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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe für eine Einspritzdüse und auf eine Einspritzdüse mit solch einer Pumpe. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Pumpe und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Einspritzdüse.
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Eine Einspritzdüse wird im Allgemeinen für ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungsmaschine verwendet. Eine Pumpe für solch eine Einspritzdüse ist typischerweise mit einer Nockenwelle, welche eine lineare und periodische Bewegung eines Kolbens auslöst, ausgebildet. Ein Beispiel für solch eine Pumpe ist z. B. die CP4 Hochdruckpumpe (CP4 High Pressure Pump) der Robert Bosch GmbH. Die CP4 Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuse mit einer Nockenwellenbohrung, in welcher eine Nockenwelle mit zwei Gleitlagern um eine Längsachse des Schafts der Nockenwelle rotiert (siehe z. B. http://www.bosch.cz/en/cz/our_company_7/locations_7/jihlava_menu/jihlava_menu_produkty/jihlava_produkty.html). Ein erstes Gleitlager der zwei Gleitlager ist auf einer ersten Seite der Nocke der Nockenwelle angeordnet, während ein zweites Gleitlager der zwei Gleitlager den Schaft auf einer zweiten Seite der Nocke kontaktiert. Die Rotation der Nockenwelle um die Längsachse regt einen Kolben der Pumpe zum linearen Oszillieren innerhalb einer Kolbenbohrung des Gehäuses an. Auf diese Weise ist es möglich, Kraftstoff mittels der CP4 Hochdruckpumpe zu pumpen.
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Um ihre Funktion in einem Personenfahrzeug auszuführen, benötigt die CP4 Hochdruckpumpe eine (Kraftstoff-)Schmierung. Normalerweise wird sie nur für Niedriglasten-Anwendungen mit Drücken, die 2000 bar nicht überschreiten, verwendet. Für Hochlast-Anwendungen (mit 2500 bar übersteigenden Drücken) ist es nötig, einen anderen Pumpentyp zu verwenden, im Allgemeinen eine mit Motoröl geschmierte Pumpe.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe für eine Einspritzdüse zu schaffen, die ein breiteres Anwendungsfeld hat.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird von einer Pumpe für eine Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 10, einem Verfahren zum Herstellen einer Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einem Verfahren zum Herstellen einer Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Pumpe mit mindestens einem Lager, das (verglichen mit dem Stand der Technik) eine niedrigere Reibung hat. Diese verringerte Reibung bewirkt eine höhere Pumpeffizienz der Pumpe. Weil die Pumpe mit dem mindestens einen Nadellager eine verbesserte Pumpeffizienz hat, benötigt sie weniger Energie zum Ausführen ihrer Funktion. Deshalb wird weniger Kraftstoff zum Gewinnen der Energie für die Pumpe benötigt. Ein Kraftstoff-betriebenes Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Pumpe hat deshalb verglichen mit dem Stand der Technik eine niedrigere CO2-Emission.
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Außerdem hat die erfindungsgemäße Pumpe mit dem mindestens einen Nadellager eine höhere Robustheit gegenüber einem Schmiermittel mit einer relativ geringen Schmiermittelqualität. Speziell ist die Pumpe mit dem mindestens einen Nadellager geeignet zum Arbeiten mit Diesel/Kraftstoff und/oder Maschinenöl/Motoröl als Schmiermittel. Auf diese Weise schafft die Erfindung eine Schmiermittelsystem-Vereinheitlichung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Pumpe ist mindestens eine Kolbenbohrung in dem Gehäuse relativ zu der Nocke in einer Weise ausgebildet, dass eine Rotation der Nocke um eine Längsachse des Schafts mindestens einen in die mindestens eine Kolbenbohrung eingebrachten Pumpenkolben zum linearen Oszillieren innerhalb seiner Kolbenbohrung anregt. Vorzugsweise erstreckt sich die mindestens eine Kolbenbohrung senkrecht zu der Längsachse des Schafts.
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Zum Beispiel kann die Pumpe den mindestens einen in seiner Kolbenbohrung angeordneten Pumpenkolben umfassen. Die Pumpe kann jedoch auch ohne den mindestens einen Pumpenkolben hergestellt und verkauft werden, und der mindestens eine Pumpenkolben kann in die mindestens eine Kolbenbohrung kurz vor einer ersten Anwendung der Pumpe eingebracht werden.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Pumpe ist das mindestens eine Nadellager mindestens ein Nadellager des NKS-Typs. Deshalb kann eine Vielzahl von billigen Lager als das mindestens eine Nadellager der Pumpe verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Entwicklung der Pumpe umfasst die Pumpe ein erstes Lager und ein zweites Lager als das mindestens eine Lager, wobei das erste Lager auf einer ersten Seite der Nocke auf dem Schaft angeordnet ist und das zweite Lager auf einer zweiten Seite der Nocke auf dem Schaft angeordnet ist. Auf diese Weise können die beiden Lager zum Stabilisieren der Nockenwelle innerhalb der Nockenwellenbohrung verwendet werden.
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Vorzugsweise sind das erste Lager und das zweite Lager beide Nadellager. In diesem Fall ist die gesamte Reibungskraft, welche für eine Rotation der Nockenwelle um die Längsachse des Schafts überwunden werden muss, signifikant niedrig, obwohl zwei Lager auf dem Schaft angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren Entwicklung der Pumpe ist zumindest die Nockenwellenbohrung zumindest teilweise mit Diesel und/oder Maschinenöl als Schmiermittel gefüllt. Es ist somit möglich, ein Schmiermittel für den gleichen Pumpentyp zu wechseln.
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Die Pumpe kann eine radiale Kolbenpumpe sein. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf radiale Kolbenpumpen beschränkt.
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Eine Einspritzdüse mit einer Pumpe gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen schafft auch die erwähnten Vorteile.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Einspritzdüse ist die Einspritzdüse für ein Common-Rail-Einspritzsystem (Common Rail Injection) ausgelegt.
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Die oben erwähnten Vorteile werden auch durch Ausführen des entsprechenden Verfahrens zum Herstellen einer Pumpe bewirkt. Das Gleiche ist wahr, wenn das entsprechende Verfahren zum Herstellen einer Einspritzdüse ausgeführt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a und 1b sind ein schematischer Querschnitt von einem Gehäuse einer ersten Ausführungsform der Pumpe und eine schematische Seitenansicht von einer Nockenwelle der gleichen Ausführungsform;
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2a und 2b sind eine schematische Seitenansicht von einer zweiten Ausführungsform der Pumpe und eine schematische Seitenansicht von den Lager der gleichen Ausführungsform; und
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3 ist ein Flussdiagramm von einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Pumpe.
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Sofern nicht anders angezeigt, zeigen die gleichen Bezugszeichen innerhalb der Figuren gleiche Elemente an.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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1a und 1b sind ein schematischer Querschnitt von einem Gehäuse einer ersten Ausführungsform der Pumpe und eine schematische Seitenansicht von einer Nockenwelle der gleichen Ausführungsform.
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1a zeigt ein Gehäuse 10 von einer Pumpe für eine Einspritzdüse, wobei das Gehäuse 10 mit einer sich durch ein Innenvolumen des Gehäuses 10 erstreckenden Nockenwellenbohrung 12 ausgebildet ist. Eine Nockenwelle 14, welche in 1b gezeigt ist, ist in der Nockenwellenbohrung 12 des Gehäuses 10 angeordnet. (Die Nockenwelle 14 ist in 1a nicht gezeigt)
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Die Nockenwelle 14 umfasst einen Schaft/eine Welle 16 und eine auf dem Schaft 16 angeordnete Nocke 18. Die Nocke 18 kann auf dem Schaft 16 ausgebildet oder fixiert sein. Die Pumpe umfasst auch mindestens ein Lager 20, welches auf mindestens einer Seite der Nocke 18 auf den Schaft 16 angeordnet ist. Das mindestens eine Lager 20 ist ein Nadellager 20 (Needle Roller Bearing). Deshalb ist das mindestens eine Lager 20 ein Lager, welches schmale zylindrische Nadeln, vorzugsweise Nadeln mit einem Verhältnis von ihrem Durchmesser und ihrer Länge zwischen 0.1 und 0.4, verwendet. Im Allgemeinen sind die schmalen zylindrischen Nadeln in einem Nadelkäfig mit einer (nicht gezeigten) Ringstruktur angeordnet. Solch ein Nadelkäfig ist typischerweise in einem Ringspalt zwischen einem äußeren Ring 22 seines Nadellagers 20 und einem inneren Ring 24 seines Nadellagers 20 angeordnet (in 1a gezeigt). In dem Beispiel von 1a und 1b ist das mindestens eine Nadellager 20 in solch einer Weise auf dem Schaft 16 angeordnet, dass eine zylindermantelförmige Innenfläche 24a seines inneren Rings 24 eine zylindermantelförmige Schaftoberfläche 16a des Schafts 16 visiert/kontaktiert, während eine zylindermantelförmige Außenfläche 22a seines äußeren Rings 22 eine Seitenwandoberfläche 12a der Nockenwellenbohrung 12 visiert/kontaktiert.
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Ein Vorteil der Pumpe der 1a und 1b ist, dass ihr mindestens ein Nadellager 20 verglichen mit irgendeinem herkömmlichen Gleitlager (mit dem gleichen Durchmesser und der gleichen Länge) eine niedrigere Reibung hat. Deshalb ist die gesamte Reibungskraft, welche mittels eines (nicht gezeigten) Motors der Pumpe zum Bewirken einer Rotation der Nockenwelle 14 überwunden werden muss, niedriger als bei einer ähnlichen Pumpe gemäß dem Stand der Technik. Dies steigert eine Pumpeffizienz der Pumpe der 1a und 1b und reduziert zusätzlich deren Energieverbrauch. Weil die Pumpe zum Ausführen ihrer Funktion weniger Energie braucht, wird weniger Kraftstoff zum Aktivieren der Pumpe in einem Kraftstoff-betriebenen Fahrzeug benötigt. Das Kraftstoff-betriebene Fahrzeug mit der Pumpe der 1a und 1b benötigt deshalb weniger Kraftstoff und hat verglichen mit dem Stand der Technik eine niedrigere CO2-Emission.
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Weil das mindestens eine Lager 20 der Pumpe mindestens ein Nadellager 20 ist, hat es auch eine hohe Robustheit bezüglich der Schmiermittelqualität seines Schmiermittels. Da eine Viskosität einer Schmiermittelflüssigkeit kaum eine Begrenzung für irgendein Nadellager 20 ist, kann sogar Diesel/Kraftstoff (mit einer eher schlechten Schmiermittelqualität) als Schmiermittel verwendet werden. Die gleiche Pumpe (die Diesel/Kraftstoff mit einer eher schlechten Schmiermittelqualität verwenden kann) kann jedoch auch Maschinenöl/Motoröl als Schmiermittel verwenden. Eine Lebenszeit der Pumpenfunktion wird kaum durch die Wahl des Schmiermittels beeinflusst. Außerdem ist da kein Risiko einer Fehlfunktion der Pumpe sogar wenn ein Schmiermittel mit einer eher schlechten Schmiermittelqualität verwendet wird.
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Es besteht hier deshalb die Möglichkeit, das Schmiermittel zu wählen. Zum Beispiel ist es möglich, ein relativ billiges Schmiermittel für die Pumpe für Niedriglasten-Anwendungen (z. B. mit Drücken, die kaum 2000 bar übersteigen) zu verwenden. Die Pumpe der 1a und 1b kann zum Beispiel als Kraftstoff-geschmierte „niedrige Lasten”-Pumpe verwendet werden. Die Pumpe der 1a und 1b kann jedoch auch für Hochlast-Anwendungen (z. B. mit 2500 bar übersteigenden Drücken) verwendet werden, in diesem Fall vorzugsweise als eine Maschineöl-geschmierte „hohe Lasten”-Pumpe. Der Wechsel von einer „niedrige Lasten”-Pumpe zu einer „hohe Lasten”-Pumpe (oder von einer „hohe Lasten”-Pumpe zu einer „niedrige Lasten”-Pumpe) ist durch ein einfaches „Wechseln/Schalten der Schmierung” möglich.
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Ein Wechsel von einem Diesel/Kraftstoff-Schmiermittel zu einem Maschinenöl/Motoröl-Schmiermittel (oder von einem Maschinenöl/Motoröl-Schmiermittel zu einem Diesel/Kraftstoff-Schmiermittel) erfordert nicht einen Austausch von irgendeiner Komponente der Pumpe der 1a und 1b. Dies ist ein anderer signifikanter Vorteil der Pumpe verglichen mit dem Stand der Technik. Gemäß dem Stand der Technik erfordert ein Wechsel des Schmiermittels einer herkömmlichen Pumpe oft einen Austausch von deren Gleitlager (typischerweise für Kraftstoff-geschmierte Pumpen bei niedrigen Lasten verwendet) durch ein Kugellager (typischerweise für Maschinenöl-geschmierte Pumpen bei hohen Lasten verwendet) oder vice versa. Solch ein Austausch des Gleitlagers durch ein Kugellager (oder vice versa) ist jedoch im Allgemeinen nicht möglich ohne das Pumpengehäuse oder die Pumpennockenwelle der herkömmlichen Pumpe zu ändern. Gemäß dem Stand der Technik ist es deshalb notwendig, verschiedene Typen zum Pumpen zu produzieren, wobei die „niedrige Lasten”-Pumpen unterschiedliche Komponenten als die „hohe Lasten”-Pumpen haben.
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Im Unterschied zu dem Stand der Technik kann die Pumpe der 1a und 1b sowohl als eine „hohe Lasten”-Pumpe als auch als eine „niedrige Lasten”-Pumpe verwendet werden, ohne irgendeine Änderung an ihrem Grunddesign oder ihren Komponenten, wie zum Beispiel dem Gehäuse 10 und der Nockenwelle 14. Insbesondere kann die gleiche Pumpe mit dem gleichen Grunddesign und den gleichen Komponenten als eine Kraftstoff-geschmierte „niedrige Lasten”-Pumpe oder als eine Maschinenöl-geschmierte „hohe Lasten”-Pumpe verwendet werden. Deshalb kann die gleiche Produktionsstätte zum Produzieren von Kraftstoff-geschmierten „niedrige Lasten”-Pumpen wie auch von Maschinenöl-geschmierten „hohe Lasten”-Pumpen verwendet werden. Dies reduziert die Produktionskosten für diese Pumpen signifikant.
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Das mindestens eine Nadellager 20 kann mindestens ein Nadellager 20 des NKS-Typs sein. Somit kann eine Vielzahl von billigen Nadellagern des NKS-Typs in die Pumpe integriert sein/werden. Die Pumpe kann jedoch auch mindestens ein Nadellager 20 von einem anderen Nadellagertyp haben. Die Ausführbarkeit der Pumpe ist nicht auf die Verwendung von einem bestimmten Nadellagertyp für das mindestens eine Nadellager 20 beschränkt.
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Die Ausführungsform der 1a und 1b hat ein erstes Lager 20 und ein zweites Lager 20 als das mindestens eine Lager 20, wobei das erste Lager 20 an einer ersten Seite der Nocke 18 auf dem Schaft 16 angeordnet ist und das zweite Lager 20 auf einer zweiten Seite der Nocke 18 auf dem Schaft 16 angeordnet ist. Vorzugsweise sind das erste Lager 20 und das zweite Lager 20 beide Nadellager 20 (Needle Roller Bearing).
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Das in 1 gezeigte Gehäuse 10 hat auch mindestens eine Kolbenbohrung 26. Die mindestens eine Kolbenbohrung 26 ist in dem Gehäuse 10 relativ zu der Nocke 18 auf eine Weise ausgebildet, dass eine Rotation der Nocke 18 um eine Längsachse 28 des Schafts 16 mindestens einen in die mindestens eine Kolbenbohrung 26 eingefügten (nicht gezeigten) Pumpenkolben/Plunger zum linearen Oszillieren innerhalb seiner Kolbenbohrung 26 anregt. Vorzugsweise erstreckt sich die mindestens eine Kolbenbohrung 26 senkrecht zu der Längsachse 28 des Schafts 16. Die Pumpe kann eine radiale Kolbenpumpe sein.
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Um eine Leckage von Schmiermittel durch eine Öffnung der Nockenwellenbohrung 12 zu verhindern, kann eine Dichtung/ein Dichtungsring 30 benachbart zu der Öffnung der Nockenwellenbohrung 12 auf dem Schaft 16 angeordnet sein.
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2a und 2b sind eine schematische Seitenansicht von einer zweiten Ausführungsform der Pumpe und eine schematische Seitenansicht von den Lagern der gleichen Ausführungsform.
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Die in 2a gezeigte Pumpe hat alle die oben erklärten Merkmale. Insbesondere hat die Pumpe zwei Nadellager 20. Deshalb bietet die Pumpe alle die oben beschriebenen Vorteile. Weil die Pumpe auch die verbesserte Robustheit gegenüber einer schlechten Schmiermittelqualität hat, kann zumindest die Nockenwellenbohrung 12 der Pumpe zumindest teilweise entweder mit Diesel/Kraftstoff, mit Maschinenöl/Motoröl oder mit einer Kombination von beiden Materialien als Schmiermittel gefüllt sein. Die in 2 gezeigte Pumpe umfasst auch mindestens einen in der Kolbenbohrung 26 angeordneten Pumpenkolben 32.
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Die zwei (vergrößerten) Nadellager 20 (Needle Roller Bearings) der Pumpe sind in 2b gezeigt. Jedes der Nadellager 20 hat einen Nadelkäfig 34 mit schmalen zylindrischen Nadeln 36. Vorzugsweise ist ein Verhältnis eines Durchmessers der Nadeln 36 und einer Länge der Nadeln 36 zwischen 0.1 bis 0.4. Die Ausbildbarkeit der Pumpe der 2a und 2b ist jedoch nicht auf einen bestimmten Bereich des Verhältnisses von dem Durchmesser der Nadeln 36 und der Länge der Nadeln 36 beschränkt.
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Der Nadelkäfig 34 ist von einem äußeren Ring 22 seines Nadellagers 20 umgeben. Ein innerer Ring 24 seines Nadellagers 20 ist von dem Nadelkäfig 34 umgeben. Beide Nadellager 20 sind in dem Beispiel der 2b von dem Typ INA Schaeffler NKS 22+25.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Pumpen können für eine Einspritzdüse verwendet werden, zum Beispiel für ein (Kraftstoff-)Einspritzventil. Solch eine Einspritzdüse kann für ein Common-Rail-Einspritzsystem (Common Rail Injection) ausgelegt sein. Die Verwendung der Pumpen ist jedoch nicht auf eine bestimmte Anwendung der Pumpen oder auf eine mit einer der Pumpen ausgestattete Einspritzdüse limitiert.
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Die oben beschriebenen Pumpen können beide als eine Hochdruckpumpe verwendet werden. Jede Pumpe wurde als geeignet befunden zum Widerstehen zumindest einer Radialkraft von 21000 N (Newton), was viel höher als die geforderten 13400 N (Newton) ist. Beide Pumpen können mit Diesel/Kraftstoff und/oder Maschinenöl/Motoröl geschmiert sein. Sie haben beide eine bewiesene Lebensdauer von 150 Stunden als eine Diesel/Kraftstoff-geschmierte Pumpe und von 800 Stunden als eine Maschinenöl/Motoröl-geschmierte Pumpe (mit einem Testdruckbereich von 200 bar bis zu 2200 bar für alle Beispiele mit einem Mittelwert bei 1200 bar).
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Die Pumpen der oben beschriebenen Ausführungsformen sind beide geeignet zum Erzeugen eines ausreichenden Drucks für ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungsmaschine und für eine saubere Verbrennung des Kraftstoffs innerhalb der Verbrennungsmaschine. Letztlich bieten beide Pumpen den Vorteil einer Schmiermittelsystem-Vereinheitlichung.
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3 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Pumpe.
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In einem Verfahrensschritt S1 wird zumindest ein Lager auf einem Schaft einer Nockenwelle angeordnet. Das mindestens eine Lager wird auf mindestens einer Seite einer (auf dem Schaft angeordneten) Nocke angeordnet. Das mindestens eine Lager ist ein Nadellager. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden ein erstes Lager und ein zweites Lager als das mindestens eine Lager auf dem Schaft angeordnet, wobei das erste Lager auf einer ersten Seite der Nocke auf dem Schaft angeordnet wird und das zweite Lager auf einer zweiten Seite der Nocke auf dem Schaft angeordnet wird.
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In einem anderen Verfahrensschritt S2 wird die Nockenwelle mit dem mindestens einen Lager auf dem Schaft auf der mindestens einen Seite der Nocke in einer Nockenwellenbohrung eines Gehäuses der späteren Pumpe angeordnet. Die Pumpe kann auch mit den anderen Komponenten der oben beschriebenen Pumpen ausgestattet werden. Weitere Merkmale der durch Ausführen dieses Verfahrens produzierten Pumpe werden jedoch hier nicht wiederholt.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren zum Herstellen einer Pumpe auch den (optionalen) Verfahrensschritt S3 eines Füllens zumindest der Nockenwellenbohrung zumindest teilweise mit Diesel und/oder Maschinenöl als Schmiermittel. Da die durch Ausführen des Verfahrens zum Herstellen einer Pumpe produzierte Pumpe den Vorteil einer Schmiermittelsystem-Vereinheitlichung bietet, kann Diesel/Kraftstoff als ein Schmiermittel genauso verwendet werden wie Maschinenöl/Motoröl.
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Die Verfahrensschritte S1 bis S3 können auch ausgeführt werden als Teil eines Verfahrens zum Herstellen einer Einspritzdüse. Solch eine Einspritzdüse kann zum Beispiel ein (Kraftstoff-)Einspritzventil sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.bosch.cz/en/cz/our_company_7/locations_7/jihlava_menu/jihlava_menu_produkty/jihlava_produkty.html [0002]
