Jeder der Radialkolben liegt über einen Gleitschuh und einen Exzenterring auf der Exzenterwelle auf. Der Exzenterring ist über ein Gleitlager drehbar auf der Exzenterwelle gelagert.
In DE 198 26 961 A1 ist eine Radialkolbenpumpe beschrieben, bei der eine Exzenterwelle zum Antreiben einer Fördereinheit einseitig im Pumpengehäuse ge lagert ist und an dem frei auskragenden Endabschnitt der Welle eine als Gleitringdichtung ausgebildete Wellendichtung angeordnet ist. Der Gleitring liegt an einem Exzenterring der Exzenterwelle an, der durch eine Andruckeinrichtung und den Vordruck des Fördermittels gegen den gleitring gedrückt ist. Der Exzenterring ist kappenförmig ausgebildet und umgreift den frei auskragenden Endabschnitt der Exzenterwelle.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpen sind jedoch konstruktiv sehr aufwändig und daher teuer in der Herstellung.
Daher ist es erforderlich, konstruktiv vereinfachte bzw. einfach aufgebaute Kolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe, zu schaffen, welche jedoch gleichzeitig eine hohe Hochdrehzahlfestigkeit aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche ein Pumpenelement mit einem Pumpenkolben aufweist, welcher durch einen auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle vorgesehenen Exzenter und einen den Exzenter umgebenden Exzenterring entsprechend einiem Exzenterhub auf und ab bewegbar ist, wobei der Pumpenkolben in einem Tassenstößel angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe wird das Konzept einer als Einkolbenpumpe ausgeführten Hochdruckradialkolbenpumpe vereinfacht durch Vorsehen des Exzenterrings und des Tassenstößels bei sehr einfachem Aufbau übertragen. Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine Kombination eines einfachen Aufbaus bei gleichzeitiger Hochdrehzahlfestigkeit. Durch Einsetzen des Pumpenkolbens in den Tassenstößel kann er die auf ihn wirkenden Querkräfte besonders gut übertragen. Auch liegt der Hochdruck nur im Zylinderkopf an und das Gehäuse der Hochdruckpumpe trägt lediglich die Mechanik und den Niederdruckkreislauf.
Vorzugsweise ist der Tassenstößel ein Einfachtassenstößel. Der Einfachtassenstößel sieht eine noch weiter verbesserte Übertragung der auf den Pumpenkol ben wirkenden Querkräfte vor und ist besonders bei hohen Drehzahlen zum Übertragen der Querkräfte auf das Gehäuse der Pumpe geeignet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hochdruckpumpe eine Einkolbenpumpe.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist der Exzenter als Sinusnocken ausgeführt.
Auch ist es bevorzugt, wenn zwischen dem Exzenter und dem Exzenterring ein Lager angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist das Lager als PEEK-Lager ausgebildet. Durch Vorsehen des PEEK-Lagers werden hohe Drehzahlen ermöglicht. Darüber hinaus erlaubt die hohe Drehzahlfestigkeit der Hochdruckpumpe eine hohe Übersetzung und damit einen kleineren Kolbendurchmesser, was wiederum zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Tassenstößel in eine in einem Gehäuse der Hochdruckpumpe gebildeter Aussparung eingesetzt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Tassenstößel eine Außenwand auf, welche an einer Wand des Gehäuses anliegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Tassenstößel eine Innenwand auf, welche einem Schaftabschnitt eines Zylinderkopfes gegenüberliegt, in welchem der Pumpenkolben angeordnet ist.
Vorzugsweise ist darüber hinaus zwischen der Innenwand des Tassenstößels und dem Schaftabschnitt eine Feder angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine teilweise Schnittansicht durch eine Hochdruckpumpe gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß einer Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Hochdruckpumpe 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik weist ein Gehäuse 2 auf, das mehrteilig ausgebildet ist, und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet ist, auf welcher ein Nocken 4 vorgesehen ist. Die Hochdruckpumpe 1 weist ein in einem Zylinderkopf 5 angeordnetes Pumpenelement 6 mit einem Pumpenkolben 7 auf, der durch den Nocken 4 der Antriebswelle 3 mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse D der Antriebswelle 3 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 7 ist in einer Zylinderbohrung 8 im Zylinderkopf 5 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 8 einen Pumpenarbeitsraum 9. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 9 abgewandten Ende weist der Pumpenkolben 7 einen im Durchmesser gegenüber seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 19 auf.
Wie in der Figur erkannt werden kann, ist der Zylinderkopf 5 mit einem Schaftabschnitt 10 versehen, in welchem die den Pumpenkolben 7 aufnehmende Zylinderbohrung 8 vorgesehen ist, und um welchen herum die Feder 11 angeordnet ist.
Der Pumpenarbeitsraum 9 weist über einen im Gehäuse 2 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal (nicht dargestellt) eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals in den Pumpenarbeitsraum 9 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 9 öffnendes Einlassventil 12 angeordnet, das ein federbelastetes Ventilglied 13 aufweist. Der Pumpenarbeitsraum 9 weist außerdem über einen im Zylinderkopf 5 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 14 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der bei spielsweise mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) eines Common Rail Systems verbunden ist. 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 14 in den Pumpenarbeitsraum 9 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 9 öffnendes Auslassventil 15 angeordnet.
Dem Pumpenelement 6 ist eine Stößelbaugruppe mit einem hohlzylindrischen Rollenstößel 16, einem Rollenschuh 17 und einer Laufrolle 18 zugeordnet, über die sich der Pumpenkolben 7 am Nocken 4 der Antriebswelle 3 abstützt. Die Stößelbaugruppe und der Pumpenkolben 7 werden durch die vorgespannte Feder 11 zum Nocken 4 der Antriebswelle 3 hin gedrückt. Die Feder 11 ist als den Pumpenkolben 7 umgebende Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Feder 11 stützt sich einerseits an einer Gehäusewand des Zylinderkopfes 5 und andererseits an einem Federteller 20 ab.
Der Federteller 20 ist mit dem Pumpenkolben 7 verbunden, so dass die Feder 11 sowohl auf den Pumpenkolben 7 als auch auf den Rollenstößel 16 wirkt, um diese gegen den Nocken 4 der Antriebswelle 3 zu drücken. Die beschriebene Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik führt keinen Hochdruck innerhalb des Gehäuses 2, so dass keine Hochdruck- bzw. Festigkeitssteigernden Maßnahmen für das Gehäuse 2 erforderlich sind.
Weiterhin ist in 1 erkennbar, dass die Hochdruckpumpe 1 eine Zumesseinheit 23 aufweist, und dass an dem Gehäuse 2 ein Anbauflansch 24 vorhanden ist.
2 zeigt eine Schnittansicht durch eine Hochdruckpumpe 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Komponenten der Hochdruckpumpe 1 sind ebenfalls im Wesentlichen in einem mehrteiligen Gehäuse 2 und dem Zylinderkopf 5 angeordnet. Auf der Antriebswelle 3 ist ein Exzenter 21 angeordnet, welcher hier als Sinusnocken ausgebildet ist. Um den äußeren Umfang des Exzenters 21 herum ist ein Exzenterring 22 vorgesehen. Zwischen dem Exzenterring 22 und dem Exzenter 21 ist ein PEEK-Lager 30 vorgesehen, um die hohen Drehzahlen zu ermöglichen.
In dem Zylinderkopf 5 ist ein Pumpenelement 6 mit einem Pumpenkolben 7, welcher an einem Ende in den Pumpenarbeitsraum 9 endet und an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Kolbenfuß 20 versehen ist, angeordnet. Der Pumpenkolben 7 ist in einem Tassenstößel 26 angeordnet, welcher als Einfachtassenstößel ausgebildet ist, welcher gerade bei hohen Drehzahlen die Querkräfte auf das Gehäuse 2 überträgt. Die Querkräfte werden zusätzlich über einen durch das Bezugszeichen 29 gekennzeichneten Vorlauf reduziert. Der Tassenstößel 26 in eine in dem Gehäuse 2 der Hochdruckpumpe 1 gebildeten Aussparung 31 eingesetzt. Der Tassenstößel 26 weist eine Außenwand 27 auf, welche an einer Wand des Gehäuses 2 in der Aussparung 31 anliegt. Ferner weist der Tassenstößel 26 eine Innenwand 28 auf, welche dem Schaftabschnitt 10 des Zylinderkopfes 5 gegenüberliegt, in welchem der Pumpenkolben 7 angeordnet ist. Weiterhin ist in der Ausführungsform zwischen der Innenwand 28 des Tassenstößels 26 und dem Schaftabschnitt 10 ist eine Feder 11 angeordnet.
Darüber hinaus sind in dem Zylinderkopf 5 ein Einlassventil 12, über welches der Hochdruckpumpe 1 Kraftstoff zugeführt wird, und ein Auslassventil 15, über welches der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff an einen Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) des Common Rail Systems weitergeleitet wird, angeordnet. In dem Gehäuse 2 ist in dieser Ausführungsform außerdem ein schematisch dargestelltes Kraftstoffüberlaufventil 25 vorgesehen.
Die Kraftübertragung zwischen der Antriebswelle 3 und dem Pumpenkolben 7 erfolgt über eine Laufrolle (nicht dargestellt), den auf dem Exzenter 21 gelagerten Exzenterring 22 und den am Pumpenkolben 7 befestigten Kolbenfuß 20, wobei bei gemeinsamer Drehung der Antriebswelle 3, des Exzenters 21 und des Exzenterrings 22 um die Drehachse D der Antriebswelle 3 herum der Pumpenkolben 7 in eine Auf- und Ab-Bewegung versetzt wird bzw. abwechselnd einen Saughub und einen Druckhub entsprechend dem Exzenterhub ausführt.
Wie bei der oben beschriebenen Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik liegt der Hochdruck in der in 2 gezeigten Ausführungsform nur im Zylinderkopf 5 an, so dass das Gehäuse 2 nur die Mechanik und den Niederdruckkreislauf trägt.
Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 bietet eine besonders vorteilhafte Kombination einer einfachen Konstruktion bei gleichzeitiger Hochdrehzahlfestigkeit, wobei die hohe Drehzahlfestigkeit wiederum eine hohe Übersetzung und damit einen kleineren Kolbendurchmesser erlaubt, was wiederum zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Hochdruckpumpe 1 führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4305791 A1 [0003]
- DE 19826961 A1 [0004]

Claims

Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche ein Pumpenelement (6) mit einem Pumpenkolben (7) aufweist, welcher durch einen auf einer drehbar gelagerten Antriebswelle (3) vorgesehenen Exzenter (21) und einen den Exzenter (21) umgebenden Exzenterring (22) entsprechend einem Exzenterhub auf und ab bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (7) in einem Tassenstößel (26) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (26) ein Einfachtassenstößel ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) eine Einkolbenpumpe ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (21) als Sinusnocken ausgeführt ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Exzenter (21) und dem Exzenterring (22) ein Lager angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein PEEK-Lager (30) ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (26) in eine in einem Gehäuse (2) der Hochdruckpumpe (1) gebildeten Aussparung (31) eingesetzt ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (26) eine Außenwand (27) aufweist, welche an einer Wand des Gehäuses (2) anliegt.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tassenstößel (26) eine Innenwand (28) aufweist, welche einem Schaftabschnitt (10) eines Zylinderkopfes (5) gegenüberliegt, in welchem der Pumpenkolben (7) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwand (28) des Tassenstößels (26) und dem Schaftabschnitt (10) eine Feder (11) angeordnet ist.