EP2850318A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

Hochdruckpumpe

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Publication number
EP2850318A1
EP2850318A1 EP13714617.1A EP13714617A EP2850318A1 EP 2850318 A1 EP2850318 A1 EP 2850318A1 EP 13714617 A EP13714617 A EP 13714617A EP 2850318 A1 EP2850318 A1 EP 2850318A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive shaft
pressure pump
cavity
fuel
piston
Prior art date
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Granted
Application number
EP13714617.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2850318B1 (de
Inventor
Sascha Ambrock
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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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2850318A1 publication Critical patent/EP2850318A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2850318B1 publication Critical patent/EP2850318B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure pump according to the preamble of claim 1 and a high-pressure injection system according to the preamble of claim 10.
  • a high-pressure pump permanently ensures the maintenance of the pressure in the
  • High pressure accumulator of the common rail injection system can be driven, for example, by a camshaft of the internal combustion engine by means of a drive shaft.
  • Rotary vane pump used, which are upstream of the high-pressure pump.
  • the prefeed pump delivers the fuel from a fuel tank through a fuel line to the high pressure pump.
  • piston pumps are used as high-pressure pumps.
  • a drive shaft is mounted. Radially to pistons are arranged in a cylinder.
  • a roller with a roller rolling surface On the drive shaft with at least one cam is a roller with a roller rolling surface, which is mounted in a roller shoe.
  • the roller shoe is connected to the piston, so that the piston is forced to oscillate translational motion.
  • a spring applies to the roller shoe a radially directed to the drive shaft force, so that the roller is in constant contact with the drive shaft.
  • the roller stands with the roller rolling surface on a shaft rolling surface as the surface of the drive shaft with the at least one cam in contact with the drive shaft.
  • the roller is mounted by means of a sliding bearing in the roller shoe.
  • the drive shaft with the at least one cam is generally made of steel, on the one hand to have sufficient rigidity and on the other hand to withstand the mechanical loads due to the roller, which rolls on the drive roller can withstand.
  • the drive shaft has a large mass and, when the high-pressure pump is used in a motor vehicle, a large mass of the high-pressure pump also leads to a greater fuel consumption of the motor vehicle in a disadvantageous manner.
  • DE 10 2006 045 933 A1 shows a high-pressure pump for high-pressure fuel delivery.
  • the high-pressure pump has a drive shaft with cams.
  • Cylindrical rollers are supported by roller shoes and rest on the cams.
  • the roller shoes are mounted by means of a plunger assembly in a bore of a part of the housing.
  • the pump elements are at the
  • Inventive high-pressure pump in particular for a motor vehicle, for conveying a fluid, in particular fuel, for. B. diesel, comprising a drive shaft with at least one cam, at least one piston, at least one cylinder for supporting the at least one piston, wherein the at least one piston indirectly by means of at least one roller on the drive shaft is supported by the at least one cam, so that from the at least one piston a translational movement due to a
  • Rotary movement of the drive shaft is executable, wherein the at least one drive shaft is formed with the at least one cam as a hollow shaft with at least one cavity to the mass of at least one
  • the at least one drive shaft has at least one cavity, which is machined, for example, as an axial bore machined into the at least one drive shaft.
  • the cavity is closed in a fluid-tight manner with the at least one sealing plug so that no fuel can flow into the at least one cavity.
  • the high pressure pump has a
  • Lubrication space is the roller and the drive shaft arranged. If the fuel flows into the cavity, additional mass would thereby be arranged in the drive shaft due to the fuel.
  • the closure plug is arranged at one or more axial ends of the one drive shaft, so that thereby the cavity is not filled with fuel, but for example, filled with air, so that thereby the drive shaft has a lower mass.
  • at least one stiffening part is arranged in the at least one cavity.
  • the drive shaft may not have sufficient rigidity.
  • a stiffening part is arranged within the cavity, so that characterized the drive shaft has sufficient rigidity. This is necessary because a compressive force is applied to the drive shaft perpendicular to the longitudinal axis of the roller.
  • Stiffening member and / or the at least one sealing plug a lower density, preferably at least 10%, 30% or 50% lower density than the at least one drive shaft.
  • Sealing plugs have a lower density than the drive shaft, thereby reducing mass on the drive shaft.
  • the at least one drive shaft preferably consists at least partially, in particular completely, of metal, in particular steel or aluminum, and the at least one stiffening part and / or the at least one
  • Closure plug is at least partially, in particular completely, made of titanium and / or carbon.
  • the drive shaft is generally made of steel, since on the outside of the drive shaft, the roller rolls off and thereby a considerable mechanical stress on the outside of a shaft rolling surface of the drive shaft is present. This generally requires steel.
  • the stiffening member and / or the sealing plug have titanium with a low density and thus mass to keep one hand, the mass of the drive shaft with stiffening and / or sealing plug low, and on the other hand, titanium and / or carbon also ensures sufficient rigidity.
  • the at least one stiffening part and / or the at least one sealing plug force and / or cohesive, z. B. by means of a press fit, connected to the at least one drive shaft.
  • the at least one stiffening part and / or the at least one sealing plug can also be connected to the at least one drive shaft by means of a screw connection.
  • Volumes of the cavities of a drive shaft at least 10%, 30%, 50% or 70% of the total volume of the drive shaft with the at least one
  • the volume of the cavity and / or the sum of the volumes of the Cavities of the drive shaft have a significant share of
  • the volume of a cavity or the sum of the volumes of the cavities of a drive shaft is or are filled to at least 10%, 30%, 50%, 70%, 90% or 98% with the at least one stiffening part. If the volume of the cavity is filled to a substantial extent by the stiffening part and the stiffening part is also sufficiently connected to the drive shaft, can thereby with the stiffening the
  • Stiffness of the drive shaft can be increased to a significant extent.
  • a contact surface between the roller and the drive shaft is lubricated by means of fuel.
  • the at least one roller by means of at least one
  • the at least one roller in a section perpendicular to a longitudinal axis as the axis of rotation, surrounds the plain bearing to more than 50% of the at least one roller.
  • the plain bearing by means of fuel, for.
  • fuel for.
  • an eccentric shaft is considered as a drive shaft with at least one cam.
  • Inventive high-pressure injection system for an internal combustion engine in particular for a motor vehicle, comprising a high-pressure pump, a high-pressure rail, preferably a prefeed pump for conveying a
  • High-pressure pump is designed as a high pressure pump described in this patent application.
  • the high-pressure injection system has a
  • Metering unit that controls or regulates the amount of fuel delivered per unit time by the precharge pump to the high pressure pump.
  • the producible by the high-pressure pump pressure in the high-pressure rail is, for example, in the range of 1000 to 3000 bar z. B. for diesel engines or between 40 bar and 400 bar z. B. for gasoline engines.
  • Fig. 1 shows a cross section of a high-pressure pump in a first
  • FIG. 2 shows a section A-A of FIG. 1 a roller with roller shoe and a drive shaft
  • FIG. 3 is a highly schematic view of a high-pressure injection system
  • Fig. 4 is a longitudinal section of the drive shaft in one
  • Fig. 5 is a longitudinal section of the drive shaft in one
  • Fig. 6 is a longitudinal section of the drive shaft in one
  • Fig. 7 is a longitudinal section of the drive shaft in one
  • Fig. 1 is a cross section of a high-pressure pump 1 for a
  • the high-pressure pump 1 serves to fuel, z. As gasoline or diesel, to promote an internal combustion engine 39 under high pressure.
  • the pressure which can be generated by the high-pressure pump 1 is, for example, in a range between 1000 and 3000 bar.
  • the high-pressure pump 1 has a drive shaft 2 with two cams 3, which performs a rotational movement about a rotation axis 26.
  • a piston 5 is mounted in a cylinder 6 as a piston guide 7, which is formed by a housing 8.
  • a working space 29 is from the cylinder 6, the
  • In the working space 29 opens an inlet channel 22 with an inlet valve 19 and an outlet channel 24 with a
  • Working space 29 can flow and the exhaust valve 20, z. B. a
  • Check valve is designed so that only fuel can flow out of the working chamber 29.
  • the volume of the working chamber 29 is changed due to an oscillating stroke movement of the piston 5.
  • the piston 5 is indirectly supported on the drive shaft 2 from.
  • a roller shoe 9 is attached to a roller 10.
  • Roller 10 can perform a rotational movement
  • Rotation axis 25 lies in the plane of FIG. 1 and is perpendicular to the plane of Fig. 2.
  • the drive shaft 2 with the at least one cam 3 has a shaft rolling surface 4 and the roller 10 has a roller rolling surface 1 1.
  • roller tread 1 1 of the roller 10 rolls on a contact surface 12 on the shaft rolling surface 4 of the drive shaft 2 with the two cams 3 from.
  • the roller shoe 9 is mounted in a roller shoe bearing formed by the housing 8 as a sliding bearing.
  • Element 28 which is clamped between the housing 8 and the roller shoe 9 is, brings on the roller shoe 9 a compressive force, so that the roller rolling surface 1 1 of the roller 10 is in constant contact with the shaft rolling surface 4 of the drive shaft 2.
  • the roller shoe 9 and the piston 5 thus carry out together an oscillating stroke movement.
  • Fig. 4 is a first embodiment of the drive shaft 2 in one
  • High pressure pump 1 arranged so that thereby no within the
  • Lubricating space located fuel can flow into the two holes 38.
  • a second embodiment of the drive shaft 2 is shown.
  • the drive shaft 2 has an axial bore 38 as a cavity 17 and at an axial end 40 shown on the left in Fig. 5, the cavity 17 is closed fluid-tight by a closure plug 16 made of titanium or carbon.
  • Closure plug 16 causes that no fuel from a lubricant chamber of the high-pressure pump 1 can flow into the cavity 17. As a result, 16 air is disposed within the cavity 17 apart from the sealing plug and the drive shaft 2 thereby has a low mass.
  • the drive shaft 2 made of steel has an axial bore 38 as a cavity 17 and this cavity 17 is substantially filled with a stiffening member 15 made of titanium.
  • the axial bore 38 is machined, z. B. by means of drilling, incorporated and then the closure plug 16 inserted into this bore 38 and thereby positively connected by means of a press fit with the drive shaft 2 made of steel. Due to the size of the bore 38, the drive shaft 2 without the stiffening part 5 made of titanium does not have sufficient rigidity.
  • the rigidity of the drive shaft. 2 be increased significantly.
  • titanium advantageously has on the one hand a low mass and on the other hand also a sufficiently high rigidity in order to increase the rigidity of the drive shaft 2.
  • the drive shaft 2 in particular on the shaft rolling surface 4 for supporting the roller 10, made of steel, so that thereby the drive shaft 2, the mechanical
  • a fourth embodiment of the drive shaft 2 is shown. In the following, essentially only the differences to the third
  • the stiffening part 15 is formed as a sleeve with a stiffening part cavity 14 and at an axial end 40 of the drive shaft 2 shown in Figure on the left is this
  • Closing plug 16 closed This can be done in the
  • the stiffening member 15 made of titanium has a lower rigidity than the stiffening member 15 in Fig. 6, since the stiffening member 15 in Fig. 6 consists of a solid material and the stiffening member 15 used in Fig. 7 in the fourth embodiment as a sleeve with a stiffening member cavity 14 is formed.
  • the stiffening member 15 in Fig. 7 can thereby only a smaller increase in the rigidity of
  • FIG. 3 is a highly schematic representation of the high-pressure injection system 36 for a motor vehicle (not shown) shown with a high-pressure rail 30 or a fuel rail 31. From the high-pressure rail 30, the fuel by means of valves (not shown) in the combustion chamber of
  • a prefeed pump 35 delivers fuel from a fuel tank 32 through a fuel line 33 to the
  • High-pressure pump 1 according to the above embodiment.
  • High-pressure pump 1 and the feed pump 35 are thereby of the
  • a metering unit 37 controls and / or controls the
  • High-pressure pump 1 supplied amount of fuel, so that can be dispensed in a further embodiment, the fuel return line 34 (not shown).
  • the drive shaft 2 made of steel has a bore 38 as a cavity 17, so that thereby the drive shaft 2 has a reduced mass.
  • a stiffening member 15, z To increase the rigidity of the drive shaft 2 can within the cavity 17, a stiffening member 15, z.
  • Example of titanium to thereby increase the one hand, the rigidity of the drive shaft 2, at a low mass of the drive shaft 2 due to the low density of the stiffening member 15, and on the other hand on the shaft rolling surface 4, a sufficient mechanical wear resistance for rolling the To get roller 10.

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Abstract

Hochdruckpumpe (1) zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umfassend eine Antriebswelle (2) mit wenigstens einem Nocken (3), wenigstens einen Kolben (5), wenigstens einen Zylinder (6) zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens (5), wobei sich der wenigstens eine Kolben (5) mittelbar mittels wenigstens einer Laufrolle (10) auf der Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben (5) eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle (2) ausführbar ist, wobei die wenigstens eine Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) als eine Hohlwelle (2) mit wenigstens einem Hohlraum ausgebildet ist, um die Masse der wenigstens einen Antriebswelle (2) zu reduzieren.

Description

Beschreibung Titel
Hochdruckpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
Stand der Technik
In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem
Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder
Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
Die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken besteht im Allgemeinen aus Stahl, um einerseits eine ausreichende Steifigkeit aufzuweisen und andererseits den mechanischen Belastungen aufgrund der Laufrolle, welche sich auf der Antriebsrolle abrollt, standhalten zu können. Dadurch weist die Antriebswelle eine große Masse auf und bei einem Einsatz der Hochdruckpumpe in einem Kraftfahrzeug führt eine große Masse der Hochdruckpumpe auch zu einem größeren Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges in nachteiliger weise.
Die DE 10 2006 045 933 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckförderung. Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit Nocken auf.
Zylindrische Rollen sind von Rollenschuhen gelagert und liegen auf den Nocken auf. Die Rollenschuhe sind mittels einer Stößelbaugruppe in einer Bohrung eines Teils des Gehäuses gelagert. Die Pumpenelemente sind an der
Stößelbaugruppe befestigt. Eine Schraubenfeder drückt die Stößelbaugruppe auf die Nocken.
Aus der DE 103 56 262 A1 ist eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von
Brennkraftmaschinen bekannt. In einem Pumpengehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Kolben stützen sich an der Antriebswelle ab, so dass durch Drehen der Antriebswelle die Kolben hin und her bewegt werden. Zwischen den Kolben und der Antriebswelle sind Stößel angeordnet.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Hochdruckpumpe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umfassend eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken, wenigstens einen Kolben, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar mittels wenigstens einer Laufrolle auf der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer
Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist, wobei die wenigstens eine Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken als eine Hohlwelle mit wenigstens einem Hohlraum ausgebildet ist, um die Masse der wenigstens einen
Antriebswelle zu reduzieren. Die wenigstens eine Antriebswelle weist wenigstens einen Hohlraum auf, der beispielsweise als axiale Bohrung spanabhebend in die wenigstens eine Antriebswelle eingearbeitet ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Masse der Antriebswelle reduziert werden und dadurch bei einem Einsatz der Hochdruckpumpe in einem Kraftfahrzeug der Kraftstoffverbrauch des
Kraftfahrzeuges verkleinert werden. Dabei wird als wenigstens ein Hohlraum der wenigstens einen Antriebswelle auch ein Raum angesehen, welcher von einem Versteifungsteil und/oder einem Verschlussstopfen wenigstens teilweise ausgefüllt ist.
Insbesondere ist der wenigstens eine Hohlraum mit wenigstens einem
Verschlussstopfen im Bereich eines axialen Endes der wenigstens einen Antriebswelle verschlossen. Der Hohlraum ist mit dem wenigstens einem Verschlussstopfen fluiddicht verschlossen, so dass dadurch kein Kraftstoff in den wenigstens einen Hohlraum einströmen kann. Die Hochdruckpumpe weist einen
Schmierraum auf durch welchen Kraftstoff strömt und innerhalb dieses
Schmierraumes ist die Laufrolle und die Antriebswelle angeordnet. Bei einem Einströmen des Kraftstoffes in den Hohlraum würde dadurch zusätzliche Masse aufgrund des Kraftstoffes in der Antriebswelle angeordnet sein. Um dies zu vermeiden, wird der Verschlussstopfen an einem oder mehreren axialen Enden der einen Antriebswelle angeordnet, so dass dadurch der Hohlraum nicht mit Kraftstoff gefüllt, sondern beispielsweise mit Luft gefüllt ist, so dass dadurch die Antriebswelle eine geringere Masse aufweist. In einer weiteren Ausgestaltung ist in dem wenigstens einen Hohlraum wenigstens ein Versteifungsteil angeordnet. Bei einer großen Ausbildung des wenigstens einen Hohlraumes, d. h. dass in einem Schnitt senkrecht zu einer Längsachse der Antriebswelle der wenigstens eine Hohlraum einen großen Anteil einnimmt, kann die Antriebswelle eine nicht mehr ausreichende Steifigkeit aufweisen. Um die Steifigkeit der wenigstens einen Antriebswelle zu erhöhen, wird deshalb innerhalb des Hohlraumes ein Versteifungsteil angeordnet, so dass dadurch die Antriebswelle eine ausreichende Steifigkeit aufweist. Diese ist erforderlich, da auf die Antriebswelle senkrecht zu der Längsachse von der Laufrolle eine Druckkraft aufgebracht wird. In einer ergänzenden Ausführungsform weist das wenigstens eine
Versteifungsteil und/oder der wenigstens eine Verschlussstopfen eine geringere Dichte, vorzugsweise um wenigstens 10%, 30% oder 50% geringere Dichte, auf als die wenigstens eine Antriebswelle. Das Versteifungsteil und/oder der
Verschlussstopfen weisen eine geringere Dichte auf als die Antriebswelle, um dadurch Masse an der Antriebswelle zu reduzieren.
Vorzugsweise besteht die wenigstens eine Antriebswelle wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, und das wenigstens eine Versteifungsteil und/oder der wenigstens eine
Verschlussstopfen besteht wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Titan und/oder Karbon besteht. Die Antriebswelle ist im Allgemeinen aus Stahl hergestellt, da außenseitig an der Antriebswelle sich die Laufrolle abrollt und dadurch eine erhebliche mechanische Beanspruchung außenseitig an einer Wellen-Rollfläche der Antriebswelle vorhanden ist. Hierzu ist im Allgemeinen Stahl erforderlich. Das Versteifungsteil und/oder der Verschlussstopfen weisen mit Titan eine geringe Dichte und damit Masse auf, um einerseits die Masse der Antriebswelle mit Versteifungsteil und/oder Verschlussstopfen gering zu halten, und andererseits gewährleistet Titan und/oder Karbon auch eine ausreichende Steifigkeit.
In einer Variante ist das wenigstens eine Versteifungsteil und/oder der wenigstens eine Verschlussstopfen kraft- und/oder stoffschlüssig, z. B. mittels eines Presssitzes, mit der wenigstens einen Antriebswelle verbunden.
Abweichend hiervon kann das wenigstens eine Versteifungsteil und/oder der wenigstens eine Verschlussstopfen auch mittels einer Schraubverbindung mit der wenigstens einen Antriebswelle verbunden sein.
Zweckmäßig beträgt das Volumen des Hohlraumes oder die Summe der
Volumina der Hohlräume einer Antriebswelle wenigstens 10%, 30%, 50% oder 70% des Gesamtvolumens der Antriebswelle mit dem wenigstens einen
Hohlraum. Das Volumen des Hohlraumes und/oder die Summe der Volumina der Hohlräume der Antriebswelle weisen einen wesentlichen Anteil am
Gesamtvolumen der Antriebswelle auf, so dass dadurch in einem wesentlichen Umfang die Masse der Antriebswelle mit Hilfe des wenigstens einen Hohlraumes reduziert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung ist oder sind das Volumen eines Hohlraumes oder die Summe der Volumina der Hohlräume einer Antriebswelle zu wenigstens 10%, 30%, 50%, 70%, 90% oder 98% mit dem wenigstens einen Versteifungsteil ausgefüllt. Ist das Volumen des Hohlraumes in einem wesentlichen Umfang von dem Versteifungsteil ausgefüllt und ist das Versteifungsteil auch ausreichend mit der Antriebswelle verbunden, kann dadurch mit dem Versteifungsteil die
Steifigkeit der Antriebswelle in einem signifikanten Umfang erhöht werden.
Insbesondere ist eine Kontaktfläche zwischen der Laufrolle und der Antriebswelle mittels Kraftstoff geschmiert.
Zweckmäßig ist die wenigstens eine Laufrolle mittels wenigstens einen
Gleitlagers bzw. einer Gleitlagerung in wenigstens einem Rollenschuh gelagert.
In einer weiteren Ausführungsform umgreift in einem Schnitt senkrecht zu einer Längsachse als Rotationsachse die wenigstens eine Laufrolle das Gleitlager zu mehr als 50 % die wenigstens einen Laufrolle.
Insbesondere ist das Gleitlager mittels Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, geschmiert.
In einer weiteren Variante wird eine Exzenterwelle als eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken betrachtet.
Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe, ein Hochdruck-Rail, vorzugsweise eine Vorförderpumpe zum Fördern eines
Kraftstoffes von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe, wobei die
Hochdruckpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Hochdruckpumpe ausgebildet ist. In einer weiteren Variante weist das Hochdruckeinspritzsystem eine
Zumesseinheit auf, welche die von der Vorforderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderte Menge an Kraftstoff pro Zeiteinheit steuert oder regelt.
Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe in einem ersten
Ausführungsbeispiel
Fig. 2 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
Fig. 3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
Fig. 4 einen Längsschnitt der Antriebswelle in einem
ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 einen Längsschnitt der Antriebswelle in einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 einen Längsschnitt der Antriebswelle in einem
dritten Ausführungsbeispiel und
Fig. 7 einen Längsschnitt der Antriebswelle in einem
vierten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 für ein
Hochdruckeinspritzsystem 36 dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26, welche auch eine Längsachse 26 der Antriebswelle 2 darstellt, liegt in der
Zeichenebene von Fig. 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 als Kolbenführung 7 gelagert, der von einem Gehäuse 8 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6, dem
Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem
Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 strömt der Kraftstoff in den
Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den
Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein
Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die
Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren
Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß Fig. 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen- Rollfläche 1 1 auf.
Die Rollen-Lauffläche 1 1 der Laufrolle 10 rollt sich an einer Kontaktfläche 12 auf der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches
Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen- Rollfläche 1 1 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus.
In Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Antriebswelle 2 in einem
Längsschnitt dargestellt. In die Antriebswelle 2 aus Stahl sind zwei Hohlräume 17 als axiale Bohrung 38 eingearbeitet. Aufgrund dieser beiden Hohlräume 17 weist somit die Antriebswelle 2 eine deutlich reduzierte Masse auf und andererseits ist die Steifigkeit der Antriebswelle 2 aus Stahl noch ausreichend groß, da die
Bohrungen 38 im Querschnitt noch einen ausreichend großen Anteil der Antriebswelle 2 aus Stahl belassen. Zwei axiale Enden 40 der Antriebswelle 2 sind dabei außerhalb eines nicht dargestellten Schmierraumes der
Hochdruckpumpe 1 angeordnet, so dass dadurch kein innerhalb des
Schmierraumes sich befindlicher Kraftstoff in die beiden Bohrungen 38 einströmen kann.
In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebswelle 2 dargestellt. Die Antriebswelle 2 weist eine axiale Bohrung 38 als Hohlraum 17 auf und an einem in Fig. 5 links dargestellten axialen Ende 40 ist der Hohlraum 17 fluiddicht von einem Verschlussstopfen 16 aus Titan oder Karbon verschlossen. Der
Verschlussstopfen 16 bewirkt, dass in den Hohlraum 17 kein Kraftstoff aus einem Schmierraum der Hochdruckpumpe 1 einströmen kann. Dadurch ist innerhalb des Hohlraumes 17 abgesehen von dem Verschlussstopfen 16 Luft angeordnet und die Antriebswelle 2 weist dadurch eine geringe Masse auf.
In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebswelle 2 dargestellt. Die Antriebswelle 2 aus Stahl weist eine axiale Bohrung 38 als Hohlraum 17 auf und dieser Hohlraum 17 ist im Wesentlichen mit einem Versteifungsteil 15 aus Titan befüllt. Bei der Herstellung der Antriebswelle 2 aus Stahl wird somit zunächst die axiale Bohrung 38 spanabhebend, z. B. mittels Bohren, eingearbeitet und anschließend der Verschlussstopfen 16 in diese Bohrung 38 eingeführt und dabei kraftschlüssig mittels eines Presssitzes mit der Antriebswelle 2 aus Stahl verbunden. Aufgrund der Größe der Bohrung 38 weist die Antriebswelle 2 ohne dem Versteifungsteil 5 aus Titan keine ausreichende Steifigkeit auf. Mittels des
Versteifungsteiles 15 aus Titan kann die Steifigkeit der Antriebswelle 2 wesentlich erhöht werden. Titan weist dabei in vorteilhafter Weise einerseits eine geringe Masse auf und andererseits auch eine ausreichend große Steifigkeit, um die Steifigkeit der Antriebswelle 2 zu erhöhen. Außenseitig besteht somit die Antriebswelle 2, insbesondere an der Wellen-Rollfläche 4 zur Auflage der Laufrolle 10, aus Stahl, so dass dadurch die Antriebswelle 2 den mechanischen
Beanspruchungen aufgrund des Abrollens der Laufrolle 10 an der Wellen- Rollfläche 4 auf Dauer standhalten kann.
In Fig. 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Antriebswelle 2 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem dritten
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 beschrieben. Das Versteifungsteil 15 ist als eine Hülse mit einem Versteifungsteilhohlraum 14 ausgebildet und an einem in Figur links dargestellten axialen Ende 40 der Antriebswelle 2 ist dieser
Versteifungsteilhohlraum 14 des Versteifungsteiles 15 von einem
Verschlussstopfen 16 verschlossen. Dadurch kann in den
Versteifungsteilhohlraum 14 kein Kraftstoff aus dem nicht dargestellten
Schmierraum der Hochdruckpumpe 1 einströmen. Das Versteifungsteil 15 aus Titan weist eine geringere Steifigkeit als das Versteifungsteil 15 in Fig. 6 auf, da das Versteifungsteil 15 in Fig. 6 aus einem Vollmaterial besteht und das in Fig. 7 in dem vierten Ausführungsbeispiel eingesetzte Versteifungsteil 15 als eine Hülse mit einem Versteifungsteilhohlraum 14 ausgebildet ist. Das Versteifungsteil 15 in Fig. 7 kann dadurch nur eine geringere Erhöhung der Steifigkeit der
Antriebswelle 2 zur Verfügung stellen als das in Fig. 6 dargestellte
Versteifungsteil 15. Dies ist ausreichend, da in den in Fig. 7 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel der Antriebswelle 2 die Antriebswelle 2 entweder eine geringere Steifigkeit erfordert und/oder aufgrund der Ausbildung der Bohrung 38 mit einem geringeren Durchmesser die Antriebswelle 2 selbst eine ausreichende Steifigkeit aufweist und diese nur geringfügig mit dem Versteifungsteil 15 als Hülse gemäß der Darstellung in Fig. 7 erhöht werden muss, um den
Anforderungen hinsichtlich der Steifigkeit der Antriebswelle 2 zu genügen.
In Fig. 3 ist in stark schematisierter Darstellung das Hochdruckeinspritzsystem 36 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in den Verbrennungsraum des
Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine Kraftstoffleitung 33 zu der
Hochdruckpumpe 1 gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel. Die
Hochdruckpumpe 1 und die Vorförderpumpe 35 werden dabei von der
Antriebswelle 2 angetrieben. Die Antriebswelle 2 ist mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 39 gekoppelt. Das Hochdruck-Rail 30 dient - wie bereits beschrieben - dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des
Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff wird durch die Kraftstoff leitung 33 zu der Hochdruckpumpe 1 geleitet. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32
zurückgeleitet. Eine Zumesseinheit 37 steuert und/oder regelt die der
Hochdruckpumpe 1 zugeleitete Menge an Kraftstoff, so dass in einer weiteren Ausgestaltung auf die Kraftstoffrücklaufleitung 34 verzichtet werden kann (nicht dargestellt).
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 und dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 36 wesentliche Vorteile verbunden. Die Antriebswelle 2 aus Stahl weist eine Bohrung 38 als Hohlraum 17 auf, so dass dadurch die Antriebswelle 2 eine reduzierte Masse aufweist. Zur Erhöhung der Steifigkeit der Antriebswelle 2 kann innerhalb des Hohlraumes 17 ein Versteifungsteil 15, z. B. aus Titan, angeordnet sein, um dadurch einerseits die Steifigkeit der Antriebswelle 2 zu erhöhen, bei einer geringen Masse der Antriebswelle 2 aufgrund der geringen Dichte des Versteifungsteiles 15, und andererseits an der Wellen-Rollfläche 4 auch eine ausreichende mechanische Verschleißfestigkeit zum Abrollen der Laufrolle 10 zu erhalten.

Claims

Ansprüche
1 . Hochdruckpumpe (1 ) zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umfassend
- eine Antriebswelle (2) mit wenigstens einem Nocken (3),
- wenigstens einen Kolben (5),
- wenigstens einen Zylinder (6) zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens (5),
- wobei sich der wenigstens eine Kolben (5) mittelbar mittels
wenigstens einer Laufrolle (10) auf der Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben (5) eine Translationsbewegung aufgrund einer
Rotationsbewegung der Antriebswelle (2) ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) als eine Hohlwelle (2) mit wenigstens einem Hohlraum (17) ausgebildet ist, um die Masse der wenigstens einen Antriebswelle (2) zu reduzieren.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Hohlraum (17) mit wenigstens einem
Verschlussstopfen (16) im Bereich eines axialen Endes (40) der wenigstens einen Antriebswelle (2) verschlossen ist.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Hohlraum (17) wenigstens ein Versteifungsteil (15) angeordnet ist.
4. Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versteifungsteil (15) und/oder der wenigstens eine Verschlussstopfen (16) eine geringere Dichte, vorzugsweise um wenigstens 10%, 30% oder 50% geringere Dichte, aufweist als die wenigstens eine Antriebswelle (2).
5. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Antriebswelle (2) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium, besteht und das wenigstens eine Versteifungsteil (15) und/oder der wenigstens eine Verschlussstopfen (16) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Titan und/oder Karbon besteht.
6. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versteifungsteil (15) und/oder der wenigstens eine Verschlussstopfen (16) kraft- und/oder stoffschlüssig, z. B. mittels eines Presssitzes, mit der wenigstens einen Antriebswelle (2) verbunden ist.
7. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Hohlraumes (17) oder die Summe der Volumina der Hohlräume (17) einer Antriebswelle (2) wenigstens 10%, 30%, 50% oder 70% des Gesamtvolumens der Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Hohlraum (17) beträgt.
8. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen eines Hohlraumes (17) oder die Summe der Volumina der
Hohlräume (17) einer Antriebswelle (2) zu wenigstens 10%, 30%, 50%, 70%, 90% oder 98% mit dem wenigstens einen Versteifungsteil (15) ausgefüllt ist oder sind.
9. Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche zwischen der Laufrolle (10) und der Antriebswelle (2) mittels Kraftstoff geschmiert ist.
10. Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39),
umfassend
- eine Hochdruckpumpe (1 ),
- ein Hochdruck-Rail (30),
- vorzugsweise eine Vorförderpumpe (35) zum Fördern eines
Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (32) zu der Hochdruckpumpe
(1 ). dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1 ) als Hochdruckpumpe (1 ) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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