Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Hochdruckpumpe ist durch die DE 199 07 311 AI bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse auf, wobei in einem Grundkörper des Pumpengehäuses eine Antriebswelle drehbar gelagert ist, die wenigstens einen Nocken aufweist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem zumindest mittelbar durch den Nocken der Antriebswelle in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben. Der Pumpenkolben ist in einer Zylinderbohrung eines vom Grundkörper separaten Gehäuseteils der Hochdruckpumpe geführt. Die Zylinderbohrung verläuft in ihrem der Antriebswelle zugewandten Endbereich in einem zylinderförmigen Ansatz des Gehäuseteils. Der Pumpenkolben stützt sich über einen Stößel zumindest mittelbar am Nocken der Antriebswelle ab. Durch den Stößel werden bei der Umsetzung der Drehbewegung der Antriebswelle in die Hubbewegung des Pumpenkolbens auftretende Querkräfte aufgenommen, so dass diese nicht auf den Pumpenkolben wirken. Der Stößel ist dabei in einer Bohrung des Grundkörpers des Pumpengehäuses verschiebbar geführt. Zur sicheren Abstützung der Querkräfte muss der Grundkörper des Pumpengehäuses aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit gefertigt werden und der Stößel muss mit einem großen Durchmesser ausgeführt werden. Der Stößel weist dadurch ein hohes Gewicht auf, wodurch die maximale
Drehzahl der Hochdruckpumpe begrenzt wird, da der Stößel aufgrund seines Gewichts bei hohen Drehzahlen und/oder starkem Anstieg des Nockens vom Nocken abhebt . Nachteilig bei dieser bekannten Hochdruckpumpe ist außerdem, dass die Bohrung, in der der Stößel geführt ist, im Grundkörper des Pumpengehäuses angeordnet ist, und die Zylinderbohrung, in der der Pumpenkolben geführt ist, im separaten Gehäuseteil ausgebildet ist, so dass zur Sicherstellung einer exakten Ausrichtung der Zylinderbohrung und der Bohrung für den Stößel aufwendige Zentriermaßnahmen des Gehäuseteils und des Grundkörpers zueinander erforderlich sind. Weiterhin ist eine aufwendige Bearbeitung der Bohrung des Grundkörpers zur Führung des Stößels erforderlich. Weiterhin ergeben sich Probleme durch eine im Betrieb auftretende Erwärmung des Stößels im Bereich von dessen
Abstützung am Nocken, wobei ein Klemmen des Stößels in der Bohrung in erwärmtem Zustand vermieden werden muss, wozu eine aufwendige Außengeometrie des Stößels erforderlich ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Stößel mit einem kleinen Durchmesser ausgeführt werden kann, wodurch dessen Gewicht gering gehalten werden kann, was wiederum eine hohe Drehzahl der Hochdruckpumpe und/oder einen Nocken mit steilem Anstieg und damit einen guten Lie ergrad der Hochdruckpumpe ermöglicht. Außerdem ist die Führung des Stößels mit höherer Genauigkeit ermöglicht, da diese am selben Gehäuseteil erfolgt wie die Führung des Pumpenkolbens in der Zylinderbohrung. Der Stößel kann dabei mit geringem radialem Spiel geführt werden und es ist keine aufwendige Geometrie am Stößel erforderlich.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben. Die Ausführung gemäß Anspruch 2 ermöglicht die Verwendung eines preiswerten und leichten Werkstoffs für den Grundkörper des Pumpengehäuses, wodurch die Fertigungskosten und das Gewicht der Hochdruckpumpe reduziert werden können. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine geringe Reibung zwischen dem Nocken und dem Stößel. Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 4 wird die Führung des Stößels nicht durch dessen Erwärmung im Bereich von dessen Abstützung am Nocken beeinträchtigt.
Zeichnung
Ein Ausführungs-beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinsp-ritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt, Figur 2 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Hochdruckpumpe in vergrößerter Darstellung und Figur 3 den Ausschnitt II in einem Querschnitt entlang Linie III-III.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren 1 bis 3 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse 10 auf, in dem eine durch die Brennkraftro.asch.ine rotierend antreibbare Antriebswelle 12 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 12 ist in einem Grundkörper 14 des Gehäuses 10 über zwei in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. Der Grundkörper 14 des Gehäuses 10 kann wiederum mehrteilig ausgebildet sein und die Lagerstellen können in verschiedenen Teilen des
Grundkörpers 14 angeordnet sein. Der Grundkörper 14 besteht aus einem Werkstoff mit der für die Lagerung der Antriebswelle 12 erforderlichen Festigkeit, insbesondere aus Leichtmetall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung .
In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 12 wenigstens einen Nocken 16 auf, wobei der Nocken 16 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere im Pumpengehäuse 10 angeordnete Pumpenelemente 18 mit jeweils einem Pumpenkolben 20 auf, der durch den Nocken 16 der Antriebswelle 12 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 angetrieben wird. Im Bereich jedes Pumpenelements 18 ist ein mit dem Grundkörper 14 verbundenes Gehäuseteil 22 vorgesehen, das als Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Gehäuseteil 22 weist einen an einer Außenseite des Grundkörpers 14 anliegenden Flansch 24 und einen durch eine Öffnung 15 im Grundkörper 14 zur Antriebswelle 12 hin durchragenden, zumindest annähernd zylinderförmigen Ansatz 26 mit gegenüber dem Flansch 24 kleinerem Durchmesser auf.
Der Pumpenkolben 20 ist in einer im Gehäuseteil 22 ausgebildeten Zylinderbohrung 28 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 12 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 28 einen Pumpenarbeitsraum 30. Der Pumpenarbeitsraum 30 ist im Bereich des Flansches 24 des Gehäuseteils 22 angeordnet und die Zylinderbohrung 28 verläuft bis zu dem der Antriebswelle 12 zugewandten Ende des Ansatzes 26 des Gehäuseteils 22. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist über einen im Pumpengehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 32 eine Verbindung mit einem KraftstoffZulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des
Kraftstoffzulaufkanals 32 in den Pumpenarbeitsraum 30 ist ein in den Pumpenarbeitsräum 30 öffnendes Einlassventil 34 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 30 weist ausserdem über einen im Pumpengehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 36 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des
Kraftsto fablaufkanals 36 in den Pumpenarbeitsraum 30 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Auslassventil 38 angeordnet. Das Gehäuseteil 22 besteht aus einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, da im Pumpenarbeits aum 30 beim Förderhub des Pumpenkolbens 20 Hochdruck herrscht. Das Gehäuseteil 22 kann beispielsweise aus Stahl oder Grauguss bestellen.
Zwischen dem Pumpenkolben 20 und dem Nocken 16 der
Antriebswelle 12 ist ein Stützelement in Form eines Stößels 40 angeordnet, über den sich der Pumpenkolben 20 zumindest mittelbar am Nocken 16 abstützt. Der Stößel 40 weist einen dem Nocken 16 zugewandten Boden 41 und einen vom Boden 42 dem Nocken 16 abgewandt abstehenden hohlzylinderförmigen Abschnitt 42 auf, mit dem der Stößel 40 auf dem Ansatz 26 des Gehäuseteils 22 in Richtung der Längsachse 29 der Zylinderbohrung 28 verschiebbar geführt ist. Der Außen antel des Ansatzes 26 des Gehäuseteils 22 und der Innen antel des Abschnitts 42 des Stößels 40 sind derart bearbeitet, dass diese eine geringe Oberflächenrauhtiefe aufweisen und der Abschnitt 42 auf dem Ansatz 26 mit geringem radialem Spiel zur Längsachse 29 geführt ist. Die Längsachse 29 der Zylinderbohrung 28 definiert die Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 20 bei dessen
Hubbewegung. Der Abschnitt 42 des Stößels 40 ist im
Durchmesser gegenüber dem Boden 41 des Stößels 40 verringert, wodurch am Stößel 40 eine dem Nocken 16 abgewandte Ringschulter 44 gebildet ist. Zwischen dem Flansch 24 des Gehäuseteils 22 und der Ringschulter 44 des Stößels 40 ist eine vorgespannte Rückstellfeder 46 angeordnet, die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Durch die Rückstellfeder 46 wird der Stößel 40 zum Nocken 16 hin beaufschlagt. Der Pumpenkolben 20 ist dabei mit dem Stößel 40 in nicht näher dargestellter Weise in Richtung der Längsachse 29 gekoppelt, so dass auch der Pumpenkolben 20 durch die Rückstellfeder 46 zum Nocken 16 hin beaufschlagt wird. Aufgrund des gegenüber dem Boden 41 verringerten Durchmesser des Abschnitts 42 des Stößels 40 weist der Stößel 40 ein geringes Gewicht auf. Der Stößel 40 besteht aus einem Werkstoff mit ausreichender Festigkeit, beispielsweise Stahl oder Guss und kann als Schmiedeteil oder Gussteil ausgebildet sein.
Der Stößel 40 kann sich direkt am Nocken 16 abstützen. Vorzugsweise stützt sich der Stößel 40 jedoch über eine auf ■•• dem Nocken 16 abrollende Rolle 48 am Nocken 16 ab, wodurch eine geringe Reibung zwischen dem Stößel 40 und dem Nocken 16 sichergestellt wird. Die Rolle 48 kann direkt im dem Nocken 16 zugewandten Boden 41 des Stößels 40 oder in einem in den Stößel 40 eingesetzten Lagerelement 50 drehbar gelagert sein. Der Boden 41 des Stößels 40 beziehungsweise das Lagerelement 50 weist dabei auf seiner dem Nocken 16 zugewandten Seite eine konkave Vertiefung 52 auf, in der die zumindest annähernd zylindrische Rolle 48 drehbar gelagert ist. Die Drehachse 49 der Rolle 48 verläuft dabei zumindest annähernd parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12.
Durch den Stößel 40 wird zwischen seinem Abschnitt 42 und seinem dem Nocken 16 zugewandten Boden oder dem Lagerelement 50 und dem Ende des Ansatzes 26 des
Gehäuseteils 22 ein Raum 54 begrenzt, der bei der Hubbewegung des Stößels 40 abwechselnd vergrößert und verkleinert wird. Der Stößel 40 weist in dem über den Ansatz 26 des Gehäuseteils 22 hinausragenden Teil seines Abschnitts 42 wenigstens eine, vorzugsweise mehrere
Öffnungen 56 auf, durch die der Raum 54 mit dem Inneren des Pumpengehäuses 10 verbunden ist, das mit Kraftstoff gefüllt ist. Durch die Öffnungen 56 kann bei sich nach außen vom Nocken 16 weg bewegendem Stößel 40 Kraftstoff aus dem Raum 54 ausströmen und bei sich nach innen zum Nocken 16 hin bewegendem Stößel 40 Kraftstoff in den Raum 54 einströmen.
Beim Saughub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser zusammen mit dem Stößel 40 bewirkt durch die Rückstellfeder 46 radial nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 30 durch den KraftstoffZulaufkanal 32 bei geöffnetem Einlassventil 34 mit Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil 38 geschlossen ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 20, bei dem sich dieser zusammen mit dem Stößel 40 radial nach aussen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 20 Kraftstoff unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal 36 bei geöffnetem Auslassventil 38 zum Hochdruckspeicher 110 gefördert, wobei das Einlassventil 34 geschlossen ist. Der Stößel 40 wird auf dem Ansatz 26 des Gehäuseteils 22 verschiebbar geführt und nimmt auftretende Querkräfte auf, so dass diese nicht auf den Pumpenkolben 20 wirken. Querkräfte sind Kräfte, die quer zur Hubbewegungsrichtung des Pumpenkolbens 20 und damit quer zur Längsachse 29 der Zylinderbohrung 28 wirken. Der Außenmantel des Ansatzes 26 als Führung für den Stößel 40 kann mit hoher Genauigkeit in Bezug zu der im Inneren des Ansatzes 26 verlaufenden Zylinderbohrung 28 gefertigt werden, so dass die Bewegungsriehtung des Stößels 40 sehr genau und mit geringem Spiel in Richtung der Längsachse 29 der Zylinderbohrung 28, die die Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 20 bestimmt, ausgerichtet werden kann.
Aufgrund des geringen Gewichts des Stößels 40 kann die Hocridruckpumpe mit hoher Drehzahl betrieben werden und/oder es kann ein Nocken 16 mit steilem Anstieg an der Antriebswelle 12 verwendet werden, wodurch der erzeugte Druck und/oder die geförderte Kraftstoffmenge der
Hocridruckpumpe gesteigert werden kann. Die Öffnung 15 im Grundkörper 14 des Pumpengehäuses 10 ist so groß bemessen, dass der Stößel 40 mit ausreichendem seitlichem Spiel durch diese hindurchtritt ohne an der Öffnung 15 zur Anlage zu kommen und die Öffnung 15 ist nicht bearbeitet.