WO2012048960A1 - Hochdruckpumpe eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

Hochdruckpumpe eines kraftstoffeinspritzsystems einer brennkraftmaschine Download PDF

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Sascha Ambrock
Frank Zehnder
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04B9/042—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms the means being cams

Definitions

  • the invention relates to a high pressure pump of a fuel injection system of an internal combustion engine, comprising a pump housing in which a pump camshaft is rotatably mounted, which cooperates via a arranged in a plunger body and engaging an inner flange of the plunger body roller plunger comprising a roller shoe and a roller with a Pumpenkolbenfuß a pump piston which is movable up and down in a pump cylinder arranged in the pump housing and covered by a pump cylinder head to form a pump working space, a spring plate being arranged opposite the inner roller flange opposite the roller tappet and a pump spring being arranged between the spring plate and the pump cylinder head ,
  • Such a high-pressure pump of a fuel injection system is known from DE 10 2008 040 083 A1.
  • This high-pressure pump is particularly compact, which is achieved by integrating a suction valve and a check valve in the pump cylinder head of this high-pressure pump.
  • a suction valve is required in such a high-pressure pump, so that the supplied from a pre-pressure pump from a fuel tank via a filter device and a metering unit to the pump working chamber fuel in a pumping movement of the pump piston does not return to the low pressure region.
  • the check valve is necessary so that the fuel pumped by the pump piston during a delivery movement into a high-pressure accumulator does not pass back into the pump working space during a filling movement of the pump piston.
  • a noise emission can occur, in particular in the case of partial delivery of fuel, which negatively influences the acoustic behavior of the high-pressure pump. Furthermore, can in particular in the upper and lower dead center position of the plunger body, ie at a cam pitch zero, an undesired rotation of the plunger body occur.
  • the invention is based on the object to reduce the risk of rotation of the plunger body during operation of the high-pressure pump.
  • the pump piston is entrained by the plunger spring or the spring plate and is not applied to the roller shoe by the interaction of the roller tappet with the falling edge of the cam track of the revolving pump camshaft.
  • the pump piston passes through the possible play already at the bottom dead center, which leads to only little noise, if at all, due to the low piston piston speed at the bottom dead center position.
  • the game is not run in the bottom dead center because the pump piston due to the Un- tertiks in the pump working space or the pump cylinder is held on the spring plate.
  • the pump piston beats due to the onset of compression on the roller shoe and due to the high speed leads to a perceptible noise or wear.
  • the game is caused by the interaction of the roller shoe and the spring plate with the inner ring flange of the plunger body.
  • the spring plate is located directly on the pump piston foot. This is the preferred embodiment that is easy to implement. It can be cranked to Reals réelle this edition of the spring plate, for example, to compensate for differences in height between the Pumpenkolbenfuß and the inner ring flange. It should be noted that an inner ring flange on the plunger body is still present or must be.
  • the spring plate may be formed so that it also rests against the inner ring flange during the movement of the plunger body between the upper and lower dead center.
  • the roller of the roller shoe aligns on the cam track.
  • a high axial force (rail pressure, pump spring force) is helpful.
  • Also helpful for alignment is an increase in pumping losses between the plunger spring chamber and the pump interior due to a reduction of the flow cross sections in the roller plunger or the spring plate.
  • a shim is arranged between the Pumpenkolbenfuß and the roller shoe. Also, by such a shim the desired interaction of the spring plate is achieved with the Pumpenkolbenfuß.
  • the shim may be an independent leaded component or formed integrally with the pump piston stem (thicker pump piston stem) or the roller shoe. If the shim is an independent component, it can be made of plastic. In this case, a plastic is selected, which is reversibly deformed under high pressure load to achieve the previously described investment effect of the spring plate on the inner ring flange. It is also conceivable that the shim made of other materials than plastic elastic.
  • An elastic training can be achieved by the material properties of the shim or by the shape of the shim, by this example, is designed as a plate spring or a spring washer.
  • FIG. 1 is a sectional view of a portion of a high pressure pump
  • Figure 2 shows a roller tappet with a lash adjuster in the form of a
  • Figure 3 shows a roller tappet with a lash adjuster in the form of a
  • the high-pressure pump partially shown in FIG. 1 is designed in particular for a common-rail injection system of a self-igniting internal combustion engine operated with diesel fuel.
  • the high-pressure pump has a pump housing 1, in which a pump camshaft 2 is rotatably mounted.
  • the pump camshaft 2 has in the exemplary embodiment on two cams 3, which cooperatively with a roller plunger 4 and a pump piston 5 a translational up and down movement of the
  • the pump piston 5 cooperates with a pump working space 6, in which fuel is supplied from a fuel tank via a suction valve and is compressed by the pump piston 5 and is conveyed via a check valve into a high-pressure accumulator under a pressure of up to 3000 bar.
  • the pump working chamber 6 is embedded in a pump cylinder head 7 of the high pressure pump, wherein the pump cylinder head 7 is further formed integrally with a pump cylinder 8.
  • the pump cylinder 8 projects into a recess 9 of the pump housing 1 and is aligned with the center axis of the pump camshaft 2.
  • the roller tappet 4 is inserted into a tappet body 10 and is supported on an inner ring flange 17 of the tappet body 10.
  • the plunger body 10 is in turn guided on the pump cylinder 8.
  • the roller tappet 4 consists of a roller shoe 12 and a roller 14, wherein the roller shoe 12 has a cylinder recess 13 into which the roller 14 is inserted captive.
  • the roller 14 runs at a rotational movement of the pump camshaft 2 on the cam track and thus transmits the rotational movement of the camshaft 2 in a translational movement of the pump piston 5.
  • the pump piston 5 has a Pumpenkolbenfuß 15 which is supported on the roller shoe 12.
  • a spring plate 16 is arranged above the piston foot 15 and rests on the piston foot 15.
  • the spring plate 16 may be formed so that it also rests against the inner ring flange 17 during the movement of the plunger body 10 between the upper and the lower dead center. In the area of a cam pitch existing between the upper and the lower dead center, namely, the roller 14 of the roller shoe 12 is aligned on the cam track.
  • a pump spring 1 1 is supported, which interacts with the pump cylinder 8 or the pump cylinder head 7 opposite.
  • the spring plate 16 is formed cranked.
  • the offset is dimensioned so that at least at lower and upper dead center of the roller tappet the spring plate 16 rests only on the Pumpenkolbenfuß. It is also conceivable to form the spring plate 16 elastically in the region of the crank in order to achieve the desired effect of a contact with the inner ring flange 17.
  • a compensation disc 18 is provided, which is arranged below the pump piston foot 15.
  • the play compensation disc 18 is either formed as an independent component or made in one piece with the roller shoe 12, or fastened or fixed to this in a suitable manner.
  • the shim 18 and a correspondingly thick pump piston 15 may be provided.

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Abstract

Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (1), in dem eine Pumpennockenwelle (2) drehbar gelagert ist, die über einen in einem Stößelkörper (10) angeordneten und an einem Innenringflansch (18) des Stößelkörpers (10) angreifenden Rollenstößel (4) mit einem Pumpenkolbenfuss (15) eines Pumpenkolbens (5) zusammenwirkt, der in einem in dem Pumpengehäuse (1) angeordneten und von einem Pumpenzylinderkopf (7) unter Bildung eines Pumpenarbeitsraum (6) abgedeckten Pumpenzylinders (8) auf und ab bewegbar ist, wobei gegenüberliegend zu dem Rollenstößel (4) ein Federteller (16) oberhalb des Innenringflansches (17) angeordnet ist und zwischen dem Federteller (16) und dem Pumpenzylinderkopf (7) eine Pumpenfeder (11) angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird die Gefahr für eine Verdrehung des Stößelkörpers (10) beim Betrieb der Hochdruckpumpe verringert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Federteller (16) mit dem Pumpenkolbenfuß (15) zusammenwirkt.

Description

Beschreibung
Titel:
Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, in dem eine Pumpennockenwelle drehbar gelagert ist, die über einen in einem Stößelkörper angeordneten und an einem Innenflansch des Stößelkörpers angreifenden Rollenstößel aufweisend einen Rollenschuh und eine Laufrolle mit einem Pumpenkolbenfuß eines Pumpenkolbens zusammenwirkt, der in einem in dem Pumpengehäuse angeordneten und von einem Pum- penzylinderkopf unter Bildung eines Pumpenarbeitsraums abgedeckten Pumpenzylinder auf und ab bewegbar ist, wobei gegenüberliegend zu dem Rollenstößel ein Feder- teller oberhalb des Innenringflansches angeordnet ist und zwischen dem Federteller und dem Pumpenzylinderkopf eine Pumpenfeder angeordnet ist.
Eine derartige Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems ist aus der DE 10 2008 040 083 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe ist besonders kompakt aufgebaut, was durch eine Integration eines Saugventils und eines Rückschlagventils in den Pumpenzylinderkopf dieser Hochdruckpumpe erreicht wird. Ein Saugventil wird bei einer derartigen Hochdruckpumpe benötigt, damit der von einer Vordruckpumpe aus einen Kraftstofftank über eine Filtereinrichtung und eine Zumesseinheit dem Pumpenarbeitsraum zugeführte Kraftstoff bei einer Pumpbewegung des Pumpenkolbens nicht zurück in den Niederdruckbereich gelangt. Das Rückschlagventil ist notwendig, damit der von dem Pumpenkolben bei einer Förderbewegung in einen Hochdruckspeicher geförderte Kraftstoff bei einer Füllbewegung des Pumpenkolbens nicht zurück in den Pumpenarbeitsraum gelangt. Bei einer solcherart ausgebildeten Hochdruckpumpe kann insbesondere bei einer Teilmengenförderung von Kraftstoff eine Geräuschemission auftre- ten, die das Akustikverhalten der Hochdruckpumpe negativ beeinflusst. Weiterhin kann insbesondere in der oberen und unteren Totpunktlage des Stößelkörpers, also bei einer Nockensteigung null, eine ungewollte Verdrehung des Stößelkörpers eintreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Gefahr einer Verdrehung des Stößel- körpers beim Betrieb der Hochdruckpumpe zu verringern.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Federteller mit dem Pumpenkol- benfuß zusammenwirkt. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Ursache für bei konventionell ausgestalteten Hochdruckpumpen auftretende Verdrehungen des Stößelkörpers die Federtorsionsmomente der sich über den Federteller auf einem Innenringflansch des Stößelkörpers abstützenden
Pumpenfeder sind. Dadurch, dass nunmehr der Federteller mit dem Pumpenkol- benfuß und nicht mehr mit dem Innenringflansch zusammenwirkt, wird eine Reduzierung des Hebelarms erreicht, mit dem das Federtorsionsmoment an dem Stößelkörper angreift. Durch diese Reduzierung des Hebelarms wird die auf den Stößelkörper einwirkende Drehkraft zumindest soweit reduziert, dass keine Verdrehung des Stößelkörpers erfolgt. Somit sind Schäden an der Hochdruckpumpe durch solche sogenannte Stößeldreher verursacht werden, durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung unterbunden. Zudem wird durch diese Ausgestaltung die zum Stand der Technik beschriebene
Geräuschemission unterbunden, die auf ein mögliches Spiel zwischen dem
Pumpenkolbenfuß und dem Rollenschuh zurückzuführen ist. Bei konventioneller Ausgestaltung wird durch das Zusammenwirken des Rollenstößels mit der fallenden Flanke der Nockenlaufbahn der umlaufenden Pumpennockenwelle der Pumpenkolben durch die Stößelfeder bzw. den Federteller mitgeführt und liegt nicht an dem Rollenschuh an. Bei einem voll befüllten Pumpenarbeitsraum durchläuft der Pumpenkolben bereits bei Erreichen des unteren Totpunkts das mögliche Spiel, was aufgrund der bei der unteren Totpunktlage geringen Pum- penkolbengeschwindigkeit - wenn überhaupt - nur zu einer geringen Geräusch- bildung führt. Bei einem teilgefüllten Pumpenarbeitsraum wird das Spiel nicht in der unteren Totpunktlage durchlaufen, weil der Pumpenkolben aufgrund des Un- terdrucks in dem Pumpenarbeitsraum bzw. dem Pumpenzylinder am Federteller gehalten wird. Erst wenn der Rollenstößel auf der steigenden Flanke der Nockenlaufbahn wieder beschleunigt wird, schlägt der Pumpenkolben aufgrund der beginnenden Kompression auf den Rollenschuh und führt aufgrund der hohen Geschwindigkeit zu einem wahrnehmbaren Geräusch beziehungsweise zu Verschleiß. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Spiel hervorgerufen wird durch das Zusammenwirken des Rollenschuhs und des Federtellers mit dem Innenring- flansch des Stößelkörpers. In Weiterbildung der Erfindung liegt der Federteller direkt auf dem Pumpenkol- benfuß auf. Dies ist die bevorzugte Ausführungsform, die einfach zu realisieren ist. Dabei kann zur Realsierung dieser Auflage der Federteller gekröpft sein, um beispielsweise Höhenunterschiede zwischen dem Pumpenkolbenfuß und dem Innenringflansch auszugleichen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein Innen- ringflansch an dem Stößelkörper weiterhin vorhanden ist beziehungsweise sein muss. Zudem kann der Federteller so ausgebildet sein, dass dieser sich bei der Bewegung des Stößelkörpers zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt auch an den Innenringflansch anlegt. Im Bereich einer zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt vorhandenen Nockensteigung richtet sich nämlich die Laufrolle des Rollenschuhs auf der Nockenlaufbahn aus. Hierbei ist eine hohe axiale Kraft (Raildruck, Pumpenfederkraft) hilfreich. Hilfreich für eine Ausrichtung ist auch eine Erhöhung der Umpumpverluste zwischen dem Stößelfederraum und dem Pumpeninnenraum durch eine Reduzierung der Strömungsquerschnitte in dem Rollenstößel beziehungsweise dem Federteller.
In weiterer Ausgestaltung ist zwischen dem Pumpenkolbenfuß und dem Rollenschuh eine Ausgleichsscheibe angeordnet ist. Auch durch eine solche Ausgleichsscheibe wird das gewünschte Zusammenwirken des Federtellers mit dem Pumpenkolbenfuß erreicht. Die Ausgleichsscheibe kann ein eigenständiges ge- führtes Bauteil sein oder einstückig mit dem Pumpenkolbenfuß (dicker Pumpenkolbenfuß) oder dem Rollenschuh ausgebildet sein. Ist die Ausgleichsscheibe ein eigenständiges Bauteil, kann sie aus Kunststoff gefertigt sein. Dabei wird ein Kunststoff gewählt, der unter hoher Druckbelastung reversibel verformbar ist, um den zuvor geschilderten Anlageeffekt des Federtellers an dem Innenringflansch zu erreichen. Denkbar ist auch, die Ausgleichsscheibe aus anderen Materialien als Kunststoff elastisch auszubilden. Eine elastische Ausbildung kann durch die Materialeigenschaften der Ausgleichsscheibe erreicht werden oder aber durch die Formgebung der Ausgleichsscheibe, indem diese beispielsweise als Tellerfeder oder als Federscheibe ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen: Figur 1 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer Hochdruckpumpe,
Figur 2 einen Rollenstößel mit einer Spielausgleichsvorrichtung in Form eines
gekröpften Federtellers und Figur 3 einen Rollenstößel mit einer Spielausgleichsvorrichtung in Form einer
unter einem Pumpenkolbenfuß angeordneten Ausgleichsscheibe.
Ausführungsformen der Erfindung Die in Figur 1 teilweise dargestellte Hochdruckpumpe ist insbesondere für ein mit Dieselkraftstoff betriebenes Common-Rail-Einspritzsystem einer selbstzündenden Brennkraftmaschine konzipiert. Die Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem eine Pumpennockenwelle 2 drehbar gelagert ist. Die Pumpennockenwelle 2 weist im Ausführungsbeispiel zwei Nocken 3 auf, die zusammenwirkend mit einem Rollen- Stößel 4 und einem Pumpenkolben 5 eine translatorische auf und ab Bewegung des
Pumpenkolbens 5 bewirken. Der Pumpenkolben 5 wirkt mit einem Pumpenarbeitsraum 6 zusammen, in den über ein Saugventil Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zugeführt wird und von dem Pumpenkolben 5 verdichtet wird und über ein Rückschlagventil in einen Hochdruckspeicher unter einem Druck von bis zu 3000 bar gefördert wird. Der Pumpenarbeitsraum 6 ist in einen Pumpenzylinderkopf 7 der Hochdruckpumpe eingelassen, wobei der Pumpenzylinderkopf 7 weiterhin einstückig mit einem Pumpenzylinder 8 ausgebildet ist. Der Pumpenzylinder 8 ragt in eine Ausnehmung 9 des Pumpengehäuses 1 hinein und ist zu der Mittelachse der Pumpennockenwelle 2 ausgerichtet.
Der Rollenstößel 4 ist in einen Stößelkörper 10 eingesetzt und stützt sich an einem In- nenringflansch 17 des Stößelkörpers 10 ab. Der Stößelkörper 10 ist seinerseits an dem Pumpenzylinder 8 geführt. Der Rollenstößel 4 besteht aus einem Rollenschuh 12 und einer Laufrolle 14, wobei der Rollenschuh 12 eine Zylinderausnehmung 13 aufweist, in die die Laufrolle 14 verliersicher eingesetzt ist. Die Laufrolle 14 läuft bei einer Drehbewegung der Pumpennockenwelle 2 auf der Nockenlaufbahn ab und überträgt so die Drehbewegung der Nockenwelle 2 in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 5. Der Pumpenkolben 5 weist einen Pumpenkolbenfuß 15 auf, der auf dem Rollenschuh 12 abgestützt ist. Gleichzeitig ist oberhalb des Kolbenfußes 15 ein Federteller 16 angeordnet, der auf dem Kolbenfuß 15 aufliegt. Zudem kann der Federteller 16 so ausgebildet sein, dass dieser sich bei der Bewegung des Stößelkörpers 10 zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt auch an den Innenringflansch 17 anlegt. Im Bereich einer zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt vorhandenen Nockensteigung richtet sich nämlich die Laufrolle 14 des Rollenschuhs 12 auf der Nockenlaufbahn aus. Auf dem Federteller 16 stützt sich eine Pumpenfeder 1 1 ab, die gegenüberliegend mit dem Pumpenzylinder 8 oder dem Pumpenzylinderkopf 7 zusammenwirkt.
In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Federteller 16 gekröpft gebildet. Die Kröpfung ist so bemessen, dass zumindest bei unterer und oberer Totpunktlage des Rollenstößels der Federteller 16 nur auf dem Pumpenkolbenfuß aufliegt. Dabei ist es auch denkbar, den Federteller 16 im Bereich der Kröpfung elastisch auszubilden, um auch den gewünschten Effekt einer Anlage an dem Innenringflansch 17 zu erreichen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist eine Ausgleichsscheibe 18 vorhanden, die unterhalb des Pumpenkolbenfußes 15 angeordnet ist. Dabei ist die Spielausgleichsscheibe 18 entweder als eigenständiges Bauteil ausgebildet oder einteilig mit dem Rollenschuh 12 gefertigt, oder an diesem in geeigneter Weise befestigt oder festgelegt. Anstelle der Ausgleichsscheibe 18 kann auch ein entsprechend dicker Pumpenkolbenfuß 15 vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1 . Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (1 ), in dem eine Pumpennockenwelle (2) drehbar gelagert ist, die über einen in einem Stößelkörper (10) angeordneten und an einem Innenringflansch (18) des Stößelkörpers (10) angreifenden Rollenstößel (4), aufweisend einen Rollenschuh (12) und eine Laufrolle (14), mit einem Pumpenkolbenfuß (15) eines Pumpenkolbens (5) zusammenwirkt, der in einem in dem Pumpengehäuse (1 ) angeordneten und von einem Pumpenzylinderkopf
(7) unter Bildung eines Pumpenarbeitsraums (6) abgedeckten Pumpenzylinder
(8) auf und ab bewegbar ist, wobei gegenüberliegend zu dem Rollenstößel (4) ein Federteller (16) oberhalb des Innenringflansches (18) angeordnet ist und zwischen dem Federteller (16) und dem Pumpenzylinderkopf (7) eine Pumpenfeder (17) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (16) mit dem Pumpenkolbenfuß (15) zusammenwirkt.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (16) auf dem Pumpenkolbenfuß (15) aufliegt.
3. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (16) gekröpft ist.
4. Hochdruckpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pumpenkolbenfuß (15) und dem Rollenschuh (12) eine Ausgleichsscheibe (18) angeordnet ist.
5. Hochdruckpumpe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichscheibe (18) einstückig mit dem
Pumpenkolbenfuß (15) oder dem Rollenschuh (12) ausgebildet ist.
ist.
6. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsscheibe (18) aus Kunststoff gefertigt ist.
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