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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzpumpe für einen Verbrennungsmotor.
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Eine Kraftstoffeinspritzpumpe besitzt eine durch eine Antriebswelle eines Verbrennungsmotors in Rotation versetzbare Nockenwelle. Die Nockenwelle ist in einem Wellengehäuse angeordnet und ein Nocken ist exzentrisch zur Nockenwelle angeordnet. Auf dem Nocken ist ein Nockenring angeordnet und überträgt eine Betätigungskraft auf ein bewegliches Element. Der Nockenring wird durch den Nocken in Drehung versetzt und das bewegliche Element wird durch den Nockenring hin und her bewegt. Aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des beweglichen Elements wird Kraftstoff in einer Kraftstoffdruckkammer unter Druck gesetzt und der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird aus der Kraftstoffdruckkammer ausgegeben.
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Der Druck des unter Druck gesetzten Kraftstoffs wird vom beweglichen Element auf die Nockenwelle übertragen. Deshalb kann ein auf die innere Wandfläche des Wellengehäuses ausgeübter Druck groß werden, weil das Wellengehäuse die Nockenwelle aufnimmt. In diesem Falle kann, wenn die Nockenwelle mit hoher Geschwindigkeit rotiert, eine Überhitzung (burn) zwischen der Nockenwelle und dem Wellengehäuse auftreten.
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Zwischen der Nockenwelle und dem Wellengehäuse ist eine Büchse angeordnet, um die Überhitzung zu verhindern. Dadurch werden die innere Umfangsfläche des Wellengehäuses und die äußere Unfangsfläche der Nockenwelle daran gehindert, einander direkt zu berühren.
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Außerdem kann zwischen der Nockenwelle und der Büchse Kraftstoff zugeführt werden, um zur Verhinderung einer Überhitzung einen Schmierfilm zu bilden.
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Um die Leistung des Verbrennungsmotors zu steigern und dessen Schadstoffemission zu reduzieren, ist es erforderlich, den Einspritzdruck des Kraftstoffs zu erhöhen. Dadurch kann der auf die innere Wandfläche des Nockenwellengehäuses ausgeübte Druck weiter zunehmen. In diesem Falle ist nicht nur die Überhitzung, sondern auch ein Verschleiß oder eine Verformung der Büchse betroffen. Jedoch sind eine Widerstandsfähigkeit gegenüber Überhitzung und eine dem Verschleiß oder der Verformung Widerstand bietende Festigkeit einander entgegengesetzte Eigenschaften. Wenn nur die Festigkeit angehoben wird, kann die Überhitzung zunehmen. Falls nur die Widerstandsfähigkeit gegenüber Überhitzung angehoben wird, kann der Verschleiß oder die Verformung zunehmen.
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Gemäß der
US 5 895 119 A weist ein Lager aus verschiedenen Werkstoffen mit ölgefüllten Poren im Mittelteil einen Freiraum auf, der nicht spanend bearbeitet wird. Die Materialien sind unterschiedlich, haben unterschiedliche Eigenschaften und tragen unterschiedliche Lastanteile auf den Lagerträgern, was zu einer längeren Lagerlebensdauer und einer Geräuschreduzierung führt. Die Materialien 1 und 2 werden getrennt geformt und gesintert, so dass das Material 1 kleinere Poren aufweist und eine höhere Last aufnehmen kann, das Material 2 größere Poren aufweist und eine geringere Last aufnehmen kann und ein Endabschnitt jedes Materials so abgestuft ist. Dieses Material 1 kann teilweise in das Material 2 eingeführt werden, und am Innenumfang des Materials 1 ist ein Freiraum vorgesehen. Die Materialien 1 und 2 werden dann zu einem Stück zusammengefügt, und das eine Stück wird in eine Kalibriermatrize gegeben und gepresst. Das bemessene einteilige Lager ist ein starkes einteiliges Lager mit einem genauen Innendurchmesser und einer guten konzentrischen Ausrichtung.
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Im Hinblick auf das Vorstehende und andere Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzpumpe bereitzustellen.
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Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung schließt eine Kraftstoffeinspritzpumpe, eine Nockenwelle, ein Wellengehäuse, eine Büchse, ein bewegliches Element und einen Zylinder ein, um einem Verbrennungsmotor unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuzuführen. Die Nockenwelle wird durch den Verbrennungsmotor angetrieben. Das Wellengehäuse nimmt die sich in ihrer axialen Richtung beiderseits des Nockens erstreckende Nockenwelle auf. Die Büchse ist derart am Wellengehäuse befestigt, daß sie die Nockenwelle drehbar lagert. Das bewegliche Element wird durch eine Rotation des Nockens hin und her bewegt. Ein Zylinder stützt das bewegliche Element hin und her beweglich und besitzt eine Kraftstoffdruckkammer. Kraftstoff wird durch das bewegliche Element in der Kraftstoffdruckkammer unter Druck gesetzt. Die Büchse besitzt einen dem Druck widerstehenden Teil, der gegenüber dem Druck widerstandsfähig ist, dem die Büchse ausgesetzt ist, und einen gegenüber der Überhitzung widerstandsfähigen Teil, der gegenüber einer Überhitzung widerstandsfähig ist, die zwischen der Büchse und der Nockenwelle entsteht. Der dem Druck widerstehende Teil ist an einem dem Nocken in Achsrichtung gegenüberliegenden Endabschnitt der Büchse positioniert. Der gegenüber einer Überhitzung widerstandsfähige Teil ist auf der Büchse benachbart zu dem Druck widerstehenden Teil gegenüberliegend vom Nocken in Achsrichtung positioniert.
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Demgemäß kann sowohl die Widerstandsfähigkeit gegen den Druck als auch die Widerstandsfähigkeit gegen Überhitzung erhöht werden.
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Die obige und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher erkennbar durch die folgende detaillierte Beschreibung, die unter Bezugnahe auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine Querschnittsansicht, die eine Kraftstoffeinspritzpumpe nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Büchse der Kraftstoffeinspritzpumpe darstellt;
- 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III der 2;
- 4 eine Querschnittsansicht, die eine Büchse einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 5 eine Querschnittsansicht, die eine Büchse einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und
- 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem auf ein Wellengehäuse der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgeübten Oberflächendruck und einer Position der Büchse darstellt.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine Kraftstoffeinspritzpumpe 10 ist an einem Fahrzeug angebracht und saugt unter Niederdruck stehenden Kraftstoff aus einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank an. Der angesaugte Kraftstoff wird durch die Pumpe 10 unter Druck gesetzt und der unter Druck stehende Kraftstoff wir durch die Pumpe einer (nicht gezeigten) gemeinsamen Leitung zugeführt.
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Wie in 1 gezeigt, besitzt die Kraftstoffeinspritzpumpe 10 ein Wellengehäuse 141, 142 und zwei Zylinderköpfe 12, 13 als ein Pumpengehäuse. Das Wellengehäuse 141, 142 ist beispielsweise aus Aluminium gefertigt und der Zylinderkopf 12, 13 aus Eisen.
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Das Wellengehäuse 141, 142 nimmt eine Nockenwelle 20 auf. Die Nockenwelle 20 besitzt ein Element 16 eines antreibenden Getriebes und einen Nocken 21. Der Nocken 21 ist derart positioniert, daß er exzentrisch zur Nockenwelle 20 ist und ist in einem Stück mit der Nockenwelle 20 ausgebildet. Der Nocken 21 ist in axialer Richtung der Nockenwelle 20 zwischen den Wellengehäusen 141, 142 angeordnet. Ein Nockenring 23 ist um den äußeren Umfang des Nockens 21 gelegt. Der Nockenring 23 wird durch eine Rotation der Nockenwelle 20 in Drehung versetzt. Zwei Kolben 24 sind derart angeordnet, daß sie sich in zur Achsrichtung der Nockenwelle 20 annähernd rechtwinkligen Richtung erstrecken. Die beiden Kolben 24 liegen einander am Nockenring 23 gegenüber.
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Wie auch in 2 gezeigt, ist eine rohrförmige Büchse 191, 192 zwischen dem Wellengehäuse 141. 142 und der Nockenwelle 20 angeordnet. Die Längsrichtung der Büchse 191, 192 entspricht der Achsrichtung der Nockenwelle 20.
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Wie in 1 gezeigt, dichtet eine Dichtung 15 einen Spalt zwischen einem dem Element 16 eines antreibenden Getriebes in Achsrichtung benachbarten Endabschnitt des Wellengehäuses 141 und der Nockenwelle 20 ab. Kraftstoff wird als Schmiermittel in das Pumpengehäuse eingefüllt. Eine Gleitfläche zwischen der Nockenwelle 20 und der Büchse 191, 192 wird durch den Kraftstoff geschmiert.
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Im Zylinderkopf 12, 13 ist ein Zylinder 12a, 13a definiert. Der einem beweglichen Element entsprechende Kolben 24 wird hin und her beweglich im Zylinder 12a, 13a abgestützt. Eine Kraftstoffdruckkammer 40 wird zwischen einer inneren Umfangsfläche des Zylinders 12a, 13a, einer Endfläche eines Rückschlagventils 31 und einer Endfläche des Kolbens 24 definiert. Ein Kraftstoffeinlaßabschnitt 30 und ein Kraftstoffauslaßabschnitt 50 sind mit der Kraftstoffdruckkammer 40 verbunden. Der Kolben 24 wird durch eine Rotation der Nockenwelle 20 hin und her bewegt und über den Kraftstoffeinlaßabschnitt 30 angesaugter Kraftstoff wird durch den hin und her bewegten Kolben 24 in der Druckkammer 40 unter Druck gesetzt. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird durch den Kraftstoffauslaßabschnitt 50 ausgestoßen.
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Der Kraftstoffeinlaßabschnitt 30 besitzt einen Kraftstoffkanal 32, durch den Kraftstoff in die Druckkammer 40 angesaugt wird. Das Rückschlagventil 31 des Kraftstoffeinlaßabschnitts 30 hindert den Kraftstoff daran, aus der Kammer 40 in den Kraftstoffkanal 32 zurückzuströmen.
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Der Kraftstoffauslaßabschnitt 50 des Zylinderkopfs 12 erstreckt sich annähernd parallel zur Achsrichtung der Nockenwelle 20 und besitzt ein Rückschlagventil 51 und einen Kraftstoffkanal 52. Durch den Kolben 24 unter Druck gesetzte Kraftstoff wird durch den Kraftstoffkanal 52 in Richtung auf eine gemeinsame Versorgungsleitung (common rail) ausgegeben. Das Rückschlagventil 51 verhindert, daß Kraftstoff vom Kraftstoffkanal 52 in die Druckkammer 40 strömt.
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Der Kraftstoffauslaßabschnitt 50 des Zylinderkopfs 13 ist mit dem Kraftstoffauslaßabschnitt 50 des Zylinderkopfs 12 durch ein (nicht gezeigtes) Rohr verbunden.
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Wie in 3 gezeigt, ist die Büchse 191 rohrförmig. Wie in 1 gezeigt, hat die Büchse 191 einen metallischen Stützmantel 18 und ein Lager 17. Alternativ kann die Büchse 191 nur durch das Lager 17 gebildet werden. Länge und Durchmesser sind zwischen der Büchse 191 auf der rechten Seite der 1 und der Büchse 192 auf der linken Seite der 1 unterschiedlich, jedoch weisen die Büchsen 191, 192 eine ähnliche Konstruktion auf.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Büchse 191 zwischen dem Wellengehäuse 141 und der Nockenwelle 20 positioniert. Die Büchse 191 ist an einer inneren Wandfläche des Wellengehäuses 141 befestigt. Alternativ kann die Büchse 191 gleitend an der inneren Wandfläche des Wellengehäuses 141 rotieren.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, wird das Lager 17 durch einen dem Druck widerstehenden Teil 171 und einen gegenüber der Überhitzung widerstandsfähigen Teil 172 gebildet. Der metallischen Stützmantel 18 und das Lager 17 sind mit einander integriert. Wie in 2 gezeigt, ist der metallische Stützmantel 18 am Wellengehäuse 141 fixiert. Die Nockenwelle 20 ist längs der inneren Umfangsseite des Lagers 17 drehbar gelagert.
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Der dem Druck widerstehende Teil 171 und der gegenüber einer Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 sind in Achsrichtung der Nockenwelle 20 angeordnet. Der dem Druck widerstehende Teil 171 ist an einem Endabschnitt des Lagers 17 gegenüberliegend von dem Nocken 21 in Achsrichtung angeordnet und der gegenüber der Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 ist am Lager 17 gegenüberliegend von dem Nocken 21 über dem Druck widerstehenden Teils 171 angeordnet.
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Der dem Druck widerstehenden Teil 171 ist aus einem Material gefertigt, das eine höhere Festigkeit aufweist als jene des gegenüber der Überhitzung widerstandsfähigen Teils 172. Beispielsweise besteht der dem Druck widerstehende Teil 171 aus einem Material auf Kupferbasis, ist aber nicht darauf beschränkt. Außerdem kann der dem Druck widerstehende Teil unter Einschluß eines Verfahrens ausgebildet werden, das diesem Teil eine höhere Festigkeit verleiht.
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Der gegenüber der Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 ist aus einem Material gefertigt, das gegenüber Überhitzung widerstandsfähig ist, und dessen Fähigkeit, einer Überhitzung zu widerstehen, größer ist als jene des dem Druck widerstehenden Teils 171. Deshalb kann die Überhitzungsgefahr des Lagers 17 begrenzt werden. Beispielsweise ist der gegenüber der Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 aus einem Material auf Aluminiumbasis oder Harzbasis gefertigt, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Außerdem kann der dem Druck widerstehende Teil 172 unter Einschluß eines Verfahrens ausgebildet werden, das diesem Teil 172 eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Überhitzung verleiht.
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Die Aktion der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 wird nun beschrieben. Der Nocken 21 wird durch eine Rotation der Nockenwelle 20 in Drehung versetzt und der Nockenring 23 wird durch die Rotation des Nockens 21 in Drehung versetzt. Der Kolben 24 wird durch die Drehung des Nockenrings 23 auf und ab hin und her bewegt.
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Der Zylinderkopf 12 der 1 zeigt einen Zustand, in welchem der Kolben 24 durch die Drehung des Nockens 21 auf der Seite des oberen Totpunkts positioniert ist. Wenn der Kolben 24 durch die Drehung des Nockens 21 gegen die Seite des unteren Totpunkts bewegt wird, wird Kraftstoff von einer im Pumpengehäuse angeordneten (nicht gezeigten) Förderpumpe über den Kraftstoffkanal 32 in die Kraftstoffdruckkammer 40 des Zylinderkopfs 12 abgegeben.
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Wenn der Kolben 24 durch die Drehung des Nockens 21 wieder gegen die Seite des oberen Totpunkts bewegt wird, wird das Rückschlagventil 31 des Zylinderkopfs 12 geschlossen und der Kraftstoff in der Druckkammer 40 unter Druck gesetzt. Wenn der Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer 40 höher wird als jener im Kraftstoffkanal 52, wird das Rückschlagventil 51 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Druckkammer 40 unter Druck gesetzter Kraftstoff über den Kraftstoffkanal 52 der gemeinsamen Versorgungsleitung zugeführt. Der Kraftstoffauslaßabschnitt 50 des Zylinders 30 weist die gleiche Aktion auf wie der Kraftstoffauslaßabschnitt 50 des Zylinders 12.
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Die gemeinsame Versorgungsleitung sammelt den von der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 zugeführten Kraftstoff, und der gesammelte Kraftstoff wird auf einem vorgegebenen Druck gehalten. Der in der gemeinsamen Versorgungsleitung gesammelte Kraftstoff wird einer (nicht gezeigten) Einspritzvorrichtung zugeführt.
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Gemäß der ersten Ausführungsform weist das Lager 17 der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 den dem Druck widerstehenden Teil 171 und den gegenüber einer Überhitzung widerstandsfähigen Teil 172 auf. Der dem Druck widerstehende Teil 171 ist an einem dem Nocken 21 in Achsrichtung gegenüberliegenden Endabschnitt des Lagers 17 angeordnet. Der gegenüber der Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 ist am Lager 17 benachbart zu dem dem Druck widerstehenden Teil 171 gegenüberliegend zu dem Nocken 21 in der Achsrichtung angeordnet. Somit können die dem Druck widerstehende Eigenschaft und die einer Überhitzung widerstehende Eigenschaft der Büchse gesteigert werden.
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Wie in 6 gezeigt, wird, wenn die Büchse 191 und die Nockenwelle 20 an einander gleiten, der von der Büchse 191 empfangener Druck in einer dem Nocken 21 am nächsten gelegenen Zone A-B am höchsten. Der Oberflächendruck wird durch eine Kraft in einer in 2 durch einen leeren Pfeil gezeigten Richtung erzeugt.
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Weil der dem Druck widerstehende Teil 171 dem Nocken 21 benachbart positioniert ist, kann der dem Druck widerstehende Teil den höchsten Druck aufnehmen. Deshalb kann die Büchse 191 wirkungsvoll dem höchsten Druck widerstehen, so daß ein Verschleiß oder eine Verformung der Büchse wirkungsvoll begrenzt werden kann.
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Eine Überhitzung entsteht, im Vergleich mit der dem Endabschnitt der dem Nocken gegenüberliegenden Büchse 191, leicht in einer Zone B-D der dem Nocken gegenüberliegenden 21 Büchse 191, weil die Temperatur in der Zone B-D leicht durch eine niedrige Wärmestrahlung erhöht wird. Weil der gegenüber der Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 dem Endabschnitt der dem Nocken 21 gegenüberliegenden Büchse 191 gegenüberliegend positioniert ist, ist eine Überhitzung in der Zone B-D schwer zu erzeugen, wenn die Temperatur erhöht wird. Somit kann eine Überhitzung der Büchse 191 wirkungsvoll begrenzt werden.
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Die Büchse 191 hat eine röhrenartige Gestalt mit einer inneren Umfangsfläche zur Aufnähe des Drucks von der Nockenwelle 20. Die innere Umfangsfläche hat einen den dem Druck widerstehenden Teil 171 aufweisenden Randabschnitt und einen den gegenüber der Überhitzung widerstandsfähigen Teil 172 aufweisenden Zwischenabschnitt. Der Randabschnitt nimmt einen Druck auf, der größer ist als jener, der vom Zwischenabschnitt aufgenommen wird. Der Zwischenabschnitt speichert eine Wärme, die größer ist als die Wärme die der Randabschnitt speichert. Deshalb kann die Büchse 191 dem Druck wirkungsvoller derart widerstehen, daß der Verschleiß oder die Verformung der Büchse 191 wirkungsvoll begrenzt werden kann. Außerdem kann die Überhitzung der Büchse 191 wirkungsvoll begrenzt werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei einer zweiten Ausführungsform besitzt, wie in 4 gezeigt, ein Lager 17 von einander trennbar einen dem Druck widerstehenden Teil 171 und einen gegenüber der Überhitzung widerstandsfähigen Teil 172. In ähnlicher Weise ist ein metallischer Stützmantel 18 in zwei Teilen 181, 182 gebildet. Auf diese Weise sind zwischen einem Wellengehäuse 141 und einer Nockenwelle 20 Büchsen 1911, 1912 angeordnet und von einander trennbar. Die Büchse 1911 weist den dem Druck widerstehenden Teil 171 auf und die Büchse 1912 den gegenüber einer Überhitzung widerstandsfähigen Teil 172.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform sind der dem Druck widerstehende Teil 171 und der gegenüber einer Überhitzung widerstandsfähige Teil 172 von einander trennbar. Deshalb kann, wenn einer der Teile 171, 172 Alterungsverschleiß aufweist, nur der beschädigte durch einen neuen ausgetauscht werden. Dadurch können die Wartungskosten gesenkt werden.
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Außerdem können die Büchsen 1911, 1912 leicht in der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 montiert werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Wie in 5 gezeigt, sind drei Büchsen 1911, 1912 und 1913 zwischen einem Wellengehäuse 141 und einer Nockenwelle 20 angeordnet. Die Büchsen 1911, 1913 besitzen einen dem Druck widerstehende Teil 171 bzw. 173 und die Büchse 1912 besitzt einen gegenüber der Überhitzung widerstandsfähigen Teil 172.
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Die Büchsen 1911, 1912 und 1913 werden von einander getrennt hergestellt. Alternativ können die Büchsen 1911, 1912 und 1913 mit einander integriert hergestellt werden.
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Wie in Fig: 6 gezeigt, wird ein von der Büchse 1913 aufgenommener Oberflächendruck nicht nur in einer dem Nocken 21 benachbarten Zone A-B höher, sondern auch in einer einem Element 16 eines antreibenden Getriebes benachbarten Zone C-D wegen einer auf das Element 16 eines antreibenden Getriebes ausgeübten Kraft, deren Richtung auf der rechten Seite der 5 durch einen leeren Pfeil angezeigt ist.
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Gemäß der dritten Ausführungsform besitzt die dem Element 16 eines antreibenden Getriebes benachbarte Büchse 1913 den dem Druck widerstehenden Teil 173. Deshalb kann die vom Kolben 24 übertragene Kraft von dem dem Druck widerstehenden Teil 171 und die von dem Element 16 eines antreibenden Getriebes übertragene Kraft von dem dem Druck widerstehenden Teil 173 aufgenommen werden. Somit können sowohl die Widerstandsfähigkeit gegen Druck als auch die Widerstandsfähigkeit gegen Überhitzung gesteigert werden. Außerdem können die Wartungskosten reduziert werden.
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Solche Änderungen und Modifikationen sind zu verstehen als innerhalb des durch die angefügten Ansprüche definierten Rahmens der vorliegenden Erfindung liegend.
