DE102011082729A1

DE102011082729A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem sowie Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE102011082729A1
Application number: DE102011082729A
Authority: DE
Inventors: Christian Langenbach; Marco Lamm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-21
Also published as: WO2013037545A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend wenigstens ein Pumpenelement (1.1) mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, welcher an einem Nocken (2) oder Exzenter einer Antriebswelle (3) über eine Stößelbaugruppe (4) abgestützt ist, wobei die Antriebswelle (3) in wenigstens einem Wellenlager (5, 6), das in einer Gehäusebohrung (7, 8) der Hochdruckpumpe (1) ausgebildet ist, drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle (3) zumindest teilweise von einer im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung (9) durchsetzt, von welcher im Bereich eines Wellenlagers (5, 6) wenigstens eine im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung (10) abzweigt, so dass dem Wellenlager (5, 6) über die Bohrungen (9, 10) eine Schmier- und/oder Kühlmenge zuführbar ist, die vorzugsweise von einer Fördermenge einer geregelten Vorförderpumpe (11) abgezweigt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpenanordnung umfassend eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe.
Stand der Technik
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe der vorstehend genannten Art sowie eine Pumpenanordnung mit einer solchen Hochdruckpumpe gehen beispielsweise aus der DE 41 26 640 A1 hervor. Der Hochdruckpumpe der Pumpenanordnung ist eine Vorförderpumpe vorgeschaltet, welche einen Ablauf-Strömungspfad zur Rückführung einer Überschuss-Strömungsmittelmenge zurück in einen Tank umfasst. Zur Anhebung der Belastbarkeit der Bereiche der Hochdruckpumpe, welche einer erhöhten thermischen und/oder mechanischen Belastung unterliegen, werden diese Bereiche in den Ablauf-Strömungspfad einbezogen, so dass die Überschuss-Strömungsmittelmenge diese Bereiche erfasst und effektiv kühlen kann. Die Hochdruckpumpe ist vorzugsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet und weist eine Antriebswelle mit einem Exzentertrieb zur Betätigung wenigstens eines Pumpenelementes auf. Als Bereiche, welche einer erhöhten thermischen und/oder mechanischen Belastung unterliegen, sind demnach die gehäuseseitigen Wellenlager sowie die Gleitlager des Exzentertriebs anzusehen. Um diese Bereiche zu kühlen, werden sie von der Überschuss-Strömungsmittelmenge umspült. Hierzu wird ein Fluidstrom quer durch das Gehäuse an die Antriebswelle heran und entlang der Antriebswelle im Bereich eines ersten Wellenlagers in einen den Exzentertrieb aufnehmenden Triebwerksraum der Pumpe geführt. Über ein weiteres Wellenlager und mehrere Gehäusebohrungen gelangt die Fluidmenge dann in eine Tank-Ablaufleitung.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. eine Pumpenanordnung anzugeben, bei welcher die einer erhöhten thermischen und/oder mechanischen Belastung unterliegenden Bereiche effektiv geschmiert und/oder gekühlt werden. Darüber hinaus sollen die Kraftstoffhochdruckpumpe und die Pumpenanordnung einfach aufgebaut sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, welcher an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle über eine Stößelbaugruppe abgestützt ist. Die Antriebswelle ist dabei in wenigstens einem in einer Gehäusebohrung der Hochdruckpumpe ausgebildeten Wellenlager drehbar gelagert. Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle zumindest teilweise von einer im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung durchsetzt, von welcher im Bereich eines Wellenlagers wenigstens eine im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung abzweigt, so dass dem Wellenlager über die Bohrungen eine vorzugsweise von einer Fördermenge einer geregelten Vorförderpumpe abgezweigte Schmierund/oder Kühlmenge zuführbar ist.
Über die in der Antriebswelle ausgebildeten Bohrungen kann die vorzugsweise abgezweigte Schmier- und/oder Kühlmenge gezielt den Bereichen zugeführt werden, die einer erhöhten thermischen und/oder mechanischen Belastung unterliegen. Als solche Bereiche sind im Wesentlichen die Wellenlager anzusehen. Vorzugsweise mündet die wenigstens eine im Bereich eines Wellenlagers von der im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung abzweigende und im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung in die Gehäusebohrung, in welcher das Wellenlager ausgebildet ist. Die wenigstens eine im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung erstreckt sich demnach von der im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung bis zur Außenumfangsfläche der Antriebswelle. Vorzugsweise sind mehrere solcher Bohrungen in gleichem Winkelabstand zueinander in einer Radialebene angeordnet.
Die Formulierung „eine im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung“ schließt erfindungsgemäß auch solche Bohrungen mit ein, die schräg zu einer Radialebene in Bezug auf die Längsachse der Antriebswelle verlaufen. Wesentlich ist, dass die Bohrung eine Verbindung der im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung mit der Gehäusebohrung herstellt, in welcher die Antriebswelle aufgenommen ist. Das heißt, dass die Bohrung einen nach radial außen gerichteten Verlauf aufweisen muss.
Zur Ausbildung eines ersten Wellenlagers ist vorzugsweise eine erste Gehäusebohrung in einem ersten Gehäuseteil, beispielsweise einem Grundgehäuse, und zur Ausbildung eines zweiten Wellenlagers eine zweite Gehäusebohrung in einem zweiten Gehäuseteil, beispielsweise einem Flanschbauteil, ausgebildet. Um zu verhindern, dass beispielsweise im Wege der Leckage von Außen nach Innen Motoröl in den motorseitigen Lagerbereich eindringt, ist in die entsprechende Gehäusebohrung wenigstens ein Wellendichtring eingesetzt.
Die im Wesentlichen axial verlaufende Bohrung ist bevorzugt als Sacklochbohrung ausgebildet. Denn über die wenigstens eine von der im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung abzweigende und im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung ist ein Schmier- bzw. Kühlmittelkreis sichergestellt. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die im Wesentlichen axial verlaufende Bohrung mittig bezogen auf die Längsachse A der Antriebswelle angeordnet ist.
Weiterhin bevorzugt mündet die abzweigende, im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung mittig in Bezug auf das Wellenlager in die Gehäusebohrung. Vom Mündungsbereich der Bohrung kann sich dann das Schmier- und/oder Kühlmittel gleichmäßig in beide Richtung entlang des Außenumfangs der Antriebswelle verteilen. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Schmierfilm im Lagerbereich aufgebaut.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Ausbildung des Wellenlagers ein Lagerring in die Gehäusebohrung eingesetzt. Dieser kann beispielsweise aus einem Gleitlagermaterial hergestellt sein oder eine Beschichtung aus einem solchen Gleitlagermaterial umfassen. Das die Gehäusebohrung aufweisende Gehäuseteil kann demgegenüber aus einem kostengünstigeren Werkstoff gefertigt sein. Im Falle eines in die Gehäusebohrung eingesetzten Lagerringes, ist die im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung vorzugsweise mittig in Bezug auf die axiale Erstreckung des Lagerrings angeordnet.
Vorteilhafterweise ist die Gehäusebohrung zur Ausbildung eines Wellenlagers über wenigstens eine weitere Bohrung an einen Rücklauf und/oder an einen Triebwerksraum der Hochdruckpumpe angeschlossen. Auf diese Weise wird verbrauchtes Schmier- und/oder Kühlmittel abgeführt, so dass neues Schmierund/oder Kühlmittel nachströmen kann. Die Ableitung der über die Lager abströmenden Schmier- und/oder Kühlmenge in den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe weist den Vorteil auf, dass die Schmier- und/oder Kühlmenge auch zur Schmierung und/oder Kühlung eines im Triebwerkraum aufgenommenen Nocken- oder Exzentertriebes herangezogen werden kann, bevor sie zurück in einen Tank geführt wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein vorzugsweise mit dem Triebwerksraum in hydraulischer Verbindung stehender Druckdämpfer, beispielsweise in Form eines Überströmventils, vorgesehen ist. Der Druckdämpfer kann beispielsweise in einem den Triebwerksraum begrenzenden Gehäuseteil angeordnet sein. Zur Ableitung einer Überströmmenge ist der Druckdämpfer weiterhin bevorzugt an eine Rücklaufleitung angeschlossen. Der Druckdämpfer schwächt Druckspitzen ab und wirkt somit der Ausbildung von Druckpulsationen entgegen.
Die ferner zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe sowie eine geregelte Vorförderpumpe, vorzugsweise eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe, mittels welcher der Hochdruckpumpe Kraftstoff aus einem Vorratstank zuführbar ist. Die Vorförderpumpe und die Hochdruckpumpe stehen dabei über eine sich verzweigende Kraftstoffleitung in Verbindung, so dass ein erster Teil der Fördermenge der Vorförderpumpe dem Pumpenelement der Hochdruckpumpe zur Hochdruckförderung und ein zweiter Teil der Fördermenge der Vorförderpumpe den Bohrungen der Antriebswelle zur Schmierung und/oder Kühlung wenigstens eines Wellenlagers der Hochdruckpumpe zuführbar ist.
Der Einsatz einer geregelten Vorförderpumpe, insbesondere einer geregelten Elektrokraftstoffpumpe, weist den Vorteil auf, dass die Vorförderpumpe zur Fördermengenregelung einsetzbar ist. Die Aufnahme einer separaten Zumesseinheit oder eines gesteuerten Saugventils in die Pumpenanordnung ist demnach nicht erforderlich. Dadurch wird der Aufbau der Pumpenanordnung vereinfacht. Zugleich kann bei entsprechender Regelung der Vorförderpumpe sichergestellt werden, dass immer eine ausreichende Mindestkraftstoffmenge zur Schmierung und/oder Kühlung der Hochdruckpumpe vorhanden ist. Die Gesamtfördermenge der Vorförderpumpe wird hierzu in eine Fördermenge und eine Schmier- bzw. Kühlmenge geteilt. Die Teilung der Fördermenge erfolgt über die sich verzweigende Kraftstoffleitung.
Vorteilhafterweise ist die Vorförderpumpe an der Hochdruckpumpe montiert. In diesem Fall ist die sich verzweigende Kraftstoffleitung in einem Gehäuseteil der Vorförderpumpe und/oder der Hochdruckpumpe ausgebildet. Alternativ kann die Vorförderpumpe auch über eine Schlauchleitung mit der Hochdruckpumpe verbunden sein, wobei sich dann vorzugsweise die Schlauchleitung verzweigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung umfasst eine Hochdruckpumpe 1, der eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe 11 vorgeschaltet ist. Die Hochdruckpumpe 1 und die Vorförderpumpe 11 sind über eine Kraftstoffleitung 17 hydraulisch verbunden. Die Kraftstoffleitung 17 verzweigt sich vor der Hochdruckpumpe 1, so dass ein erster Teil der Fördermenge der Vorförderpumpe 11 über die Leitung 17.1 einem Pumpenelement 1.1 der Hochdruckpumpe 1 und ein zweiter Teil der Fördermenge der Vorförderpumpe 11 über die Leitung 17.2 der Hochdruckpumpe 1 als Schmier- und/oder Kühlmenge zugeführt werden kann.
Die Hochdruckpumpe 1 umfasst ein aus wenigstens zwei Gehäuseteilen zusammengesetztes Gehäuse, wobei ein erstes Gehäuseteil 19 ein Grundgehäuse und ein zweites Gehäuseteil 20 ein Flanschbauteil ist. Beide Gehäuseteile 19, 20 weisen eine Gehäusebohrung 7, 8 auf, welche der Ausbildung von Wellenlagern 5, 6 dienen. Hierzu ist in die Gehäusebohrungen 7, 8 jeweils ein Lagerring 12 eingesetzt. In den Lagerringen 12 ist eine Antriebswelle 3 der Hochdruckpumpe 1 drehbar gelagert. Zwischen den beiden Wellenlagern bildet die Antriebswelle 3 einen Nocken 2 aus, an dessen Außenumfangsfläche eine Stößelbaugruppe 4 des Pumpenelementes 1.1 abgestützt ist. Die Drehbewegung der Antriebswelle 3 wird über die am Nocken 2 anliegende Stößelbaugruppe 4 in eine Hubbewegung eines mit der Stößelbaugruppe 4 verbundenen Pumpenkolbens (nicht dargestellt) des Pumpenelementes 1.1 übertragen. Der aus dem Nocken 2 und der Stößelbaugruppe 4 bestehende Nockentrieb ist in einem Triebwerksraum 16 aufgenommen, welcher im Gehäuseteil 19 ausgebildet ist.
Zur Schmierung und/oder Kühlung thermisch und/oder mechanisch hoch belasteter Bereiche weist die in der Hochdruckpumpe 1 aufgenommene Antriebswelle 3 der dargestellten erfindungsgemäßen Pumpenanordnung eine als Sacklochbohrung ausgeführte zentrale Axialbohrung 9 auf, von welcher jeweils auf Höhe der beiden Wellenlager 5, 6 mehrere, in einer Radialebene und in gleichem Winkelabstand zueinander liegende Radialbohrungen 10 abzweigen. Die Radialbohrungen 10 münden jeweils im Bereich der Lagermitten in die Gehäusebohrungen 7, 8, in welchen die Wellenlager 5, 6 ausgebildet sind. Die als Sacklochbohrung ausgebildete Axialbohrung 9 ist wiederum an die Leitung 17.2 angeschlossen und wird hierüber mit einer von der Fördermenge der Vorförderpumpe 11 abgezweigte Schmier- und/oder Kühlmenge versorgt. Auf diese Weise ist eine optimale Versorgung der Lager mit kühlem Schmier- und/oder Kühlmittel sichergestellt. Zugleich wird ein maximal zur Verfügung stehender Druck zum Aufbau eines Schmierfilms gewährleistet.
Über die Wellenlager 5, 6 wird die über die Bohrungen 9, 10 zugeführte Schmierund/oder Kühlmenge einerseits in den Triebwerksraum 16 abgeführt, so dass die abgeführte Schmier- und/oder Kühlmenge zugleich der Schmierung und/oder Kühlung des im Triebwerksraum 16 aufgenommenen Nockentriebs herangezogen werden kann. Um aus der Bewegung des Nockentriebs resultierende Druckpulsationen auszugleichen, ist in das Gehäuseteil 19 ein Druckdämpfer 18 in Form eines Überströmventils integriert. Eine andererseits in die Gehäusebohrungen 7, 8 abgeführte Schmier- und/oder Kühlmenge wird über Bohrungen 13, 14 einem Rücklauf 15 oder wiederum dem Triebwerksraum 16 zugeführt. Durch die Anbindung der Gehäusebohrung 7 an einen Rücklauf 15 wird die Belastung eines die Gehäusebohrung 7 nach Außen abdichtenden Wellendichtring 21 gering gehalten.
Eine hydraulische Verbindung der Bohrungen 9, 10 innerhalb der Antriebswelle mit dem Triebwerksraum 16 besteht nur über die Wellenlager 5, 6. Dies kommt einer hydraulischen Abkopplung gleich, welche verhindert, dass sich im Triebwerksraum 16 ausbildende Druckpulsationen auf andere Bereiche ausdehnen bzw. übertragen werden. Insbesondere besteht keine Gefahr der Beeinflussung des Saugventils des Pumpenelementes 1.1 der Hochdruckpumpe 1, so dass ein ungewolltes Öffnen des Saugventils wirksam verhindert wird. Die dargestellte erfindungsgemäße Pumpenanordnung weist somit eine gute Nullförderfähigkeit auch bei hohen Drehzahlen auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4126640 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend wenigstens ein Pumpenelement (1.1) mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, welcher an einem Nocken (2) oder Exzenter einer Antriebswelle (3) über eine Stößelbaugruppe (4) abgestützt ist, wobei die Antriebswelle (3) in wenigstens einem Wellenlager (5, 6), das in einer Gehäusebohrung (7, 8) der Hochdruckpumpe (1) ausgebildet ist, drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) zumindest teilweise von einer im Wesentlichen axial verlaufenden Bohrung (9) durchsetzt ist, von welcher im Bereich eines Wellenlagers (5, 6) wenigstens eine im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung (10) abzweigt, so dass dem Wellenlager (5, 6) über die Bohrungen (9, 10) eine vorzugsweise von einer Fördermenge einer geregelten Vorförderpumpe (11) abgezweigte Schmier- und/oder Kühlmenge zuführbar ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen axial verlaufende Bohrung (9) als Sacklochbohrung ausgebildet und/oder mittig bezogen auf die Längsachse (A) der Antriebswelle (3) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abzweigende, im Wesentlichen radial verlaufende Bohrung (10) mittig in Bezug auf das Wellenlager (5, 6) in die Gehäusebohrung (7, 8) mündet.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Wellenlagers (5, 6) ein Lagerring (12) in die Gehäusebohrung (7, 8) eingesetzt ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung (7, 8) über eine wenigstens weitere Bohrung (13, 14) an einen Rücklauf (15) und/oder an einen Triebwerksraum (16) der Hochdruckpumpe (1) angeschlossen ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckdämpfer (18), beispielsweise in Form eines Überströmventils, vorgesehen ist, der vorzugsweise mit dem Triebwerksraum (16) in hydraulischer Verbindung steht.
Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem umfassend eine Kraftstoffhochdruckpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine geregelte Vorförderpumpe (11), vorzugsweise eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe, mittels welcher der Hochdruckpumpe (1) Kraftstoff aus einem Vorratstank zuführbar ist, wobei die Vorförderpumpe (11) und die Hochdruckpumpe (1) über eine sich verzweigende Kraftstoffleitung (17) in Verbindung stehen, so dass ein erster Teil der Fördermenge der Vorförderpumpe (11) dem Pumpenelement (1.1) der Hochdruckpumpe (1) zur Hochdruckförderung und ein zweiter Teil der Fördermenge der Vorförderpumpe (11) den Bohrungen (9, 10) der Antriebswelle (3) zur Schmierung und/oder Kühlung wenigstens eines Wellenlagers (5, 6) der Hochdruckpumpe (1) zuführbar ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (11) an der Hochdruckpumpe (1) montiert ist und die sich verzweigende Kraftstoffleitung (17) in einem Gehäuseteil der Vorförderpumpe (11) und/oder der Hochdruckpumpe (1) ausgebildet ist.