EP2126356A1 - Hochdruckpumpe zur förderung von kraftstoff mit einer verbesserten führung des pumpenkolbens - Google Patents

Hochdruckpumpe zur förderung von kraftstoff mit einer verbesserten führung des pumpenkolbens

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Publication number
EP2126356A1
EP2126356A1 EP08707895A EP08707895A EP2126356A1 EP 2126356 A1 EP2126356 A1 EP 2126356A1 EP 08707895 A EP08707895 A EP 08707895A EP 08707895 A EP08707895 A EP 08707895A EP 2126356 A1 EP2126356 A1 EP 2126356A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
pump piston
guide bore
pressure pump
piston
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08707895A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Aleker
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2126356A1 publication Critical patent/EP2126356A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0439—Supporting or guiding means for the pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0408—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B1/0404—Details or component parts
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0448—Sealing means, e.g. for shafts or housings

Definitions

  • High-pressure pump for conveying fuel with an improved guidance of the pump piston
  • the present invention relates to a high-pressure pump, in particular for conveying fuel for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • a generic high-pressure pump is known. This comprises a pump piston which is guided in a pump body axially movable in the direction of a lifting axis.
  • the pump piston cooperates with a valve unit which is introduced in the upper region of the cylinder head.
  • the pump piston is guided within a guide bore, which is located in the pump body or in the cylinder head.
  • high-pressure pumps which cause the stroke movement in the pump piston by means of a cam drive.
  • the cam drive comprises a cam geometry introduced on a camshaft, so that the lifting movement is tapped off from the cam geometry by means of a pick-off element.
  • the tapping element communicates with a plunger device which comprises the pump piston.
  • the leadership of the pump piston is a sliding guide, wherein between the guide bore and the pump piston, a radial clearance is provided, through which high-pressure fuel flows through. In order for a hydraulic guide is ensured, so that a wear protection of the sliding guide is reached.
  • the increased surface pressures occur in particular in the edge regions of the guide bore, which are present in the region of the mouth of the guide bore within the cylinder head. Also, mouth areas with a Ein Industriesfase have in the transition to the cylindrical portion of the guide hole edges, so that it comes at a lateral force load to edge beams, which form the areas of increased surface pressure and thus the increased wear.
  • the advantage is achieved that, at least in areas of increased transverse force transmission, the radial clearance is increased.
  • This special course of play is designed so that the maximum surface pressure in the region of the increased transverse force transmission is reduced and the surface pressure is distributed over a larger area, so that consequently the amount of pressing force is reduced.
  • the piston bends to even contact in the guide bore according to a bending line, which adapts to the contour of the special game course. Even with locally increased shear force transmissions, a uniform surface pressure can be achieved, whereby the bending of the piston adapts to the increased transverse force.
  • the amount of play expansion amount corresponds to the size of the radial play such that the flex of the pump piston becomes maximally so strong that the lengths of the larger half-axes of the ellipse with respect to the diameter of the pump piston in the undeformed state are not more than at least 95% of the lower limit the play value - roundness of the piston - roundness of the bore and the resulting bending stresses do not exceed the permissible material values.
  • the transition from the area with special play course in the cylindrical region of the pump piston or the guide bore takes place in a very large tangentially expiring radius or a tangential elliptical segment.
  • a further advantageous embodiment for forming the Feldungs mecanicsbetrages invention provides, however, that this is formed by an increase in the diameter of the guide bore.
  • the guide bore has an opening in the direction of the cam drive opening area in the cylinder head, wherein the player expansion amount is introduced in adjacent to the mouth region area to increase the radial clearance in this area.
  • the range of the Spielungs staple mecanicsbetrages extends between the mouth region and the cylindrical portion of the guide bore and the pump piston.
  • the transitions between the mouth region, the player widening region and the cylindrical region of the guide bore or of the pump piston also have large tangentially extending radii in order to prevent edge carriers from forming on the transitions to form the transverse force.
  • the grinding process is an outer circumferential grinding process, so that the desired contour can be ground into the outer contour of the pump piston by means of a sharpened grinding wheel to form the gambling expansion amount.
  • the player expansion amount may be established by a polishing or lapping operation after the grinding.
  • the material removal only a few Micrometer corresponds. This can be created, for example, by applying the honing tool with a more frequent overflow number in the area of the gametank extension to remove more material from the surface in the desired area.
  • the bore can also be produced by means of an internal grinding process with a prepared contour grinding wheel.
  • the pump piston has at least one annular groove which is introduced adjacent to the at least one area having the player expansion amount.
  • annular grooves serve as lubrication volumes and are suitable for pressure equalization of the leakage current, which sometimes occurs only on one side.
  • the number of grooves must be determined depending on the load case and the overlap length, and the width of the groove should be minimal so that the leakage amount does not increase too much.
  • the groove is provided with tangential or approximately tangential radii, so that a degree-free production is possible.
  • the annular grooves can be screwed into the pump piston either before a hardening process in the soft tissue or introduced by the hardening process by a grinding process.
  • the number and position of the grooves is determined by various criteria.
  • the width multiplied by the number of annular grooves must be dimensioned such that the failing guide surface of the pump piston within the guide bore is not more than 15% of the total overlap length.
  • a first annular groove is placed close to the high-pressure region in the upper segment of the pump piston for optimal pressure compensation effect.
  • the distance should be 0.15 times the piston diameter from the top of the pump piston.
  • the invention provides that a further annular groove is placed near the low-pressure region, which lies in the direction of the cam drive in the pump body.
  • the distance to the mouth region of the guide bore within the cylinder head should not include more than half of the piston diameter with respect to the annular groove, so that the surface pressure on the material next to the annular groove does not increase unacceptably.
  • the pump piston according to the invention or the guide bore comprises a surface coating to form a wear protection.
  • the wear protection layer can reduce friction and / or increase the permissible surface pressure.
  • a DLC / hard chrome layer, a bonded coating or similar surfaces are used.
  • the inventive game extension is also introduced with an annular groove according to the invention in the lower region near the low pressure region of the pump piston, wherein further a wear protection layer is proposed as a combination of the two aforementioned features.
  • a special game history can be combined with an annular groove according to the invention in the area or in the vicinity of the special game course in order to further increase the portable load or the surface pressure and thus the life of the components.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a high-pressure pump
  • Figure 2 is a schematic representation of the detail of a pump piston, on which a tapping element is arranged, which rolls over a cam geometry.
  • Fig. 3 shows a first embodiment with a player expansion amount, which is introduced into the pump piston
  • Fig. 4 shows an inventive arrangement of a guide bore with a
  • a player expansion amount wherein the player expansion amount is inserted in the guide bore.
  • the high pressure pump 1 shown in Fig. 1 comprises a pump body 2, on which a cylinder head 3 is placed.
  • a cam drive is received, which comprises at least one camshaft 5 with a cam geometry 6 applied thereto.
  • a tapping element 4 rolls over the cam geometry 6, and displaces a pump piston 8 in a lifting movement.
  • the pump piston 8 thus performs a lifting movement along a lifting axis 7, and is stirred in a guide bore 9, which is introduced into the cylinder head 3.
  • a valve arrangement is shown, which serves for compression or for conveying the fuel to the desired high pressure.
  • Adjacent to the pump piston 8, a pump chamber is seen, which cooperates with the valves such that in the downward movement of the pump piston 8, the fuel is drawn through a supply line into the pump chamber and compressed during the upward movement of the pump piston.
  • Fig. 2 shows a pump piston 8, on which a tapping element 4 is mounted in the form of a roll.
  • the tapping element 4 therefore rolls on the cam geometry 6, which is applied to the camshaft 5. Due to the rolling motion of the tapping element 4 and the force relationships thus arising between the tapping element 4 and the cam geometry 6, a first transverse force Ql is created, which is introduced into the pump piston 8. As a result of the first transverse force results in a second transverse force Q2, which adjusts between the pump piston 8 and the guide bore 9, in which the pump piston 8 is guided. In the area adjoining the valve unit, a further third transverse force Q3 also arises, which, however, does not assume any critical values due to the lifting action of the elongate pump piston 8. However, the position of the second transverse force Q2 in FIG. 2 shows the region which arises due to a particularly high surface pressure between the pump piston 8 and the guide bore 9.
  • Fig. 3 shows a first embodiment for forming a game extension according to the invention again. Shown is initially a pump piston 8 in half section, which extends along the lifting axis 7. According to the invention, the pump piston 8 has an area in which a player expansion amount 11 is introduced, which adds to the radial clearance 10.
  • the player expansion amount 11 extends between a cylindrical portion 14 of the pump piston 8 and a skew area 15. As shown, the player expansion amount 11 is shown macroscopically to illustrate it graphically.
  • the player expansion amount 11 is only a few micrometers (1 ... 5 microns), with sub-micrometer are possible.
  • the radial clearance 10, however, is usually 1 ... 10 microns, preferably about 5 microns.
  • the radial clearance 10 increases by the gambling expansion amount 11, so that an increased area of the surface pressure is generated during a transverse force load of the pump piston 8 in order to reduce the height of the surface pressure.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment for introducing a player expansion amount 11.
  • the pump piston 8 is guided within a guide bore 9 in the cylinder head 3, but this has no Spielendes ceremoniessbetrag 11 on. This is introduced into the guide bore 9 and added to the radial clearance 10 added. In this case, it extends between an opening region 12 and the cylindrical region 14.
  • the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe (1), insbesondere zur Förderung von Kraftstoff für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem,umfassend einen Pumpenkörper (2) und/oder einen Zylinderkopf (3), wobei im Pumpenkörper (2) wenigstens ein Nockentrieb mit einem Abgriffselement (4) aufgenommen ist, welches durch eine in einer Nockenwelle (5) eingebrachte Nockengeometrie (6) in eine Hubbewegung in Richtung einer Hubachse (7) versetzbar ist, wobei die Hubbewegung auf eine jeweils zugeordnete Stößeleinrichtung mit einem Pumpenkolben (8) übertragbar ist, der in einer Führungsbohrung (9) im Zylinderkopf (3) und/oder im Pumpenkörper (2) geführt ist, wobei zur Bildung einer Gleitführung zwischen dem Pumpenkolben (8) und der Führungsbohrung (9) ein Radialspiel (10) vorgesehen ist, wobei in Bereichen einer Querkraftübertragung zwischen dem Pumpenkolben (8) und der Führungsbohrung (9) das Radialspiel (10) um einen Spielerweiterungsbetrag (11) vergrößert ist.

Description

Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff mit einer verbesserten Führung des Pumpenkolbens
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere zur Förderung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus der DE 198 47 044 Al ist eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe bekannt. Diese umfasst einen Pumpenkolben, der in einem Pumpenkörper axial beweglich in Richtung einer Hubachse geführt ist. Der Pumpenkolben wirkt mit einer Ventileinheit zusammen, die im oberen Bereich des Zylinderkopfes eingebracht ist. Durch die Hubbewegung des Pumpenkolbens wird Kraftstoff angesaugt und auf den gewünschten Hochdruck gefördert. Dafür ist der Pumpenkolben innerhalb einer Führungsbohrung geführt, die sich im Pumpenkörper oder im Zylinderkopf befindet.
Ferner sind Hochdruckpumpen bekannt, welche mittels eines Nockentriebes die Hubbewegung im Pumpenkolben hervorrufen. Der Nockentrieb umfasst eine auf einer Nockenwelle eingebrachte Nockengeometrie, so dass die Hubbewegung mittels eines Abgriffselementes von der Nockengeometrie abgegriffen wird. Das Abgriffselement steht mit einer Stößeleinrichtung in Verbindung, welche den Pumpenkolben umfasst. Die Führung des Pumpenkolbens ist eine Gleitführung, wobei zwischen der Führungsbohrung und dem Pumpenkolben ein Radialspiel vorgesehen ist, durch welchen unter Hochdruck stehender Kraftstoff hindurchströmt. Damit wird eine hydraulische Führung sicher gestellt, so dass ein Verschleißschutz der Gleitführung erreichbar ist.
Bekannt sind zylindrische oder konische Radialspiele, wobei zwischen dem Pumpenkolben und der Führungsbohrung das Radialspiel durch die Durchmesserdifferenz zwischen dem Innendurchmesser der Führungsbohrung und dem Außendurchmesser des Pumpenkolbens gebildet wird. Das Radialspiel bildet daher einen Ringspalt, durch den der Kraftstoffdurchfluss vom oben angeordneten Hochdruckraum der Hochdruckpumpe in den Niederdruckraum entsteht, welcher durch den Raum gebildet ist, in dem der Nockentrieb eingebracht ist. Dieser auch Leckagestrom genannte Durchfluss muss sich möglichst genau einstellen, damit die Verluste durch die Hochdruckleckage begrenzt sind und trotzdem ein hinreichender Durchfluss des Kraftstoffs zur Schmierung der Mantelfläche des Pumpenkolbens und der Führungsbohrung vorhanden ist. Die Schmierung muss auch in Grenzbetriebszuständen, wie bei einer schlechten Befüllung mit Kraftstoff, bei einem Lufteinschluss in System, bei Kraftstoffverunreinigungen oder bei einem fehlerhaften Kraftstoff ausreichend sein.
Bezüglich der Verschleißneigung der Führungsbohrung sowie des Pumpenkolbens muss beobachtet werden, dass in Bereichen der Querkraftübertragung zwischen dem Pumpenkolben und der Führungsbohrung ein verstärkter Verschleiß entsteht. Insbesondere bei Nockentrieben mit einem Abgriffselement werden in den Pumpenkolben Querkräfte eingeleitet, welche zu erhöhten Flächenpressungen in lokalen Bereichen zwischen der Führungsbohrung und dem Pumpenkolben führen. Diese erhöhten Flächenpressungen bewirken, dass sich der mit Kraftstoff gefüllte Schmierspalt verringert, so dass Festkörperberührung entsteht, und eine Mischreibung zwischen der Festkörperberührung und der hydraulischen Führung durch den Kraftstoff entsteht. Sobald sich die Oberflächen berühren, kann ein Verschleiß entstehen, was zu einem Fressen des Pumpenkolbens innerhalb der Führungsbohrung führen kann, und die Hochdruckpumpe fällt aus. Die erhöhten Flächenpressungen entstehen insbesondere in den Kantenbereichen der Führungsbohrung, welche im Bereich der Mündung der Führungsbohrung innerhalb des Zylinderkopfes vorhanden sind. Auch Mündungsbereiche mit einer Einführfase weisen im Übergang zum zylindrischen Bereich der Führungsbohrung Kanten auf, so dass es bei einer Querkraftbelastung zu Kantenträgern kommt, die die Bereiche der erhöhten Flächenpressung und damit des verstärkten Verschleißes bilden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche einen verringerten Verschleiß der Führung des Pumpenkolbens innerhalb der Führungsbohrung im Zylinderkopf aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in Bereichen einer Querkraftübertragung zwischen dem Pumpenkolben und der Führungsbohrung das Radialspiel um einen Spielerweiterungsbetrag vergrößert ist.
Erfindungsgemäß wird damit der Vorteil erreicht, dass zumindest in Bereichen einer erhöhten Querkraftübertragung das Radialspiel vergrößert ausgeführt wird. Damit entsteht ein Sonderspielverlauf, welcher in einer Konturänderung in den Bereichen höherer Flächenpressungen resultiert. Dieser Sonderspielverlauf ist so gestaltet, dass die maximale Flächenpressung im Bereich der erhöhten Querkraftübertragung reduziert und die Flächenpressung auf eine größere Fläche verteilt wird, so dass folglich die Höhe der Presskraft geringer wird. Dabei biegt sich der Kolben bis zur gleichmäßigen Anlage in der Führungsbohrung gemäß einer Biegelinie, welche sich an die Kontur des Sonderspielverlaufes anpasst. So ist auch bei lokal erhöhten Querkraftübertragungen eine gleichmäßige Flächenpressung erreichbar, wobei sich die Biegung des Kolbens der erhöhten Querkraft anpasst. Durch die Biegung verändert sich der im unbelasteten Zustand runde Querschnitt des Kolbens in eine elliptische Form. Die Größe des Spielerweiterungsbetrages korrespondiert derart mit der Größe des Radialspiels, dass die Biegung des Pumpenkolbens maximal so stark wird, dass die Längen der größeren Halbachsen der Ellipse in Bezug auf den Durchmesser des Pumpenkolbens im unverformten Zustand nicht mehr als zumindest 95% von der unteren Grenze des Spielwertes - Rundheit des Kolbens - Rundheit der Bohrung betragen und die entstehenden Biegespannungen die zulässigen Materialwerte nicht überschreiten. Der Übergang vom Bereich mit Sonderspielverlauf in den zylindrischen Bereich des Pumpenkolbens bzw. der Führungsbohrung erfolgt in einem sehr großen tangential auslaufenden Radius oder einem tangentialen Ellipsensegment.
Die Prozessüberwachung in der Fertigung des erfindungsgemäßen Spielerweiterungsbetrages erfolgt über eine Durchmesserdifferenzmessung an definierten Messstellen entlang des Pumpenkolbens bzw. der Führungsbohrung. Die Länge des Bereiches, in den der Spielerweiterungsbetrag eingebracht ist, beträgt maximal 25% der Überdeckungslänge, damit die Hochdruckleckage nicht zu stark erhöht wird und die Führung/Ausrichtung des Pumpenkolbens relativ zur Nockenwelle mit ausreichender Genauigkeit sichergestellt ist. Der Sonderspielverlauf taucht während einer Hubbewegung des Kolbens aus der Führungsbohrung daher teilweise oder komplett ein und aus. - A -
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Bildung des Spielerweiterungsbetrages ist vorgesehen, dass dieser durch eine Verringerung des Durchmessers des Pumpenkolbens gebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zur Bildung des erfindungsgemäßen Spielerweiterungsbetrages sieht hingegen vor, dass dieser durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Führungsbohrung gebildet ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die beiden Möglichkeiten der Bildung des Spielerweiterungsbetrages zu kombinieren, so dass in einer Anordnung eines Pumpenkolbens innerhalb einer Führungsbohrung sowohl der Pumpenkolben einen verringerten Durchmesser aufweist, als auch die Führungsbohrung einen vergrößerten Durchmesser aufweist.
Vorteilhafterweise weist die Führungsbohrung einen in Richtung des Nockentriebs weisenden Mündungsbereich im Zylinderkopf auf, wobei der Spielerweiterungsbetrag in an den Mündungsbereich angrenzenden Bereich eingebracht ist, um das Radialspiel in diesem Bereich zu vergrößern. Damit erstreckt sich der Bereich des Spielerweiterungsbetrages zwischen dem Mündungsbereich und dem zylindrischen Bereich der Führungsbohrung bzw. des Pumpenkolbens. Die Übergänge zwischen dem Mündungsbereich, dem Spielerweiterungsbereich und dem zylindrischen Bereich der Führungsbohrung bzw. des Pumpenkolbens weist auch hier große tangential auslaufende Radien auf, um zu vermeiden, dass sich an den Übergängen Kantenträger zur Aufnahme der Querkraft bilden.
Eine vorteilhafte Möglichkeit der Erzeugung des Spielerweiterungsbetrages kann in der Anwendung von abgerichteten Schleifscheiben bei einem Schleifprozess gesehen werden. Der Schleifprozess ist ein Außenrund-Schleifprozess, so dass mittels einer abgerichteten Schleifscheibe die gewünschte Kontur zur Bildung des Spielerweiterungsbetrages in die Außenkontur des Pumpenkolbens eingeschliffen werden kann. Alternativ kann der Spielerweiterungsbetrag durch einen Polier- oder Läpparbeitsgang nach dem Schleifen hergestellt werden.
Zur Schaffung des erfindungsgemäßen Spielerweiterungsbetrages innerhalb der Führungsbohrung ist es von Vorteil, dass dieses mittels eines erweiterten Honverfahrens in die Führungsbohrung eingebracht wird. Im Bereich des Sonderspielverlaufes muss in der Führungsbohrung Material entnommen werden, wobei die Materialentnahme nur wenigen Mikrometer entspricht. Dies kann beispielsweise erzeugt werden, indem das Honwerkzeug mit einer häufigeren Überlaufzahl im Bereich der Spielerweiterung angewendet wird, um in den gewünschten Bereich mehr Material von der Oberfläche abzutragen. Alternativ kann die Bohrung auch mittels Innenschleifprozess mit abgerichteter Konturschleifscheibe hergestellt werden.
Vorteilhafterweise weist der Pumpenkolben wenigstens eine Ringnut auf, welche benachbart zu dem wenigstens einen den Spielerweiterungsbetrag aufweisenden Bereich eingebracht ist. Derartige Ringnuten dienen als Schmiervolumina und sind zum Druckausgleich des teilweise nur einseitig auftretenden Leckagestroms geeignet. Die Anzahl der Nuten muss abhängig vom Lastfall und der Überdeckungslänge festgelegt werden, dabei sollte die Breite der Nute minimal sein, damit die Leckagemenge nicht zu stark ansteigt. Die Nut ist mit tangentialen oder annähernd tangentialen Radien versehen, damit eine gradfreie Herstellung möglich ist. Die Ringnuten können in den Pumpenkolben entweder vor einem Härteverfahren in das Weichteil eingedreht werden oder nach dem Härteverfahren durch ein Schleifverfahren eingebracht werden.
Die Anzahl und die Lage der Nuten wird durch verschiedene Kriterien festgelegt. Einerseits muss die Breite multipliziert mit der Anzahl der Ringnuten so bemessen werden, dass die ausfallende Führungsfläche des Pumpenkolbens innerhalb der Führungsbohrung nicht mehr als 15% der gesamten Überdeckungslänge beträgt. Ferner ist von Vorteil, dass eine erste Ringnut nahe an dem Hochdruckbereich im oberen Segment des Pumpenkolbens zur optimalen Druckausgleichswirkung gelegt wird. Der Abstand sollte vom oberen Ende des Pumpenkolbens das 0,15fache des Kolbendurchmessers betragen. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine weitere Ringnut nahe des Niederdruckbereiches gelegt wird, welcher in Richtung des Nockentriebes im Pumpenkörper liegt. Der Abstand zum Mündungsbereich der Führungsbohrung innerhalb des Zylinderkopfes sollte bezüglich der Ringnut nicht mehr als die Hälfte des Kolbendurchmessers umfassen, damit die Flächenpressung auf das Material neben der Ringnut nicht unzulässig ansteigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pumpenkolbens bzw. der Führungsbohrung ist vorgesehen, dass diese eine Oberflächenbeschichtung zur Bildung eines Verschleißschutzes umfasst. Die Verschleißschutzschicht kann dabei reibreduzierend wirken und/oder die zulässige Flächenpressung erhöhen. Als Verschleißschutzschicht können eine DLC-/Hartchrom-Schicht, ein Gleitlack oder vergleichbare Oberflächen verwendet werden. Daher ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Spielerweiterung mit einer ebenfalls erfindungsgemäßen Ringnut im unteren Bereich nahe des Niederdruckbereiches des Pumpenkolbens eingebracht wird, wobei ferner eine Verschleißschutzschicht als Kombination der beiden vorgenannten Merkmale vorgeschlagen wird. Damit wird ein Produktbaukasten geschaffen, welcher die genannten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar macht. Somit kann ein Sonderspielverlauf mit einer erfindungsgemäßen Ringnut im Bereich oder in der Nähe des Sonderspielverlaufes kombiniert werden, um die tragbare Belastung bzw. die Flächenpressung und damit die Lebensdauer der Bauteile weiter zu erhöhen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiel
Es zeigt:
Fig. 1 eine quergeschnittene Ansicht einer Hochdruckpumpe;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausschnittes eines Pumpenkolbens, an dem ein Abgriffselement angeordnet ist, das über eine Nockengeometrie abwälzt;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem Spielerweiterungsbetrag, welcher in den Pumpenkolben eingebracht ist; und
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anordnung einer Führungsbohrung mit einem
Spielerweiterungsbetrag, wobei der Spielerweiterungsbetrag in die Führungsbohrung eingebracht ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Hochdruckpumpe 1 umfasst einen Pumpenkörper 2, aufweichen ein Zylinderkopf 3 aufgesetzt ist. Im Pumpenkörper 2 ist ein Nockentrieb aufgenommen, welcher zumindest eine Nockenwelle 5 mit einer auf dieser aufgebrachten Nockengeometrie 6 umfasst. Ein Abgriffselement 4 wälzt über die Nockengeometrie 6 ab, und versetzt einen Pumpenkolben 8 in eine Hubbewegung. Der Pumpenkolben 8 führt somit eine Hubbewegung entlang einer Hubachse 7 aus, und ist in einer Führungsbohrung 9 gerührt, welche in dem Zylinderkopf 3 eingebracht ist. Im oberen Bereich des Zylinderkopfes 3 ist eine Ventilanordnung dargestellt, welche zur Verdichtung bzw. zur Förderung des Kraftstoffes auf den gewünschten Hochdruck dient. Angrenzend an den Pumpenkolben 8 ist ein Pumpraum zu sehen, welcher mit den Ventilen derart zusammenwirkt, dass in der Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 8 der Kraftstoff durch eine Zuleitung in den Pumpraum gezogen und bei der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens verdichtet wird.
Fig. 2 zeigt einen Pumpenkolben 8, an welchem ein Abgriffselement 4 in Form einer Rolle angebracht ist. Das Abgriffselement 4 rollt daher auf der Nockengeometrie 6 ab, welcher auf der Nockenwelle 5 aufgebracht ist. Durch die Wälzbewegung des Abgriffselements 4 und die damit zwischen dem Abgriffselement 4 und der Nockengeometrie 6 sich einstellenden Kraftverhältnisse entsteht eine erste Querkraft Ql, welche in den Pumpenkolben 8 eingeleitet wird. Resultierend durch die erste Querkraft ergibt sich eine zweite Querkraft Q2, welche sich zwischen dem Pumpenkolben 8 und der Führungsbohrung 9, in der der Pumpenkolben 8 geführt ist, einstellt. Im an die Ventileinheit angrenzenden Bereich entsteht ferner eine weitere dritte Querkraft Q3, welche jedoch aufgrund der Hebewirkung des sich länglich erstreckenden Pumpenkolbens 8 keine kritischen Werte annimmt. Jedoch zeigt die Lage der zweiten Querkraft Q2 in Fig. 2 den Bereich, welcher durch eine besonders hohe Flächenpressung zwischen dem Pumpenkolben 8 und der Führungsbohrung 9 entsteht.
Fig. 3 gibt ein erstes Ausführungsbeispiel zur Bildung einer erfindungsgemäßen Spielerweiterung wieder. Dargestellt ist zunächst ein Pumpenkolben 8 im Halbschnitt, welcher sich entlang der Hubachse 7 erstreckt. Erfindungsgemäß weißt der Pumpenkolben 8 einen Bereich auf, in dem ein Spielerweiterungsbetrag 11 eingebracht ist, welcher sich zum Radialspiel 10 hinzu addiert. Der Spielerweiterungsbetrag 11 erstreckt sich zwischen einen zylindrischen Bereich 14 des Pumpenkolbens 8 und einem Schrägungsbereich 15. Gemäß der Darstellung ist der Spielerweiterungsbetrag 11 makroskopisch dargestellt, um diesen graphisch zu verdeutlichen. Der Spielerweiterungsbetrag 11 beträgt dabei nur wenige Mikrometer (1...5 μm), wobei auch Sub-Mikrometer möglich sind. Das Radialspiel 10 beträgt hingegen gewöhnlich 1...10 μm, vorzugsweise etwa 5 μm. Durch die Bildung eines Spielerweiterungsbetrages 11 im Pumpekolben 8 vergrößert sich das Radialspiel 10 um den Spielerweiterungsbetrag 11, so dass bei einer Querkraftbelastung des Pumpenkolbens 8 ein vergrößerter Bereich der Flächenpressung erzeugt wird, um die Höhe der Flächenpressung zu reduzieren.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel zur Einbringung eines Spielerweiterungsbetrages 11 auf. Auch in dieser Darstellung ist der Pumpenkolben 8 innerhalb einer Führungsbohrung 9 im Zylinderkopf 3 geführt, dieser weist jedoch keinen Spielerweiterungsbetrag 11 auf. Dieser ist in der Führungsbohrung 9 eingebracht und addiert sich zum Radialspiel 10 hinzu. Dabei erstreckt sich dieser zwischen einem Mündungsbereich 12 und dem zylindrischen Bereich 14.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckpumpe (1), insbesondere zur Förderung von Kraftstoff für ein Common- Rail- Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend einen Pumpenkörper (2) und/oder einen Zylinderkopf (3), wobei im Pumpenkörper (2) wenigstens ein Nockentrieb mit einem Abgriffselement (4) aufgenommen ist, welches durch eine in einer Nockenwelle (5) eingebrachte Nockengeometrie (6) in eine Hubbewegung in Richtung einer Hubachse (7) versetzbar ist, wobei die Hubbewegung auf eine jeweils zugeordnete Stößeleinrichtung mit einem Pumpenkolben (8) übertragbar ist, der in einer Führungsbohrung (9) im Zylinderkopf (3) und/oder im Pumpenkörper (2) geführt ist, wobei zur Bildung einer Gleitführung zwischen dem Pumpenkolben (8) und der Führungsbohrung (9) ein Radialspiel (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen einer Querkraftübertragung zwischen dem Pumpenkolben (8) und der Führungsbohrung (9) das Radialspiel (10) um einen Spielerweiterungsbetrag (11) vergrößert ist.
2. Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielerweiterungsbetrag (11) durch eine Verringerung des Durchmessers des Pumpenkolbens (8) gebildet ist.
3. Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielerweiterungsbetrag (11) durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Führungsbohrung (9) gebildet ist.
4. Hochdruckpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (9) einen in Richtung des Nockentriebs weisenden Mündungsbereich (12) im Zylinderkopf (3) aufweist, wobei der Spielerweiterungsbetrag (11) im an den Mündungsbereich (12) angrenzenden Bereich eingebracht ist, um das Radialspiel (10) in diesem Bereich zu vergrößern.
5. Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielerweiterungsbetrag (11) im Pumpenkolben (8) mittels einer gemäß des Spielerweiterungsbetrages (11) abgerichteten Schleifscheibe oder mittels eines Polierverfahren radial umlaufend eingebracht ist.
6. Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spielerweiterungsbetrag (11) in der Führungsbohrung (9) radial umlaufend durch ein erweitertes Hon- oder Schleifverfahren eingebracht ist.
7. Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (8) wenigstens eine Ringnut (13) aufweist, welche benachbart zu dem wenigstens einen den Spielerweiterungsbetrag (11) aufweisenden Bereich eingebracht ist.
8. Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (8) und/oder die Führungsbohrung (9) eine Oberflächenbeschichtung zur Bildung eines Verscheißschutzes umfasst.
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