EP2872771B1

EP2872771B1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: EP2872771B1
Application number: EP13733272.2A
Authority: EP
Inventors: Achim Koehler; Armin Merz; Sandro Soccol; Joerg Morlok
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: IN2014DN10747A; CN104487699B; EP2872771A1; WO2014009164A1; CN104487699A; DE102012212153A1

Description

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 Hochdruckpumpe weist einen innerhalb eines Gehäuses ausgebildeten Schmierraum auf und innerhalb des Schmierraumes ist die Antriebswelle mit den Nocken, der Rollenschuh und die Laufrolle angeordnet. Der Schmierraum ist dabei von Kraftstoff als Schmierflüssigkeit durchströmt zur Schmierung und Kühlung der Komponenten, d. h. insbesondere der Laufrolle, des Rollenschuhes und der Antriebswelle sowie auch des Kolbens, welcher an einer Kolbenführung an dem Gehäuse gleitgelagert ist. Der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff wird dabei zu einem Teil der Hochdruckpumpe, d. h. einem Einlasskanal, der Hochdruckpumpe zugeführt und ein anderer Teil der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff wird durch den Schmierraum geleitet zur Kühlung und Schmierung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes. Das Gehäuse umfasst eine Öffnung zur Durchführung und Gleitlagerung der Antriebswelle sowie ein Sackloch zur Lagerung der Antriebswelle. Dabei ist die Antriebswelle mittels einer Lagerbuchse an dem Sackloch und der Öffnung gleitgelagert. Zwischen der Antriebswelle und den beiden Lagerbuchsen besteht ein Spalt, insbesondere ein Ringspalt, durch welchen der Kraftstoff strömt zur Schmierung und Kühlung des Wellengleitlagers an der Lagerbuchse. Dieser Kraftstoff, welcher aufgrund des Spieles zwischen der Antriebswelle und der Lagerbuchse axial diesen Zwischenraum bzw. Spalt, insbesondere Ringspalt, durchströmt, wird dabei nach dem Durchströmen durch eine Kraftstoffrücklaufleitung wieder dem Kraftstofftank zugeführt. Aufgrund eines unterschiedlichen Lagerspieles tritt auch ein unterschiedlicher Volumenstrom von Kraftstoff durch die beiden Wellengleitlager auf. Dieser durch die beiden Wellengleiter abfließende Kraftstoff aus dem Schmierraum reicht jedoch nicht für eine ausreichende Kühlung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes aus. Aus diesem Grund ist das Gehäuse mit einer zusätzlichen Kühldrossel zur zusätzlichen Ableitung von Kraftstoff aus dem Schmierraum versehen. Diese Kühldrossel erfordert in nachteiliger Weise zusätzliche Bauteile und erhöht somit die Herstellungskosten der Hochdruckpumpe.
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 und WO2005/054675 sind Radialkolbenpumpen 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 zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umfassend ein Gehäuse, 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, insbesondere mittels wenigstens einer Laufrolle oder einem Tassenstößel, 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, einen Schmierraum, innerhalb dessen die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken angeordnet ist, zur Schmierung und Kühlung der Antriebswelle, wenigstens ein Wellengleitlager zur Lagerung der Antriebswelle mit einer fluidleitenden Verbindung eines Spaltes, insbesondere Ringspaltes, zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle zu dem Schmierraum, so dass das wenigstens eine Wellengleitlager mit der Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum geschmiert und gekühlt ist, wobei in das Gehäuse und/oder eine Lagerbuchse für die Antriebswelle wenigstens ein Kanal eingearbeitet ist zur zusätzlichen Ableitung von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum. In das Gehäuse und/oder die Lagerbuchse für die Antriebswelle ist wenigstens ein Kanal eingearbeitet, so dass dadurch zusätzlich in Ergänzung zu dem Spalt, insbesondere Ringspalt, aufgrund eines Spieles zwischen der Antriebswelle und dem Wellengleitlager Kraftstoff aus dem Schmierraum abgeleitet werden kann, um eine ausreichende Kühlung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes durchführen zu können. Dadurch ist in vorteilhafter Weise keine ergänzende oder zusätzliche Kühldrossel als separates Bauteil an der Hochdruckpumpe am Schmierraum erforderlich.
Zweckmäßig umfasst die Hochdruckpumpe keine Kühldrossel als separates und, insbesondere ausschließlich, zu diesem Zweck dienendes Bauteil. Mit dem wenigstens einen Kanal kann somit mit bereits vorhandenen Bauteilen der Kraftstoff zusätzlich aus dem Schmierraum abgeleitet werden, indem der Kanal in das Gehäuse und/oder die Lagerbuchse eingearbeitet ist und somit keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind.
Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Kanal als eine Nut in dem Gehäuse und/oder der Lagerbuchse ausgebildet und/oder das Gehäuse weist eine Öffnung oder ein Sackloch auf zur Lagerung der Antriebswelle und der wenigstens eine Kanal ist an der Öffnung oder dem Sackloch ausgebildet.
Das Gehäuse umfasst ein Rumpfgehäuse und ein Lagerdeckelgehäuse. Zweckmäßig ist der wenigstens eine Kanal in das Gehäuse und/oder die Lagerbuchse mittels Prägen und/oder Fräsen und/oder mittels eines Lasers eingearbeitet. Dadurch sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Bauteile für die zusätzliche Ableitung von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum erforderlich, weil der wenigstens eine Kanal in bereits vorhandene Bauteile integriert werden kann. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Nut an einer radialen Außenseite der Lagerbuchse ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Nut im Querschnitt V-förmig, rechteckförmig oder kreissegmentförmig ausgebildet.
In einer ergänzenden Ausführungsform mündet der wenigstens eine Kanal in eine Rücklaufbohrung und/oder eine Rücklaufleitung. Die durch den wenigstens einen Kanal abgeleitete Schmierflüssigkeit, insbesondere Kraftstoff, wird nach dem Ableiten aus dem Kanal durch die Rücklaufleitung und/oder die Rücklaufbohrung wieder einen Kraftstofftank zugeführt.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine in das Gehäuse eingearbeitete Kanal von dem Gehäuse und der Lagerbuchse begrenzt, da der wenigstens eine in das Gehäuse eingearbeitete Kanal im Bereich einer Auflagefläche der Lagerbuchse an dem Gehäuse eingearbeitet ist. Der wenigstens eine Kanal ist somit zwischen dem Gehäuse und der Lagerbuchse ausgebildet.
In einer Variante ist der wenigstens eine Kanal von dem Wellengleitlager und der Antriebswelle begrenzt, da der wenigstens eine Kanal in das Wellengleitlager, insbesondere in das Gehäuse oder die Lagerbuchse, eingearbeitet ist. Der wenigstens eine Kanal ist somit zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle ausgebildet. Das Wellengleitlager ist dabei beispielsweise von dem Gehäuse oder der Lagerbuchse gebildet.
Zweckmäßig umfasst die Hochdruckpumpe wenigstens zwei oder drei Kanäle, insbesondere je Wellengleitlager für die Antriebswelle, und/oder wenigstens ein Kanal mündet in einen Ringkanal und vorzugsweise mündet der Ringkanal in eine Rücklaufbohrung und/oder eine Rücklaufleitung.
Zweckmäßig ist der wenigstens eine Kanal parallel oder in einem spitzen Winkel zu einer Rotationsachse der Antriebswelle ausgerichtet. Vorzugsweise liegt der spitze Winkel zwischen 1° und 45°, insbesondere zwischen 1° und 30°.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Ringkanal in analoger Weise wie der wenigstens eine Kanal in das Gehäuse und/oder die Lagerbuchse eingearbeitet.
Erfindungsgemäß steht der Spalt, insbesondere Ringspalt, zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle durch eine Rücklaufbegrenzungsdrossel mit der Rücklaufbohrung und/oder der Rücklaufleitung in fluidleitender Verbindung und insbesondere die Rücklaufbegrenzungsdrossel in analoger Weise wie der wenigstens eine Kanal in das Gehäuse und/oder die Lagerbuchse eingearbeitet ist. Die Rücklaufbegrenzungsdrossel dient dazu, dass der aufgrund des Spieles zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle austretende Kraftstoff in der Menge begrenzt ist, um bei einem aufgrund Verschleiß und/oder Fertigungstoleranzen auftretendem sehr großen Spiel eine Rücklaufbegrenzung der Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum zu erhalten aufgrund des Spaltes zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle. Zweckmäßig ist dabei die Rücklaufbegrenzungsdrossel in analoger Weise wie der wenigstens einen Kanal in das Gehäuse und/oder Lagerbuchse für die Antriebswelle eingearbeitet, d. h. beispielsweise als eine Nut an einer radialen Außenseite der Lagerbuchse. Beim Einarbeiten der Nut in die Lagerbuchse kann damit sowohl der Kanal als auch der Rücklaufbegrenzungsdrossel hergestellt werden und lediglich durch einen unterschiedlichen Anpressdruck beim Einpressen können Nuten mit einer unterschiedlichen Strömungsquerschnittsfläche für den Kanal und die Rücklaufbegrenzungsdrossel hergestellt werden.
Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe mit einem Schmierraum, ein Hochdruck-Rail, 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 ergänzenden Variante umfasst das Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere die Hochdruckpumpe, einen Drucksensor zur Erfassung des Druckes in dem Schmierraum.
In einer weiteren Variante ist die Förderleistung der Vorförderpumpe, insbesondere in Abhängigkeit von dem von dem Drucksensor in dem Schmierraum erfassten Druck und/oder in Abhängigkeit des von dem Verbrennungsmotor benötigten Volumenstromes an Kraftstoff, steuerbar und/oder regelbar. Die Förderleistung der Vorförderpumpe wird dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass einerseits genügend Kraftstoff für den Verbrennungsmotor vorhanden ist, d. h. ein ausreichender Volumenstrom an Kraftstoff dem Einlasskanal der Hochdruckpumpe zugeführt wird und andererseits genügend Kraftstoff durch den Schmierraum zur Schmierung und/oder Kühlung strömt als zweiter Volumenstrom und dieser zweite Volumenstrom ist abhängig vom Druck innerhalb des Schmierraumes. Aus diesem Grund kann mit dem Drucksensor ein ausreichender Volumenstrom an Kraftstoff durch den Schmierraum geleitet werden zur Kühlung und/oder Schmierung der Komponenten innerhalb des Schmierraumes.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorförderpumpe eine Vorförderpumpe mit Elektromotor, so dass die Vorförderpumpe von dem Elektromotor angetrieben ist und insbesondere ist die Förderleistung der Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.
Zweckmäßig ist die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken eine im Querschnitt kreisförmige Antriebswelle, welche exzentrisch zu einer zentrischen Längsachse der Antriebswelle gelagert ist, so dass die Rotationsachse einen Abstand zu der Längsachse aufweist. Die Längsachse ist im Querschnitt im Mittelpunkt der kreisförmigen Antriebswelle angeordnet.
Zweckmäßig ist die Vorförderpumpe eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe.

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 zum Fördern eines Fluides,
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 stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe,
Fig. 5: einen Schnitt des Gehäuses der Hochdruckpumpe mit einer Öffnung und einem Sackloch zur Lagerung der Antriebswelle,
Fig. 6: einen Längsschnitt einer Gleitlagerung an der Öffnung mit einer Lagerbuchse,
Fig. 7: einen Längsschnitt der Gleitlagerung an dem Sackloch mit der Lagerbuchse,
Fig. 8: ein erstes Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal,
Fig. 9: ein zweites Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal,
Fig. 10: ein drittes Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal,
Fig. 11: ein viertes Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal,
Fig. 12: ein fünftes Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal,
Fig. 13: ein sechstes Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal,
Fig. 14: ein erstes Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal mit einem Ringkanal,
Fig. 15: ein zweites Ausführungsbeispiel für den wenigstens einen Kanal mit einem Ringkanal,
Fig. 16: einen Teilquerschnitt der Lagerbuchse mit einem im Querschnitt V-förmigen Kanal,
Fig. 17: den Teilquerschnitt der Lagerbuchse mit einem im Querschnitt rechteckförmigen Kanal,
Fig. 18: einen Teilquerschnitt der Lagerbuchse mit einem im Querschnitt kreissegmentförmigen Kanal,

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) 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 liegt in der Zeichenebene von Fig. 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von Fig. 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 gebildet ist. Ein Hochdruckarbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6 als Kolbenführung 7, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Hochdruckarbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 mit einer Einlassöffnung 21 strömt der Kraftstoff in den Hochdruckarbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 mit einer Auslassöffnung 23 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Hochdruckarbeitsraum 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 Hochdruckarbeitsraumes 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 11 auf.
Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich auf der Wellen-Rollfläche 4 als Kontaktfläche 12 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 11 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. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
In Fig. 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für das Kraftfahrzeug abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine erste Kraftstoffleitung 33a zu dem Einlasskanal 22 und durch eine zweite Kraftstoffleitung 33b zu einem Schmierraum 40 (Fig. 4) der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist mit einer Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39 verbunden. Die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe 35 ist steuerbar und/oder regelbar, so dass dadurch die zu dem Einlasskanal 22 geförderte Menge an Kraftstoff pro Zeiteinheit gesteuert und/oder geregelt werden kann. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
Fig. 4 zeigt einen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist der Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in Fig. 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Mittels des durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoffes werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Der durch die zweite Kraftstoffleitung 33b in den Schmierraum 40 eingeleitete Kraftstoff wird durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 aus dem Schmierraum 40 ausgeleitet dem Kraftstofftank 32 wieder zugeführt (Fig.4). In Fig. 4 ist das in Fig. 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Hochdruck-Rail 30 und ohne den Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die erste Kraftstoffleitung 33a dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt.
Die elektrische Vorförderpumpe 35 weist einen Elektromotor 17 und eine Rotationskolbenpumpe 16, nämlich eine Zahnradpumpe 14, d. h. eine Innenzahnradpumpe 15 bzw. Gerotorpumpe 15 auf (Fig. 4). Die Hochdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff unter Hochdruck, beispielsweise einem Druck von 1000, 3000 oder 4000 bar, durch eine Hochdruckkraftstoffleitung zu einem Hochdruck-Rail 31. Von dem Hochdruck-Rail 31 wird der Kraftstoff unter Hochdruck von einem Injektor einem Verbrennungsraum (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 zugeführt. Der Elektromotor 17 der elektrischen Vorförderpumpe 35 wird mit Drehstrom bzw. Wechselstrom betrieben und ist in der Leistung steuerbar und/oder regelbar. Der Drehstrom bzw. Wechselstrom für den Elektromotor 17 wird von einer nicht dargestellten Leistungselektronik aus einem Gleichspannungsnetz eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 35 ist damit eine elektronisch kommutierte Vorförderpumpe 35.
Das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 in ein Rumpfgehäuse 46 und in ein Lagerdeckelgehäuse 47 als getrennte Bauteile unterteilt (Fig. 4 und 5). Das Rumpfgehäuse 46 ist mit einem Sackloch 45 ausgebildet und das Lagerdeckegehäuse 47 bzw. Flanschgehäuse 47 weist eine Öffnung 44 auf (Fig. 5 bis 7). Die Öffnung 44 dient zur Ausbildung eines Wellengleitlagers 18 für die Antriebswelle 2 und außerdem zur Durchführung der Antriebswelle 2 außerhalb des Schmierraumes 40, so dass dadurch die Antriebswelle 2 mechanisch beispielsweise mit einer nicht dargestellten Nockenwelle des Verbrennungsmotors 39 verbunden werden kann. Das Sackloch 45 dient nur dazu, um ein Wellengleitlager 18 für die Antriebswelle 2 zur Verfügung zu stellen. Sowohl in das Sackloch 45 als auch in die Öffnung 44 ist eine Lagerbuchse 41 mittels eines Presssitzes auf eine Auflagefläche 49 an dem Gehäuse 8, d. h. dem Rumpfgehäuse 46 und dem Lagerdeckelgehäuse 47, ein- oder aufgepresst. Die Lagerbuchse 41 bildet auf ihrer radialen Innenseite somit das Wellengleitlager 18, auf welchem die Antriebswelle 2 aufliegt.
Zwischen der Antriebswelle 2 und den beiden Wellengleitlagern 18 an den beiden Lagerbuchsen 41 an der Öffnung 44 und dem Sackloch 45 besteht ein Spiel, so dass sich dadurch ein Spalt 37, insbesondere ein Ringspalt 38 zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 ausbildet. Durch diesen Spalt 37 strömt der unter einem Druck von beispielsweise 4 bis 5 bar stehende Kraftstoff innerhalb des Schmierraumes 40 in axialer Richtung zu einem axialen Ende des Wellengleitlagers 18. An dem Sackloch 45 des Rumpfgehäuses 46 als Bestandteil des Gehäuses 8 ist ferner eine Abflussbohrung 52 vorhanden. Der durch den Spalt 37 zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 durchströmende Kraftstoff wird somit an der Abflussbohrung 52 gesammelt und anschließend durch die in Fig. 4 dargestellte Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder dem Kraftstofftank 32 zugeführt. An der Öffnung 44 (Fig. 6) ist ein nicht dargestellter Wellendichtring vorhanden sowie weitere Dichtmittel, z. B. Dichtringe, so dass dadurch der aus dem Ringspalt 38 zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 an der Öffnung 44 ausströmende Kraftstoff gesammelt werden kann und durch eine Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 gesammelt einer Rücklaufbohrung 48 zugeführt wird. An die Rücklaufbohrung 48 ist in analoger Weise wie an der Abflussbohrung 52 die Kraftstoffrücklaufleitung 34 angeschlossen. Die Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 weist eine vorgegebene Strömungsquerschnittsfläche auf, so dass bei einer Erhöhung des Spieles und damit einer Vergrößerung des Spaltes 37, beispielsweise aufgrund von Verschleiß, die Ableitung von Kraftstoff durch den Spalt 37 begrenzt ist. In analoger Weise ist auch die Abflussbohrung 52 als eine Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 ausgebildet. Nach dem Durchströmen der Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 zwischen der Lagerbuchse 41 und dem Lagerdeckelgehäuse 47 wird dieser Kraftstoff der Rücklaufbohrung 48 aufgrund einer entsprechenden fluidleitenden Verbindung zugeführt und die in das Lagerdeckelgehäuse 47 eingearbeitete Rücklaufbohrung 48 ist fluidleitend mit der Kraftstoffrücklaufleitung 34 verbunden.
In die Lagerbuchse 41 ist an der radialen Außenseite mittels Prägen, Pressen oder Fräsen eine Nut 43 (Fig. 6) eingearbeitet. Die Lagerbuchse 41 wird mittels eines Presssitzes an der Öffnung 44 des Lagerdeckelgehäuses 47, d. h. an der Auflagefläche 49, befestigt. Die Drehlage der Lagerbuchse 41 bezüglich des Lagerdeckelgehäuses 47 ist dabei fest vorgegeben, so dass sich einerseits aufgrund der Nut 43 ein Kanal 42 zwischen dem Lagerdeckelgehäuse 47 und der Lagerbuchse 41 ausbildet und dieser Kanal 42 auch hydraulisch mit der Rücklaufbohrung 48 verbunden ist, da der Kanal 42 aufgrund der Ausrichtung der Lagerbuchse 41 bezüglich des Lagerdeckelgehäuses 47 in die Rücklaufbohrung 48 mündet. Somit münden in die Rücklaufbohrung 48 sowohl der Kanal 42 als auch die Rücklaufbegrenzungsdrossel 51. Die Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 ist in analoger Weise wie der Kanal 42 in die radiale Außenseite der Lagerbuchse 41 mittels Pressen oder Prägen eingearbeitet. Der durch den Kanal 42 ausströmende Kraftstoff wird somit durch die Rücklaufbohrung 48 ebenfalls der Kraftstoffrücklaufleitung 34 zugeführt.
In analoger Weise weist die Lagerbuchs 41 an dem Sackloch 45 ebenfalls außenseitig eine Nut 43 (Fig. 7) auf und dadurch bildet sich zwischen der Lagerbuchse 41 und dem Rumpfgehäuse 46 ebenfalls der Kanal 42. Durch diesen Kanal 42 kann zusätzlich Kraftstoff abgeleitet werden, welcher durch die Abflussbohrung 52 ebenfalls der Kraftstoffrücklaufleitung 34 und damit dem Kraftstofftank 32 zugeführt wird. Die Strömungsquerschnittsfläche der der Abflussbohrung 52 kann optional auch dahingehend ausgebildet sein, dass die Abflussbohrung 52 auch als Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 dient.
Der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff wird einerseits durch die erste Kraftstoffleitung 33a dem Einlasskanal 22 zugeführt und durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40. Der Schmierraum 40 ist dabei vollständig mit Kraftstoff gefüllt und der Kraftstoff dient zur Schmierung der Komponenten, z. B. der Antriebswelle 2 und dem Rollenschuh 9, und außerdem zur Kühlung dieser Komponenten. Um eine ausreichende Kühlung dieser Komponenten gewährleisten zu können, muss ein ausreichender Volumenstrom an Kraftstoff durch den Schmierraum 40 geleitet werden. Der durch den Spalt 37 strömende Kraftstoff zwischen der Antriebswelle 2 und der Lagerbuchse 41 aufgrund eines Spieles zwischen der Lagerbuchse 41 und der Antriebswelle 2 ausströmende Kraftstoff ist in seinen Volumenstrom nicht ausreichend zur Kühlung des Schmierraumes 40. Aus diesem Grund kann durch die beiden Kanäle 42, welche an der radialen Außenseite der beiden Lagerbuchsen 41 in Form von Nuten 43 eingearbeitet sind, zusätzlich Kraftstoff aus dem Schmierraum 40 abgeleitet werden. Dabei stellt dieser Kanal 42 eine Kühldrossel ohne zusätzliche Bauteile an der Hochdruckpumpe 1 dar, weil der Kanal 42 in bereits vorhandene Bauteile integriert ist, nämlich indem in die Lagerbuchse 41 außenseitig die Nut 43 eingearbeitet ist.
In den Fig. 8 bis 13 sind Ansichten der Lagerbuchse 41 in verschiedenen Ausführungsformen für die Kanäle 42 dargestellt. In Fig. 8 weist die Lagerbuchse 41 nur einen Kanal 42 bzw. eine Nut 43 auf, die parallel zu einer Rotationsachse 26 der Antriebswelle 2 ausgerichtet ist. In dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Lagerbuchse 41 zwei Nuten 43 auf und in dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuten 43 in einem spitzen Winkel zu der Rotationsachse 26 eingearbeitet. Das in Fig. 11 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die beiden Nuten 43 durch eine Zusatznut miteinander verbunden sind und in Fig. 12 sind die beiden Nuten 43 ebenfalls durch eine Zusatznut miteinander verbunden, jedoch parallel zu der Rotationsachse 26 ausgerichtet. In dem in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel münden zwei Nuten 43 in den Schmierraum 40 und diese beiden Nuten 43 münden anschließend in nur eine Nut 43.
In den Fig. 14 und 15 sind zwei Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Lagerbuchse 41 neben wenigstens einer Nut 43 auch zusätzlich mit einem Ringkanal 50 dargestellt. Das in Fig. 14 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel und unterscheidet sich nur dadurch, dass ein Ringkanal 50 vorhanden ist. In analoger Weise unterscheidet sich das in Fig. 15 dargestellte Ausführungsbeispiel von dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass ein Ringkanal 50 vorhanden ist. In analoger Weise können auch die in Fig. 10 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiele mit einem Ringkanal 50 versehen sein. Bei einem Ringkanal 50 ist die Lagerbuchse 41 in der Öffnung 44 nicht in seiner Drehwinkellage bezüglich der Rücklaufbohrung dahingehend auszurichten, dass der Kanal 42 unmittelbar in die Rücklaufbohrung 48 mündet. Bei einem Ringkanal 50 muss die Lagerbuchse 41 nicht entsprechend in seiner Drehwinkellage an dem Lagerdeckelgehäuse 48 ausgerichtet werden, sondern lediglich die axiale Ausrichtung der Lagerbuchse 41 muss dahingehend erfolgen, dass der Ringkanal 50 in die Rücklaufbohrung 48 mündet.
Die Querschnittsform der in die Lagerbuchse 41 eingearbeitete Nut 43 ist beliebig und kann beispielsweise V-förmig (Fig. 16), rechteckförmig (Fig. 17) oder kreissegmentförmig (Fig. 18) ausgebildet sein.
In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Nut 43 nicht an der radialen Außenseite der Lagerbuchse 41, sondern an der radialen Innenseite der Lagerbuchse 41, d. h. an dem Wellengleitlager 48 ausgebildet. Der Kanal 42 ist dadurch von der Lagerbuchse 41 bzw. dem Wellengleitlager 18 und der Antriebswelle 2 begrenzt. Dadurch kann zusätzlich Kraftstoff aus dem Schmierraum 40 abgeleitet werden.
In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind an dem Sackloch 45 die Rücklaufbegrenzungsdrossel 51 und die Rücklaufbohrung 48 wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 bei der Öffnung 44 ausgebildet und das Gehäuse 8, d. h. das Rumpfgehäuse 46, weist keine Abflussbohrung 52 an dem Sackloch 45 auf.
In dem Schmierraum 40 ist ein Drucksensor 53 vorhanden. Der Drucksensor 53 erfasst den Druck des Kraftstoffes innerhalb des Schmierraumes 40, der beispielsweise im Bereich von 4 bis 5 bar liegt. Die Förderleistung der Vorförderpumpe 35 ist steuerbar und/oder regelbar und wird dabei dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass in dem Schmierraum 40 ein konstanter Druck von 4 bis 5 bar vorhanden ist. Dabei kann der Druck in dem Schmierraum 40 auch erhöht werden, um durch eine Erhöhung des Druckes eine größere Menge an Kraftstoff aus dem Schmierraum 40 abzuleiten zur Vergrößerung der Kühlleistung mit dem durch den Schmierraum 40 geleiteten Volumenstrom an Kraftstoff und umgekehrt.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Hochdruckpumpe 1 weist keine gesonderte Kühldrossel zur zusätzlichen Ableitung von Kraftstoff aus dem Schmierraum 40 auf, so dass dadurch die Herstellungskosten der Hochdruckpumpe 1 gesenkt werden können. In bereits vorhandene Bauteile der Hochdruckpumpe 1, nämlich die Lagerbuchse 41, ist eine Nut 43 eingearbeitet, so dass sich dadurch ein Kanal 42 als Kühldrossel zur zusätzlichen Ableitung von Kraftstoff aus dem Schmierraum 40 ausbildet.

Claims

Hochdruckpumpe (1) zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umfassend
- ein Gehäuse (8),

- 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 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,

- einen Schmierraum (40), innerhalb dessen die Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) angeordnet ist, zur Schmierrung und Kühlung der Antriebswelle (2),

- wenigstens ein Wellengleitlager (18) zur Lagerung der Antriebswelle (2) mit einer fluidleitenden Verbindung eines Spaltes (37), insbesondere Ringspaltes (38), zwischen dem Wellengleitlager (18) und der Antriebswelle (2) zu dem Schmierraum (40), so dass das wenigstens eine Wellengleitlager (18) mit der Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum (40) geschmiert und gekühlt ist, wobei

- in das Gehäuse (8) und/oder eine Lagerbuchse (41) für die Antriebswelle (2) wenigstens ein Kanal (42) eingearbeitet ist zur zusätzlichen Ableitung von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum (40),
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (42) als eine Nut (43) in dem Gehäuse (8) und/oder der Lagerbuchse (41) ausgebildet ist
und
das Gehäuse (8) eine Öffnung (44) oder ein Sackloch (45) aufweist zur Lagerung der Antriebswelle (2) und der wenigstens eine Kanal (42) an der Öffnung (44) oder dem Sackloch (45) ausgebildet ist, wobei der Spalt (37), insbesondere Ringspalt (38), zwischen dem Wellengleitlager (18) und der Antriebswelle (2) durch eine Rücklaufbegrenzungsdrossel (51) mit der Rücklaufbohrung (48) und/oder der Rücklaufleitung (34) in fluidleitender Verbindung steht und insbesondere
die Rücklaufbegrenzungsdrossel (51) in das Gehäuse (8) und/oder die Lagerbuchse (41) eingearbeitet ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (8) ein Rumpfgehäuse (46) und ein Lagerdeckelgehäuse (47) umfasst.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (43) im Querschnitt V-förmig, rechteckförmig oder kreissegmentförmig ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (42) in eine Rücklaufbohrung (48) und/oder eine Rücklaufleitung (34) mündet.
Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine in das Gehäuse (8) eingearbeitete Kanal (42) von dem Gehäuse (8) und der Lagerbuchse (41) begrenzt ist, da der wenigstens eine in das Gehäuse (8) eingearbeitete Kanal (42) im Bereich einer Auflagefläche (49) der Lagerbuchse (41) an dem Gehäuse (8) eingearbeitet ist.
Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Kanal (42) von dem Wellengleitlager (18) und der Antriebswelle (2) begrenzt ist, da der wenigstens eine Kanal (42) in das Wellengleitlager (18), insbesondere in das Gehäuse (8) oder die Lagerbuchse (41), eingearbeitet ist.
Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochdruckpumpe (1) wenigstens zwei oder drei Kanäle (42) umfasst, insbesondere je Wellengleitlager (18) für die Antriebswelle (2), und/oder
wenigstens ein Kanal (42) in einen Ringkanal (50) mündet und vorzugsweise
der Ringkanal (50) in eine Rücklaufbohrung (48) und/oder eine Rücklaufleitung (34) mündet.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringkanal (50) in analoger Weise wie der wenigstens eine Kanal (42) in das Gehäuse (8) und/oder die Lagerbuchse (41) eingearbeitet ist.
Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39), umfassend
- eine Hochdruckpumpe (1) mit einem Schmierraum (40),

- ein Hochdruck-Rail (30),

- 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.
Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hochdruckeinspritzsystem (36), insbesondere die Hochdruckpumpe (1), einen Drucksensor (53) zur Erfassung des Druckes in dem Schmierraum (40) umfasst.
Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Förderleistung der Vorförderpumpe (35), insbesondere in Abhängigkeit von dem von dem Drucksensor (53) in dem Schmierraum (40) erfassten Druck und/oder in Abhängigkeit des von dem Verbrennungsmotor (39) benötigten Volumenstromes an Kraftstoff, steuerbar und/oder regelbar ist.