DE102011002701A1

DE102011002701A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102011002701A1
Application number: DE201110002701
Authority: DE
Inventors: Andreas Dutt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-07-19
Also published as: EP2663772B1; WO2012095270A1; CN103299072A; EP2663772A1; CN103299072B

Abstract

Hochdruckpumpe, aufweisend einen fluidgefüllten Pumpeninnenraum 2 in einem Pumpengehäuse 1, in dem eine Pumpennockenwelle 3 mit zumindest einem Nocken 5a, 5b drehbar gelagert ist, und zumindest einen Pumpenzylinder, in dem ein Pumpenstößel translatorisch zur Förderung von Fluid mittels eines auf der Nockenlaufbahn der Pumpennockenwelle 3 abrollenden Laufrolle 6 eines Rollenstößels 7 bewegbar ist, und wobei von dem umlaufenden Nocken 5a, 5b und dem Rollenstößel 7 gebildete und sich ändernde Volumen V1, V2, V3 in dem Pumpeninnenraum 2 über einen Strömungsquerschnitt für einen Fluidaustausch verbunden sind. Erfindungsgemäß wird die Ausgleichsströmung zwischen dem umlaufenden Nocken 5a, 5b und dem Rollenstößel 7 in dem Pumpeninnenraum 1 gebildeten, sich vergrößernden sowie verkleinernden Volumen V1, V2, V3 optimiert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Strömungsquerschnitt sich im Bereich des Rollenstößels 7 erstreckend in das Pumpengehäuse 1 angrenzend an den Pumpeninnenraum 2 angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, aufweisend einen fluidgefüllten Pumpeninnenraum in einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpennockenwelle mit zumindest einem Nocken drehbar gelagert ist, und zumindest einem Pumpenzylinder, in dem ein Pumpenstößel translatorisch zur Förderung von Fluid mittels eines auf der Nockenlaufbahn der Pumpennockenwelle abrollenden Laufrolle eines Rollenstößels bewegbar ist, und wobei von dem zumindest einen umlaufenden Nocken und dem Rollenstößel gebildete und sich ändernde Volumen in dem Pumpeninnenraum über einen Strömungsquerschnitt für eine Fluidaustauch verbunden sind.
Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der DE 10 2008 043 430 A1 bekannt. Bei dieser Hochdruckpumpe ist die Pumpennockenwelle mit Axialspiel zwischen zwei gehäuseseitig fixierten Anschlagflächen angeordnet. Zwischen den Anschlagflächen und einem Nocken der Pumpennockenwelle ist ein auf der Pumpennockenwelle angeordnetes Axialfederelement in Form einer Federscheibe angeordnet. Weiterhin ist in das Pumpengehäuse eine umlaufende Ringnut im Bereich des Zusammenwirkens des Nockens mit der Laufrolle eines Rollenstößels angeordnet. Entlang der Federscheibe bzw. des von dieser nur teilweise ausgefüllten Freiraums zwischen der Pumpennockenwelle und den Anschlagflächen sowie durch die umlaufende Ringnut kann von dem Nocken bei dessen Umlaufbewegung verdrängtes Fluid, mit dem der Pumpeninnenraum gefüllt ist, mehr oder weniger unkontrolliert und unbeeinflusst in den von den umlaufenden Nocken und dem Rollenstößel gebildeten und sich ständig ändernden Volumen strömen. Hierdurch können insbesondere im Nahbereich des Rollenstößels bzw. dem Zulaufbereich für die Lagerschmierung der Laufrolle in den Rollenschuh Unterdruck und Kavitationsblasen entstehen, die zu einer Mangelschmierung der Laufrolle in dem Rollenschuh führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgleichsströmung zwischen dem umlaufenden Nocken und dem Rollenstößel in dem Pumpeninnenraum gebildeten sich vergrößernden sowie verkleinernden Volumen zu optimieren.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Strömungsquerschnitt sich im Bereich des Rollenstößels erstreckend in das Pumpengehäuse angrenzend an den Pumpeninnenraum angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Ausgleichsströmung auf den Bereich beschränkt, der durch das Zusammenwirken von den Nocken und den Rollenstößel bzw. der Laufrolle die Ursache für die sich verändernden Volumen vor und hinter dem Nocken zusammenwirkend mit dem Pumpengehäuse bildet. Dadurch wird bei der Umlaufbewegung des zumindest einen Nockens verdrängtes Fluid gezielt zwischen den sich ständig ändernden Volumen bewegt. Hierdurch wird beispielsweise einer Mangelschmierung der Laufrolle in dem Rollenschuh vermieden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt ein sich radial oberhalb des Nockens in dem Pumpengehäuse erstreckender Umströmungsquerschnitt und zumindest ein axial seitlich des Nockens in dem Pumpengehäuse erstreckender Verbindungsquerschnitt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders gezielte Beeinflussung der Ausgleichsströmung zwischen den sich verändernden Volumen insbesondere dahingehend, dass kein Unterdruck und keine Kavitationsblasen in diesem Bereich auftreten. Allein durch diese Ausgestaltung wird eine durch Unterdruck und Kavitationsblasen verursachte Mangelschmierung im Lagerbereich der Laufrolle in dem Rollenschuh vermieden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an der Hochdruckpumpe zumindest zwei Pumpenzylinder vorgesehen und der Umströmungsquerschnitt und der zumindest eine Verbindungsquerschnitt verbindet die Pumpenzylinder auf kürzestem Weg miteinander. Wenn beispielsweise zwei Pumpenzylinder in einem Winkel von 90° angeordnet sind, erstrecken sich der Umströmungsquerschnitt und der Verbindungsquerschnitt über diesen Winkelbereich umfassend jeweils den Bereich um die beiden Pumpenzylinder. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die Ausgleichsströmung nur in einem engen Bereich zwischen zwei Pumpenzylindern durch den Strömungsquerschnitt in dem Pumpengehäuse geführt werden muss.
In Weiterbildung der Erfindung ist in Drehrichtung des Nockens im Bereich hinter der Laufrolle eine Fluidumlenkvorrichtung in den Strömungsquerschnitt angeordnet. Diese Fluidumlenkvorrichtung ist – wie nachfolgend noch ausgeführt wird – so, angeordnet und ausgebildet, dass eine Fluidströmung in Richtung zu dem Einlaufspalt zwischen der Laufrolle und dem Rollenschuh ausgerichtet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Laufrolle, die in einem Rollenschuh geführt ist, und sich auf der Nockenbahn abwälzt, somit die rotatorische Drehbewegung der Pumpennockenwelle in eine translatorische (Auf- und Ab-)Bewegung des Rollenstößels bzw. eines von diesem betätigten Pumpenstößels umwandelt. Durch die sehr hohe Laufrollendrehzahl wird das als Schmiermedium wirkende Fluid aufgrund der Schleppwirkung über den Einlaufspalt in den Spalt zwischen der Laufrolle und dem Rollenschuh eingezogen, es entsteht somit eine verschleißfreie hydrodynamische Gleitlagerung, welche die hohen Axialkräfte von dem Pumpenstößel auf die Pumpennockenwelle überträgt.
Voraussetzung für die Entstehung eines solches hydrodynamischen Gleitlagers ist es, das genügend Fluid an der Einzugskante der Laufrolle und dem Rollenschuh vorhanden ist. Diese Forderung wird durch die Fluidumlenkvorrichtung in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Strömungsquerschnitts erfüllt. Dabei wird durch die spezielle Anordnung des den Strömungsquerschnitt bildenden Umströmungsquerschnitts und des Verbindungsquerschnitts die Kavitationsbildung soweit verhindert, dass kein schädlicher Einfluss auf die Schmierung bzw. die den Aufbau der hydrodynamischen Lagerung besteht.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Fluidumlenkvorrichtung eine seitlich neben dem Nocken in das Pumpengehäuse eingearbeitete Umlenknase. Eine solche Umlenknase kann beispielsweise bei der Gussfertigung des Pumpengehäuses durch entsprechende Ausbildung der Gießform einfach umgesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Umlaufnase entlang des Umströmungsquerschnitts und des Verbindungsquerschnitts durch diese hindurch und wiederum in weiterer Ausgestaltung zumindest angenähert parallel zu der Pumpenzylinderachse. Diese Ausgestaltung ist herstellungstechnisch einfach zu realisieren und ermöglicht andererseits eine optimale Führung der Ausgleichsströmung einerseits zwischen dem sich verändernden Volumen und andererseits hinsichtlich des Einlaufs in den Zulauf zu den jeweiligen hydrodynamischen Gleitlagern.
In Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich außerhalb des Strömungsquerschnitts zwischen den Nocken und dem Pumpengehäuse ein Dichtspalt gebildet. Dieser Dichtspalt ist so ausgelegt, dass einerseits die Drehbewegung der Pumpennockenwelle durch Fluidreibung nicht behindert wird, andererseits die durch den Dichtspalt hindurch strömende Fluidmenge gering ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe eines Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere bei einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe ist die Erfindung insbesondere dann, wenn das Fluid Kraftstoff ist, sinnvoll und vorteilhaft umsetzbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Fig. dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Pumpengehäuses einer Hochdruckpumpe mit zwei in einem Winkel von 90° angeordneten Pumpenzylindern,
2 einen identischen Schnitt wie 1 mit zwei anderen Drehstellungen einer Pumpennockenwelle,
3 einen Längsschnitt durch die Hochdruckpumpe gemäß S1-S1 aus 2 und
4 eine Schnittansicht der Hochdruckpumpe gemäß S2 aus 2.
Ausführungsform der Erfindung
Die in den Figuren dargestellte Hochdruckpumpe ist für das Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine ausgelegt. Mittels der Hochdruckpumpe wird Kraftstoff bis zu einem Druck von ca. 3.000 bar in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus dem der Kraftstoff von beispielsweise magnetventilgesteuerten Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen wird.
Die in der 1 ausschnittsweise dargestellte Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 mit einem Pumpeninnenraum 2 auf. In dem Pumpengehäuse 1 ist eine Pumpennockenwelle 3 in Lagern 4a, 4b (3) drehbar gelagert. Die Pumpennockenwelle 3 weist in dem Ausführungsbeispiel zwei Nocken 5a, 5b auf. Die Nocken 5a, 5b wirken mit Laufrollen 6 von zwei Rollenstößeln 7 zusammen. Die Rollenstößel 7 weisen jeweils einen Rollenschuh 8 auf, in den eine zylinderförmige Ausnehmung 9 eingearbeitet ist. In diese zylinderförmige Ausnehmung 9 ist jeweils eine Laufrolle 6 verliersicher eingesetzt.
Die Pumpennockenwelle 3 füllt mit den Nocken 5a, 5b den Pumpeninnenraum 2 im Bereich der Nocken 5a, 5b quasi vollständig aus, während die Pumpennockenwelle 3 sich im Bereich zwischen den Nocken 5a, 5b kontinuierlich bis zu deren Lagerdurchmesser verjüngt. Dadurch werden in dem Pumpeninnenraum 2 verschiedene Volumen gebildet, die sich durch das Zusammenwirken der Nocken 5a, 5b mit den Rollenstößeln 7 bei einer Drehbewegung der Pumpennockenwelle 1 ständig ändern und zwar vergrößern und verkleinern. Bei der in 1 dargestellten Drehbewegung der Pumpennockenwelle 3 in Drehpfeilrichtung von der strichliniert dargestellten Position in die ausgezogenen dargestellte Position verringert sich das Volumen V₁ während sich die Volumen V₃ und insbesondere V₄ vergrößern. Eine Ausgleichsströmung zwischen diesen Volumen V₁, V₃ und V₄ erfolgt über einen Umströmungsquerschnitt 10, der radial oberhalb der Nocken 5a, 5b in das Pumpengehäuse 1 eingelassen ist und über einen Verbindungsquerschnitt 11, der axial seitlich der Nocken 5a, 5b in das Pumpengehäuse 1 (3) eingelassen ist.
2 zeigt im Unterschied zu 1 die Pumpennockenwelle 3 in zwei anderen Drehpositionen, die sich nach einer Weiterdrehung der Pumpennockenwelle 1 um ca. 120° gegenüber 1 ergeben. Hierbei verringert sich bei der Positionsänderung von der strichliniert dargestellten Stellung in die ausgezogen dargestellte Stellung der Pumpennockenwelle 3 das Volumen V₁ und V₃, während sich das Volumen V₄ auch hier vergrößert.
Der in 3 dargestellte Längsschnitt entlang S₁-S₁ gemäß 2 zeigt die Anordnung und Ausgestaltung des Umströmungsquerschnitts 10 und des auf beiden Seiten der Nocken 5a, 5b angeordneten Verbindungsquerschnitts 11 in dem Pumpengehäuse 1. Über den Umströmungsquerschnitt 10 und die beiden Verbindungsquerschnitte 11 erfolgt die Strömungsverbindung der Volumen V₁, V₃ und V₄, so, dass bei der Drehbewegung der Pumpennockenwelle 3 eine Ausgleichsströmung zwischen den Volumen V₁, V₃ und V₄ erfolgt. Im Bereich des Volumens V₅ (siehe 1 und 2) ist zwischen der Pumpennockenwelle 3 bzw. den Nocken 5a, 5b und dem Pumpengehäuse 1 ein Dichtspalt 12 gebildet. Entlang dieses Dichtspaltes 12 erfolgt kein nennenswerter Strömungsausgleich.
4 zeigt eine Schnittansicht S₂ gemäß 2. Dargestellt ist, dass jeweils eine Umlenknase 13 in den Umströmungsquerschnitt 10 bzw. den auf beiden Seiten des Pumpengehäuses 1 angeordneten Verbindungsquerschnitts 11 hineinragt. Angeordnet sind die beiden Umlenknasen 13 jeweils kurz hinter der zylinderförmigen Ausnehmung 9 bzw. der Laufrolle 6 und werden von dem Pumpengehäuse 1 gebildet. Die beiden Umlenknasen 13 bewirken die durch die Pfeile dargestellte Strömungsumlenkung der Ausgleichsströmung des Fluides von dem Volumen V₁ in das Volumen V₃. Durch diese Strömungsumkehr wird das Fluid gezielt vor dem Einlaufspalt E₁ der Laufrolle 6 geführt. Bei der Drehbewegung der Laufrolle 6 während des Abrollvorgangs auf der Nockenlaufbahn der Pumpennockenwelle 3 wird folglich gezielt Fluid zum Aufbau einer verschleißfreien hydrostatischen Gleitlagerung zwischen der Laufrolle 6 und der zylinderförmigen Ausnehmung 9 aufgebaut.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008043430 A1 [0002]

Claims

Hochdruckpumpe, aufweisend einen fluidgefüllten Pumpeninnenraum (2) in einem Pumpengehäuse (1), in dem eine Pumpennockenwelle (3) mit zumindest einem Nocken (5a, 5b) drehbar gelagert ist, und zumindest einen Pumpenzylinder, in dem ein Pumpenstößel translatorisch zur Förderung von Fluid mittels eines auf der Nockenlaufbahn der Pumpennockenwelle (3) abrollenden Laufrolle (6) eines Rollenstößels (7) bewegbar ist, und wobei von dem umlaufenden Nocken (5a, 5b) und dem Rollenstößel (7) gebildete und ändernde Volumen V₁, V₂, V₃ in dem Pumpeninnenraum (2) über einen Strömungsquerschnitt für einen Fluidaustausch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt sich im Bereich des Rollenstößels (7) erstreckend in das Pumpengehäuse (1) angrenzend an den Pumpeninnenraum (2) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt ein sich radial oberhalb des Nockens (5a, 5b) in dem Pumpengehäuse (1) erstreckender Umströmungsquerschnitt (10) und zumindest ein axial seitlich des Nockens (5a, 5b) in dem Pumpengehäuse (1) erstreckender Verbindungsquerschnitt (11) ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Pumpenzylinder vorgesehen sind, und der Umströmungsquerschnitt (10) und der zumindest eine Verbindungsquerschnitt (11) die Pumpenzylinder auf kürzestem Weg miteinander verbindend in das Pumpengehäuse eingelassen sind.
Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung des Nockens (5a, 5b) im Bereich hinter der Laufrolle (6) eine Fluidumlenkvorrichtung in den Strömungsquerschnitt hineinragt.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidumlenkvorrichtung zumindest eine seitlich neben dem Nocken (5a, 5b) in das Pumpengehäuse (1) eingearbeitete Umlenknase (13) ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenknase 13 sich entlang des Umströmungsquerschnitts (10) und des Verbindungsquerschnitts (11) durch diese hindurch erstreckt.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenknase (13) sich zumindest angenähert parallel zu der Pumpenzylinderachse erstreckt.
Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich außerhalb des Strömungsquerschnitts zwischen dem Nocken (5a, 5b), der Pumpennockenwelle (3) und dem Pumpengehäuse (1) ein Dichtspalt (12) gebildet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe eines Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fluid Kraftstoff ist.