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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einer solchen Stößelbaugruppe.
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Stand der Technik
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Eine Stößelbaugruppe der vorstehend genannten Art dient der Umwandlung einer Rotationsbewegung einer Antriebswelle in eine Hubbewegung eines Pumpenkolbens, welcher mittelbar über die Stößelbaugruppe an einem Nocken der Antriebswelle abgestützt ist. Die an der Stößelbaugruppe angreifende Kraft wird hierbei in eine axiale, das heißt in Richtung der Kolbenlängsachse, und in eine radiale, das heißt in eine senkrecht zur Kolbenlängsachse wirkende Kraftkomponente aufgeteilt. Während die axiale Kraftkomponente der Erzeugung des Förderdrucks dient, wird die radiale Kraftkomponente über einen hülsenförmigen Stößelkörper der Stößelbaugruppe auf ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe abgetragen, in dessen Bohrung die Stößelbaugruppe axial verschiebbar aufgenommen ist.
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Bei einer axialen Verschiebung der Stößelbaugruppe wird eine im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe zur Schmierung und/oder Kühlung vorhandene Kraftstoffmenge verdrängt, die u.a. vom Außendurchmesser des Stößelkörpers der Stößelbaugruppe abhängt. Die über die Stößelbaugruppe verdrängte Menge Kraftstoff führt im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe regelmäßig zu unerwünschten Druckpulsationen. Denn in der Förderphase wird über die axiale Verschiebung der Stößelbaugruppe zunächst ein Unterdruck im Pumpeninnenraum erzeugt, welcher ein Nachströmen von frischem Kraftstoff bewirkt. Der nachströmende Kraftstoff hat einen erneuten Druckaufbau im Pumpeninnenraum zur Folge, der jedoch in der Saugphase der Hochdruckpumpe der Federkraft einer Rückstellfeder entgegen wirkt, deren Aufgabe es ist, die Stößelbaugruppe in Anlage mit dem Nocken der Antriebswelle zu halten. Um diesen nachteiligen Effekt zu reduzieren, kann eine Stößelbaugruppe in Bewegungsrichtung wirksame, als Druckentlastungsbohrungen dienende Durchströmbohrungen aufweisen. Die Durchströmbohrungen sind in der Regel in einem Stützelement ausgebildet, das im Stößelkörper der Stößelbaugruppe zur drehbaren Lagerung einer Rolle aufgenommen ist. Über die Durchströmbohrungen wird der Pumpeninnenraum mit einem Druckraum verbunden, der von der Stößelbaugruppe und einem Zylinderkopf der Hochdruckpumpe begrenzt wird. Da im Betrieb der Hochdruckpumpe im Wege der Hochdruckleckage über die Führung des Pumpenkolbens regelmäßig heißer Kraftstoff in diesen Druckraum gelangt, können die Durchströmbohrungen ferner zum Ableiten des heißen Kraftstoffs eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Ableitung heißen Kraftstoffs verbessert wird. Zudem soll die Stößelbaugruppe Druckpulsationen im Niederdruckbereich entgegen wirken und robust ausgeführt sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Stößelbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird eine Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mittels welcher ein hubbeweglicher Pumpenkolben eines Pumpenelementes der Hochdruckpumpe an einem Nocken einer Antriebswelle abstützbar ist. Die vorgeschlagene Stößelbaugruppe umfasst einen hülsenförmigen Stößelkörper mit einem nockenseitigen und einem kolbenseitigen Stößelraum, ein Stützelement, das im nockenseitigen Stößelraum des Stößelkörpers aufgenommen ist, sowie eine im Stützelement drehbar gelagerte Rolle. Erfindungsgemäß besitzt der hülsenförmige Stößelkörper umfangseitig im Bereich des kolbenseitigen Stößelraums wenigstens eine fensterartige Öffnung als Durchströmöffnung für ein Fluid, vorzugsweise Kraftstoff. Die wenigstens eine umfangseitig angeordnete fensterartige Öffnung im Bereich des kolbenseitigen Stößelraums unterstützt den Abtransport heißen Kraftstoffs, der im Wege der Hochruckleckage in einen mit dem kolbenseitigen Stößelraum verbundenen Druckraum gelangt. Über den kolbenseitigen Stößelraum und die wenigstens eine fensterartige Öffnung gelangt der heiße Kraftstoff in den Pumpeninnenraum, wo er sich mit kühlerem Kraftstoff mischt. Auf diese Weise ist ein Kühleffekt erreichbar, der vorrangig zur Reduzierung der Temperatur im Bereich des Rollengleitlagers beiträgt.
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Im Wege des Kraftstoffaustauschs ermöglicht die wenigstens eine fensterartige Öffnung ferner eine Reduzierung des Staudrucks im Druckraum bzw. im Pumpeninnenraum. Der Strömungsquerschnitt der Öffnung bzw. der Öffnungen ist demnach bevorzugt an die von der Stößelbaugruppe während ihrer Axialbewegung verdrängte Menge angepasst. In Abhängigkeit von der Größe und der Anzahl der Öffnungen werden zudem das Gewicht des Stößelkörpers bzw. der Stößelbaugruppe und damit die zu bewegende Masse reduziert, was sich wiederum günstig auf die Auslegung einer Rückstellfeder der Stößelbaugruppe auswirkt. Bei gleichbleibender Federauslegung erhöht sich der Spielraum bei der Nockenauslegung der Antriebswelle. Ferner wird die Abspringdrehzahl durch eine Gewichtsreduzierung erhöht.
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Darüber hinaus führt die wenigstens eine fensterartige Öffnung im Stößelkörper zu einer Reduzierung der Kavitationserosion im Spaltbereich zwischen dem Stößelkörper und der Gehäusewand des die Stößelbaugruppe aufnehmenden Gehäuseteils.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine fensterartige Öffnung unmittelbar angrenzend an einen Ringbund oder zumindest in der Nähe eines Ringbundes ausgebildet, welcher den nockenseitigen Stößelraum vom kolbenseitigen Stößelraum trennt. Auf diese Weise kann der Strömungsweg, welcher über den Spalt zwischen dem Stößelkörper und der Gehäusewand des die Stößelbaugruppe aufnehmenden Gehäuseteils möglichst kurz gehalten werden.
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Aus Gründen der Krafteinleitung wird weiterhin vorgeschlagen, dass die wenigstens eine fensterartige Öffnung im Hinblick auf ihre Winkellage im Bereich einer Stirnfläche der Rolle ausgebildet ist. Vorzugsweise ist im Bereich beider Rollenstirnflächen wenigstens eine fensterartige Öffnung ausgebildet, so dass wenigstens zwei fensterartige Öffnungen vorgesehen sind, die sich am Umfang des hülsenförmigen Stößelkörpers gegenüber liegen.
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Die wenigstens eine fensterartige Öffnung kann eine runde oder eckige Form besitzen. Beispielsweise kann die Öffnung rechteckig, kreisförmig oder oval ausgebildet sein. Des Weiteren können die Ecken bei einer grundsätzlich eckigen Form gerundet sein. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine fensterartige Öffnung mittels eines Laserschneidprozesses hergestellt worden ist. Mittels Laserschneiden ist die fensterartige Öffnung besonders präzise herstellbar.
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Bei einem relativ kurzen Stößelkörper kann die wenigstens eine fensterartige Öffnung bis an eine kolbenseitige Stirnfläche des hülsenförmigen Stößelkörpers geführt sein. Bei dieser Stirnfläche handelt es sich vorzugweise um die kolbenseitige Stirnfläche. Die Öffnung ist dann als umfangseitige Aussparung ausgebildet, die sich von der Stirnfläche vorzugsweise bis zum Ringbund erstreckt.
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Die zur Lösung der Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem weist wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben auf, der mittelbar über eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe an einem Nocken einer Antriebswelle abgestützt ist. Die Stößelbaugruppe ist dabei in einer Bohrung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe axial verschiebbar aufgenommen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Bohrung des Gehäuseteils wenigstens eine Längsnut, die in Überdeckung mit wenigstens einer fensterartigen Öffnung des Stößelkörpers bringbar ist. Das heißt zum Einen, dass sich die Winkellage der Längsnut und der Öffnung entsprechen, zum Anderen, dass die Länge der Längsnut derart gewählt ist, dass die Öffnung bei einer axialen Verschiebung des Stößelkörpers weiterhin im Bereich der Längsnut liegt. Vorzugsweise entspricht die Anzahl der Längsnuten der Anzahl der fensterartigen Öffnung. Alternativ kann eine Längsnut auch derart breit ausgelegt werden, dass sie in Überdeckung mit mehr als einer fensterartigen Öffnung bringbar ist. Die wenigstens eine Längsnut dient als Druckentlastungsnut durch welche der durch die fensterartige Öffnung austretende Kraftstoff besser abfließen kann. Der Querschnitt der Längsnut ist an den Strömungsquerschnitt des bzw. der zugeordneten fensterartigen Öffnungen angepasst. Die Längsnut kann beispielsweise einen runden oder eckigen, zum Beispiel einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt besitzen. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Längsnut mittels eines Laserschneidprozesses hegestellt worden ist. Der Begriff Längsnut bezeichnet eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Gehäusebohrung verlaufende Nut. Indem die wenigstens eine fensterartige Öffnung möglichst dicht am Ringbund des Stößelkörpers ausgebildet wird, kann die axiale Erstreckung der Längsnut auf ein Minimum reduziert werden.
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Die vorgeschlagene Stößelbaugruppe und die vorgeschlagene Hochdruckpumpe zeichnen sich dadurch aus, dass die Durchströmung der Stößelbaugruppe während ihrer Auf- und Abwärtsbewegung verbessert wird. Dadurch können Druckpulsationen im Niederdruckbereich verringert und zudem ein Kraftstoffaustausch bewirkt werden, der zu einer Reduzierung der Gleitlagertemperatur des Rollenlagers beiträgt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine teilweise perspektivisch dargestellte Schnittansicht einer Hochdruckpumpe im Bereich einer Stößelbaugruppe,
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2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stößelbaugruppe,
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3 einen weiteren Längsschnitt durch die Stößelbaugruppe der 2, jedoch um 90° gedreht und
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4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 ausschnittsweise im Bereich einer Stößelbaugruppe dargestellte Hochdruckpumpe umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglich geführten Pumpenkolben 11, welcher über eine Stößelbaugruppe an einem Nocken 12 einer Antriebswelle 13 abgestützt ist. Die Stößelbaugruppe bewirkt eine Umwandlung der Rotationsbewegung der Antriebswelle 13 in eine Translationsbewegung des Pumpenkolbens 11. Die Stößelbaugruppe umfasst einen hülsenförmigen Stößelkörper 1 sowie ein hierin aufgenommenes Stützelement 2, in welchem eine Rolle 3 drehbar gelagert ist. Mit der Rolle 3 liegt die Stößelbaugruppe außenumfangseitig am Nocken 12 der Antriebswelle 13 an. Eine Rückstellfeder 14 hält die Stößelbaugruppe in Anlage mit dem Nocken 12.
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Der hülsenförmige Stößelkörper 1 weist innenumfangseitig einen Ringbund 5 auf, welcher einen nockenseitigen Stößelraum 1.1 von einem kolbenseitigen Stößelraum 1.2 des Stößelkörpers 1 trennt. Der Ringbund 5 dient ferner der Abstützung des Stützelementes 2, das im nockenseitigen Stößelraum 1.1 aufgenommen ist, sowie eines Federtellers 15, der im kolbenseitigen Stößelraum 1.2 angeordnet ist. Der Federteller 15 dient der Verbindung des Pumpenkolbens 11 mit der Stößelbaugruppe. Hierzu weist der Federteller 15 eine zentrale Ausnehmung auf, durch welche der Pumpenkolben 11 derart hindurchgeführt ist, dass der Federteller 15 einen Kolbenfuß 16 des Pumpenkolbens 11 hintergreift. Auf diese Weise wird eine formschlüssige Verbindung des Pumpenkolbens 11 mit der Stößelbaugruppe erzielt. Die Stößelbaugruppe ist in einer Bohrung 8 eines Gehäuseteils 9 der Hochdruckpumpe aufgenommen, welche in Verbindung mit dem Pumpeninnenraum steht.
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Die in der 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe unterscheidet sich von der Stößelbaugruppe der Hochdruckpumpe der 1 dadurch, dass sie im Bereich der Stirnflächen 6 der Rolle 3 jeweils eine fensterartige Öffnung 4 aufweist. Die Öffnungen 4 dienen als Durchströmöffnungen, um eine Durchströmung der Stößelbaugruppe bei ihrer Auf- und Abwärtsbewegung zu ermöglichen. Ferner ist über die Öffnungen ein Kraftstoffaustausch bewirkbar, welcher zu einer Reduzierung der Gleitlagertemperatur im Bereich des Rollenlagers beiträgt.
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Die Öffnungen 4 des Stößelkörpers 1 der 2 sind umfangseitig im Bereich eines kolbenseitigen Stößelraums 1.2 angeordnet. Sie grenzen an einen Ringbund 5 an, welcher den kolbenseitigen Stößelraum 1.2 von einem nockenseitigen Stößelraum 1.1 trennt. Im nockenseitigen Stößelraum 1.1 ist ein Stützelement 2 aufgenommen, in welchem eine Rolle 3 drehbar gelagert ist. Die Öffnungen 4 weisen jeweils eine rechteckige Form auf, wobei die Ecken gerundet sind. Zur Stirnfläche 7 des Stößelkörpers 1 sind die Öffnungen 4 vorliegend beabstandet angeordnet. Im Falle eines deutlich kürzer ausgebildeten Stößelkörpers 1 können die Öffnungen 4 auch bis an die Stirnfläche 7 des Stößelkörpers herangeführt sein.
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Das im nockenseitigen Stößelraum 1.1 aufgenommene Stützelement 2 weist neben der als Gleitlager für die Rolle 3 ausgebildeten teilzylindrischen Ausnehmung 18 mehrere Durchströmbohrungen 17 auf. Wie der 3 zu entnehmen ist, sind jeweils zwei parallele Durchströmbohrungen 17 diesseits und jenseits der Rolle 3 angeordnet. Die Durchströmbohrungen 17 unterstützen die Durchströmung der Stößelbaugruppe im Betrieb der Hochdruckpumpe. 3 zeigt ferner, dass oberhalb beider Stirnflächen 6 der Rolle 3 jeweils eine fensterartige Öffnung 4 ausgebildet ist.
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Die 4 zeigt die Stößelbaugruppe der 2 und 3 in eingebautem Zustand. Vorliegend ist die Stößelbaugruppe in eine Bohrung 8 eines Gehäuseteils 9 einer Hochdruckpumpe eingesetzt. Die Bohrung 8 weist Längsnuten 10 auf, deren Lage sich mit den Öffnungen 4 des Stößelkörpers 1 überdeckt. Eine Überdeckung ist auch bei einer Auf- und Abbewegung des Stößelkörpers 1 gegeben. Die Längsnuten 10 dienen als Druckentlastungsnuten und unterstützen den Abfluss der über die Bewegung des Stößelkörpers 1 verdrängten Kraftstoffmenge. Insofern wirken die Längsnuten 10 des Gehäuseteils 9 mit den fensterartigen Öffnungen 4 des Stößelkörpers 1 zusammen. Eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe weist demzufolge bevorzugt sowohl einen Stößelkörper 1 mit fensterartigen Öffnungen 4 als auch ein Gehäuseteil 9 mit Längsnuten 10 zur Aufnahme des Stößelkörpers 1 auf.
