EP1931875B1 - Hochdruckpumpe, insbesondere für eine kraftstoffeinspritzeinrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Hochdruckpumpe, insbesondere für eine kraftstoffeinspritzeinrichtung einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1931875B1 EP20060793348 EP06793348A EP1931875B1 EP 1931875 B1 EP1931875 B1 EP 1931875B1 EP 20060793348 EP20060793348 EP 20060793348 EP 06793348 A EP06793348 A EP 06793348A EP 1931875 B1 EP1931875 B1 EP 1931875B1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M59/02Pumps 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
    • F02M59/10Pumps 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
    • F02M59/102Mechanical drive, e.g. tappets or cams

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Eine solche Hochdruckpumpe ist durch die DE 199 07 311 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse und wenigstens ein im Pumpengehäuse angeordnetes Pumpenelement auf. Das Pumpenelement weist einen durch eine Antriebswelle der Hochdruckpumpe in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf. Der Pumpenkolben ist in einer Zylinderbohrung eines Pumpengehäuseteils der Hochdruckpumpe dicht geführt und begrenzt in der Zylinderbohrung einen Pumpenarbeitsraum. Der Pumpenkolben stützt sich zumindest mittelbar über einen hohlzylinderförmigen Stößel an der Antriebswelle ab. Der Stößel ist in einer Bohrung eines Pumpengehäuseheils in Richtung der Längsachse des Pumpenkolbens verschiebbar geführt. Unter Umständen kann es zu einer Verdrehung des Stößels um seine Längsachse in der Bohrung kommen, wodurch ein erhöhter Verschleiss des Stößels und/oder des Pumpengehäuses sowie gegebenenfalls weiterer Teile der Hochdruckpumpe verursacht wird. Übliche Verdrehsicherungen für den Stößel sind aufwendig in der Herstellung und Montage.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Verdrehsicherung des Stößels mit einfachen Mitteln gewährleistet ist. Bei der Kugel handelt es sich um ein Standardteil, das als Zulieferteil kostengünstig erworben werden kann.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist eine geringe Reibung bei der Verdrehsicherung des Stößels erreicht, da zumindest an einer Abstützung der Kugel am Stößel Rollreibung vorliegt. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird eine sichere Anlage der Kugel in der Nut des Stößels erreicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 wird eine besonders geringe Reibung erreicht, da sowohl zwischen der Kugel und dem Stößel als auch zwischen der Kugel und der Aufnahme Rollreibung vorliegt. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 8 ist eine besonders einfache Montage der Aufnahme und der Kugel ermöglicht.
  • Zeichnung
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt, Figur 2 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckpumpe in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 3 die Hochdruckpumpe in einem Schnitt entlang Linie III-III in Figur 2, Figur 4 einen in Figur 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt in nochmals vergrößerter Darstellung und Figur 5 den Ausschnitt II der Hochdruckpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In den Figuren 1 bis 5 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse 10 auf, in dem eine durch die Brennkraftmaschine rotierend angetriebene Antriebswelle 12 angeordnet ist. Die Antriebswelle 12 ist beispielsweise über zwei in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. Die Lagerstellen können in verschiedenen Teilen des Pumpengehäuses 10 angeordnet sein, beispielsweise kann eine erste Lagerstelle in einem Grundkörper 14 des Pumpengehäuses 10 und eine zweite Lagerstelle in einem mit dem Grundkörper 14 verbundenen Flanschteil 15 angeordnet sein.
  • In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 12 wenigstens einen Nocken 16 oder einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 13 ausgebildeten Abschnitt auf, wobei der Nocken 16 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im Gehäuse 10 angeordnete Pumpenelemente 18 mit jeweils einem Pumpenkolben 20 auf, der durch den Nocken 16 der Antriebswelle 12 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 13 der Antriebsewelle 12 angetrieben wird. Im Bereich jedes Pumpenelements 18 ist ein mit dem Grundkörper 14 verbundenes Pumpengehäuseteil 22 vorgesehen, das als Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Pumpengehäuseteil 22 weist einen an einer Außenseite des Grundkörpers 14 anliegenden Flansch 24 und einen durch eine Öffnung im Grundkörper 14 zur Antriebswelle 12 hin durchragenden, zumindest annähernd zylinderförmigen Ansatz 26 mit gegenüber dem Flansch 24 kleinerem Durchmesser auf. Der Pumpenkolben 20 ist in einer im Ansatz 26 ausgebildeten Zylinderbohrung 28 im Pumpengehäuseteil 22 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 12 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 28 einen Pumpenarbeitsraum 30. Die Zylinderbohrung 28 kann sich bis in den Flansch 24 hinein erstrecken, in dem dann der Pumpenarbeitsraum 30 angeordnet ist. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist über einen im Pumpengehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 32 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 32 in den Pumpenarbeitsraum 30 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 34 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist ausserdem über einen im Pumpengehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 36 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 36 in den Pumpenarbeitsraum 30 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Auslassventil 38 angeordnet.
  • Zwischen dem Pumpenkolben 20 und dem Nocken 16 der Antriebswelle 12 ist ein Stößel 40 angeordnet, über den sich der Pumpenkolben 20 zumindest mittelbar am Nocken 16 der Antriebswelle 12 abstützt. Der Stößel 40 ist hohlzylinderförmig mit rundem Außenquerschnitt ausgebildet und ist in einer Bohrung 42 des Grundkörpers 14 des Pumpengehäuses 10 in Richtung der Längsachse 21 des Pumpenkolbens 20 verschiebbar geführt. Die Längsachse 41 des Stößels 40 ist somit zumindest im wesentlichen identisch mit der Längsachse 21 des Pumpenkolbens 20. Im Stößel 40 ist in dessen der Antriebswelle 12 zugewandtem Endbereich ein Stützelement 44 eingesetzt, in dem eine Rolle 46 drehbar gelagert ist, die auf dem Nocken 16 der Antriebswelle 12 abrollt. Die Drehachse 47 der Rolle 46 ist zumindest annähernd parallel zur-Drehachse 13 der Antriebswelle 12. Das Stützelement 44 weist auf seiner der Antriebswelle 12 zugewandten Seite eine Vertiefung 48 auf, in der die Rolle 46 gelagert ist.
  • Am Stößel 40 oder am Pumpenkolben 20 greift eine vorgespannte Rückstellfeder 52 an, die sich am Pumpengehäuseteil 22 abstützt. Durch die Rückstellfeder 52 werden der Pumpenkolben 20 und der Stößel 40 zum Nocken 16 der Antriebswelle 12 hin beaufschlagt, so dass die Anlage der Rolle 44 am Nocken 16 auch beim zur Antriebswelle 12 hin gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 20 und auch bei hoher Drehzahl der Antriebswelle 12 sichergestellt ist. Der Pumpenkolben 20 kann mit dem Stößel 40 gekoppelt sein, zumindest in Richtung von dessen Längsachse 21. Alternativ kann der Pumpenkolben 20 auch nicht mit dem Stößel 40 verbunden sein, wobei dann durch die Rückstellfeder 52 die Anlage des Pumpenkolbens 20 am Stößel 40 sichergestellt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Rückstellfeder 52 beispielsweise über einen Federteller 53 an einem im Durchmesser vergrößerten Kolbenfuß des Pumpenkolbens 20 angreift, der dadurch in Anlage an einem am Stößel 40 von dessen Mantel nach innen ragenden Flansch gehalten wird, der wiederum in Anlage am Stützelement 44 gehalten wird, so dass der gesamte Verbund aus Pumpenkolben 20, Stößel 40 und Stützelement 44 mit Rolle 46 zum Nocken 16 der Antriebswelle 12 hin beaufschlagt ist.
  • Im Außenmantel des Stößels 40 ist wenigstens eine in Richtung von dessen Längsachse 41 verlaufende Nut 56 angeordnet, die vorzugsweise im Querschnitt zumindest annähernd kreisabschnittförmig geformt ist. In die Nut 56 greift zumindest annähernd radial zur Längsachse 41 des Stößels 40 eine Kugel 58 mit einem Teil ihres Umfangs ein, die im Pumpengehäuse 10 in tangentialer Richtung zum Stößel 40 fixiert ist. In den Figuren 2 bis 4 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Kugel 58 in einer Aufnahme 60 in Richtung der Längsachse 41 des Stößels 40 beweglich geführt ist. Die Aufnahme 60 weist dabei wie in Figur 2 und 4 dargestellt eine rinnenförmige Vertiefung 62 auf, die im Querschnitt senkrecht zur Längsachse 41 des Stößels 40 zumindest im wesentlichen prismatisch ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegende schräge Wände aufweist, an denen die Kugel 58 jeweils anliegt. Die Kugel 58 taucht mit einem Teil ihres Umfangs in die Vertiefung 62 ein und ist dadurch in tangentialer Richtung des Stößels 40 fixiert, so dass der Stößel 40 durch die Kugel 58 gegen Verdrehen um seine Längsachse 41 gesichert ist. Bei der Hubbewegung des Stößels 40 zusammen mit dem Pumpenkolben 20 rollt die Kugel 58 sowohl in der Nut 56 des Stößels 40 als auch in der Vertiefung 62 der Aufnahme 60 ab, so dass nur eine geringe Rollreibung auftritt.
  • Die Aufnahme 60 ist wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt beispielsweise in einer zumindest annähernd radial bezüglich der Längsachse 41 des Stößels 40 angeordneten Bohrung 64 im Grundkörper 14 des Pumpengehäuses 10 eingesetzt. Die Aufnahme 60 ist dabei zylinderförmig ausgebildet, wobei auf deren dem Stößel 40 zugewandten Innenseite die Vertiefung 62 ausgebildet ist. Die Bohrung 64 ist zur Außenseite des Grundkörpers 14 des Pumpengehäuses 10 hin mittels eines Stopfens 66 verschlossen. Zwischen dem Stopfen 66 und der Aufnahme 60 ist vorzugsweise eine vorgespannte Feder 68, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, eingespannt, durch die die in der Bohrung 64 verschiebbare Aufnahme 60 und damit die Kugel 58 zum Stößel 40 hin gepresst wird. In einer Ringnut des Stopfens 66 kann ein elastischer Dichtring 70, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet sein, um das Innere des Pumpengehäuses 10 nach außen abzudichten. Es kann vorgesehen sein, dass der Stopfen 66 in die Bohrung 64 eingeschraubt oder eingepresst ist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Flanschteil 15 in mit dem Grundkörper 14 zusammengebautem Zustand die Bohrung 64 zumindest teilweise überdeckt und somit den Stopfen 66 in der Bohrung 64 sichert. Die Aufnahme 60 mit der Kugel 58, der Stopfen 66 und die Feder 68 werden vor dem Zusammenbau des Pumpengehäuses 10 in die Bohrung 64 von der Außenseite des Grundkörpers 14 her eingesetzt. Bei der Montage der Aufnahme 60 muss sichergestellt sein, dass deren Vertiefung 62 exakt parallel zur Nut 56 des Stößels 40 ausgerichtet ist, um die Hubbewegung des Stößels 40 bei geringstmöglicher Reibung zu ermöglichen.
  • Die Tiefe der Nut 56 im Stößel 40 und damit die Eintauchtiefe der Kugel 58 in die Nut 56 sowie die Vorspannung der Feder 68 bestimmen die Größe des Drehmoments gegen das der Stößel 40 gegen Verdrehung gesichert werden kann. Je größer die Tiefe der Nut 56 und damit die Eintauchtiefe der Kugel 58 in diese ist und je größer die Vorspannung der Feder 68 ist, desto größer ist das Drehmoment, gegen das der Stößel 40 gegen Verdrehung gesichert werden kann.
  • In Figur 5 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau der Hochdruckpumpe gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist, jedoch die Aufnahme 160 für die Kugel 58 modifiziert ist. Die Aufnahme 160 weist auf ihrer dem Stößel 40 zugewandten Seite eine kugelkalottenförmige Vertiefung 162 auf, in der die Kugel 58 drehbar gelagert ist. Die Aufnahme 160 ist in eine Sackbohrung eines die Bohrung 64 im Grundkörper 14 des Pumpengehäuses 10 verschließenden Stopfens 166 verschiebbar eingesetzt. Zwischen dem Stopfen 166 und der Aufnahme 160 ist die vorgespannte Feder 68 angeordnet. Vorteilhaft bei der Ausführung der Hochdruckpumpe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, dass die Aufnahme 160 einfacher ausgebildet ist als beim ersten Ausführungsbeispiel und dass die Aufnahme 160 in beliebigen Drehstellungen in das Pumpengehäuse 10 eingesetzt werden kann. Allerdings ist beim zweiten Ausführungsbeispiel nur zwischen der Kugel 58 und dem Stößel 40 Rollreibung vorhanden, während zwischen der Kugel 58 und der Aufnahme 160 Gleitreibung vorliegt.
  • Beim Saughub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser radial nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 30 durch den Kraftstoffzulaüfkanal 32 bei geöffnetem Einlassventil 34 mit Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil 38 geschlossen ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser radial nach aussen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 20 Kraftstoff unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal 36 bei geöffnetem Auslassventil 38 zum Hochdruckspeicher 110 gefördert, wobei das Einlassventil 34 geschlossen ist.

Claims (10)

  1. Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (10,14,22), mit wenigstens einem Pumpenelement (18), das einen durch eine Antriebswelle (12) in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20) aufweist, der in einer Zylinderbohrung (28) eines Teils des Pumpengehäuses (22) verschiebbar geführt ist und in dieser einen Pumpenarbeitsraum (30) begrenzt, wobei sich der Pumpenkolben (20) zumindest mittelbar über einen hohlzylinderförmigen Stößel (40) an der Antriebswelle (12) abstützt, wobei der Stößel (40) in einer Bohrung (42) eines Teils des Pumpengehäuses (14) in Richtung der Längsachse (21) des Pumpenkolbens (20) verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (40) in seinem Außenmantel eine in Richtung seiner Längsachse (41) verlaufende Nut (56) aufweist, in die zumindest annähernd radial zur Längsachse (41) des Stößels (40) eine zumindest mittelbar in einem Teil des Pumpengehäuses (14) in tangentialer Richtung zum Stößel (40) fixierte Kugel (58) zur Verdrehsicherung des Stößels (40) eingreift.
  2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen der Kugel (58) und dem Stößel (40) Rollreibung vorliegt.
  3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (58) zumindest mittelbar durch eine vorgespannte Feder (68) in die Nut (56) des Stößels (40) gepresst wird.
  4. Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (58) in einer im Pumpengehäuseteil (14) angeordneten Aufnahme (60) in Richtung der Längsachse (41) des Stößels (40) beweglich geführt ist.
  5. Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (62) für die Kugel (58) in der Aufnahme (60) im Querschnitt senkrecht zur Längsachse (41) des Stößels (40) zumindest annähernd prismatisch ausgebildet ist.
  6. Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (58) in einer im Pumpengehäuseteil (14) angeordneten Aufnahme (160) drehbar gelagert ist.
  7. Hochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (160) eine zumindest annähernd kugelkalottenförmige Vertiefung (162) aufweist, in der die Kugel (58) gelagert ist.
  8. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (60;160) in einer Bohrung (64) im Pumpengehäuseteil (14) eingesetzt ist, vorzugsweise von einer der Bohrung (42), in der der Stößel (40) geführt ist, abgewandten Außenseite des Pumpengehäuseteils (14) her.
  9. Hochdruckpumpe nach Anspruch 3 und wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (60;160) in zumindest annähernd radialer Richtung bezüglich der Längsachse (41) des Stößels (40) beweglich ist und dass die Feder (68) auf der dem Stößel (40) abgewandten Außenseite der Aufnahme (60:160) angreift.
  10. Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Stößel (40) zumindest mittelbar eine Rolle (46) drehbar gelagert ist, über die sich der Stößel (40) an der Antriebswelle (12) abstützt.
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