EP0925443A1 - Kolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckversorgung - Google Patents

Kolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckversorgung

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EP0925443A1
EP0925443A1 EP98936263A EP98936263A EP0925443A1 EP 0925443 A1 EP0925443 A1 EP 0925443A1 EP 98936263 A EP98936263 A EP 98936263A EP 98936263 A EP98936263 A EP 98936263A EP 0925443 A1 EP0925443 A1 EP 0925443A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston pump
pump according
roller
bolt
tappet
Prior art date
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Application number
EP98936263A
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English (en)
French (fr)
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EP0925443B1 (de
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Horst Klinger
Uwe Kuhn
Bernd Rosenau
Peter Traub
Thomas GÖTTEL
Gerd LÖSCH
Sandro Soccol
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0925443A1 publication Critical patent/EP0925443A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0925443B1 publication Critical patent/EP0925443B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/102—Mechanical drive, e.g. tappets or cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0001—Fuel-injection apparatus with specially arranged lubricating system, e.g. by fuel oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2307/00—Preventing the rotation of tappets

Definitions

  • the invention relates to a piston pump, in particular a radial piston pump of the roller tappet type
  • High-pressure fuel supply in fuel injection systems of internal combustion engines in particular in a common rail injection system, with a drive shaft which has a plurality of cam-like elevations in the circumferential direction, and with at least one plunger which is arranged radially with respect to the drive shaft and which has a rotatable roller at its radially inner end region, which unrollable against the drive shaft in the region of the elevations is supported unrollable in the circumferential direction.
  • a piston pump of this type preferably has a plurality of radially arranged plungers which either abut pistons delimiting a high-pressure side on their side facing away from the drive shaft or even delimit the high-pressure side and thus directly displace or Perform compressor function.
  • the drive shaft of the piston pump has several elevations in the circumferential direction, which successively cause a stroke movement in a radial piston or tappet during a drive shaft revolution (multiple cam system).
  • the present invention is therefore based on the object of reducing the wear in generic piston pumps without having to reduce the tappet load (piston force, piston or tappet stroke, relative speed of the roller relative to its mounting).
  • a piston pump of the type mentioned which is characterized according to the invention by a lubricant supply opening which emanates from the jacket of the tappet and which opens into the radially inner end region of the tappet which supports the roller and at least during part of the stroke with a lubricant supply line opening into the cylinder chamber of the housing communicates.
  • the lubricant feed opening which is preferably connected to a lubricating oil circuit of the engine, either opens directly in the area of the sliding surfaces or in the so-called roller space, which is delimited by the end region of the tappet that receives the roller and the roller axis.
  • the piston pump can be designed in a particularly simple manner in terms of production technology in such a way that a respective tappet has a roller with rigidly attached bearing journals with which the roller is rotatably mounted in the end region of the tappet.
  • the roller can also be rotated relative to a pin extending parallel to the axis of rotation of the drive shaft and can be mounted on this pin on the end region of the tappet.
  • the lubricant supply opening in the end region of the tappet opens into at least one hub of the tappet for mounting the bearing journal or the bearing pin of the roller. It would also be conceivable that the bearing pin or the pin in the hub area are formed with an annular groove which coincides with the lubricant supply opening.
  • the Bolt is fixed with respect to the tappet and has a lubricant guiding device which overlaps or communicates with the lubricant supply opening to the surfaces of the bolt / roller pair sliding against one another.
  • the lubricant guide device therefore serves to transport the lubricant, which is conveyed via the lubricant feed opening into the hubs or into the roller chamber, to the surfaces of the roller and bolt sliding against one another.
  • the lubricant device is formed by a transverse bore in the bolt and a further bore in the bolt which extends obliquely to the longitudinal direction of the bolt, the latter opening in the region of the sliding surfaces.
  • the lubricant thus passes through the lubricant supply opening into the transverse bore, which runs essentially in the radial direction, into the interior of the bolt and from there via the further bore, which runs obliquely to the longitudinal direction of the bolt, into the region of the sliding surfaces.
  • the lubricant guide device could also be formed in a technically simple and thus advantageous manner by a surface groove running in the longitudinal direction of the bolt, which extends into the area of the sliding surfaces.
  • the surface groove can have any shape in cross-section exhibit; it has proven to be advantageous if it is convexly rounded in cross-section in the longitudinal direction of the bolt. Furthermore, it has proven to be advantageous if the surface groove is closed in the longitudinal direction of the bolt, ie if it does not open on the end faces of the bolt, in order to prevent the lubricant from escaping in this undesired direction.
  • the lubricant guiding device could furthermore be formed by a flattening on the bolt jacket running in the longitudinal direction of the bolt, which is particularly easy to accomplish in terms of production technology.
  • a groove running in the stroke direction is provided in the lateral surface of the tappet and / or in the cylinder inner surface. The groove ensures that the plunger moves back and forth
  • Lubricant feed opening of the tappet communicates with the lubricant feed line of the housing, which opens into the inner surface of the cylinder, at each stroke height.
  • the bolt and / or the roller is made of ceramic material and is therefore distinguished from metallic sliding pairings with regard to the temperature resistance and wearability.
  • the bolt has a structured outer surface, which preferably has groove-shaped recesses which extend along the bolt in any desired shape, or lubrication pockets can be provided.
  • a structured outer surface which preferably has groove-shaped recesses which extend along the bolt in any desired shape, or lubrication pockets can be provided.
  • Figure 1 is a partial sectional view through a piston pump according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional view with a detailed representation along the line II-II in FIG. 1;
  • Figure 3 shows two sectional views of a plunger according to Figure 1;
  • FIG. 4 shows a sectional view and a side view of a tappet designed according to the invention with a lubricant feed opening
  • Figure 5 shows two further sectional views of another
  • FIG. 6 shows a sectional view of the tappet according to FIG. 4 with an anti-rotation device for the bolt
  • FIG. 7 shows two sectional views of a tappet with a lubricating oil supply directly into the roller chamber
  • Figure 8 different surface structures of plunger pins and Figure 9 shows two sectional views of a plunger with an additional intermediate bush between the pin and roller.
  • Figures 1 and 2 show a piston pump with a pump housing 2, in which a drive shaft 4 and a plurality of roller tappet compression units 6 are arranged in a radial direction or in a star shape relative to one another.
  • the drive shaft 4 comprises three cam-like elevations 8 in the circumferential direction, the radially outermost points of which are each offset by 120 ° in the circumferential direction and form the apex of a uniform rounding.
  • a corresponding cam-like design 10 of the drive shaft 4 is provided in a plane running parallel to the plane of the figure, but is rotated by 60 ° to the former and cooperates with a further roller tappet compressor unit 6 '(FIG. 2).
  • the roller tappet compressor unit 6 comprises a tappet 12 which is provided in a cylinder space 16 of the pump housing 2 and can be moved back and forth in the radial direction 14.
  • a roller 20 is rotatably mounted on its end section 18 facing the drive shaft 4.
  • the end section 18 forms a pin chair 22 (FIG. 3), in which hubs 24 are provided in order to receive a pin 26 for the rotatable mounting of the roller 20.
  • the roller 20 rolls against the cam-like elevations 8 of the drive shaft 4 in the circumferential direction and thereby causes the plunger 12 to move back and forth.
  • the plunger 12 On its side facing away from the drive shaft 4, the plunger 12 is biased inward in the radial direction 14 toward the drive shaft 4 by a spring 28.
  • the spring 28 is supported on the plunger side against a spring plate 30 which is pressed with its outer region 32 against the plunger 12.
  • a central opening 36 is provided in the inner region 34, through which a piston 38 is guided.
  • the piston 38 is supported on the tappet side against a central shoulder 40 of the tappet 12 and projects with its opposite free end 42 into a cylinder chamber 44 on the high-pressure side, which is formed by a flange-shaped section 46 of the pump housing 2.
  • the piston 38 is moved back and forth in the high-pressure cylinder space 44 in the compression direction or suction direction.
  • the cylinder chamber 44 on the high-pressure side is connected in a manner not shown to an intake line and to a high-pressure line leading to a common rail accumulator.
  • the end section 18 on the drive axle side and the bolt chair 22 of the plunger 12 form a roller chamber 50 above the longitudinal axis 48 of the bolt.
  • This roller chamber 50 is connected via a ventilation opening 52 to the side of the plunger 12 remote from the drive shaft, on which the spring 28 is supported, for the back and forth Going of the plunger 12 not to be hampered by pressure / vacuum formation.
  • a lubricant supply channel 54 is also provided, which is connected to a Lubricant supply of a motor vehicle engine interacts From the lubricant supply channel 54, a spur line 56 (not shown in FIG. 1) leads away with a throttle device 55 (FIG. 2) and opens into the inner cylinder surface of the cylinder space 16. At the appropriate point is in the outer lateral surface 56 of the tappet 12 a groove 58 (FIG. 3) extending in the stroke direction is provided. A lubricant supply opening 60 extends from this groove 58 into the tappet and opens out in the region of the hub 24, that is to say in the region of the bearing point of the bolt 26.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a tappet 70 with a roller 72 which is mounted in the hubs 76 of the pin chair 78 of the tappet 70 via a pin 74.
  • a lubricant feed opening 82 is again provided, which is designed in the form of a straight bore and opens into the apex of the hub 76.
  • the bolt 74 is designed as a fixed bolt and is oriented in the hub 76 such that a bore 84 provided in the radial direction of the bolt 74 communicates with the mouth of the lubricant supply opening 82 in the hub 76.
  • the radial bore 84 in the bolt 74 extends approximately to the center of the bolt.
  • a further bore 86 extends obliquely to the bolt axis, which opens in the region of the sliding surfaces of the bolt 74 and the roller 72 in the bolt surface 88.
  • lubricant can be supplied via the lubricant feed opening 82 in the tappet and the transverse bore 84 and the subsequent additional bore 86 be brought into the area of the opposing surfaces of roller 72 and bolt 74.
  • the bores 84 and 86 thus form a lubricant guide device 89.
  • no groove is provided on the tappet casing 80 in the stroke direction.
  • Such a groove could, however, in the inner cylinder surface can be provided in order to ensure a connection to the lubricant circuit in a particularly advantageous manner over the entire stroke.
  • FIG. 5 shows a tappet 90 with a roller 92 and a fixed bolt 94.
  • the tappet 90 in turn has a longitudinal groove 96 in the stroke direction on its outer lateral surface 98, from which a lubricant supply opening 100 leads and opens in the area of the hub 102.
  • the bolt 94 has a lubricant guide device 104 in the form of a groove 106 extending in the longitudinal direction of the bolt on the bolt surface 108. Via the lubricant guide device 104, the lubricant conveyed into the hub area via the lubricant supply opening 100 is brought in the axial direction (arrow 110) into the area of the mutually sliding surfaces of the roller 92 and the pin 94.
  • FIG. 6 shows a plunger 110 corresponding to FIG. 5, in which an anti-rotation device 112 of the bolt 114 is provided in relation to the hub 116.
  • the anti-rotation device 112 is formed by a pin 118 inserted radially to the longitudinal direction of the bolt through the plunger 110.
  • FIG. 7 shows a further embodiment, according to which a plunger 120 is formed with lubricant supply openings 124 opening into the roller chamber 122. Lubrication takes place here via the roller chamber 122.
  • This embodiment proves to be advantageous in connection with a loose bolt. As a result, at least an increased supply of lubricating oil is achieved with a relatively low processing and assembly outlay in terms of production technology.
  • FIG. 8 shows a bolt 130 with a groove-shaped structuring 134 which extends helically on its outer lateral surface 132.
  • Surface structures 136 (waffle pattern) and 138 shown in the form of separate lubrication pockets. Furthermore, a cross section of a V-shaped groove profile 140 is shown, which has a depth of preferably 40 ⁇ m and a width in the region of the lateral surface of preferably 70 ⁇ m. It is pointed out that lubrication pockets can also be provided for a structure such as 136 in order to achieve a combined effect.
  • Figure 9 shows a plunger, in which between the Roller 154 and the bolt 156 an intermediate bush 158 running relative to the bolt 156 and relative to the roller 154 is provided to reduce the relative speed of the friction partners.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe vom Rollenstößeltyp zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (4), die in Umfangsrichtung mehrere nockenartige Erhebungen (8) aufweist, und mit wenigstens einem bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem Zylinderraum (16) angeordneten Stößel (12), der an seinem radial inneren Endbereich (18) eine umdrehbare Rolle (20) aufweist, welche gegen die Antriebswelle (4) im Bereich deren Erhebungen (8) in Umfangsrichtung abrollbar abgestützt ist. Um den Verschleiß im Bereich der Rollenlagerung zu reduzieren, wird die Pumpe so ausgebildet, dass eine vom Mantel des Stößels (12, 70, 90) ausgehende Schmiermittelzuführöffnung (60, 82, 100), welche in dem die Rolle (20, 72, 92) lagernden radial inneren Endbereich (18) des Stößels mündet und zumindest während eines Teils des Hubs mit einer in dem Zylinderraum (16) mündenden Schmiermittelzuführleitung (54, 56) des Gehäuses (2) kommuniziert.

Description

Titel: Kolbenpumpe zur KraftStoffhochdruckverεorgung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe vom Rollenstößeltyp zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail- Einspritzsystem, mit einer Antriebswelle, die in Umfangsrichtung mehrere nockenartige Erhebungen aufweist, und mit wenigstens einem bezüglich der Antriebswelle radial angeordneten Stößel, der an seinem radial inneren Endbereich eine umdrehbare Rolle aufweist, welche abrollbar gegen die Antriebswelle im Bereich deren Erhebungen in Umfangsrichtung abrollbar abgestützt ist.
Es versteht sich, dass bei einer derartigen Kolbenpumpe vorzugsweise mehrere radial angeordnete Stößel vorgesehen sind, die auf ihrer antriebswellenabgewandten Seite entweder gegen eine Hochdruckseite begrenzende Kolben anliegen oder selbst die Hochdruckseite begrenzen und damit unmittelbar Verdränger- oder Verdichterfunktion ausüben.
Insbesondere bei den vorstehend erwähnten Common-Rail- Anwendungen, bei denen die Kolbenpumpe- nicht zur direkten Einspritzung in den Motorzylinder sondern zum Fördern in einen Hochdruckspeicher verwendet wird, besteht das Bestreben, aus Funktions- und Kostengründen die Anzahl der separaten Fördereinheiten im Vergleich zu konventionellen
Einspritzsystemen (z.B. Reihenpumpe, Steckpumpe) zu reduzieren, indem - wie eingangs bereits angedeutet - die Antriebswelle der Kolbenpumpe mehrere Erhebungen in Umfangsrichtung aufweist, die während einer Antriebswellenumdrehung nacheinander eine Hubbewegung bei einem Radialkolben bzw. -Stößel bewirken (Mehrfachnockensystem) .
Dies führt jedoch zu einer erhöhten Belastung der Antriebskomponenten, insbesondere des Stößels und der drehbar gelagerten Rolle. Im Vergleich zu Einfachnockensystemen werden die Förderzeiten des Radialkolbens bzw. -stößeis erhöht, während die Entlastungszeiten zwischen den Förderphasen verkürzt werden. Es steht infolgedessen weniger Zeit für einen Schmierfilmaufbau bzw. eine Regenerierung des Schmierfilms im Bereich der Lagerung der Rolle zur Verfügung. Dies führt bei Kolbenpumpen der genannten Art zu erhöhtem Verschleiß in Folge ungenügender Schmierung im Bereich der Lagerung der Rolle. Durch die langen Förderzeiten wird das Schmieröl aus dem Lagerspalt herausgedrückt und kann während der verhältnismäßig kurzen Entlastungszeiten nicht in hinreichendem Maße wieder in die Lagerstelle eindringen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß bei gattungsgemäßen Kolbenpumpen zu reduzieren, ohne die Stößelbelastung (Kolbenkraft, Kolben- bzw. Stößelhub, Relativgeschwindigkeit der Rolle gegenüber ihrer Lagerung verringern zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenpumpe der genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine vom Mantel des Stößels ausgehende Schmiermittelzuführöffnung, welche in dem die Rolle lagernden radial inneren Endbereich des Stößels mündet und zumindest während eines Teils des Hubs mit einer in dem Zylinderraum mündenden Schmiermittelzuführleitung des Gehäuses kommuniziert.
Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, durch die in dem Stößel ausgebildete Schmiermittelzuführöffnung eine Schmierung der Lagerstelle der Rolle zur Verfügung zu stellen. Die Schmiermittelzuführöffnung, die bevorzugtermaßen mit einem Schmierölkreislauf des Motors in Verbindung steht, mündet nach der Erfindung entweder direkt im Bereich der Gleitflächen oder aber im sogenannten Rollenraum, welcher von dem die Rolle aufnehmenden Endbereich des Stößels und der Rollenachse begrenzt wird.
Dadurch, dass über die Schmiermittelzuführöffnung Schmiermittel entweder direkt in die Nabe oder aber in den Rollenraum des Stößels eingeleitet wird, steht eine ausreichende Schmiermittelmenge zur Verfügung. Im ersten Fall wird das Schmiermittel direkt in den Bereich der gegeneinander gleitenden Flächen eingeleitet, und im zweiten Fall steht im Rollenraum stets soviel Schmiermittel zur Verfügung, dass es während der eingangs erwähnten verhältnismäßig kurzen Entlastungszeiten dennoch in ausreichendem Maße in die Lagerstelle eindringen kan .
Die Kolbenpumpe kann in herstellungstechnisch besonders einfacher Weise so ausgebildet sein, dass ein jeweiliger Stößel eine Rolle mit starr angefügten Lagerzapfen aufweist, mit denen die Rolle drehbar in dem Endbereich des Stößels gelagert ist.
Die Rolle kann aber auch gegenüber einem parallel zur Umdrehungsachse der Antriebswelle erstreckten Bolzen umdrehbar und über diesen Bolzen an dem Endbereich des Stößels gelagert sein.
Wie vorstehend bereits angedeutet erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Schmiermittelzuführöffnung in dem Endbereich des Stößels in wenigstens einer Nabe des Stößels zur Lagerung der Lagerzapfen bzw. des Lagerbolzens der Rolle mündet. Es wäre auch denkbar, dass die Lagerzapfen oder der Bolzen im Nabenbereich mit einer Ringnut ausgebildet sind, die sich mit der Schmiermittelzuführöffnung deckt.
Es hat sich desweiteren als vorteilhaft erwiesen, wenn der Bolzen bezüglich dem Stößel feststehend ist und eine mit der Schmiermittelzuführöffnung sich überdeckende bzw. kommunizierende Schmiermittelleiteinrichtung zu den gegeneinander gleitenden Flächen der Bolzen/Rolle-Paarung aufweist. Bei feststehendem Bolzen befinden sich diese Gleitflächen innen zwischen Rolle und Bolzen. Die Schmiermittelleiteinrichtung dient also dazu, das über die Schmiermittelzuführöffnung in die Naben oder in den Rollenraum geförderte Schmiermittel zu den gegeneinander gleitenden Flächen von Rolle und Bolzen zu transportieren. Wenn die Schmiermittelzuführöffnung im Nabenbereich mündet, so wird nach einer Variante der Erfindung vorgeschlagen, dass die Schmiermitteleinrichtung von einer Querbohrung im Bolzen und einer schräg zur Bolzenlängsrichtung erstreckten weiteren Bohrung im Bolzen, welchletztere im Bereich der Gleitflächen mündet, gebildet wird. Das Schmiermittel gelangt also über die Schmiermittelzuführöffnung in die im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Querbohrung in das Innere des Bolzens und von dort über die schräg zur Bolzenlängsrichtung verlaufende weitere Bohrung in den Bereich der Gleitflächen.
Die Schmiermittelleiteinrichtung könnte aber auch in herstellungstechnisch einfacher und damit vorteilhafter Weise von einer in Bolzenlängsrichtung verlaufenden Oberflächennut gebildet sein, die sich bis in den Bereich der Gleitflächen erstreckt .
Die Oberflächennut kann im Querschnitt ansich beliebige Form aufweisen; es hat sich als günstig erwiesen wenn sie im Querschnittt in Bolzenlängsrichtung betrachtet konvex gerundet ausgebildet ist. Desweiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Oberflächennut in Bolzenlängsrichtung abgeschlossen ist, d.h. wenn sie nicht an den Stirnseiten des Bolzens mündet, um ein Austreten des Schmiermittels in dieser nicht erwünschten Richtung zu verhindern.
Die Schmiermittelleiteinrichtung könnte desweiteren von einer in Bolzenlängsrichtung verlaufenden Abflachung am Bolzenmantel gebildet sein, was herstellungstechnisch besonders einfach zu bewerkstelligen ist.
Es erweist sich auch als vorteilhaft, wenn in der Mantelfläche des Stößels und/oder in der Zylinderinnenfläche eine in Hubrichtung verlaufende Nut vorgesehen ist. Die Nut stellt beim Hin- und Hergehen des Stößels sicher, dass die
Schmiermittelzuführöffnung des Stößels in jeder Hubhöhe mit der Schmiermittelzuführleitung des Gehäuses, welche in der Zylinderinnenfläche mündet, kommuniziert.
Um den Schmiermitteldurchsatz im System steuern zu können, wird vorgeschlagen in der Schmiermittelzuführleitung des Gehäuses, also in Zuführrichtung vor dem Stößel, eine Drosseleinrichtung vorzusehen. Dies schafft Freiheit im Hinblick auf die Dimensionierung und den Wirkungsgrad der Schmiermittelversorgung. In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht der Bolzen und/oder die Rolle aus keramischem Material und zeichnet sich daher im Hinblick auf die Temperaturbelastbarkeit und Verschleißbarkeit gegenüber metallischen Gleitpaarungen aus.
In ganz besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist der Bolzen eine strukturierte Mantelfläche auf, die vorzugsweise nutförmige Ausnehmungen aufweist, die sich in ansich beliebiger Form entlang des Bolzens erstrecken, oder es können Schmiertaschen vorgesehen werden. Durch diese Oberflächenstrukturierung wird einerseits durch die insbesondere kapillare Wirkung der Struktur ein Schmiermitteltransport in den Spalt zwischen Lagerzapfen und Nabe oder zwischen Rolle und insbesondere feststehendem Bolzen und andererseits eine Speicherung des Schmieröls in der belasteten Zone (Schmiertaschenwirkung) bewirkt. Bevorzugte Abmessungen der Oberflächenstrukturen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen .
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen dem Bolzen und der Rolle eine Zwischenbuchse vorgesehen ist, da hierdurch die Relativgeschwindigkeit der Gleitpartner und somit der Energieumsatz bei der auftretenden Misch- bzw. Festkörperreibung reduziert wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt :
Figur 1 eine teilweise Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe;
Figur 2 eine Schnittansicht mit Detaildarstellung entlang der Linie II-II in Figur 1 ;
Figur 3 zwei Schnittansichten eines Stößels nach Figur 1;
Figur 4 eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stößels mit SchmiermittelZuführöffnung;
Figur 5 zwei weitere Schnittansichten einer weiteren
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stößels sowie Ansichten zweier Ausführungsformen eines Bolzens für die Stößelrolle;
Figur 6 eine Schnittansicht des Stößels nach Figur 4 mit einer Verdrehsicherung des Bolzens;
Figur 7 zwei Schnittansichten eines Stößels mit einer Schmierölzuführung direkt in den Rollenraum;
Figur 8 verschiedene Oberflächenstrukturen von Stößelbolzen und Figur 9 zwei Schnittansichten eines Stößels mit zusätzlicher Zwischenbuchse zwischen Bolzen und Rolle.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Kolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse 2, in dem eine Antriebswelle 4 sowie mehrere Rollenstößel-Verdichtungseinheiten 6 in radialer Richtung oder sternförmig zueinander angeordnet sind. Die Antriebswelle 4 umfasst in Umfangsrichtung drei nockenartige Erhebungen 8, deren radial äußerste Punkte jeweils um 120° in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet ist und den Scheitel einer gleichmäßigen Verrundung bilden. Desweiteren ist in einer parallel zur Figurenebene verlaufenden Ebene eine entsprechende nockenartige Ausbildung 10 der Antriebswelle 4 vorgesehen, welche jedoch zu ersterer um 60° verdreht ist und mit einer weiteren Rollenstößelverdichtereinheit 6' (Figur 2) zusammenwirkt .
Die Rollenstößelverdichtereinheit 6 umfasst einen Stößel 12, der in radialer Richtung 14 hin- und herbewegbar in einem Zylinderraum 16 des Pumpengehäuses 2 vorgesehen ist. An seinem der Antriebswelle 4 zugewandten Endabschnitt 18 ist eine Rolle 20 umdrehbar gelagert. Hierfür bildet der Endabschnitt 18 einen Bolzenstuhl 22 (Figur 3), in dem Naben 24 vorgesehen sind, um einen Bolzen 26 zur umdrehbaren Lagerung der Rolle 20 aufzunehmen. Die Rolle 20 rollt gegen die nockenartigen Erhebungen 8 der Antriebswelle 4 in Umfangsrichtung ab und bewirkt dadurch ein Hin- und Hergehen des Stößels 12. Auf seiner von der Antriebswelle 4 abgewandten Seite ist der Stößel 12 durch eine Feder 28 in radialer Richtung 14 nach innen auf die Antriebswelle 4 hin vorgespannt. Die Feder 28 stützt sich stößelseitig gegen einen Federteller 30 ab, welches mit seinem Außenbereich 32 gegen den Stößel 12 gedrückt ist. Im Innenbereich 34 ist eine zentrale Öffnung 36 vorgesehen, durch welche ein Kolben 38 hindurchgeführt ist. Der Kolben 38 stützt sich stößelseitig gegen einen zentralen Ansatz 40 des Stößels 12 ab und ragt mit seinem gegenüberliegenden freien Ende 42 in einen hochdruckseitigen Zylinderraum 44 hinein, der von einem flanschförmigen Abschnitt 46 des Pumpengehäuses 2 gebildet ist. Bei Hin- und Hergehen des Stößels 12 wird der Kolben 38 in dem hochdruckseitigen Zylinderraum 44 in Verdichtungsrichtung bzw. Ansaugrichtung hin- und herbewegt .
Der hochdruckseitige Zylinderraum 44 ist in nicht dargestellter Weise mit einer Ansaugleitung sowie einer zu einem Common-Rail- Speicher führenden Hochdruckleitung verbunden. Der antriebsachsenseitige Endabschnitt 18 sowie der Bolzenstuhl 22 des Stößels 12 bilden oberhalb der Bolzenlängsachse 48 einen Rollenraum 50. Dieser Rollenraum 50 ist über eine Entlüftungsöffnung 52 mit der antriebswellenabgewandten Seite des Stößels 12, an der sich die Feder 28 abstützt verbunden, um das Hin- und Hergehen des Stößels 12 nicht durch Druck/Unterdruckbildung zu behindern.
In dem Pumpengehäuse 2 ist desweiteren ein Schmiermittelzuführkanal 54 vorgesehen, welcher mit einer Schmiermittelversorgung eines Kraftfahrzeugmotors zusammenwirkt Von dem Schmiermittelzuführkanal 54 führt eine in der Figur 1 nicht dargestellte Stichleitung 56 mit einer Drosseleinrichtung 55 (Figur 2) weg und mündet in der inneren Zylinderfläche des Zylinderraums 16. An der entsprechenden Stelle ist in der äußeren Mantelfläche 56 des Stößels 12 eine in Hubrichtung erstreckte Nut 58 (Figur 3) vorgesehen. Von dieser Nut 58 erstreckt sich eine Schmiermittelzuführöffnung 60 in den Stößel und mündet im Bereich der Nabe 24, also im Bereich der Lagerstelle des Bolzens 26.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stößels 70 mit einer Rolle 72, die über einen Bolzen 74 in den Naben 76 des Bolzenstuhls 78 des Stößels 70 gelagert ist. Von der äußeren Mantelfläche 80 des Stößels 70 ausgehend ist wiederum eine Schmiermittelzuführöffnung 82 vorgesehen, welche in Form einer geraden Bohrung ausgeführt und im Scheitel der Nabe 76 mündet. Der Bolzen 74 ist als feststehender Bolzen ausgebildet und so in den Naben 76 orientiert, dass eine in radialer Richtung des Bolzens 74 vorgesehene Bohrung 84 mit der Mündung der Schmiermittelzuführδffnung 82 in der Nabe 76 kommuniziert. Die radiale Bohrung 84 im Bolzen 74 erstreckt sich etwa bis zur Bolzenmitte. Von dort aus erstreckt sich schräg zur Bolzenachse eine weitere Bohrung 86, die im Bereich der gegeneinander gleitenden Flächen von Bolzen 74 und Rolle 72 in der Bolzenmantelfläche 88 mündet. Auf diese Weise kann über die Schmiermittelzuführöffnung 82 im Stößel und die Querbohrung 84 sowie die daran anschließende weitere Bohrung 86 Schmiermittel in den Bereich der gegeneinander laufenden Flächen von Rolle 72 und Bolzen 74 gebracht werden. Die Bohrungen 84 und 86 bilden also eine Schmiermittelleiteinrichtung 89. Wie aus der rechten Darstellung der Figur 3 zu ersehen ist", ist im Unterschied zu den Figuren 1, 3 keine in Hubrichtung erstreckte Nut am Stößelmantel 80 vorgesehen. Eine derartige Nut könnte aber in der inneren Zylinderfläche vorgesehen sein, um in besonders vorteilhafter Weise über den gesamten Hub eine Anbindung an den Schmiermittelkreislauf zu gewährleisten.
Figur 5 zeigt einen Stößel 90 mit Rolle 92 und feststehendem Bolzen 94. Der Stößel 90 weist wiederum eine in Hubrichtung verlaufende Längsnut 96 an seiner äußeren Mantelfläche 98 auf, von der eine Schmiermittelzuführöffnung 100 wegführt und im Bereich der Nabe 102 mündet. Der Bolzen 94 weist eine Schmiermittelleiteinrichtung 104 in Form einer in Bolzenlängsrichtung verlaufenden Nut 106 an der Bolzenmantelfläche 108 auf. Über die Schmiermittelleiteinrichtung 104 wird das über die Schmiermittelzuführöffnung 100 in den Nabenbereich geförderte Schmiermittel in axialer Richtung (Pfeil 110) in den Bereich der gegeneinander gleitenden Flächen von Rolle 92 und Bolzen 94 gebracht. Die Längsnut 106 ist in axialer Richtung des Bolzens abgeschlossen und im Querschnitt (siehe Einzelheit X) konvex gerundet ausgebildet. In Figur 5 ist noch eine weitere alternative Ausgestaltung in Form eines Bolzens 94' dargestellt, der anstelle der Längsnut 106 eine Abflachung 108 aufweist, die auch in der Einzelheit Y dargestellt ist. Figur 6 zeigt einen wie Figur 5 entsprechenden Stößel 110, bei dem eine Verdrehsicherung 112 des Bolzens 114 gegenüber der Nabe 116 vorgesehen ist. Die Verdrehsicherung 112 ist von einem radial zur Bolzenlängsrichtung durch den Stößel 110 hindurch eingeführten Stift 118 gebildet.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungform, wonach ein Stößel 120 mit im Rollenraum 122 mündenden Schmiermittelzuführöffnungen 124 ausgebildet ist. Die Schmierung erfolgt hier also über den Rollenraum 122. Diese Ausführungsform erweist sich im Zusammenhang mit einem losen Bolzen als vorteilhaft. Hierdurch wird zumindest ein erhöhtes Schmierölangebot bei fertigungstechnisch verhältnismäßig geringem Bearbeitungs- und Montageaufwand erreicht.
In Figur 8 ist ein Bolzen 130 dargestellt mit wendeiförmig an seiner äußeren Mantelfläche 132 erstreckter nutförmiger Strukturierung 134. In Figur 8 sind weitere
Oberflächenstrukturen 136 (Waffelmuster) und 138 in Form von separaten Schmiertaschen dargestellt. Desweiteren ist ein Querschnitt eines V-förmigen Nutprofilε 140 gezeigt, das eine Tiefe von vorzugsweise 40 μm und eine Breite im Bereich der Mantelfläche von vorzugsweise 70 μm aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass auch bei einer Struktur wie 136 zusätzlich Schmiertaschen vorgesehen werden können, um eine kombinierte Wirkung zu erzielen.
Schließlich zeigt Figur 9 einen Stößel, bei dem zwischen der Rolle 154 und dem Bolzen 156 eine gegenüber dem Bolzen 156 und gegenüber der Rolle 154 laufende Zwischenbuchse 158 zur Reduzierung der Relativgeschwindigkeit der Reibpartner vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffhochdruckpumpe vom Rollenstößeltyp zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (4) , die in Umfangsrichtung mehrere nockenartige Erhebungen (8) aufweist, und mit wenigstens einem bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem Zylinderraum (16) angeordneten Stößel (12), der an seinem radial inneren Endbereich (18) eine umdrehbare Rolle (20) aufweist, welche gegen die Antriebswelle (4) im Bereich deren Erhebungen (8) in Umfangsrichtung abrollbar abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine vom Mantel des Stößels (12, 70, 90) ausgehende Schmiermittelzuführöffnung (60, 82, 100), welche in dem die Rolle (20, 72, 92) lagernden radial inneren Endbereich (18) des Stößels mündet und zumindest während eines Teils des Hubs mit einer in dem Zylinderraum (16) mündenden Schmiermittelzuführleitung (54, 56) des Gehäuses (2) kommuniziert .
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzuführöffnung (60, 82, 100) mit einem Schmiermittelkreislauf des Motors in Verbindung steht.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Rolle mit starr angefügten Lagerzapfen, die in dem Stößel drehbar gelagert sind.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (20, 72, 92, 114) gegenüber einem parallel zur Umdrehungsachse der Antriebswelle (4) erstreckten Bolzen (26, 74, 94, 114) umdrehbar und über diesen Bolzen (26, 74, 94, 114) an dem radial inneren Endbereich (18) des Stößels (12, 70, 90, 110) gelagert ist.
Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzuführöffnung (60, 82, 100) in dem Endbereich des Stößels (12, 70, 90, 110) in wenigstens einer Nabe (76, 116) des Stößels mündet.
Kolbenpumpe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (26, 74, 94, 114) bezüglich dem Stößel (12, 70, 90, 110) feststehend ist, und eine mit der Schmiermittelzuführöffnung (60, 82, 100) kommunizierende Schmiermittelleiteinrichtung (89, 104) zu den Gleitflächen der Bolzen/Rolle-Paarung aufweist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelleiteinrichtung (89) von einer Querbohrung (84) und einer schräg zur Bolzenlängsrichtung erstreckten weiteren Bohrung (86) , welche im Bereich der Gleitflächen mündet, gebildet ist.
8. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelleiteinrichtung (104) von einer in Bolzenlängsrichtung verlaufenden Oberflächennut (106) gebildet ist, die sich bis in den "Bereich der Gleitflächen erstreckt .
9. Kolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächennut (106) im Querschnitt in
Bolzenlängsrichtung betrachtet konvex gerundet ausgebildet ist.
10. Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächennut (106) in Bolzenlängsrichtung abgeschlossen ist .
11. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelleiteinrichtung (106') von einer in Bolzenlängsrichtung verlaufenden Abflachung (108) am Bolzenmantel gebildet ist.
12. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (114) mittels einer Verdrehsicherung (112) gegenüber dem Stößel (110) unverdrehbar gehalten ist .
13. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Schmiermittelzuführöffnung (60, 82, 100) in der Mantelfläche des Stößels (12, 70, 90) ausgehend in der Mantelfläche und/oder in der Zylinderinnenfläche eine in Hubrichtung verlaufende Nut (58, 96) vorgesehen ist.
14. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schmiermittelzuführung (54, 56) vor dem Stößel (12) eine Drosseleinrichtung (55) vorgesehen ist .
15. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen und/oder die Rolle aus keramischem Material bestehen.
16. Kolbenpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen und/oder die Rolle aus Silizium-Nitrid oder Zirkon-Oxid bestehen.
17. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (130) eine strukturierte Mantelfläche (132) aufweist.
18. Kolbenpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Mantelfläche (132) nutförmige Ausnehmungen (134), vorzugsweise in Wendelform oder Kreuzwendelform aufweist.
19. Kolbenpumpe nach Anspruch 17, oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Mantelfläche Schmiertaschen (138) aufweist.
20. Kolbenpumpe nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Oberflächenstrukturen 0,005 - 0,2 mm, vorzugsweise 0,020 - 0,80 mm beträgt.
21. Kolbenpumpe nach Anspruch 17, 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Oberflächenstrukturen 0,010 - 0,2 mm vorzugsweise 0,020 - 0,080 mm beträgt.
22. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bolzen (156) und der Rolle (154) eine Zwischenbuchse (158) vorgesehen ist.
23. Kolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine massive in den Rollenraum eingeklipste Rolle.
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