DE102012219537A1

DE102012219537A1 - High-pressure fuel pump with a bearing supply via lubrication holes in a drive shaft

Info

Publication number: DE102012219537A1
Application number: DE201210219537
Authority: DE
Inventors: Sylvain Besancon; Marco Lamm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-30
Also published as: WO2014063890A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (1), in dem in einem kraftstoffbefüllten Triebwerksraum (2) eine Antriebswelle (3) und mindestens ein mit der Antriebswelle (3) zusammenwirkender Pumpenkolben (4) angeordnet sind, wobei der Pumpenkolben (4) an einem Nocken (5) der Antriebswelle (3) über eine Stößelbaugruppe (6) abgestützt ist, wobei ferner die Antriebswelle (3) über mindestens einem in einer Gehäusebohrung (7, 8) ausgebildeten Wellenlager (9, 10) drehbar gelagert ist und an einer Stirnfläche der Antriebswelle (3) eine mittig bezogen auf eine Längsachse (11) der Antriebswelle (3) angeordnete Aussparung (12a) zum Durchfluss des Kraftstoffs ausgebildet ist, und an der Stirnfläche der Antriebswelle (3) oder an einer von der Antriebswelle (3) wegzeigenden Stirnfläche einer der Antriebswelle (3) vorgelagerten Scheibe (13) eine Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur (14) ausgebildet ist.The invention relates to a high-pressure fuel pump for a fuel injection system, in particular for a common-rail injection system of an internal combustion engine, comprising a drive housing (3) and at least one drive shaft (3) in a fuel-filled engine compartment (2). cooperating pump piston (4) are arranged, wherein the pump piston (4) on a cam (5) of the drive shaft (3) via a plunger assembly (6) is supported, further wherein the drive shaft (3) via at least one in a housing bore (7, 8) formed shaft bearing (9, 10) is rotatably mounted and on an end face of the drive shaft (3) has a centrally with respect to a longitudinal axis (11) of the drive shaft (3) arranged recess (12 a) is formed for flow of the fuel, and at the End face of the drive shaft (3) or on one of the drive shaft (3) pointing away face of the drive shaft (3) upstream disc (13) a Elevations and depressions comprehensive surface structure (14) is formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, in dem in einem kraftstoffbefüllten Triebwerksraum eine Antriebswelle und mindestens ein mit der Antriebswelle zusammenwirkender Pumpenkolben angeordnet sind, wobei der Pumpenkolben an einem Nocken der Antriebswelle über eine Stößelbaugruppe abgestützt ist, wobei ferner die Antriebswelle über mindestens einem in einer Gehäusebohrung ausgebildeten Wellenlager drehbar gelagert ist und an einer Stirnfläche der Antriebswelle eine mittig bezogen auf eine Längsachse der Antriebswelle angeordnete Aussparung zum Durchfluss des Kraftstoffs ausgebildet ist.The present invention relates to a high-pressure fuel pump for a fuel injection system, in particular for a common rail injection system of an internal combustion engine, having a pump housing in which in a fuel-filled engine compartment, a drive shaft and at least one cooperating with the drive shaft pump piston are arranged, wherein the pump piston on a cam the drive shaft is supported via a plunger assembly, wherein furthermore the drive shaft is rotatably supported via at least one shaft bearing formed in a housing bore and formed on a front face of the drive shaft is a recess centrally arranged on a longitudinal axis of the drive shaft for flow of the fuel.

Stand der Technik State of the art

Aus dem allgemein bekannten Stand der Technik sind Common-Rail-Pumpen mit mengen- und druckgeregelten Niederdruckkreisläufen, die druckgeschmierte Lager aufweisen, bekannt. Bekannt sind ebenso Common-Rail-Pumpen mit einer sogenannten Sumpfschmierung der Lagerstellen. Hierbei wird lediglich der Bereich vor und nach den Lagerstellen hydraulisch miteinander verbunden, ohne dass eine gezielte Durchströmung der Lager erfolgt, bzw. eine Lagerdurchflussmenge abgeführt wird. From the well-known prior art common rail pumps with volume and pressure-controlled low-pressure circuits, the pressure-lubricated bearings have known. Also known are common rail pumps with a so-called sump lubrication of bearings. Here, only the area before and after the bearings is hydraulically connected to each other, without a targeted flow through the bearings, or a bearing flow rate is removed.

Bei Konzepten mit druckgeschmierten Lagerstellen muss ein Druckunterschied vor und nach dem Lager vorhanden sein. Der Lagerwerkstoff sollte ausreichend robust z.B. gegen Flow-Erosion sein. Weiterhin muss die Durchströmmenge, die je nach Lagerspiel und Viskosität des Kraftstoffs sehr unterschiedlich sein kann, bei der Festlegung der Niederdruckmengenbilanz seitens der Vorförderpumpe vorgehalten werden. For concepts with pressure-lubricated bearings, there must be a pressure difference before and after the bearing. The bearing material should be sufficiently robust e.g. be against flow erosion. Furthermore, the flow rate, which can be very different depending on the bearing clearance and viscosity of the fuel, must be kept in the determination of the low pressure quantity balance by the prefeed pump.

Bei sumpfgeschmierten Lagerstellen erfolgt keine gezielte Durchströmung der Lager. Die in den Lagern aufgrund der Reibleistung entstehende Wärme kann nur bedingt abgeführt werden. Sumpfgeschmierte Lager sind daher deutlich weniger belastbar als druckgeschmierte Lager. In swamp-lubricated bearings there is no targeted flow through the bearings. The heat generated in the warehouses due to the frictional loss can only be dissipated to a limited extent. Sump-lubricated bearings are therefore much less resilient than pressure-lubricated bearings.

Eine Kraftstoffhochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der DE 41 26 640 A1 hervor. Der Kraftstoffhochdruckpumpe ist eine Vorförderpumpe vorgeschaltet, welche einen Ablaufströmungspfad zur Rückführung einer Überschuss-Strömungsmittelmenge zurück in einen Tank umfasst. Zur Anhebung der Belastbarkeit der Bereiche der Kraftstoffhochdruckpumpe, 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. A high-pressure fuel pump of the type mentioned above, for example, from the DE 41 26 640 A1 out. The high-pressure fuel pump is preceded by a prefeed pump, which comprises a discharge flow path for returning an excess amount of fluid back into a tank. To increase the load capacity of the areas of the high-pressure fuel pump, which are subject to increased thermal and / or mechanical stress, these areas are included in the drainage flow path, so that the excess fluid quantity can detect these areas and effectively cool.

Die Kraftstoffhochdruckpumpe ist vorzugsweise als Radialkolbenpumpe ausgebildet und weist eine Antriebswelle mit einem Exzenterbetrieb zur Betätigung mindestens eines Pumpenelementes auf. Als Bereiche, die einer überhöhten thermischen und/oder mechanischen Belastung unterliegen, sind die gehäuseseitigen Wellenlager sowie die Gleitlager des Exzentertriebs anzusehen. Um diese Bereiche zu schmieren und 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 in eine Tank-Ablaufleitung. The high-pressure fuel pump is preferably designed as a radial piston pump and has a drive shaft with an eccentric operation for actuating at least one pump element. As areas that are subject to excessive thermal and / or mechanical stress, the housing-side shaft bearing and the plain bearings of the eccentric are to be regarded. To lubricate and cool these areas, they are lapped by the excess amount of fluid. For this purpose, a fluid flow is led transversely through the housing to the drive shaft and along the drive shaft in the region of a first shaft bearing into an eccentric drive receiving engine room of the pump. About another shaft bearing and a plurality of housing bores, the amount of fluid enters a tank drain line.

Des Weiteren ist aus der DE 102 40 310 A1 ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Niederdruckbereich, einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einem Hochdruckbereich bekannt. Die Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst unter anderem einen Antriebsraum und eine Schmiermittel-Versorgungseinrichtung zur Versorgung beweglicher Teile mit Kraftstoff als Schmiermittel, wobei durch die Schmiermittel-Versorgungseinrichtung der Antriebsraum mit einem Druck beaufschlagt werden kann, der höher ist als der Druck im Niederdruckbereich. In einer Antriebswelle ist ein von einer axialen Endfläche ausgehender und bis zu einem Exzenterabschnitt in Längsrichtung in der Antriebswelle verlaufender Kanal vorhanden. Dieser Kanal mündet über zur Längsachse der Antriebswelle radial verlaufende Stichkanäle in die Mantelfläche der Antriebswelle, und zwar zum einen in einem Bereich des Lagers und zum anderen in einem Bereich des Exzenterabschnitts. Über den Kanal wir eine Schmierung der Lagerstellen auf der Mantelfläche der Antriebswelle gewährleistet.Furthermore, from the DE 102 40 310 A1 a fuel system for an internal combustion engine, with a low-pressure region, a high-pressure fuel pump and a high-pressure region known. The high-pressure fuel pump comprises, inter alia, a drive chamber and a lubricant supply device for supplying movable parts with fuel as lubricant, wherein the lubricant supply device can pressurize the drive chamber with a pressure which is higher than the pressure in the low-pressure region. In a drive shaft extending from an axial end surface and up to an eccentric longitudinally extending in the drive shaft channel is present. This channel opens via the longitudinal axis of the drive shaft radially extending branch channels in the lateral surface of the drive shaft, on the one hand in a region of the bearing and on the other in a region of the eccentric. Through the channel we ensure a lubrication of bearings on the lateral surface of the drive shaft.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Ausgehend von dem vorgehend genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine automatische Generierung einer bedarfsgerechten, internen Lagerdurchflussmenge aufzuzeigen, die automatisch über die jeweilige Drehzahl der Antriebswelle einstellbar ist.Based on the above-mentioned prior art, it is the object of the present invention to show an automatic generation of a needs-based, internal storage flow rate that is automatically adjustable via the respective speed of the drive shaft.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor. The object is achieved on the basis of a high-pressure fuel pump according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. Advantageous developments of the invention will become apparent from the following dependent claims.

Erfindungsgemäß ist an der Stirnfläche der Antriebswelle oder an einer von der Antriebswelle wegzeigenden Stirnfläche einer der Antriebswelle vorgelagerten Scheibe eine Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur ausgebildet. Diese Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur generiert bei Rotation der Antriebswelle eine Zentripetalkraft, die den Kraftstoff von einem Außenumfang der Antriebswelle zu einem Mittelpunkt der Antriebswelle befördert. According to the invention, a surface structure comprising elevations and depressions is formed on the end face of the drive shaft or on an end face of the drive shaft upstream of the drive shaft. This elevations and depressions comprising surface structure generated upon rotation of the drive shaft, a centripetal force, which conveys the fuel from an outer periphery of the drive shaft to a center of the drive shaft.

Vorzugsweise weist die Scheibe eine mittig bezogen auf die Längsachse der Antriebswelle angeordnete Aussparung zum Durchfluss des Kraftstoffs auf. Die Aussparung in der Scheibe ermöglicht somit eine fluidtechnische Verbindung zu der Aussparung in der Antriebswelle. Der aus dem Triebwerksraum stammende Kraftstoff wird über die Lagerstellen entlang der Erhebungen und Vertiefungen umfassenden Oberflächenstruktur der Scheibe in die Aussparung gesogen. Preferably, the disc has a centrally arranged with respect to the longitudinal axis of the drive shaft recess for flow of the fuel. The recess in the disc thus enables a fluidic connection to the recess in the drive shaft. The fuel originating from the engine room is sucked into the recess via the bearing points along the elevations and depressions comprising the surface structure of the disk.

Des Weiteren bevorzugt ist, dass die Stirnfläche der Scheibe mit der Stirnfläche der Antriebswelle bezüglich radialer Abmessungen übereinstimmt. Dadurch lässt sich die Scheibe passgenau an die Stirnfläche der Antriebswelle anbringen. Dies bietet den Vorteil, dass die Stirnfläche der Antriebswelle bezüglich einer zentripetalkrafterzeugenden Strukturierung unbearbeitet bleiben kann. Ferner kann die Scheibe bei fortgeschrittenen Verschleißerscheinungen vorteilhafterweise ausgetauscht werden, sodass ein Austausch der gesamten Antriebswelle entfällt.Furthermore, it is preferred that the end face of the disc coincides with the end face of the drive shaft with respect to radial dimensions. As a result, the disc can fit accurately to the end face of the drive shaft. This offers the advantage that the end face of the drive shaft can remain unprocessed with respect to a centripetal force-generating structuring. Furthermore, the disc can be advantageously replaced in case of advanced signs of wear, so that an exchange of the entire drive shaft is eliminated.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Scheibe formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Stirnfläche der Antriebswelle verbunden ist. So ist es beispielsweise möglich die Scheibe im Rahmen einer formschlüssigen Verbindung mit der Antriebswelle insbesondere über einer Passfeder zu gestalten. Eine kraftschlüssige Verbindung über Schrauben oder eine stoffschlüssige Verbindung über Kleben ist ebenfalls möglich. Für besonders hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten ist es ebenfalls denkbar die Scheibe aus einer Kombination verschiedener Verbindungstechniken an die Stirnfläche der Antriebswelle anzubringen.One advantage of the solution according to the invention is that the disk is positively, non-positively and / or materially connected to the end face of the drive shaft. Thus, it is possible, for example, to make the disc in the context of a positive connection with the drive shaft in particular via a feather key. A frictional connection via screws or a material connection via gluing is also possible. For particularly high rotational speeds, it is also conceivable to attach the disc of a combination of different joining techniques to the end face of the drive shaft.

Vorteilhafter Weise ist die Scheibe aus einem polymeren oder metallischen Werkstoff ausgebildet. Die Ausbildung der Scheibe aus einem Polymer hat den Vorteil, dass die Scheibe aufgrund der geringen Dichte des Werkstoffes eine geringe Masse aufweist. Metallische Werkstoffe hingegen weisen zwar eine höhere Dichte und somit auch eine höhere Masse auf, sind demgegenüber aber verschleißbeständiger. Ein guter Kompromiss zwischen einer hohen Verschleißbeständigkeit und einer geringen Masse der Scheibe, könnte darin bestehen, metallische Werkstoffe aus dem Bereich der Leichtmetalle zu verwenden. Ferner ist es auch denkbar, die Oberfläche zu beschichten, um die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.Advantageously, the disc is formed of a polymeric or metallic material. The formation of the disc from a polymer has the advantage that the disc has a low mass due to the low density of the material. In contrast, metallic materials have a higher density and thus a higher mass, but are more resistant to wear on the other hand. A good compromise between a high wear resistance and a low mass of the disc could be to use metallic materials in the field of light metals. Furthermore, it is also conceivable to coat the surface in order to increase the wear resistance.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Scheibe über ein Druckgussverfahren oder ein Sinterverfahren herstellbar ist. Das Druckgussverfahren ist von einer hohen Automatisierbarkeit und einer geringen Fertigungsdauer geprägt, insbesondere das Druckgießen von Kunststoffen. Das Sintern von metallischen Werkstoffen hingegen, erlaubt eine individuell einstellbare chemische Zusammensetzung der Scheibe. Ferner kann die Porosität und somit auch die Masse und Oberflächenbeschaffenheit der Scheibe eingestellt werden.The invention includes the technical teaching that the disc can be produced by means of a die-casting method or a sintering method. The die casting process is characterized by a high level of automation and a short production time, in particular the die casting of plastics. The sintering of metallic materials, however, allows an individually adjustable chemical composition of the disc. Furthermore, the porosity and thus also the mass and surface finish of the disc can be adjusted.

Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur an der Stirnfläche der Antriebswelle über ein Near-Net-Shape Verfahren im Schmiederohling der Antriebswelle einbringbar ist. Eine direkte Einbringung der Oberflächenstruktur in die Stirnfläche der Antriebswelle ermöglicht eine Einsparung der Scheibe. Durch den Einsatz eines Near-Net-Shape Verfahren wird nicht nur Material aufgrund der endkonturnahen Fertigung eingespart, sondern vielmehr auch Prozessschritte und Zeit, da eine aufwendige Nachbearbeitung entfällt.According to a further improvement of the invention measure is proposed that the elevations and depressions comprehensive surface structure on the end face of the drive shaft via a near net shape method in forging blank of the drive shaft can be introduced. A direct introduction of the surface structure in the end face of the drive shaft allows a saving of the disc. The use of a near-net-shape process saves not only material due to near-net-shape production, but also process steps and time, since no elaborate post-processing is required.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Erhebungen und Vertiefungen umfassenden Oberflächenstruktur Schaufelblätter ausgebildet. Die Schaufelblätter sind idealer Weise derart geschwungen, dass die Umlaufbahn der Strömung optimiert wird. Es ist aber auch denkbar die Schaufelblätter linear vom Mittelpunkt der Antriebswelle nach außen auszubilden.According to a preferred embodiment, in the elevations and depressions comprehensive surface structure of the airfoils are formed. The blades are ideally curved in such a way that the orbit of the flow is optimized. However, it is also conceivable to form the blades linearly from the center of the drive shaft to the outside.

Vorzugsweise ist die Aussparung an der Antriebswelle über mindestens eine radial von der Aussparung wegführenden Schmierbohrung fluidtechnisch mit dem Triebwerksraum verbunden. Die mindestens eine Schmierbohrung realisiert einen Abfluss des Kraftstoffs aus der Aussparung in den Triebwerksraum. Über die Drehzahl der Antriebswelle und dem jeweiligen Abstand zur Längsachse der Antriebswelle variiert die Geschwindigkeit des Kraftstoffs in der mindestens einen Schmierbohrung. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs durch die Lagerstellen ist von der an der Erhebungen und Vertiefungen umfassenden Oberflächenstruktur wirkenden Zentripetalkraft geprägt. Ferner wirkt in der mindestens einen Schmierbohrung eine Zentrifugalkraft auf den Kraftstoff. Über die beiden Kräfte wird ein lokales Druckdelta zwischen dem Triebwerksraum und der Aussparung generiert, und somit ein Kraftstofffluss durch die Lagerstellen realisiert.Preferably, the recess on the drive shaft via at least one radially away from the recess leading away lubrication hole fluidly connected to the engine room. The at least one lubrication hole realizes an outflow of the fuel from the recess into the engine compartment. About the speed of the drive shaft and the respective distance to the longitudinal axis of the drive shaft varies the speed of the fuel in the at least one lubrication hole. The flow velocity of the fuel through the bearing points is characterized by the centripetal force acting on the elevations and depressions. Furthermore, a centrifugal force acts on the fuel in the at least one lubrication hole. By means of the two forces, a local pressure delta is generated between the engine compartment and the recess, thus realizing a fuel flow through the bearing points.

Des Weiteren bevorzugt ist zwischen der Antriebswelle und dem mindestens einen Wellenlager ein Lagerspiel zum Durchfluss des Kraftstoffs vorhanden. Somit wird ein Durchfluss des Kraftstoffs aus dem Triebwerksraum über das Lagerspiel zwischen Antriebswelle und Wellenlager, entlang der Stirnfläche der Antriebswelle, in die Aussparung der Antriebswelle gewährleistet. Durch die mindestens eine Schmierbohrung gelangt der Kraftstoff aus der Aussparung in den Triebwerksraum zurück. Furthermore, a bearing clearance for the passage of the fuel is preferably present between the drive shaft and the at least one shaft bearing. Thus, a flow of fuel from the engine compartment over the bearing clearance between the drive shaft and shaft bearing, along the end face of the drive shaft, is ensured in the recess of the drive shaft. Due to the at least one lubrication hole, the fuel returns from the recess in the engine room.

Die Drehzahl der Antriebswelle reguliert unter anderem die Durchflussgeschwindigkeit des Kraftstoffs durch die mindestens eine Schmierbohrung, wobei mit zunehmender Drehzahl der Antriebswelle die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft ansteigen, wodurch die Durchflussgeschwindigkeit des Kraftstoffs ebenfalls ansteigt. Da es sich um einen internen Kreislauf entlang der Mantelfläche der Antriebswelle durch die Lagerstellen handelt, wird den Lagerstellen mit zunehmender Drehzahl automatisch mehr Schmier- und Kühlmittel zugeführt. Among other things, the speed of the drive shaft regulates the flow rate of the fuel through the at least one lubrication hole, and as the speed of the drive shaft increases, the centripetal force and the centrifugal force increase, thereby also increasing the flow rate of the fuel. Since it is an internal circuit along the lateral surface of the drive shaft through the bearing points, the bearing points automatically more lubricant and coolant supplied with increasing speed.

Die automatische Regulierung der Schmier- und Kühlmittelzufuhr ist sinnvoll, da sich beispielsweise die Reibleistung von Gleitlagerstellen bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl wieder erhöht und somit auch die Wärmebildung im Lager ansteigt. Das Gleitlager erfährt dadurch bei hoher Drehzahl und einen daraus resultierenden zunehmenden Druckunterschied zwischen Triebwerksraum und Aussparung einen erhöhten Kraftstoffdurchfluss. Der Kraftstoffdurchfluss kann durch eine entsprechende Auslegung von Lagerdurchmesser, Lagerlänge und Lagerspiel gezielt optimiert werden.The automatic regulation of the lubricant and coolant supply makes sense, since, for example, the friction of sliding bearing points increases again when a certain speed is exceeded and thus also the heat generation in the bearing increases. The sliding bearing experiences thereby at high speed and a resulting increasing pressure difference between the engine compartment and recess increased fuel flow. The fuel flow can be optimized by a suitable design of bearing diameter, bearing length and bearing clearance.

Ausführungsbeispieleembodiments

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. Show it:

1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein ausschnittsweise dargestelltes Pumpengehäuse einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe mit ein an einer Antriebswelle angeordneten Scheibe, 1 FIG. 2 a schematic sectional view through a pump housing of a high-pressure fuel pump according to the invention with a disk arranged on a drive shaft, FIG.

2 eine schematische Schnittdarstellung durch das ausschnittsweise dargestellte Pumpengehäuse der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer eine strukturierte Stirnfläche aufweisende Antriebswelle, 2 2 shows a schematic sectional view through the pump housing of the high-pressure fuel pump according to the invention with a drive shaft which has a structured end face,

3 eine schematische Schnittdarstellung durch die ausschnittsweise dargestellte Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur der Stirnfläche nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und 3 a schematic sectional view through the partial elevations and depressions comprehensive surface structure of the end face according to a preferred embodiment, and

4 eine schematische Schnittdarstellung durch die Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur der Stirnfläche nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel. 4 a schematic sectional view through the elevations and depressions comprehensive surface structure of the end face according to a further preferred embodiment.

Die Kraftstoffhochdruckpumpe fördert aus einem Niederdrucksystem zugeführten Kraftstoff, in einen Hochdruckspeicher, aus dem der Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine mit Dieselkraftstoff betriebene selbstzündende Brennkraftmaschine.The high-pressure fuel pump delivers fuel supplied from a low-pressure system into a high-pressure accumulator, from which the fuel is taken from fuel injectors for injection into combustion chambers of an internal combustion engine. The internal combustion engine is preferably a self-igniting internal combustion engine operated with diesel fuel.

Gemäß 1 weist die Kraftstoffhochdruckpumpe ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem ein Triebwerksraum 2 ausgebildet ist. Dem Triebwerkraum 2 wird der Kraftstoff von dem Niederdrucksystem zugeführt. In dem Pumpengehäuse 1 ist eine Antriebswelle 3 drehbar gelagert, die in den Triebwerksraum 2 hineinragt und über eine an einem Nocken 5 der Antriebswelle 3 sich abstützende Stößelbaugruppe 6 mit einem Pumpenkolben 4 zusammenwirkt. Der Pumpenkolben 4 fördert den in einem Pumpenarbeitsraum eingebrachten Kraftstoff in den Hochdruckspeicher, dem sogenannten Common-Rail. Der im Pumpenarbeitsraum eingebrachte Kraftstoff wird von einer – hier nicht dargestellten – Zumesseinheit zugemessen, die ebenfalls in das Pumpengehäuse 1 eingebaut ist und mit dem Triebwerksraum 2 verbunden ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass in den Triebwerksraum 2 beispielsweise eine konstante Menge an Kraftstoff eingebracht wird und die Zumesseinheit in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Kraftstoffmengen in den Pumpenarbeitsraum einleitet.According to 1 the high-pressure fuel pump has a pump housing 1 in which an engine room 2 is trained. The engine room 2 the fuel is supplied from the low pressure system. In the pump housing 1 is a drive shaft 3 rotatably mounted in the engine room 2 protrudes and one on a cam 5 the drive shaft 3 supporting ram assembly 6 with a pump piston 4 interacts. The pump piston 4 promotes the introduced in a pump working space fuel into the high-pressure accumulator, the so-called common rail. The introduced in the pump working space fuel is metered by a - not shown here - metering unit, which also in the pump housing 1 is built in and with the engine room 2 connected is. It should be noted that in the engine room 2 For example, a constant amount of fuel is introduced and the metering unit initiates different amounts of fuel in the pump working space depending on the respective operating conditions of the internal combustion engine.

An einer Stirnfläche weist die Antriebswelle 3, welche über zwei Wellenlager 9 und 10 in den Gehäusebohrungen 7 und 8 gelagert ist, eine Aussparung 12a zum Durchfluss des Kraftstoffs auf. Die Aussparung 12a ist mittig bezogen auf eine Längsachse 11 der Antriebswelle 3 angeordnet. An einer von der Antriebswelle 3 wegzeigenden Stirnfläche ist eine eine Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur 14 aufweisende Scheibe 13 angeklebt. Die Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur 14 generiert bei Rotation der Antriebswelle 3 eine Zentripetalkraft 17, die den Kraftstoff von einem Außenumfang der Antriebswelle 3 zu einem Mittelpunkt der Antriebswelle 3 befördert. Ferner weist die Scheibe 13 eine mittig bezogen auf die Längsachse 12 der Antriebswelle 3 angeordnete Aussparung 12b zum Durchfluss des Kraftstoffs auf.On an end face, the drive shaft 3 , which have two shaft bearings 9 and 10 in the housing bores 7 and 8th is stored, a recess 12a to the flow of the fuel. The recess 12a is centered on a longitudinal axis 11 the drive shaft 3 arranged. At one of the drive shaft 3 pointing away face is a surface structure comprising a protrusions and depressions 14 having disc 13 glued. The elevations and depressions comprehensive surface structure 14 generated during rotation of the drive shaft 3 a centripetal force 17 that supplies the fuel from an outer circumference of the drive shaft 3 to a center of the drive shaft 3 promoted. Furthermore, the disc faces 13 one centered on the longitudinal axis 12 the drive shaft 3 arranged recess 12b to the flow of the fuel.

Über zwei radial von der Aussparung 12a wegführende Schmierbohrungen 16a und 16b in der Antriebswelle 3 entsteht eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Aussparung 12a und dem Triebwerksraum 2. Zwischen der Antriebswelle 3 und dem Wellenlager 9 ist ein Lagerspiel L zum Durchfluss des Kraftstoffs vorhanden. Der Kraftstoff dient als Schmier- und Kühlmittel für die Wellenlager 9 und 10. About two radially from the recess 12a leading lubrication holes 16a and 16b in the drive shaft 3 creates a fluidic connection between the recess 12a and the engine room 2 , Between the drive shaft 3 and the shaft bearing 9 there is a bearing clearance L for the flow of fuel. The fuel serves as a lubricant and coolant for the shaft bearings 9 and 10 ,

Zwischen der Stirnfläche der Scheibe 13 und einem Gehäusedeckel 18 ist erfindungsgemäß bei jeder axialen Position der Antriebswelle 3 ein Spalt S zum Durchfluss des Kraftstoffs ausgebildet. Aufgrund des Spalts S und des Lagerspiels L entsteht über die Aussparung 11 und die beiden Schmierbohrungen 13 ein interner Kühlfluss und Kraftstoffaustausch durch das Wellenlager 9. Die Zwangsströmung resultiert aus einem Druckunterschied zwischen der Aussparung 12a und dem Triebwerksraum 2, wobei der Druck im Triebwerksraum 2 größer ist als der Druck in der Aussparung 11. Dieser Druckunterschied wir insbesondere von der Zentripetalkraft 17 erzeugt und zusätzlich über eine in den Schmierbohrungen 16a und 16b wirkende Zentrifugalkraft 19 verstärkt.Between the face of the disc 13 and a housing cover 18 is according to the invention at each axial position of the drive shaft 3 a gap S formed for the flow of the fuel. Due to the gap S and the bearing clearance L is formed on the recess 11 and the two lubrication holes 13 an internal cooling flow and fuel exchange through the shaft bearing 9 , The forced flow results from a pressure difference between the recess 12a and the engine room 2 , where the pressure in the engine room 2 is greater than the pressure in the recess 11 , This difference in pressure is due in particular to the centripetal force 17 generated and additionally via one in the lubrication holes 16a and 16b acting centrifugal force 19 strengthened.

Die Nutzung der mit der Drehzahl der Antriebswelle 3 ansteigenden Zentripetalkraft 17 und Zentrifugalkraft 19 ermöglicht eine automatische Generierung einer bedarfsgerechten, internen Lagerdurchflussmenge, die automatisch über die jeweilige Drehzahl einstellbar ist. Je höher die Drehzahl ist, umso größer ist auch die Reibung und Wärmeentwicklung in dem Wellenlager 9 und umso größer sollte die schmierende und wärmeabführende Zwangsströmung durch das Wellenlager 9 sein. Dadurch, dass die Lagerdurchflussmenge nur im Pumpeninnenraum bewegt wird, können Vorförderpumpen entsprechend kleiner dimensioniert werden und somit mit einem reduzierten Energiebedarf betrieben werden.The use of the speed of the drive shaft 3 rising centripetal force 17 and centrifugal force 19 enables automatic generation of a demand-based, internal storage flow rate, which is automatically adjustable via the respective speed. The higher the speed, the greater the friction and heat generation in the shaft bearing 9 and the larger should be the lubricating and heat dissipating forced flow through the shaft bearing 9 be. Due to the fact that the bearing flow rate is only moved in the interior of the pump, pre-feed pumps can be dimensioned correspondingly smaller and thus operated with a reduced energy requirement.

In 2 entfällt die Scheibe 13, welche an einer Stirnfläche die Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur 14 aufweist. Stattdessen ist die Erhebungen und Vertiefungen umfassende Oberflächenstruktur 14 direkt an der Stirnfläche der Antriebswelle 3 ausgebildet.In 2 the disc is eliminated 13 , Which at one end face the elevations and depressions comprehensive surface structure 14 having. Instead, the elevations and depressions is extensive surface texture 14 directly on the end face of the drive shaft 3 educated.

Nach 3 sind in der Erhebungen und Vertiefungen umfassenden Oberflächenstruktur 14 Schaufelblätter 15 ausgebildet. Die Schaufelblätter 15 sind derart geschwungen, dass die Umlaufbahn der Strömung optimiert wird. To 3 are in the elevations and depressions comprehensive surface structure 14 airfoils 15 educated. The blades 15 are so curved that the orbit of the flow is optimized.

Gemäß 4 sind in der Erhebungen und Vertiefungen umfassenden Oberflächenstruktur 14 die Schaufelblätter 15 linear vom Mittelpunkt der Antriebswelle 3 nach außen ausgebildet.According to 4 are in the elevations and depressions comprehensive surface structure 14 the blades 15 linear from the center of the drive shaft 3 formed to the outside.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle der zwei Schmierbohrungen 16a und 16b auch mehrere in sich verzweigte Schmierbohrungen 16 in die Antriebswelle 3 einzubringen. The invention is not limited to the preferred embodiment described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims. So it is also possible, for example, instead of the two lubrication holes 16a and 16b also several branching lubrication holes 16 in the drive shaft 3 contribute.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4126640 A1 [0005]
DE 10240310 A1 [0007]

Claims

High-pressure fuel pump for a fuel injection system, in particular for a common-rail injection system of an internal combustion engine, with a pump housing ( 1 ), in which in a fuel-filled engine room ( 2 ) a drive shaft ( 3 ) and at least one with the drive shaft ( 3 ) cooperating pump piston ( 4 ) are arranged, wherein the pump piston ( 4 ) on a cam ( 5 ) of the drive shaft ( 3 ) via a plunger assembly ( 6 ) is supported, wherein further the drive shaft ( 3 ) over at least one in a housing bore ( 7 . 8th ) formed shaft bearings ( 9 . 10 ) is rotatably mounted and on an end face of the drive shaft ( 3 ) one centered on a longitudinal axis ( 11 ) of the drive shaft ( 3 ) arranged recess ( 12a ) is formed to flow through the fuel, characterized in that on the end face of the drive shaft ( 3 ) or on one of the drive shaft ( 3 ) pointing away face of one of the drive shaft ( 3 ) upstream disk ( 13 ) a surface structure comprising elevations and depressions ( 14 ) is trained.

High-pressure fuel pump according to claim 1, characterized in that the disc ( 13 ) one centered on the longitudinal axis ( 12 ) of the drive shaft ( 3 ) arranged recess ( 12b ) to the flow of the fuel.

High-pressure fuel pump according to claim 2, characterized in that the end face of the disc ( 13 ) with the end face of the drive shaft ( 3 ) in terms of radial dimensions.

High-pressure fuel pump according to claim 2, characterized in that the disc ( 13 ) positively, non-positively and / or cohesively with the end face of the drive shaft ( 3 ) connected is.

High-pressure fuel pump according to claim 2, characterized in that the disc ( 13 ) is formed of a polymeric or metallic material.

High-pressure fuel pump according to one of the preceding claims, characterized in that the disc ( 13 ) can be produced via a die-casting process or a sintering process.

High-pressure fuel pump according to claim 1, characterized in that the elevations and depressions comprehensive surface structure ( 14 ) on the end face of the drive shaft ( 3 ) via a near-net-shape method in forging blank of the drive shaft ( 3 ) can be introduced.

High-pressure fuel pump according to one of the preceding claims, characterized in that in the elevations and depressions comprehensive surface structure ( 14 ) Blades ( 15 ) are formed.

High-pressure fuel pump according to claim 1, characterized in that the recess ( 12a ) on the drive shaft ( 3 ) over at least one radially of the recess ( 12a ) leading away lubrication hole ( 16 ) fluidly with the engine room ( 2 ) connected is.

High-pressure fuel pump according to claim 1, characterized in that between the drive shaft ( 3 ) and the at least one shaft bearing ( 9 . 10 ) a clearance (L) for the flow of the fuel is present.