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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, aufweisend einen Pumpenzylinderkopf mit einem eine Zylinderbohrung aufweisenden Pumpenzylinder, wobei in der Zylinderbohrung ein mit einem Stößel der Hochdruckpumpe zusammenwirkender Pumpenkolben angeordnet ist, und wobei der Stößel mit einer Antriebswelle zusammenwirkt und von zwei in einem Stößelfederraum des Stößels angeordneten Stößelfedern gegen die Antriebswelle verspannt ist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der
DE 34 28 175 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe ist als Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem ausgelegt und weist einen Pumpenzylinderkopf mit einem eine Zylinderbohrung aufweisenden Pumpenzylinder auf. In der Zylinderbohrung ist ein mit einem Stößel der Hochdruckpumpe zusammenwirkender Pumpenkolben angeordnet, wobei der Stößel gegenüber dem Pumpenzylinderkopf mittels zwei ineinander angeordneten Stößelfedern abgestützt ist. Der Pumpenkolben ist weiterhin von einem Steuerschieber umgeben, der zwei Radialbohrungen in dem Pumpenkolben beherrscht, wobei die beiden Radialbohrungen mit einer Axialbohrung in dem Pumpenkolben zusammenwirken und wobei durch die Axialbohrungen und die Radialbohrungen die Kraftstoffzuführung zu einem Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe eingestellt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Stößelfederraum mit dem Antriebswellenraum strömungsverbindbar ist.
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Diese Ausgestaltung hat mehrere Vorteile. Zunächst einmal ist dadurch sichergestellt, dass insbesondere der Stößelfederraum gegenüber dem Antriebswellenraum druckausgleichbar ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Volumen des Stößelfederraums beim Betrieb der Hochdruckpumpe durch die Auf- und Abbewegung des Pumpenkolbens kontinuierlich vergrößert und verkleinert wird, wodurch ein Überdruck beziehungsweise Unterdruck in dem Stößelfederraum entstehen kann. Dieser Überdruck und Unterdruck ist durch die Strömungsverbindung abbaubar beziehungsweise es ist sichergestellt, dass der Überdruck und der Unterdruck nicht auftreten. Weiterhin ist durch die Strömungsverbindung sichergestellt, dass eine kontinuierliche oder intermittierende Schmierung der zueinander bewegten Komponenten ermöglicht beziehungsweise sichergestellt ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Strömungsverbindung von zumindest einem Durchbruch in dem Stößelkörper gebildet. Diese Strömungsverbindung kann durch die Anordnung und/oder Dimensionierung des Durchbruchs so ausgebildet sein, dass eine gezielte Strömung zur Gewährleistung einer Durchströmung und/oder gezielten Schmierung der Komponenten ausgebildet ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Strömungsverbindung steuerbar. Hierbei erfolgt die Steuerung bevorzugt so, dass eine zeitliche und/oder mengenmäßige Durchströmung der Strömungsverbindung darstellbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Stößel ein von einer Stößelfeder druckbeaufschlagter und die Strömungsverbindung beherrschender Schaltkolben angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht mit nur einem zusätzlichen Bauteil in Form des Schaltkolbens eine gezielte Steuerung der Strömungsverbindung. Hierdurch ist mit nur einem geringen zusätzlichen Herstellungsaufwand beziehungsweise Bauteilaufwand eine gezielte Steuerung der Strömungsverbindung darstellbar.
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In Weiterbildung der Erfindung wirkt der Schaltkolben mit einem Steuerungsnocken zusammen. Der Steuerungsnocken stellt die Schaltbewegungen des Schaltkolbens ein. Dabei ist wiederum in weiterer Ausgestaltung der Steuernocken bevorzugt an der Laufrolle des Stößels beziehungsweise an einer Welle der Laufrolle des Rollenstößels angeordnet. Auch diese Ausgestaltung stellt nur einen geringen zusätzlichen Herstellungsaufwand dar, indem der Steuernocken auf oder an der ohnehin vorhandenen Laufrolle / Welle angeordnet ist. Dabei kann der Steuernocken durch eine entsprechende Bearbeitung der Laufrolle / Welle hergestellt werden, oder aber der zumindest eine Steuernocken wird insbesondere bei einer Herstellung der Laufrolle aus verschiedenen Komponenten (beispielsweise Welle und Laufrollenkörper) als eigenständiges Bauteil beispielsweise auf die Welle aufgepresst.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stößelfedern ineinander liegend angeordnet. Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, da diese zumindest ohne eine nennenswerte Beeinflussung des Bauraums umsetzbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Vorspannungen und/oder die Federsteifigkeiten der Stößelfedern unterschiedlich. Dadurch sind spezielle Anforderungen an die jeweiligen Gegebenheiten möglich. Insbesondere kann durch die so dargestellte Aufteilung die Draht-Schubspannung der einzelnen Stößelfedern reduziert und somit eine längere Lebensdauer ermöglicht werden. Weiterhin lassen sich durch die zwei Stößelfedern eine höhere Anpresskraft und damit eine höhere Drehzahl der Hochdruckpumpe realisieren. Das Ausfallrisiko der Hochdruckpumpe sinkt folglich. Die Stößelfeder mit der geringeren Vorspannung und/oder die Federsteifigkeit wirkt bevorzugt mit dem Schaltkolben zusammen, so dass dieser problemlos von dem Steuernocken ohne eine Blockade der Drehbewegung der Laufrolle zu verursachen, betätigt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Federmaterial mit einer Standardreinheit ausgelegt werden kann und kein besonders hochwertiger Werkstoff bereitgestellt werden muss. Durch die unterschiedlichen Vorspannungen und/oder Federsteifigkeiten wird Folgendes erreicht. Im Bereich um den unteren Totpunkt (UT) addiert sich die Massenträgheitskraft (positive Beschleunigung) der Stößelbaugruppe zur Federkraft hinzu. Im Bereich um den oberen Totpunkt (OT) wirkt sie der Federkraft entgegen (negative Beschleunigung). Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Federkraft im Bereich um den oberen Totpunkt deutlich größer ist als im Bereich um den unteren Totpunkt. Dies wird gemäß der Erfindung durch das Eingreifen der zweiten Feder ab einem zu definierenden Hub realisiert. Dabei kann die zweite Feder bereits ab dem unteren Totpunkt eingreifen oder aber erst ab einem bestimmten Hubbereich. Die Federn sind insgesamt so auslegbar, dass die Schubspannung die geplante Lebensdauer der Hochdruckpumpe deutlich übertrifft.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Stößel außengeführt oder aber in weiterer Ausgestaltung auch innengeführt. Hierbei ist insbesondere die Ausgestaltung einer Außenführung der Stößelfeder besonders vorteilhaft, da dadurch auftretende Querkräfte in dem Rollenstößel sicher beherrschbar sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch insbesondere einen Stößel einer Hochdruckpumpe mit einem von einer Stößelfeder druckbeaufschlagten und eine Strömungsverbindung zwischen einem Stößelfederraum und einem Antriebswellenraum beherrschenden Schaltkolben,
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2 eine Seitenansicht eines Teilbereichs eines Stößels mit einem seitlichen Fenster oberhalb einer Ausnehmung für eine Laufrolle des Stößels,
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3 einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Hochdruckpumpe mit einem außengeführten Stößel und
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4 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten innengeführten Stößel.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Stößel 1 einer in 3 schematisch dargestellten Hochdruckpumpe 2 eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Die Hochdruckpumpe 2 ist als Kraftstoffhochdruckpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems ausgebildet und weist einen Pumpenzylinderkopf 3 auf, an dem ein Pumpenzylinder 4 angeformt ist. In dem Pumpenzylinder 4 ist eine Zylinderbohrung 5 eingelassen, die sich in einen Pumpenarbeitsraum 6 in dem Pumpenzylinderkopf 3 fortsetzt. Der Pumpenarbeitsraum 6 ist über ein Einlassventil 7 mit einem Kraftstoffniederdrucksystem und über ein Auslassventil 8 mit einem Hochdruckspeicher verbunden. Aus dem Kraftstoffniederdrucksystem wird über das Einlassventil 7 dem Pumpenarbeitsraum 6 bei einer Abwärtsbewegung eines in der Zylinderbohrung 5 geführten Pumpenkolbens 9 Kraftstoff eingeführt, der bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 9 über das Auslassventil 8 und bei geschlossenem Einlassventil 7 in den Hochdruckspeicher gefördert wird.
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Der Pumpenkolben 9 weist einen Pumpenkolbenfuß 10 auf, der sich auf einer Stützfläche 11 des Stößels 1 abstützt. Der Stößel 1 weist eine zylinderförmige Außenführung 13 auf, die mit einer Zylinderführung 14 in einem Gehäuse 15 zusammenwirkt. An dem Gehäuse 15 ist der Pumpenzylinderkopf 3 der Hochdruckpumpe 2 abgestützt und in geeigneter Art und Weise befestigt. Das Gehäuse 15 kann ein Pumpengehäuse oder aber auch ein Teil eines Brennkraftmaschinengehäuses sein, an dem die Hochdruckpumpe 2 verbaut ist. Der Stößel 1 weist eine zylinderabschnittsförmige Ausnehmung 16 auf, in dem eine Laufrolle 17 des Stößels 1 angeordnet ist. Die Laufrolle 17 weist gegebenenfalls eine Welle 18 auf, die die Laufrolle 17 verliersicher in der Ausnehmung 16 des Stößels 12 hält. Die Laufrolle 17 kann aber auch ohne Welle 18 ausgebildet sein und in der Ausnehmung 16 gehalten sein. Die Laufrolle 17 rollt auf einer als Nockenwelle 19 ausgebildeten Antriebswelle ab, wobei der Stößel 1 bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 19 in der Zylinderführung 14 auf und ab bewegt wird. Die Nockenwelle 19 ist in einem Antriebswellenraum 20 angeordnet, der Bestandteil der Hochdruckpumpe 2 oder der Brennkraftmaschine sein kann.
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Der Stößel 1 und der Pumpenkolben 9 wird von zwei ineinander liegend angeordneten Stößelfedern 21a, 21b zusammen mit der Laufrolle 17 gegen die Nockenwelle 19 gedrückt. Hierzu ist zwischen der inneren Stößelfeder 21b und dem Pumpenkolbenfuß 10 eine Stützscheibe 22 angeordnet, während die äußere Stößelfeder 21a sich direkt zwischen dem Pumpenzylinderkopf 3 und einem Absatz 23 im Bereich der Außenführung 13 des Stößels 1 abstützt. Die Vorspannungen und/oder die Federsteifigkeiten der Stößelfedern 21a, 21b können bevorzugt unterschiedlich ausgebildet sein.
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Zurückkommend auf die 1 ist in einer Detaildarstellung des Stößels 1 ein in dem Stößel 1 angeordneter (und in der 3 nicht erkennbarer beziehungsweise nicht dargestellter) Schaltkolben 24 erkennbar, der in einer in den Stößel 1 eingelassenen Führung 25 in der dargestellten Position aufsitzt. Der Schaltkolben 24 weist eine Schaltkolbenstützfläche 26 auf, auf den sich die innere Stößelfeder 21b unter Einbezug der hier nicht dargestellten Stützscheibe 22 und des ebenfalls nicht dargestellten Pumpenkolbenfußes 10 abstützt. Die äußere Stößelfeder 21a stützt sich wie beschrieben auf dem Absatz 23 des Stößels 1 ab. Der Schaltkolben 24 weist eine Schaltkolbennase 27 auf, die mit einem Steuernocken 28 der Laufrolle 17 des Stößels 1 zusammenwirkt. Bei einer Drehbewegung der auf der Nockenwelle 19 abrollenden Laufrolle 17 wird der Steuernocken 28 ebenfalls drehbewegt und bewegt den Schaltkolben 24 hervorgerufen durch das Abgleiten der Schaltkolbennase 27 auf dem Steuernocken 28 um ein definiertes Maß aus der Führung 25 heraus, so dass eine durch Pfeile dargestellte Strömungsverbindung 29 zwischen einem die Stößelfedern 21a, 21b aufnehmenden Stößelfederraum 30 und dem Antriebswellenraum 20 hergestellt ist. Für eine zuverlässige Führung des Schaltkolbens 24 ist die Schaltkolbenstützfläche 26 in einer Führungsausnehmung 31 in dem Stößel 1 geführt, wobei die Schalkolbenstützfläche 26 Strömungsdurchlässe 32 aufweist, die bei aus der Führung 25 heraus bewegten Schaltkolben 24 die Strömungsverbindung 29 zwischen dem Stößelfederraum 30 und dem Antriebswellenraum 20 herstellen. Der Schaltkolben 24 kann eine einzige Schaltkolbennase 27 aufweisen, die mit einem einzigen Steuernocken 28 der Laufrolle 17 zusammenwirkt. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, dass zwei seitlich der auf der Lauffläche der Nockenwelle 19 abrollenden Laufrolle 17 angeordnete Schaltkolbennasen 27 vorgesehen sind, die entsprechend mit zwei Steuernocken 28 auf der Welle 18 der Laufrolle 17 zusammenwirken.
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2 zeigt eine Seitenansicht des teilweise dargestellten Stößels 1 im nicht montierten Zustand. Der Stößel 1 weist ein seitliches Fenster 33 oberhalb der Ausnehmung 16 auf, durch das ein nicht dargestelltes Einlegeteil eingelegt werden kann, das die seitliche Bewegung der Laufrolle 17 beschränkt, so dass die Laufrolle 17 (beziehungsweise die Welle 18) nicht an dem Gehäuse 15 anläuft und somit keinen Hubkontakt zu dem Gehäuse 15 aufweist. Der untere Teil des Stößels 1 ist senkrecht zur Achse beziehungsweise zur Welle 18 der Laufrolle 17 kreisförmig und in Richtung der Achse beziehungsweise der Welle 18 der Laufrolle 17 plan, so dass das Einlegeteil problemlos eingeschoben werden kann.
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Bei der Ausführung der Hochdruckpumpe gemäß 3 kann wie bei 1 ein Schaltkolben 24 vorgesehen sein, um die Strömungsverbindung zwischen dem Stößelfederraum 30 und dem Antriebswellenraum 20 zu steuern. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Stößelfederraum 30 und dem Antriebswellenraum 20 durch eine oder mehrere ständig offene Öffnungen oder Bohrungen im Stößel 1 gebildet ist.
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4 zeigt einen Stößel 1 mit einer Innenführung 12. Die mit dem Stößel 1 einstückig ausgebildete Innenführung 12 ist an dem Außenumfang des Pumpenzylinders 4 geführt und stellt zudem eine Auflage für die innere Stößelfeder 21b dar, während die äußere Stößelfeder 21a auf der Stützfläche 11 des Stößels 1 aufliegt. Um bei dieser Ausgestaltung eine dauerhafte Anlage des Pumpenkolbenfußes 10 auf der Stützfläche 11 zu gewährleisten, ist die Stützscheibe 22 bei dieser Ausführungsform so ausgebildet, dass diese beispielsweise als Sprengring ausgebildet in eine in die Innenführung 12 eingearbeitete Innenringnut eingesetzt werden kann. Eine Strömungsverbindung des vom Stößel 1 und dem Pumpenzylinder 4 begrenzten Raums mit dem Antriebswellenraum 20 kann beispielsweise durch eine oder mehrere Öffnungen oder Bohrungen im Stößel 1 gebildet sein.
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Abschließend wird darauf hingewiesen, dass beliebige Einzelmerkmale der beschriebenen Ausgestaltungen miteinander und untereinander im Rahmen der Erfindung kombiniert sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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