DE102014220839A1

DE102014220839A1 - Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014220839A1
Application number: DE102014220839.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmidbauer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-10-16
Also published as: JP2017512936A; US20170211534A1; KR20160119238A; US10174731B2; DE102014220839B4; KR101907766B1; CN106460756A; JP6355751B2; WO2016058878A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (12) einer Brennkraftmaschine (14), welche ein Pumpengehäuse (20) zum Aufnehmen von Elementen der Hochdruckpumpe (10), einen Kolben (22) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes (25) mit Druck, der in einer Kolbenführung (18) des Pumpengehäuses (20) geführt ist, und einen Rollenstößel (30) mit einem Stößelhemd (36) und einer Rolle (34) zum Übertragen einer translatorischen Bewegung von einer Nocke (28) einer Nockenwelle (26) auf den Kolben (22) aufweist, wobei der Rollenstößel (30) in einer Stößelführungsbohrung (44) in dem Pumpengehäuse (20) geführt ist. Das Stößelhemd (36) weist einen von der Rolle (34) weg gerichteten Außenbereich (46) auf, der symmetrisch um eine Symmetrieebene (48) ausgebildet ist, wobei das Stößelhemd (36) eine Gesamtmasse (64) aufweist, die um die Symmetrieebene (48) unsymmetrisch verteilt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
Hochdruckpumpen in Kraftstoffeinspritzsystemen werden dazu verwendet, einen Kraftstoff mit einem hohen Druck zu beaufschlagen, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen im Bereich von 250–400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen im Bereich von 2000 bar – 2500 bar liegt. Je höher der Druck, der in dem jeweiligen Kraftstoff erzeugt werden kann, desto geringer sind Emissionen, die während der Verbrennung des Kraftstoffes in einer Brennkammer entstehen, was insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft ist, dass eine Verringerung von Emissionen immer stärker gewünscht wird.
Um die hohen Drücke in dem jeweiligen Kraftstoff erzielen zu können, wird die Hochdruckpumpe typischerweise als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei der Kolben von einem Rollenstößel angetrieben wird. Der Rollenstößel weist eine Rolle auf, die in Kontakt kommt mit einer Nockenoberfläche eines Nockens einer Nockenwelle, welche von der Brennkraftmaschine angetrieben ist. Dabei wird eine Rotationsbewegung der Nockenwelle über den Rollenstößel in eine translatorische Bewegung übersetzt und auf einen Kolben der Hochdruckpumpe übertragen.
Bei der Übersetzung der Drehbewegung der Nockenwelle in eine translatorische Bewegung werden durch die Nockenoberfläche nicht nur axiale Kräfte sondern auch seitliche Kräfte auf den Rollenstößel übertragen.
Der Eintrag von seitlichen Kräften kann im ungünstigen Fall zu einem Kippen des Rollenstößels in einer Stößelführung in der Hochdruckpumpe führen.
Bislang wurde versucht, dieses Kippen besser zu beherrschen, indem ein entsprechendes Verhältnis von einer Rollenstößellänge L zu einem Rollenstößelaußendurchmesser D im Bereich von L/D > 1 eingehalten worden ist. Weiter wurde darauf geachtet, dass eine Rollenstößelachse zur Achse der Nockenwelle hin versetzt angeordnet ist, so dass ein Kontaktwinkel zwischen Rollenstößel und Nockenoberfläche verkleinert werden kann, um die resultierenden Seitenkräfte zu vermindern. Dabei wurden die Geometrie und auch der Massenschwerpunkt des Rollenstößels derart ausgeführt, dass möglichst kein Versatz zu der Rollenstößelachse entsteht, die zur Achse der Nockenwelle hin versetzt angeordnet ist.
Zusätzlich gibt es auch Anordnungen, die eine Verdrehsicherung zur Vermeidung von Verdrehungen des Rollenstößels in der Rollenstößelführung vorsehen.
Die genannten Maßnahmen sind einerseits entweder nicht ausreichend, um dem unkontrollierten Kippen des Rollenstößels in seiner Rollenstößelführung entgegenzuwirken, oder andererseits aufwändig in der Herstellung wie beispielsweise das Vorsehen einer Verdrehsicherung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine alternative Anordnung vorzusehen, die eine Kontrolle über das Kippen des Rollenstößels in seiner Rollenstößelführung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine weist ein Pumpengehäuse zum Aufnehmen von Elementen der Hochdruckpumpe auf. Das Pumpengehäuse ist dabei zusammengesetzt aus einem Zylinderbereich und einem unteren Gehäusebereich. Weiter weist die Hochdruckpumpe einen Kolben zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Druck, der in einer Kolbenführung des Pumpengehäuses, insbesondere in dem Zylinderbereich, geführt ist, und einen Rollenstößel mit einem Stößelhemd und einer Rolle zum Übertragen einer translatorischen Bewegung von einem Nocken einer Nockenwelle auf den Kolben auf, wobei der Rollenstößel in einer Stößelführungsbohrung an dem Pumpengehäuse, insbesondere in dem unteren Gehäusebereich, geführt ist. Das Stößelhemd weist einen von der Rolle weg gerichteten Außenbereich auf, der sich symmetrisch um eine Symmetrieebene ausgebildet ist, wobei das Stößelhemd eine Gesamtmasse aufweist, die um die Symmetrieebene unsymmetrisch verteilt angeordnet ist.
Um den Rollenstößel vorteilhaft zu schmieren, ist in der Rollenstößelführungsbohrung ein Spiel von etwa 0,06 mm bis 0,1 mm vorgesehen.
Es wird im Gegensatz zu den bisherigen Anordnungen gerade nicht darauf geachtet, dass ein Massenschwerpunkt des Rollenstößels möglichst auf einer Symmetrieebene des Rollenstößels liegt, die senkrecht auf einer Nockenwellenachse steht, sondern es wird gezielt die Masse unsymmetrisch verteilt um die Symmetrieebene ausgestaltet. Dadurch kann ein Drehmoment M_Masse verursacht werden, das dem Kippmoment entgegenwirkt. Durch gezieltes Vorsehen der Masse mit einer vorbestimmten Unsymmetrie kann daher das Kippen des Rollenstößels in seiner Stößelführungsbohrung im Bereich des Spiels gezielt beeinflusst werden. Einerseits kann das Kippmoment reduziert werden, somit können Seitenkräfte, die auf die Stößelführungsbohrung wirken, gleichmäßiger übertragen werden. Andererseits kann der Zeitpunkt des Kippens vorhersehbar beeinflusst werden.
Um das Verkippen des Rollenstößels in der Stößelführungsbohrung weiter gering zu halten, ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn ein Verhältnis einer Rollenstößellänge L zu einem Rollenstößelaußendurchmesser D L/D > 1 ist. Weiter ist es auch vorteilhaft, wenn eine Rollenstößelachse weiterhin senkrecht auf der Achse der Nockenwelle steht.
Prinzipiell kann auf eine Verdrehsicherung zwar verzichtet werden, jedoch kann es durch die Einwirkung von seitlichen Kräften neben dem Verkippen des Rollenstößels in der Stößelführungsbohrung auch zu einer Rotation kommen, insbesondere wenn der Rollenstößel rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, beispielsweise durch einen Vorsprung gebildet, der entweder an der Stößelführungsbohrung oder an dem Außenbereich des Stößelhemdes angeordnet ist, und der mit einer Aussparung an Stößelhemd bzw. Stößelführungsbohrung in Eingriff ist.
Das Stößelhemd kann vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, d. h. es kann vorteilhaft im Querschnitt senkrecht zu einer Längserstreckung des Stößelhemdes kreisförmig ausgebildet sein. Dabei verläuft die Symmetrieebene auf einem Kreisradius durch einen Kreismittelpunkt des kreisförmig ausgebildeten Stößelhemdes.
Alternativ ist es auch möglich, dass das Stößelhemd im Querschnitt senkrecht zu seiner Längserstreckung quaderförmig oder quadratisch ausgebildet ist. In diesem Fall verläuft die Symmetrieebene auf einer Seitenhalbierenden der Seiten des Quaders bzw. des Quadrates. In diesem Fall gibt es entsprechend zwei Symmetrieebenen durch das Stößelhemd.
Vorzugsweise weist das Stößelhemd eine Traverse zum Kontaktieren des Kolbens und eine Umfangswand zur Aufnahme der Rolle auf, wobei die Gesamtmasse des Stößelhemdes unsymmetrisch um die Symmetrieebene verteilt an der Traverse und/oder der Umfangswand angeordnet ist.
Die Gesamtmasse wird also vorteilhaft durch eine Kombination der Masse der Traverse und der Umfangswand gebildet. Bei der unsymmetrischen Verteilung der Gesamtmasse um die Symmetrieebene des Stößelhemdes kann vorteilhaft sowohl die Traverse als auch die Umfangswand mit einer unsymmetrischen Massenverteilung ausgebildet sein. Dadurch stehen bei der Herstellung des Stößelhemdes vorteilhaft mehrere Freiheitsgrade zur Verfügung, die eine ungleiche Massenverteilung des Stößelhemdes ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Gesamtmasse des Stößelhemdes gebildet durch die Summe einer Basismasse eines symmetrisch zu der Symmetrieebene ausgebildeten Stößelhemdes und einer Unwuchtmasse, die unsymmetrisch zu der Symmetrieebene an einem zu der Rolle gerichteten Innenbereich des Stößelhemdes angebracht ist.
Besonders einfach kann das Stößelhemd hergestellt werden, indem an einem wie üblich erzeugten, hinsichtlich seiner Geometrie und seines Massenschwerpunktes symmetrischen, Stößelhemd eine zusätzliche Masse in Form der Unwuchtmasse angeordnet wird, und zwar vorteilhaft außermittig, d. h. unsymmetrisch zu der Symmetrieebene des Stößelhemdes, um so ein vorteilhaftes Massenungleichgewicht des Stößelhemdes zu erreichen.
Besonders vorteilhaft wird dabei die Unwuchtmasse in einem Kontaktbereich von der Traverse und der Umfangswand angeordnet, da hier aufgrund der Geometrie des Stößelhemdes vorteilhaft der größte Platz zum Anbringen einer Unwuchtmasse zur Verfügung steht.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird die Unwuchtmasse kontaktfrei zu der Rolle in dem Stößelhemd angeordnet, um so vorteilhaft zu verhindern, dass die Unwuchtmasse die Rolle in ihrer Beweglichkeit behindert.
Die Umfangswand des Stößelhemdes weist parallel zu der Stößelführungsbohrung von einem Kontaktbereich mit der Traverse ausgehend bis zu einem dem Kontaktbereich gegenüberliegenden offenen Ende eine Länge auf. Es ist besonders bevorzugt, wenn sich die Unwuchtmasse von dem Kontaktbereich ausgehend vorzugsweise über die Hälfte der Länge der Umfangswand erstreckt. Noch besser ist es, wenn sich die Unwuchtmasse über ein Drittel der Länge oder insbesondere über ein Viertel der Länge erstreckt. Dadurch kann vorzugsweise ein störender Kontakt mit der Rolle vermieden werden.
Bei einem Rollenstößel ohne unsymmetrisch verteilte Gesamtmasse wirken im Bereich des offenen Endes des Stößelhemdes deutlich größere Kräfte auf die Stößelführungsbohrung als in einem Bereich des Rollenstößels nahe dem Kolben, d. h. in einem Kontaktbereich der Traverse und der Umfangswand. Um dem entgegenzuwirken ist es vorteilhaft, wenn die Unwuchtmasse näher an dem Kontaktbereich angeordnet ist, als an dem offenen Ende. Dadurch wird eine bessere Kräfteverteilung erzielt, was vorteilhaft dem Kippen des Rollenstößels in der Stößelführungsbohrung entgegenwirkt.
Vorteilhaft ist die Unwuchtmasse im Längsschnitt parallel zu der Stößelführungsbohrung dreieckig ausgebildet. Dabei ist bevorzugt, wenn ein erster Dreiecksschenkel durch einen Teilbereich der Traverse und ein zweiter Dreiecksschenkel durch einen Teilbereich der Umfangswand gebildet ist. Eine dreieckige Ausbildung der Unwuchtmasse, wobei sich das Dreieck vorteilhaft Seitenbereiche mit bereits vorhandenen Elementen des Stößelhemdes wie der Traverse bzw. der Umfangswand teilt, ist besonders günstig in der Herstellung, da es leichter erzeugt werden kann.
In Fällen, in denen eine dreieckige Ausbildung der Unwuchtmasse jedoch ungünstig sein kann, weil dadurch beispielsweise ein zu starkes Drehmoment M_Masse erzeugt würde, kann es vorteilhaft sein, wenn lediglich ein Vorsprung entweder an der Traverse oder an der Umfangswand oder an Traverse und Umfangswand vorgesehen ist. Beispielsweise können dazu Zapfen an der Traverse bzw. an der Umfangswand angeordnet werden.
Vorzugsweise beträgt die Unwuchtmasse 10 % bis 100 % der Basismasse, insbesondere 20 % bis 50 % der Basismasse.
Beträgt beispielsweise die Basismasse des Stößelhemdes etwa 100 g, ist es besonders bevorzugt, wenn die Unwuchtmasse eine Masse von etwa 20 g bis 50 g hat. Die Unwuchtmasse kann daher die gleiche Masse aufweisen wie die Basismasse eines symmetrisch zu der Symmetrieebene ausgebildeten Stößelhemdes, und dabei vorteilhaft das Kräfteverhältnis von an dem offenen Ende wirkenden Kräften zu an dem Kontaktbereich wirkenden Kräften stark verschieben. Es hat sich jedoch als besonders günstig herausgestellt, wenn die Unwuchtmasse in einem Bereich von 20 % bis 50 % der Basismasse liegt, da so das Drehmoment M_Masse besonders vorteilhaft dem ursprünglichen Drehmoment des Rollenstößels in der Stößelführungsbohrung entgegenwirkt.
Vorteilhaft wird die Unwuchtmasse so in dem Stößelhemd angeordnet, dass ein Schwerpunkt der Unwuchtmasse etwa 10 mm beabstandet ist von der Symmetrieebene des Stößelhemdes.
Zusätzlich oder alternativ zu der Unwuchtmasse kann die Umfangswand auch wenigstens eine unsymmetrisch zu der Symmetrieebene angeordnete Ausnehmung aufweisen. Dies ist eine weitere Möglichkeit, die Gesamtmasse des Stößelhemdes unsymmetrisch um die Symmetrieebene anzuordnen, die besonders einfach hergestellt werden kann.
Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung von dem offenen Ende der Umfangswand ausgehend über die Hälfte der Länge der Umfangswand, mehr vorzugsweise über ein Drittel der Länge und insbesondere über ein Viertel der Länge. Dies hat die gleichen vorteilhaften Effekt wie bei der vorteilhaften Anordnung der Unwuchtmasse in dem dem offenen Ende gegenüberliegenden Kontaktbereich von Traverse und Umfangswand.
Alternativ oder zusätzlich zu der Unwuchtmasse bzw. der Ausnehmung kann die Umfangswand auch mit einem Hohlraum ausgebildet sein, wobei der Hohlraum vorzugsweise in einem dem offenen Ende benachbarten Drittel der Umfangswand angeordnet ist.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, den Rollenstößel und insbesondere das Stößelhemd aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien zu fertigen, die eine unterschiedliche Dichte aufweisen. Diese Materialien können dann vorzugsweise unsymmetrisch verteilt an der Traverse und/oder der Umfangswand angeordnet sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines Längsschnitts einer Hochdruckpumpe mit einem Rollenstößel, wobei eine Rolle des Rollenstößels in einem Rollenschuh läuft;
2 eine Längsschnittdarstellung einer Hochdruckpumpe mit einem Rollenstößel ohne Rollenschuh;
3 eine perspektivische Darstellung eines im Querschnitt senkrecht zu einer Längserstreckung kreisförmig ausgebildeten Stößelhemdes des Rollenstößels aus 1 und 2;
4 eine perspektivische Darstellung eines im Querschnitt senkrecht zu einer Längserstreckung quaderförmig ausgebildeten Stößelhemdes;
5 eine schematische Längsschnittdarstellung eines symmetrisch um eine Symmetrieebene ausgebildeten Rollenstößels mit im Betrieb des Rollenstößels wirkenden Kräften;
6 eine schematische Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines unsymmetrisch um die Symmetrieebene ausgebildeten Rollenstößels mit einer dreieckigen Unwuchtmasse;
7 eine schematische Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines unsymmetrisch um die Symmetrieebene ausgebildeten Rollenstößels mit Vorsprüngen;
8 eine schematische Längsschnittdarstellung einer dritten Ausführungsform eines unsymmetrisch um die Symmetrieebene ausgebildeten Rollenstößels mit einer Ausnehmung in einer Umfangswand des Stößelhemdes;
9 eine schematische Längsschnittdarstellung einer vierten Ausführungsform eines unsymmetrisch um die Symmetrieebene ausgebildeten Rollenstößels mit einem Hohlraum in der Umfangswand des Stößelhemdes;
10 eine schematische Längsschnittdarstellung eines aus zwei unterschiedlichen Materialien gebildeten Rollenstößels, wobei die Materialien unterschiedliche Dichten aufweisen und unsymmetrisch um die Symmetrieebene des Rollenstößels angeordnet sind; und
11 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Rollenstößels gemäß 3 mit einer zusätzlichen Verdrehsicherung.
1 und 2 zeigen jeweils eine Längsschnittdarstellung einer Hochdruckpumpe 10 in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine 14.
Die Hochdruckpumpe 10 ist als Kolbenpumpe 16 ausgebildet und weist einen in einer Kolbenführung 18 eines Pumpengehäuses 20 geführten Kolben 22 auf, der im Betrieb eine translatorische Bewegung ausführt und dabei einen in einem Druckraum 24 befindlichen Kraftstoff 25 verdichtet und somit mit Druck beaufschlagt. Das Pumpengehäuse 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform aus zwei Teilbereichen, nämlich einem Zylinderbereich 20a und einem unteren Gehäusebereich 20b, aufgebaut. Die Kolbenführung 18 ist dabei bevorzugt in dem Zylinderbereich 20a angeordnet.
Angetrieben in seiner translatorischen Bewegung wird der Kolben 22 von einer Nockenwelle 26 mit zwei Nocken 28, die ihrerseits von der Brennkraftmaschine 14 angetrieben wird.
Um eine Rotationsbewegung der Nockenwelle 26 in die translatorische Bewegung des Kolbens 22 übersetzen zu können, ist ein Rollenstößel 30 vorgesehen, der eine eine Oberfläche 32 der Nockenwelle 26 kontaktierende Rolle 34 und ein mit dem Kolben 22 in Kontakt stehendes Stößelhemd 36 aufweist.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform läuft die Rolle 34 in einem zusätzlichen Rollenschuh 38, der in dem Stößelhemd 36 angeordnet ist, während in der Hochdruckpumpe 10, die in 2 gezeigt ist, kein zusätzlicher Rollenschuh 38 vorgesehen ist.
Das Stößelhemd 36 weist eine Traverse 40 auf, die den Kolben 22 kontaktiert, sowie eine Umfangswand 42, in der die Rolle 34 aufgenommen ist, und die zur Führung des gesamten Rollenstößels 30 in einer Stößelführungsbohrung 44 des Pumpengehäuses 20 im unteren Gehäusebereich 20b, der in 2 nicht dargestellt ist, dient.
Das Stößelhemd 36 ist an einem Außenbereich 46 symmetrisch um eine Symmetrieebene 48 angeordnet.
Dies ist schematisch für zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Stößelhemdes 36 in den 3 und 4 gezeigt.
3 zeigt dabei ein Stößelhemd 36, das im Querschnitt senkrecht zu seiner Längserstreckung 50 kreisförmig ausgebildet ist. Die Symmetrieebene 48 verläuft dabei auf einem Kreisradius 52 durch einen Kreismittelpunkt 54.
Alternativ kann das Stößelhemd 36 auch im Querschnitt senkrecht zu seiner Längserstreckung 50 quaderförmig ausgebildet sein, wie dies in 4 gezeigt ist. In diesem Fall weist das Stößelhemd 36 zwei Symmetrieebenen 48 auf, die jeweils auf einer Seitenhalbierenden 56 verlaufen.
5 zeigt schematisch eine Anordnung aus Nocken 28, Rollenstößel 30 und Kolben 22, wobei das Stößelhemd 36 symmetrisch sowohl in Geometrie als auch in Gesamtmasse um die Symmetrieebene 48 ausgebildet ist.
Bei einem Hub des Kolbens 22, d. h. beim Pumpen des Kraftstoffes 25 als auch beim Saugen des Kraftstoffes 25, werden durch die Oberfläche 32 sowohl Kräfte in axialer Richtung F_axial als auch in seitlicher Richtung F_seitlich in den Rollenstößel 30 eingeleitet, um schließlich über den Kolben 22 die Kraft auf den Kraftstoff 25 in Form von Druck zu übertragen. Die Seitenkräfte F_seitlich werden durch die Stößelführungsbohrung 44 aufgenommen und sind in 5 mit F₁ und F₂ bezeichnet. F₁ bezeichnet dabei eine seitliche Kraft, die im Bereich eines offenen Endes 58 der Umfangswand 42 des Stößelhemdes 36 wirkt. F₂ bezeichnet dabei eine seitliche Kraft, die in einem Kontaktbereich 60 der Traverse 40 mit der Umfangswand 42 wirkt. Wie in 5 zu sehen ist, sind die Kräfte F₁ und F₂ ungleichmäßig verteilt, so dass der Rollenstößel 30 innerhalb der Stößelführungsbohrung 44 kippen kann.
Wie weiter aus 5 hervorgeht, ist eine Geometrie 62 und eine Gesamtmasse 64 des Stößelhemdes 36 symmetrisch um die Symmetrieebene 48 angeordnet. Zusätzlich ist eine Rollenstößelachse 66 so angeordnet, dass sie senkrecht durch eine Achse 68 der Nockenwelle 26 verläuft, um so den Kontaktwinkel zwischen Nocken 28 und Rolle 34 zu verkleinern und damit resultierende Seitenkräfte zu vermindern.
Trotz Verminderung der Seitenkräfte F_seitlich kann jedoch ein Kippen des Rollenstößels 30 in der Stößelführungsbohrung 44 nicht verhindert werden.
Daher wird nun vorgeschlagen, außermittig, d. h. unsymmetrisch um die Symmetrieebene 48 verteilt, die Gesamtmasse 64 des Stößelhemdes 36 auszubilden.
Durch unsymmetrische Verteilung der Gesamtmasse 64 um die Symmetrieebene 48 wird der Kontaktwinkel zwischen Nocken 28 und Rolle 34 nicht verändert, es wird jedoch ohne Veränderung eines Hubprofils oder einer Nockenkontur eine Möglichkeit eröffnet, die seitlichen Kräfte F_seitlich an dem Rollenstößel 30 zu beeinflussen. Denn durch unsymmetrische Anordnung der Gesamtmasse 64 können die seitlichen Kräfte F₁ und F₂ homogener verteilt werden und werden somit gleichmäßiger an die Stößelführungsbohrung 44 übertragen.
Beispielsweise kann hierzu, wie in 6 schematisch dargestellt, eine Unwuchtmasse 70 vorgesehen sein, die unsymmetrisch zu der Symmetrieebene 48 in einem Innenbereich 72 des Stößelhemdes 36 angeordnet ist und gemeinsam mit einer Basismasse 74 eines bezüglich zu der Symmetrieebene 48 symmetrisch gebildeten Stößelhemdes 36 die Gesamtmasse 64 des Stößelhemdes 36 bildet.
Die Unwuchtmasse 70 bringt eine Beschleunigungskraft F_Masse mit sich, die in einem Drehmoment M_Masse resultiert, welches dem durch die ungleichmäßige Verteilung der Kräfte F₁ und F₂ resultierenden Kippmoment des Rollenstößels 30 entgegenwirkt.
Dadurch kann das Kippmoment beeinflusst und reduziert werden, und Kantenlasten auf dem Rollenstößel 30 durch Ungleichverteilung F₁ und F₂ können verringert werden. Zusätzlich kann der Zeitpunkt des Kippens, also das plötzliche und einseitige Loslösen des Rollenstößels 30 von der Stößelführungsbohrung 44, derart verändert werden, dass das Kippen keinen negativen Einfluss auf die Kinematik nimmt.
Beispielsweise könnte eine zu große Beschleunigung an der Rolle 34 zu einem Schlupf zwischen Oberfläche 32 der Nockenwelle 26 und der Rolle 34 führen, wobei das Kippen des Rollenstößels 30 diesen Beschleunigungsverlauf verändern kann. Damit kann mit dem Verändern des Kippverhaltens des Rollenstößels 30 auch der Schlupf verbessert werden.
6 zeigt eine erste Ausführungsform einer schematischen Längsschnittdarstellung des Rollenstößels 30, die zeigt, wie die Gesamtmasse 64 unsymmetrisch um die Symmetrieebene 48 verteilt angeordnet werden kann, nämlich durch Vorsehen einer Unwuchtmasse 70 in dem Kontaktbereich 60 von Traverse 40 und Umfangswand 42. Eine solche Unwuchtmasse 70 an dem Stößelhemd 36 kann sehr einfach hergestellt werden, wobei lediglich vorteilhaft darauf zu achten ist, dass die Unwuchtmasse kontaktfrei zu der Rolle 34 in dem Stößelhemd 36 angeordnet ist. Dadurch kann die Unwuchtmasse 70 beispielsweise im Längsschnitt zu der parallel zu der Stößelführungsbohrung 44 dreieckig ausgebildet sein, wie dies in 6 dargestellt ist. Besonders vorteilhaft ist ein erster Dreiecksschenkel 76 durch einen Teilbereich 78 der Traverse 40 gebildet, und ein zweiter Dreiecksschenkel 80 durch einen Teilbereich 82 der Umfangswand 42.
Vorteilhaft ist es, wenn sich die Unwuchtmasse 70 in einem oberen Bereich des Stößelhemdes 36 befindet, d. h. bei einer Umfangswand 42, die ausgehend von dem Kontaktbereich 60 zu dem offenen Ende 58 hin eine bestimmte Länge 84 hat, von dem Kontaktbereich 60 ausgehend sich über die Hälfte der Länge 84 bzw. über ein Drittel der Länge 84 bzw. über ein Viertel der Länge 84 erstreckt.
Dadurch wird ein Schwerpunkt 86 der Unwuchtmasse 70 beeinflusst, der über die Gleichung M_Masse = D (Schwerpunkt 86 zu Rollenstößelachse 66) × F_Masse seinerseits das Drehmoment M_Masse beeinflusst, welches dem Kippmoment des Rollenstößels 30 in der Stößelführungsbohrung 44 entgegenwirkt.
Das Drehmoment M_Masse wird über F_Masse auch von der eigentlichen Masse der Unwuchtmasse 70 beeinflusst.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Unwuchtmasse 70 10 % bis 100 % der Basismasse 74 ausmacht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Unwuchtmasse in einem Bereich von 20 % bis 50 % der Basismasse 74 bewegt.
Alternativ zu der in 6 dargestellten Dreiecksform der Unwuchtmasse 70 können auch, wie in der Längsschnittdarstellung in 7 gezeigt, Vorsprünge 88 an der Traverse 40 und/oder der Umfangswand 42 vorgesehen sein, die sich ebenfalls, wie auch die dreiecksförmige Unwuchtmasse 70, vorteilhaft ausgehend von dem Kontaktbereich 60 über die Hälfte der Länge 84 bzw. ein Drittel der Länge 84 bzw. ein Viertel der Länge 84 der Umfangswand 42 erstrecken.
8 und 9 stellen schematische Längsschnittdarstellungen alternativer Ausführungsformen des Stößelhemdes dar, bei denen nicht eine zusätzliche Unwuchtmasse 70 im Innenbereich 72 der Umfangswand 42 vorgesehen sind, sondern bei denen ein Bereich der Umfangswand 42 eine oder mehrere Ausnehmungen 90 bzw. einen Hohlraum 92 aufweist.
Dadurch wird die Masse der Umfangswand 42 in dem Bereich, der die Ausnehmung 90 bzw. den Hohlraum 92 aufweist, geringer als in anderen Bereichen der Umfangswand 42 und es ergibt sich insgesamt eine unsymmetrisch zu der Symmetrieebene 48 verteilte Gesamtmasse 64 des Stößelhemdes 36.
Eine weitere, in 10 im Längsschnitt dargestellte Alternative ist die Bereitstellung unterschiedlicher Materialien, wobei ein erstes Material 94 eine erste Dichte aufweist und ein zweites Material 96 eine zweite Dichte, die zu der ersten Dichte unterschiedlich ist. Das Stößelhemd 36 wird aus den beiden Materialien 94, 96 gefertigt, wobei die Materialien 94, 96 unsymmetrisch um die Symmetrieebene 48 herum angeordnet werden, so dass sich insgesamt eine unsymmetrisch zu der Symmetrieebene 48 verteilte Gesamtmasse 64 des Stößelhemdes 36 ergibt.
11 zeigt im Längsschnitt beispielhaft für die dreiecksförmige Unwuchtmasse 70 an dem Innenbereich 72 des Stößels 36 eine Verdrehsicherung 98, die jedoch auch in allen anderen Ausführungsformen verwendet werden kann. Die Verdrehsicherung kann als Zapfen 100 ausgebildet sein, der entweder an der Stößelführungsbohrung 44 oder an dem Stößelhemd 36 angeordnet ist und in einen Rücksprung 100 an dem benachbarten Element – Stößelführungsbohrung 44 oder Rollenstößel 30 – eingreift, um so zu verhindern, dass sich der Rollenstößel 30 um seine Rollenstößelachse 66 dreht.
Insgesamt wird daher vorgeschlagen, die bislang weitgehend symmetrisch ausgeführte Stößelgeometrie derart unsymmetrisch auszuführen, dass der versetzte Massenschwerpunkt 86 ein Moment zur positiven Beeinflussung der Stößelkinematik generiert. Darüber hinaus kann dieser zusätzliche Freiheitsgrad in der geometrischen Gestaltung des Rollenstößels 30 weitere Möglichkeiten eröffnen. Neben der Änderung der Kräfte selbst, kann auch der Zeitpunkt des Kippens bzw. des Abhebens am unteren bzw. oberen Ende der Stößelführungsbohrung 44 optimiert werden, um beispielsweise negative Einflüsse am Beschleunigungsverlauf der Rollengeschwindigkeit in einen unkritischen Verlauf zu verlagern. Somit kann ein plötzlicher Schlupf zwischen einer Oberfläche 32 der Nockenwelle 26 und der Rolle 34, verursacht durch Kippen des Rollenstößels 30, vor- oder zurückgestellt werden, um den Winkel möglichst in einen unkritischen Bereich des Hubprofiles zu bringen.
Bezugszeichenliste

10: Hochdruckpumpe
12: Kraftstoffeinspritzsystem
14: Brennkraftmaschine
16: Kolbenpumpe
18: Kolbenführung
20: Pumpengehäuse
20a: Zylinderbereich
20b: unterer Gehäusebereich
22: Kolben
24: Druckraum
25: Kraftstoff
26: Nockenwelle
28: Nocken
30: Rollenstößel
32: Oberfläche
34: Rolle
36: Stößelhemd
38: Rollenschuh
40: Traverse
42: Umfangswand
44: Stößelführungsbohrung
46: Außenbereich
48: Symmetrieebene
50: Längserstreckung
52: Kreisradius
54: Kreismittelpunkt
56: Seitenhalbierende
58: offenes Ende
60: Kontaktbereich
62: Geometrie
64: Gesamtmasse
66: Rollenstößelachse
68: Achse
70: Unwuchtmasse
72: Innenbereich
74: Basismasse
76: erster Dreiecksschenkel
78: Teilbereich Traverse
80: zweiter Dreiecksschenkel
82: Teilbereich Umfangswand
84: Länge
86: Schwerpunkt
88: Vorsprung
90: Ausnehmung
92: Hohlraum
94: erstes Material
96: zweites Material
98: Verdrehsicherung
100: Zapfen
102: Rücksprung
F_axial: Kraft in axialer Richtung
F_seitlich: Kraft in seitlicher Richtung
F₁: seitliche Kraft am offenen Ende des Umfangsrandes
F₂: seitliche Kraft im Kontaktbereich Traverse zu Umfangswand
F_Masse: Beschleunigungskraft der Unwuchtmasse
M_Masse: Drehmoment der Unwuchtmasse

Claims

Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (12) einer Brennkraftmaschine (14), aufweisend – ein Pumpengehäuse (20) zum Aufnehmen von Elementen der Hochdruckpumpe (10), – einen Kolben (22) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes (25) mit Druck, wobei der Kolben (22) in einer Kolbenführung (18) des Pumpengehäuses (20) geführt ist, – einen Rollenstößel (30) mit einem Stößelhemd (36) und einer Rolle (34) zum Übertragen einer translatorischen Bewegung von einem Nocken (28) einer Nockenwelle (26) auf den Kolben (22), wobei der Rollenstößel (30) in einer Stößelführungsbohrung (44) in dem Pumpengehäuse (20) geführt ist, – wobei das Stößelhemd (36) einen von der Rolle (34) weg gerichteten Außenbereich (46) aufweist, der symmetrisch um eine Symmetrieebene (48) ausgebildet ist, – wobei das Stößelhemd (36) eine Gesamtmasse (64) aufweist, die um die Symmetrieebene (48) unsymmetrisch verteilt angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stößelhemd (36) eine Traverse (40) zum Kontaktieren des Kolbens (22) und eine Umfangswand (42) zur Aufnahme der Rolle (34) aufweist, wobei die Gesamtmasse (64) unsymmetrisch um die Symmetrieebene (48) verteilt an Traverse (40) und/oder Umfangswand (42) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse (64) des Stößelhemdes (36) gebildet ist durch die Summe einer Basismasse (74) eines symmetrisch zu der Symmetrieebene (48) ausgebildeten Stößelhemdes (36) und einer unsymmetrisch zu der Symmetrieebene (48) an einem zu der Rolle (34) gerichteten Innenbereich (72) des Stößelhemdes (36) angebrachten Unwuchtmasse (70), wobei die Unwuchtmasse (70) insbesondere in einem Kontaktbereich (60) von Traverse (40) und Umfangswand (42) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (70) kontaktfrei zu der Rolle (34) in dem Stößelhemd (36) angeordnet ist, wobei die Umfangswand (42) parallel zu der Stößelführungsbohrung (44) von einem Kontaktbereich (60) mit der Traverse (40) ausgehend bis zu einem dem Kontaktbereich (60) gegenüberliegenden offenen Ende (58) eine Länge (84) aufweist, wobei sich die Unwuchtmasse (70) von dem Kontaktbereich (60) ausgehend vorzugsweise über die Hälfte der Länge der Umfangswand (42), mehr vorzugsweise über ein Drittel der Länge (84), mehr vorzugsweise über ein Viertel der Länge (84), erstreckt.
Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (70) im Längsschnitt parallel zu der Stößelführungsbohrung (44) dreieckig ausgebildet ist, wobei ein erster Dreiecksschenkel (76) durch einen Teilbereich der Traverse (78) und ein zweiter Dreiecksschenkel (80) durch einen Teilbereich der Umfangswand (82) gebildet ist, oder dass in dem Kontaktbereich (60) wenigstens ein Vorsprung an der Traverse (40) und/oder der Umfangswand (42) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtmasse (70) 10 % bis 100 % der Basismasse (74), insbesondere 20 % bis 50 % der Basismasse (74), beträgt.
Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (42) wenigstens eine unsymmetrisch zu der Symmetrieebene (48) angeordnete Ausnehmung (90) aufweist.
Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (42) parallel zu der Stößelführungsbohrung (44) von einem Kontaktbereich (60) mit der Traverse (40) ausgehend bis zu einem dem Kontaktbereich (60) gegenüberliegenden offenen Ende (58) eine Länge (84) aufweist, wobei sich die Ausnehmung von dem offenen Ende (58) ausgehend über die Hälfte der Länge (84) der Umfangswand (42), vorzugsweise über ein Drittel der Länge(84), mehr vorzugsweise über ein Viertel der Länge (84), erstreckt.
Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (42) mit einem Hohlraum (92) ausgebildet ist, wobei die Umfangswand (42) vorzugsweise parallel zu der Stößelführungsbohrung (44) von einem Kontaktbereich (60) mit der Traverse (40) ausgehend bis zu einem dem Kontaktbereich (60) gegenüberliegenden offenen Ende (58) eine Länge (84) aufweist, wobei der Hohlraum (92) vorzugsweise in einem dem offenen Ende (58) benachbarten Drittel der Umfangswand (42) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel (30) aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien (94, 96) mit unterschiedlicher Dichte gefertigt ist, die unsymmetrisch um die Symmetrieebene (48) verteilt an Traverse (40) und/oder Umfangswand (42) angeordnet sind.