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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 103 55 027 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das einen Pumpenkolben besitzt, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt und zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle gegen die Kraft einer Rückstellfeder in einer Hubbewegung antreibbar ist. Hierzu ist der Pumpenkolben zumindest mittelbar über einen hülsenförmigen Stößel an der Antriebswelle abgestützt. Die Rückstellfeder greift über einen Federteller am Pumpenkolben und am Stößel an. Um eine Abstützung der Rückstellfeder am Pumpenkolben und am Stößel unabhängig von Fertigungstoleranzen dieser Bauteile sicherzustellen, ist der Federteller in Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens elastisch verformbar ausgeführt. Die elastische Verformung bewirkt einen axialen Versatz eines peripheren Bereichs, mit welchem der Federteller am Stößel anliegt, gegenüber einem zentralen Bereich des Federtellers, mit welchem der Federteller am Pumpenkolben abgestützt ist. Vorzugsweise ist die Steifigkeit des Federtellers geringer als die der Rückstellfeder gewählt, so dass die elastische Verformung des Federtellers über die Federkraft der Rückstellfeder bewirkbar ist. Die Lagetoleranzen zwischen dem Pumpenkolben und dem Stößelkörper werden demzufolge bereits bei der Montage der Hochdruckpumpe durch eine elastische Verformung des Federtellers ausgeglichen.
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Soweit die elastische Verformung mittels der Federkraft der Rückstellfeder bewirkt wird, ist der Ausgleich jedoch nur in eine Richtung möglich. Ein zwischen einem im Stößel aufgenommenen Stützelement zur drehbaren Lagerung der Rolle und dem Pumpenkolben vorhandenes Spiel kann demgegenüber durch eine entsprechende elastische Verformung des Federtellers nicht ausgeglichen werden. Denn die Rückstellfeder drückt den peripheren Bereich des Federtellers in Richtung der Antriebswelle, während der am zentralen Bereich des Federtellers anliegende Kolbenfuß des Pumpenkolbens als Matrize wirkt.
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Ein Spiel zwischen dem Federteller und dem Stützelement weist den Nachteil auf, dass das Spiel im Betrieb der Hochdruckpumpe von dem Pumpenkolben durchlaufen wird. Durch diesen Spieldurchlauf reduzieren sich der effektive Kolbenhub und damit die maximale Hochdruckfördermenge. Bei einem Spiel von beispielsweise 0,15 Millimetern und einem Nockenhub von 6 Millimetern kann demzufolge der Spieldurchlauf eine Reduzierung des effektiven Kolbenhubs um 2,5% bedeuten. Ferner führt ein Spiel zwischen dem Federteller und dem Stützelement zu störenden Geräuschen, wenn beispielsweise der Pumpenkolben mit Beendigung des Saughubes auf dem Stützelement aufschlägt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher die vorstehend genannten Nachteile nicht oder zumindest in deutlich verringertem Maße auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement, das einen hubbeweglich geführten Pumpenkolben aufweist, der mittelbar über einen hülsenförmigen Stößel und eine Rolle an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abstützbar ist, über welche der Pumpenkolben entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Die Rückstellfeder ist über einen Federteller mit dem Pumpenkolben und dem Stößel verbunden. Ferner ist im Stößel ein Stützelement zur drehbaren Lagerung der Rolle aufgenommen. Erfindungsgemäß begrenzen der Pumpenkolben und das Stützelement in axialer Richtung einen mit einem Fluid gefüllten Raum zur Ausbildung einer hydraulischen Dämpfung einer Bewegung des Pumpenkolbens relativ zum Federteller und/oder Stützelement. Die hydraulische Dämpfung verhindert somit ein Aufschlagen des Kolbens auf dem Stützelement und damit die Entstehung störender Geräusche. Ferner werden durch die hydraulische Dämpfung der effektive Kolbenhub und damit die Effektivität der Hochdruckpumpe gesteigert. Denn das im Dämpfungsraum vorhandene Fluid verhindert, dass der Pumpenkolben das vorhandene Spiel zwischen Federteller und Stützelement vollständig durchläuft. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass der Kolben bei Ausführung eines Saughubes am Stützelement haften bleibt. Darüber hinaus kann die Dämpfung derart ausgelegt sein, dass der Pumpenkolben den Federteller nicht mehr berührt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mit Fluid gefüllte Raum zumindest teilweise im Stützelement ausgebildet, so dass das Stützelement den Raum in axialer und radialer Richtung begrenzt.
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Weiterhin bevorzugt besitzt das Stützelement zur Ausbildung des Fluid gefüllten Raums eine Ausnehmung und/oder einen Aufbau. Der Aufbau kann beispielsweise in Form eines Kragens bzw. einer Aufkantung oder einer vollflächigen Auffütterung gestaltet sein. Bei einem Aufbau sind Änderungen am Pumpenkolben entbehrlich. Das heißt, dass die ursprünglichen Abmessungen des Pumpenkolbens beibehalten werden können. Der Aufbau ist hierzu bevorzugt derart gestaltet, dass der Kolbenfuß des Pumpenkolbens von dem Aufbau zumindest teilweise umschlossen wird. Alternativ oder ergänzend kann im Stützelement eine Ausnehmung vorgesehen sein.
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Sofern zur Ausbildung des fluidgefüllten Raumes lediglich eine Ausnehmung im Stützelement vorgesehen ist, weist der Pumpenkolben bevorzugt eine Aufdickung auf, mit welcher der Pumpenkolben in die Ausnehmung bzw. den Raum eintaucht. Die Aufdickung ist weiterhin bevorzugt wenigstens so stark auszuführen, dass das vorhandene Spiel überbrückt wird.
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Die Ausbildung des fluidgefüllten Raumes im Stützelement besitzt den Vorteil, dass die erfindungsgemäß vorgesehene hydraulische Dämpfung im vorhandenen Bauraum realisiert werden kann. Hierzu kann eine Ausnehmung im Stützelement und eine Aufdickung am Pumpenkolben und/oder eine Aufkantung bzw. Auffütterung des Stützelementes vorgenommen werden. Alternativ ist auch eine Modifikation der Auflage des Federtellers am Stößel möglich. Beispielsweise kann die Auflage des Federtellers derart modifiziert werden, dass der axiale Abstand zwischen dem Federteller und dem Stützelement geringer wird. Eine Aufdickung des Pumpenkolbens im Bereich des Kolbenfußes kann dann entfallen.
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Bevorzugt ist das Maß der hydraulischen Dämpfung über das radiale Spiel zwischen dem Pumpenkolben und dem Stützelement einstellbar. Beim Eintauchen des Pumpenkolbens bzw. des Kolbenfußes in den mit einem Fluid gefüllten Raum im Stützelement wird über das radiale Spiel ein Teil des Fluids verdrängt. Hieraus resultiert die Dämpfungswirkung der vorgeschlagenen Maßnahme. Zur Entlastung des fluidgefüllten Raums kann ferner ein Bypass-Kanal im Stützelement vorgesehen sein, über welchen ebenfalls Fluid aus dem Raum abströmen kann. Das Maß der hydraulischen Dämpfung kann dann ferner über den Strömungsquerschnitt des Bypass-Kanals eingestellt werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1a, b schematische Längsschnitte durch eine Stößelbaugruppe einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe,
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2a, b schematische Längsschnitte durch eine Stößelbaugruppe einer ersten erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe und
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3a, b schematische Längsschnitte durch eine Stößelbaugruppe einer zweiten erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1a im Längsschnitt dargestellte Stößelbaugruppe einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe umfasst einen hülsenförmigen Stößel 2 sowie eine Rolle 3, welche in einem im Stößel 2 eingesetzten Stützelement 6 drehbar gelagert ist. Das Stützelement 6 ist in den Stößel 2 eingepresst und in axialer Richtung an einem Ringbund 11 des Stößels 2 abgestützt. Der Ringbund 11 erstreckt sich nach radial innen und begrenzt somit den Innendurchmesser des Stößels 2. Auf der dem Stützelement 6 abgewandten Seite liegt ein Federteller 5 am Ringbund 11 des Stößels 2 an, welcher scheibenförmig ausgebildet ist und der Auflage einer Rückstellfeder 4 dient, deren Federkraft den Federteller 5 in Anlage am Ringbund 11 des Stößels 2 hält. Die Federkraft der Rückstellfeder 4 wirkt somit in Richtung der Rolle 3 bzw. eines nicht dargestellten Nockens einer Antriebswelle, so dass die Rückstellfeder 4 die Stößelbaugruppe in Anlage mit der Antriebseinheit hält. Die Rolle 3 hält somit ständig Kontakt mit dem Nocken der Antriebswelle, woraus die Hubbewegung der Stößelbaugruppe und eines hiermit verbundenen Pumpenkolbens 1 resultiert.
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Wie der 1b zu entnehmen ist, ist zur Verbindung des Pumpenkolbens 1 mit der Stößelbaugruppe eine zentrale Öffnung 13 im Federteller 5 ausgebildet, durch welche der Pumpenkolben 1 hindurchgeführt ist. Im Unterschied zur Ausführungsform der 1a, bei welcher der Pumpenkolben 1 einen Kolbenfuß 12 mit vergrößertem Außendurchmesser aufweist, so dass der Federteller 5 einfach von oben aufgeschoben werden kann, weist der Pumpenkolben 1 der 1b einen durchgangsgeschliffenen Kolbenfuß 12 mit einer umlaufenden Nut zur Aufnahme des Federtellers 5 auf. Um das Einsetzen des Federtellers 5 zu ermöglichen, weist dieser daher eine zentrale Öffnung mit einer seitlichen schlüssellochförmigen Erweiterung auf (nicht dargestellt). Der in die Umfangsnut des Pumpenkolbens 1 eingesetzte Federteller 5 liegt somit nicht umlaufend am Kolbenfuß 12 an. Wie in den nachfolgend näher beschriebenen 2a, b und 3a, b dargestellt, kann die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe sowohl einen Pumpenkolben 1 mit einem Kolbenfuß 12 mit vergrößertem Außendurchmesser als auch einen durchgangsgeschliffenen Pumpenkolben umfassen.
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Wie der 1b weiter zu entnehmen ist, liegt ferner der Pumpenkolben 1 bzw. der Kolbenfuß 12 mit seiner Stirnfläche am Stützelement 6 an. Fertigungsbedingt sind die Bauteile jedoch toleranzbehaftet, so dass die axiale Erstreckung des Kolbenfußes 12 nicht exakt dem axialen Abstand zwischen dem Federteller 5 und dem Stützelement 6 entspricht. Das axiale Spiel zwischen dem Federteller 5 und dem Stützelement 6 führt dazu, dass im Betrieb der Hochdruckpumpe der Pumpenkolben 1 das Spiel durchläuft und am Stützelement 6 aufschlägt. Dieses Aufschlagen verursacht störende Geräusche, die sich in einem hochfrequenten Tickern äußern. Ferner reduziert der Spieldurchlauf den effektiven Hub des Pumpenkolbens 1 und damit die maximale Hochdruck-Fördermenge.
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Die vorstehend beschriebenen Nachteile treten bei der in den 2a und 2b dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe nicht oder zumindest in deutlich verringertem Maße auf. Denn bei dieser Hochdruckpumpe wird die Bewegung des Pumpenkolbens 1 gegenüber der Stößelbaugruppe in axialer Richtung hydraulisch gedämpft. Hierzu ist im Stützelement 6 ein Raum 7 ausgebildet, der mit einem Fluid gefüllt ist. Zur Ausbildung des Raums 7 weist das Stützelement 6 der Ausführungsform der 2a und 2b einen Aufbau 9 in Form einer Aufkantung auf, welche den Raum 7 in radialer Richtung begrenzt. Der Aufbau 9 bzw. die Aufkantung umschließt den Kolbenfuß 12 des Pumpenkolbens 1 in der Weise, dass über das radiale Spiel zwischen dem Aufbau 9 und dem Kolbenfuß 12 des Pumpenkolbens 1 ein Teil des Fluids aus dem Raum 7 beim Eintauchen des Pumpenkolbens 1 verdrängt wird. Das im Raum 7 verbleibende Fluid begrenzt den Spieldurchlauf und verhindert somit ein Aufschlagen des Pumpenkolbens 1 auf das Stützelement 6. Es entsteht somit kein hochfrequentes störendes Tickergeräusch. Ferner werden Fördertoleranzen verringert, da keine oder zumindest eine deutlich verringerte Reduzierung des effektiven Kolbenhubs des Pumpenkolbens 1 erfolgt.
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Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist in den 3a und 3b gezeigt. Diese unterscheidet sich von der der 2a und 2b dadurch, dass zur Ausbildung des fluidgefüllten Raums 7 im Stützelement 6 eine Ausnehmung 8 vorgesehen ist, in welche der Pumpenkolben 1 eintaucht. Ein Aufbau 9 in Form einer Aufkantung, wie er in den 2a und 2b dargestellt ist, kann somit entfallen. Um jedoch das Eintauchen des Pumpenkolbens 1 in den Raum 7 zu gewährleisten, ist der Pumpenkolben 1 bzw. der Kolbenfuß 12 des Pumpenkolbens 1 mit einer Aufdickung 10 versehen.
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Sowohl die Ausführungsform gemäß der 2a und 2b als auch die der 3a und 3b sind im vorhandenen Bauraum einer aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe realisierbar. Dementsprechend können vorhandene Hochdruckpumpen zu einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe um- bzw. nachgerüstet werden. Hierzu ist lediglich im Stützelement 6 eine Ausnehmung 8 und/oder ein Aufbau 9 zur Ausbildung eines Raums 7 vorzusehen, welcher mit einem Fluid befüllt wird. Das Fluid bewirkt die hydraulische Dämpfung, wenn der Pumpenkolben 1 bzw. der Kolbenfuß 12 in den Raum 7 eintaucht und dabei einen Teil des Fluids über das radiale Spiel zwischen dem Kolbenfuß 12 und dem Stützelement 6 verdrängt.
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Anstelle einer Verdickung 10 des Kolbenfußes 12 kann auch eine Modifikation des Stößels 2 das Eintauchen des Pumpenkolbens 1 gewährleisten. Beispielsweise kann zur Reduzierung des axialen Abstandes zwischen dem Federteller 5 und dem Stützelement 6 der Ringbund 11 des Stößels 2 oder die am Ringbund 11 ausgebildete Auflagefläche für den Federteller 5 in axialer Richtung versetzt werden, um das vorhandene Spiel zu reduzieren.
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Ferner kann zur Realisierung des Fluid gefüllten Raums 7 auch eine Ausnehmung im Kolbenfuß 12 des Pumpenkolbens 1 vorgesehen sein. Vorzugsweise taucht dann ein auf dem Stützelement 6 angeordneter stempelartiger Aufbau in den im Kolbenfuß 12 des Pumpenkolbens 1 ausgebildeten Raum 7 ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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