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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Hochdruckkraftstoffpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems ist durch die
DE 10 2006 012 458 A1 bekannt. Die Pumpe weist einen Pumpenzylinder auf, der wiederum eine Zylinderbohrung aufweist. In der Zylinderbohrung ist ein Pumpenkolben angeordnet, der translatorisch auf- und abbewegbar ist und über eine Stößel-Baugruppe mit einer Antriebseinheit zusammenwirkt, wobei der Pumpenkolben mit einem Federteller verbunden ist und an der Stößel-Baugruppe anliegt. Des weiteren ist ein Dichtelement zwischen dem Pumpenkolben und einem Pumpenzylinderkopf angeordnet und eine Stößelfeder stützt sich über den Federteller in einem Stößelkörper der Stößel-Baugruppe ab. Des weiteren weist der Stößelkörper einen Lagerbolzen auf, auf dem eine um eine Drehachse drehbare Lagerrolle angeordnet ist. Die Drehbarkeit der Lagerrolle auf dem nicht-drehbaren Lagerbolzen wird dadurch ermöglicht, dass zwischen dem Lagerbolzen und einer Laufrolle eine Gleitlagerbuchse angeordnet ist. Zudem ist diese Pumpe so ausgebildet, dass Sie beispielsweise in ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann und keine eigene Antriebswelle aufweist. Der Pumpenkolben der Pumpe wirkt über einen Rollenstößel mit einer in der Brennkraftmaschine angeordneten Nockenwelle als Antriebswelle zusammen und beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Pumpenkolben durch die Drehbewegung der Nockenwelle translatorisch auf und ab bewegt. Bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens wird über ein Saugventil, das mit einem stuzenförmig ausgebildeten Niederdruckanschluss der Pumpe zusammenwirkt, Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum der Pumpe eingelassen. Bei der beschrieben Pumpe handelt es sich um eine Steckpumpe zum Einspeisen von hochverdichtetem Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher zur Versorgung eines Brennraums der Brennkraftmachine beschrieben, wobei die Steckpumpe ein Gehäuse mit einem Pumpenraum umfasst, der durch eine Saugleitung mit dem Saugventil und durch eine Hochdruckleitung mit einem Hochdruckventil verbunden ist. Die Steckpumpe kann iinsbesondere in das Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden und ist beispielsweise in der
DE 10 2008 041 383 A1 beschrieben. Des weiteren wird die Steckpumpe von einer rotierenden Nocken- und Exzenterwelle der Brennkraftmaschine in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt, wobei Kraftstoff über das Saugventil in den Pumpenraum einspeist, darin unter einen hohen Druck gesetzt und über ein Hochdruckventil in einen Hochdrucksammler überführt wird, an den die Injektoren der eigentlichen Brennkraftmaschine angeschlossen ist. In der
DE 10 2006 012 458 A1 ist eine vorteilhafte Ausprägungsform der Pumpe beschrieben, bei der die Stößel-Baugruppe bei der Montage über einen Führungsstift positioniert wird. Der Führungsstift bildet hierzu eine Verbindung zum Kurbelgehäuse aus und steht mit dem Stößelkörper derart in Anlage, dass eine Rotation der Stößel-Baugruppe um eine Längsachse verhindert wird. Eine Verhinderung der Rotation der Stößel-Baugruppe ist, insbesondere bei Steckpumpen, zur Gewährleistung der Funktion der Pumpe notwendig. Die Vermeidung der Rotation der Stößel-Baugruppe um die Längsachse ist aus zweierlei Gründen wichtig: Zum Einen, um bei der Montage zu gewährleisten, dass die Steckpumpe in das Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors derart eingeführt wird, so dass die Laufrolle der Stößel-Baugruppe in der korrekten Position mit der Laufbahn des Nockens der Nockenwelle in Anlage kommt. Eine Verdrehung der Laufrolle um die Längsachse der Stößel-Baugruppe würde bewirken, dass die Laufrolle nicht mehr vollständig mit der Laufbahn des Nockens der Nockenwelle in Kontakt steht. Zum Zweiten muss sichergestellt werden, dass eine Rotation des Stößelkörpers während des Betriebs der Pumpe verhindert wird, da es während des Betriebs der Pumpe zu sporadische Effekten kommen kann, die ein Verdrehen des Stößelkörpers verursachen können. Sobald eine Rotation der Stößel-Baugruppe um die Längsachse auftritt verringert sich die Größe der Kontaktfläche, den die Laufrolle mit dem Nocken der Nockenwelle ausbildet. Dadurch werden die Oberflächen der Bauteile Laufrolle und Nocken einer erhöhten Belastung ausgesetzt, die zu einer Reduzierung der Lebensdauer der gesamten Steckpumpe führt. Des weiteren kann es zu einem Verkippen der gesamten Rollenstößels im Kurbelgehäuse kommen, was sogar einen vollständigen Funktionsverlust der Steckpumpe bewirken kann. Die aus der
DE 10 2006 012 458 A1 bekannte Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Saugventil, bei der der mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung stehender Führungsstift verwendet wird, um eine Rotation der Stößel-Baugruppe um die Längsachse zu verhindern, kann gewisse Nachteile aufweisen. Die Verwendung des Führungsstiftes erfordert einen erhöhten Bearbeitungsaufwand bei der Fertigung der Pumpe, da im Kurbelgehäuse eine Aufnahme für den Führungsstift und eine Vertiefung in den Stößelkörper durch einen zusätzliche Bearbeitungsschritt eingebracht werden muss, damit der Führungsstift mit dem Stößelkörper in Anlage steht und eine Rotation der Stößel-Baugruppe verhindert wird. Des weiteren weist der Stand der Technik, bei dem der Führungsstift verwendet wird, um eine Rotation der Stößel-Baugruppe um die Längsachse zu verhindern, den Nachteil auf, dass die Dauerhaltbarkeit aufgrund der entstehenden Anschlagkräfte, die durch den Einsatz des Führungsstiftes auftreten, gering sein kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Pumpe mit den Merkmalen aus Anspruch 1 hat den Vorteil, dass mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Lagerbolzens der Einsatz eines Führungsstiftes zur Vermeidung der Rotation einer Stößel-Baugruppe um eine Längsachse, nicht mehr notwendig ist und somit die Dauerhaltbarkeit einer Steckpumpe erhöht werden kann. Dadurch kann das separate Bauteil des Führungsstiftes entfallen und die Funktion der Verdrehsicherung kann in das Bauteil des Lagerbolzens integriert werden. Die Herstellung der Pumpe wird vereinfacht, da kein zusätzliches Bauteil wie beispielsweise der Führungsstift und keine Aufnahme im Kurbelgehäuse erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich gemäß Anspruch 1, da durch die Integration der Funktion Verdrehsicherung im Bauteil Lagerbolzen durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lagerbolzens kann das zusätzliche Bauteil des Führungstiftes entfallen. Dadurch können Montagekosten eingespart werden, da zum einen die Gesamtanzahl der Bauteile reduziert wird und zum zweiten die Montagezeit für das Einbringen des Führungsstiftes in das Kurbelgehäuse und/oder die Stößel-Baugruppe entfallen kann. Des weiteren entfällt eine zusätzliche Bearbeitung eines Stößelkörpers, da im Fall der Verwendung des Führungsstiftes eine zusätzliche Anlaufbahn in den Stößelkörper eingebracht werden muss, in der der Führungsstift mit dem Stößelkörper in Anlage stehen kann während der translatorischen Auf- und Abwärtsbewegung der Stößel-Baugruppe aufgrund des Pumpenbetriebs. Dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt entfällt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Pumpe nach Anspruch 1. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpe möglich.
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Gemäß Anspruch 2 weist der Ankerbolzen auf mindestens einer Seite in Richtung einer Drehachse der Laufrolle eine Verlängerung auf, die eine Rotation der Stößel-Baugruppe um die Längsachse verhindert, indem Sie sich an einem weiteren Bauteil abstützt und somit eine der Rotationsrichtung entgegengerichtete Kraft aufnimmt. Hierbei ist insbesondere anzuführen, dass der Durchmesser der Verlängerung des Lagerbolzens größer ist, als der vergleichbare Durchmesser des beim Stand der Technik vorgesehenen Führungsstiftes. Dadurch entsteht, bei einer gleichen anliegenden Abstützkraft, die dem Rotationsimpuls entgegengesetzt ist, beim Einsatz der Verlängerung des Lagerbolzen eine geringere Spannungsbelastung im Bauteil im Vergleich zum Einsatz des Führungsstiftes. Dadurch ist die Lebensdauer der Verdrehsicherung in Form der Verlängerung des Ankerbolzens aufgrund des größeren Bauteildurchmesser höher als beim Einsatz des Bauteils Führungsstift gemäß dem Stand der Technik. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit und erhöht die Lebensdauer der gesamten Pumpe.
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Gemäß Anspruch 3 sind die Verlängerung und der Lagerbolzen als ein Bauteil ausgeführt, welches eine Rotation der Stößel-Baugruppe um die Längachse verhindert. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verlängerung kann die Komplexität des Montageverbunds Stößel-Baugruppe reduziert werden und somit zum Einen Montagefehler vermieden werden, da kein zusätzliches Bauteil montiert werden muss. Zum Anderen kann aufgrund der Ausgestaltung der Verlängerung und des Lagerbolzens als ein Bauteil verhindert werden, dass sich beim Pumpenbetrieb ein Bauteil vom anderen lösen kann, da es sich um ein Bauteil und nicht um einen Montageverbund aus zwei Bauteilen handelt. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit der Stößel-Baugruppe und somit der gesamten Pumpe reduziert werden.
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Bezugnehmend auf Anspruch 4 und 7 bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpe den Vorteil, dass die Anschlagkräfte durch den Rotationsimpuls, der insbesondere durch sporadische Effekte aus dem Betrieb der Pumpe hervorgerufen wird, verringert werden und somit der Verschleiss der Verdrehsicherung und somit die Lebensdauer der gesamten Pumpe erhöht wird. Dieser positive Effekt wird dadurch erzielt, dass eine Führung für den Stößelkörper vorgesehen ist, wobei sich die Führung insbesondere im Kurbelgehäuse befindet, und dass die Verlängerung des Lagerbolzens mit der Führung zusammenwirkt, um eine Verdrehung der Stößel-Baugruppe zu verhindern.
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Gemäß Anspruch 5 kann der Lagerbolzen unverdrehbar mit dem Stößelkörper verbunden sein. Dadurch ist sichergestellt, dass sich durch das Anliegen des Lagerbolzen an der Führung keine Rollbewegung des Lagerbolzens einstellen kann, die zu zusätzlichen dynamischen Effekte in der Stößel-Baugruppe führen können, die die Lebensdauer der Stößel-Baugruppe und somit der gesamten Pumpe verringern.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, dass durch den Einsatz eines Gleitlagers ein Abrollen der Laufrolle auf dem Lagerbolzen ermöglicht wird, bei dem der Gleitwiderstand reduziert wird und gleichzeitig die Wärmebildung aufgrund von Reibung zwischen beiden Bauteilen reduziert wird. Dadurch lässt sich eine Schädigung der Bauteile Laufrolle und Lagerbolzen aufgrund von Reibverschleiss und Wärmebildung, insbesondere bei einem hochfrequenten Betriebszustand der Pumpe minimieren, was zu einer erhöhten Lebensdauer der Stößel-Baugruppe und somit der gesamten Pumpe führt.
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Betreffend Anspruch 7 und 8 hat die Führung der Verlängerung des Lagerbolzens in einer Längsnut den Vorteil, dass eine translatorische Auf- und Abwärtsbewegung der Stößel-Baugruppe aufgrund des Pumpenbetriebs möglich ist. Die entstehende Wärmeenergie aufgrund des Anliegens der Verlängerung des Lagerbolzens an der Führung im Kurbelgehäuse wird zum größeren Teil in das Kurbelgehäuse abgeführt und zum geringeren Teil in die Stößel-Baugruppe abgeführt, da sich der Großteil der Reibfläche im Kurbelgehäuse befindet. Dies verringert eine mögliche Schädigung der Stößel-Baugruppe durch Überhitzung. Insbesondere im Vergleich zur Verwendung des Führungsstiftes aus dem Stand der Technik, bei dem sich der Großteil der Reibfläche im Stößelkörper befindet, wird der Großteil der entstehenden Wärmeenergie im Stößelkörper aufgenommen. Dadurch kann der Stößelkörper durch die Wärmeenergie geschädigt werden und eine Verringer der Lebensdauer der Pumpe bewirken, insbesondere aufgrund des Umstandes, dass die Stößel-Baugruppe im Vergleich zum Kurbelgehäuse über relativ wenig Materialgesamtvolumen verfügt, das die Wärmeenergie aufnehmen könnte, und da die Stößel-Baugruppe relativ viele temperaturempfindliche Bauteile umfasst.
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Beziehend auf Anspruch 9 und 10 bietet die Wärmebehandlung und/oder Beschichtung der beiden Reibpartner den Vorteil, dass der Verschleiss des Lagerbolzens und der Führung minimiert wird, wodurch die Lebensdauer erhöht und die Ausfallwahrscheinlichkeit der beiden Elemente reduziert wird. Des weiteren wird der Materialabtrag beider Reibpartner verringert und somit eine Schädigung der umliegenden Elemente, die mit Kraftstoff umspült werden, durch abrassive Partikel verringert.
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Gemäß Anspruch 11 und 12 kann durch eine gezielte Schmierung und somit eine Reduzierung des Reibkoeffizienten der Reibpartner Führung und Verlängerung des Lagerbolzens, insbesondere durch ein reibungsreduzierendes Medium, der Vorteil erzielt werden, dass die auftretende Wärmeenergie reduziert wird. Durch die Reduzierung der Wärmeenergie wird zum eine eine Schädigung der umliegenden Bauteile reduziert, aber es wird zudem auch die Alterung des umliegenden Öls reduziert, da das Öl nicht so stark erhitzt wird. Dadurch lässt sich die Lebensdauer der Pumpe und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine erhöhen. Ausserdem sorgt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pumpe nach den Ansprüchen 10 und 11 dafür, dass die Reibpartner, insbesondere durch das Zuführen und das Abführen eines Mediums, gekühlt werden und somit der Verschleiss durch Hitzeentwicklung reduziert wird.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Pumpe in einer perspektivischen Darstellung,
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2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Pumpe in vergrößerter Darstellung mit einer Stößel-Baugruppe und einem angrenzenden Kurbelgehäuse,
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3 eine in 2 mit III bezeichnete Draufsicht auf die Stößel-Baugruppe und dem angrenzenden Kurbelgehäuse.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Pumpe 1, die als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet ist und vorzugsweise bei einem Common-Rail-Einspritzsystem verbaut ist und die insbesondere ein Saugventil 2 aufweist. Mittels der Pumpe 1 wird von einem Kraftstoffniederdrucksystem, das zumindest einen Tank, einen Filter und eine Niederdruckpumpe aufweist, bereitgestellter Kraftstoff über einen Hochdruckanschluss 7 in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus dem der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Zudem ist der Bereich einer Stößel-Baugruppe 9 zu erkennen, die mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung zusammenwirkt, welche insbesondere über eine Nockenwelle verfügt, die die Stößel-Baugruppe 9 und somit einen mit dieser verbundenen Pumpenkolben 13 in eine translatorische Auf- und Ab-Bewegung versetzt. Die Pumpe 1 weist eine Zylinderkopf-Baugruppe 3 und die Stößel-Baugruppe 9 auf, die wiederum weitere Einzelteile aufweisen.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Pumpe 1. Die Pumpe 1 weist die Stößel-Baugruppe 9 auf, die wiederum weitere Einzelteile aufweist. Die Stößel-Baugruppe 9 weist insbesondere einen Stößelkörper 21, einen Lagerbolzen 23 und eine Laufrolle 25 auf. Der Lagerbolzen 23 ist zudem in den Stößelkörper 21 eingesetzt und des weiteren ist der Lagerbolzen 23 unverdrehbar mit dem Stößelkörper 21 verbunden ist, insbesondere unverdrehbar um eine Drehachse 10. Eine weitere Ausführungsform der Verbindung Stößelkörper 21 und Lagerbolzen 23 kann derart ausgeführt sein, dass der Lagerbolzen 23 frei drehbar um die Drehachse 10 mit dem Stößelkörper 21 verbunden ist, jedoch nicht direkt angetrieben wird, sich also nicht zwangsweise in der Laufrolle 25 mitdreht. Durch diese zweite Ausführungsform kann in bestimmten Betriebspunkten der Pumpe 1 eine verringerte dynamische Belastung der Stößel-Baugruppe 9 erzielt werden und es ist möglich einen besseren Ausgleich eines Winkelfehlers zu erreichen, der insbesondere fertigungstechnisch bedingt sein kann. Dadurch kann die Lebensdauer der Stößel-Baugruppe 9 und der gesamten Pumpe 1 erhöht werden. Zwischen der Laufrolle 25 und dem Lagerbolzen 23 kann eine Gleitlagerbuchse 12 angeordnet sein. Die Laufrolle 25 ist drehbar um die Drehachse 10 auf dem Lagerbolzen 23 gelagert. Der Stößelkörper 21 weist auf der der Laufrolle 25 abgewandten Seite eine Aussparung 29 auf, die in die eine Stößelfeder 19 und der Pumpenkolben 13 hineinragen, wobei der Pumpenkolben 13 über einen Federteller 14 mit dem Stößelkörper 21 in Anlage gehalten wird. Zudem liegt die Stößelfeder 19 am Federteller 14 an. Der Federteller 14 kann formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Stößelkörper 21 verbunden sein. Weiterhin weist der Lagerbolzen 23 auf einer Seite eine Verlängerung 17 auf, wobei die Verlängerung 17 axial in Richtung der Drehachse 10 über den Umfang des Stößelkörpers 21 hinausragt. Des weiteren ragt diese Verlängerung 17 des Lagerbolzens 23 in eine Führung 15 hinein, wobei sich die Führung 15 beispielsweise in einem Pumpengehäuse oder in einem Kurbelgehäuse 24 der Brennkraftmaschine befindet. Die Führung 15 ist insbesondere als eine Längsnut 6 ausgebildet, die parallel zu einer Längsachse 8 der Stößel-Baugruppe 9 verläuft. Ein weiterer Aspekt der Pumpe ist, dass die Längsachse 8 und die Drehachse 10 senkrecht zueinander angeordnet sind.Der Zweck dieser Führung 15, die sich im Kurbelgehäuse 24 befindet, ist es, mit der Verlängerung 17 des Lagerbolzens 23 zusammenzuwirken, um eine Verdrehung des Stößelkörpers 21 und somit der Stößel-Baugruppe 9 um deren Längsachse 8 zu verhindern. Während des Betriebs der Pumpe 1 bewegt sich die gesamte Stößel-Baugruppe 9 in Richtung der Längsachse 8 translatorisch aufwärts und abwärts und treibt den Pumpenkolben 13 an. Zur Gewährleistung der Funktion der Pumpe ist es unabdingbar ein Mitbewegen der Verlängerung 17 des Lagerbolzens 23 in dieser Richtung zu ermöglichen, und deshalb ist die Führung 15 im Kurbelgehäuse 24 als Längsnut 6 ausgeführt, in der sich die Verlängerung 17 des Lagerbolzens 23 in Richtung der translatorische Auf- und Abwärtsbewegung der Stößel-Baugruppe 9, die parallel zur Längsachse 8 verläuft, in der Längsnut 6 des Kurbelgehäuses 24 bewegen kann und dennoch jederzeit mit der Führung 15 in Anlage steht, um eine Verdrehung des Stößelkörpers 21 um die Längsachse 8 zu verhindern.
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Der in 3 dargestellte Schnittes A-A aus 2 zeigt die Pumpe 1, die in einer Draufsicht auf den Stößelkörper 21 aus der Richtung des dem Pumpenkolben 13 zugewandten Endes des Stößelkörpers 21 dargestellt wird. In dieser Draufsicht ist der Stößelkörper 21 zu sehen, aber auch der Schnitt des Kurbelgehäuses 24, das die als Längsnut 6 ausgebildete Führung 15 aufweist, mit der die Verlängerung 17 in beiden Drehrichtungen in Anlage stehen kann, je nachdem in welche Richtung der Drehimpuls die Stößel-Baugruppe 9 beaufschlagt. Die Verlängerung 17 ragt in 3 unter dem Schnitt des Stößelkörpers 21 hervor und die Verlängerung ragt in die Längsnut 6 des Kurbelgehäuses 24 hinein. Zudem kann das Kurbelgehäuse 24 im Bereich der Längsnut 6, die mit der Verlängerung 17 des Lagerbolzens 23 in Kontakt steht einen gehärteten oder beschichteten Laufbereich 20 aufweisen. Außerdem kann die Verlängerung 17 des Lagerbolzens 23 mit einem gehärteten oder beschichteten Laufbereich 22 versehen sein, insbesondere in dem Bereich, in dem die Verlängerung 17 mit der Längsnut 6 in Kontakt steht. Diese beiden gehärteten oder beschichteten Laufbereiche 20 und 22 sorgen dafür, dass die Lebensdauer der Kontaktpartner erhöht wird und somit die Lebensdauer der gesamten Pumpe erhöht werden kann. Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen im Bereich der gehärteten oder beschichteten Laufbereiche 20, 22 ist der Einsatz einer Schmierung und/oder Kühlung der Reibpartner, insbesondere durch das Zuführen und/oder Abführen eines Mediums. Dieses zugeführte und abgeführte Medium kann insbesondere als das umgebende Öl oder als der umgebende Kraftstoff ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012458 A1 [0002, 0002, 0002]
- DE 102008041383 A1 [0002]
