WO2012048984A1 - Hochdruckpumpe und triebwerk für eine hochdruckpumpe - Google Patents

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cam
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pressure pump
drive shaft
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Ulrich Lessing
Jochen Straehle
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Robert Bosch Gmbh
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    • F05C2253/12—Coating

Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure pump for a fuel injection device of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and to an engine for a high-pressure pump according to the preamble of claim 10.
  • a fuel injection system such as in a common rail system
  • high pressure pumps are used with radial piston with one or more pump piston, which indirectly from a drive shaft, for example via a cam or an eccentric in a stroke be offset to perform a suction stroke and a pressure stroke.
  • a suction stroke fuel is sucked into a pump working space of the high pressure pump, and during the pressure stroke, the sucked fuel is compressed and sent to the pump
  • High-pressure accumulator issued the common rail system.
  • a roller cam drive is used with a arranged in a roller shoe roller.
  • DE 10 2008 043 429 A1 describes a radial piston pump with a camshaft drive.
  • a drive shaft is rotatably mounted in a pump housing.
  • the drive shaft has a cam track between two bearing bushes, which drives a pump piston in a stroke movement.
  • the pump piston is displaceably guided and supported in the pump housing in a cylinder bore extending radially to the axis of rotation of the drive shaft with a piston foot on a rotatably mounted in a roller shoe roller on the cam from.
  • the roller shoe is in turn pressed into a plunger body, which is guided in a ram guide bore of the pump housing in a liftable and freely rotatable about its longitudinal axis.
  • a compression spring pushes the roller against the drive shaft via the plunger body and the roller shoe, whereby the roller is held in contact with the cam track.
  • the cam and roller are each made of very hard steel, with fuel forming an intermediate layer in the form of a lubricating film between the cam and the roller.
  • Condition for an ideal operation of the engine is that there is always a small but not too large lubricating film between the cam and roller. Since the roller itself is guided in a sliding bearing in the roller shoe, it is necessary that the so-called “adhesion" between the roller and the cam against the sliding resistance is large enough to maintain a permanent rotation.
  • the lubricating film which is a kind of protective layer against the direct metal-to-metal contact, which can lead to wear, for example in the form of adhesion damage, permanently generated between the Wälzpartnern.
  • the lubricating film protective layer is too large, but the rolling motion through the This would lead to a standstill of the roller ("Aqiiaplan- ning-Eff Stamm"), which in turn abruptly degrades the lubricating film by the lack of rolling motion and leads to a turning of the roller on the camshaft with subsequent adhesive wear.
  • Particularly problematic are fuels of inferior quality.
  • the lubricating gap does not build up properly and increasingly metal-metal contacts come about, which ultimately lead to wear and failure of the engine.
  • the increasing demand for higher pressures and fuel temperatures and the servicing of markets with poorly lubricating or low viscosity fuels therefore requires optimization of the existing system.
  • DE 103 48 140 A1 describes a radial piston pump for generating high-pressure fuel in a fuel injection system which has a polygonal rotor whose sliding surfaces are at least partially provided with a surface covering of a ductile or viscoelastic material.
  • a ductile or viscoelastic material In this case, molybdenum, tungsten carbide, cermet or alloys of these materials are used as the preferred coating material.
  • a high-pressure pump for a fuel injector of an internal combustion engine which has at least one pump injector. which is driven by the rotation of a drive shaft about an axis of rotation via at least one arranged on the drive shaft cams and arranged on the pump piston plunger assembly in a lifting movement in a substantially radial direction to a rotation axis of the drive shaft, wherein the plunger assembly comprises a roller a roller shell surface which is in contact with the cam, wherein the cam is provided on its tread and / or the roller shell surface at least partially with a coating having an elastomer.
  • the rolling contact between the roller and the cam is significantly improved. It is an optimal operation allows in which a rolling of the roller body takes place on the cam with low slip.
  • the coating is provided at a run-up of the cam.
  • the run-up of the cam is a highly stressed point in the engine, where slipping of the caster can cause massive damage. A coating especially in this area effectively prevents these possible damages.
  • At least one adhesion promoter layer is arranged between the coating and the running surface of the cam.
  • the coating comprises at least one of the materials selected from the group consisting of silicone rubber, silicone, rubber, rubber or latex.
  • the appropriate material is that it is fuel-resistant, flexible and highly adhesive is. It is also possible to use silicone-containing, rubber-containing, rubber-containing, latex-containing or other elastic materials for the coating, which as a rule are in liquid, solid or pulverulent form.
  • the filler is a fumed silica, precipitated silica or carbon black.
  • the filler preferably comprises diatomaceous earth, quartz or carbon black.
  • a crosslinking chemical in particular peroxide or a platinum catalyst, is added to the silicone rubber as additive.
  • a plasticizer in particular a silicone polymer-based plasticizer, is added to the elastomer.
  • an additional substance for improving the elongation properties and the crack resistance in particular silica, is added to the coating material.
  • silica is added to the coating material.
  • Particularly preferred is the addition of silica in silicones containing materials.
  • the admixed silica is admixed with a percentage by weight which is between 1% by weight (weight percent) and 30% by weight, in particular between 5% by weight and 15% by weight.
  • the elastomer is colorless and has a density in the range of 1.05 to 1.14 g / cm 3 , a hardness in a range of 20 to 55 Shore A, a tear strength in a range of 6.0 to 12.0 N / mm 2 , an elongation at break in a range of 500 to 1300%, a tear resistance in a range of 15 to 30 N / mm, a rebound resilience in a range of 50 to 70% and a compression set resistance (22 h / 175 ° C) in a range of 10 to 30%.
  • the at least partial coating is produced by dipping with subsequent drying and polymerizing.
  • the at least partial coating is applied by means of injection molding, steaming or rolling on the running surface of the cam and / or the roller surface area.
  • the coating has a layer thickness which is in a range from 50 nm to 5 ⁇ m, in particular in a range from 2 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • an engine for a high-pressure pump which has a drive shaft provided with at least one cam and a roller arranged in a roller shoe, wherein a roller surface of the roller is in rolling contact with a running surface of the cam, the running surface of the cam and / or or the roller shell surface of the roller is at least partially provided with a coating of an elastomer. Due to the rolling contact optimized by the elastomer layer, the engine according to the invention has no adhesion wear and thus does not cause premature failure of the high-pressure pump, even when using low-viscosity or poorly lubricating fuels.
  • FIG. 1 shows a section through a high-pressure pump according to the prior art
  • Fig. 2 is a schematic partially sectioned side view through an engine according to the prior art; and 3A, 3B each show a cam according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 is a section through a high-pressure pump 1 for a fuel injection device of an internal combustion engine according to the prior art shown.
  • the high pressure pump 1 shown here is a radial piston pump and is used in a common rail system.
  • the high-pressure pump 1 has a housing 2, in which a rotationally driven drive shaft 3 is arranged, which is designed as a camshaft.
  • the high-pressure pump 1 has at least one or more arranged in each case a cylinder head 8 pump elements 4, each with a pump piston 5, which is driven by a cam 6 of the drive shaft 3 indirectly in a lifting movement in at least approximately radial direction to a rotation axis 7 of the drive shaft 3.
  • the pump piston 5 is guided in a cylinder bore 9 in a shaft portion 10 of the cylinder head 8 and slidably limited with its drive shaft 3 facing away from the end face in the cylinder bore 9 a pump working space 1 first Around the shaft portion 10 around a spring 12 is arranged.
  • the pump working space 1 1 has (not shown) via a running in the housing 2 fuel inlet channel a connection with a fuel feed, for example, a feed pump.
  • a fuel feed for example, a feed pump.
  • an opening into the pump working chamber 1 1 inlet valve 13 is arranged.
  • the pump working chamber 1 1 also has a connection extending in the cylinder head 8 fuel drain passage 14 with an outlet, which is connected for example with a high-pressure accumulator 15.
  • With the high-pressure accumulator 15 one or more preferably arranged on the cylinders of the internal combustion engine injectors 16 are connected, is injected through the fuel in the cylinder of the internal combustion engine.
  • the pump working chamber 1 1 outlet valve 17 is arranged.
  • the pump element 4 is associated with a plunger assembly 24, via which the pump piston 5 is supported on the cam 6 of the drive shaft 3.
  • the plunger assembly 24 includes a hollow cylindrical plunger body 18 which is slidably guided in a bore 19. At its end remote from the pump working space 1 1, the pump piston 5 has a piston foot 20.
  • the plunger assembly 24 and the pump piston 5 are pressed by the prestressed spring 12 to the cam 6 of the drive shaft 3 out.
  • the spring 12 is formed as the pump piston 5 surrounding and projecting into the plunger body 18 helical compression spring.
  • the spring 12 is supported on the one hand on the cylinder head 8 and on the other hand on a spring plate 21.
  • the spring plate 21 is connected to the pump piston 5 and is located on a side facing away from a roller shoe 22 of an annular web (not shown in detail here).
  • the spring 12 thus acts on the spring plate 21 both on the pump piston 5 and on the plunger body 18 to press them as described above, against the cam 6 of the drive shaft 3.
  • a cylindrical roller 23 is rotatably mounted in a cylinder-section-shaped receptacle on the cam 6 of the drive shaft 3 facing side of the roller shoe 22.
  • FIGS. 1 is a schematic partially sectioned side view through an engine 25 according to the prior art, which comprises a cam 6 arranged on a drive shaft 3 with a running surface 27 and a roller 23 mounted in a roller shoe 22 with a running surface 26. Both the cam 6 and the roller 23 are made of a hard steel.
  • a lubricating layer of fuel is formed on the rolling contact 28 between the roller shell surface 26 and the running surface 27 of the cam 6, which, however, can be abruptly discontinued in the absence of rolling motion, which leads to a turning of the roller 23 on the cam 6. This danger also exists in the case of using low-viscosity or low-grade fuel.
  • FIG. 3A and 3B each show a cam 6 according to an embodiment made of a hard steel.
  • the cam 6 is provided on its tread 27 with a coating 29 which covers the entire tread 27.
  • the coating 29 is a rubbery, fuel-resistant, flexible and highly adhesive layer of silicone rubber with a silica content of 10% by weight.
  • the coating 29 may also be formed from another elastomeric material, such as silicone, rubber, rubber or latex or silicone-containing, rubber-containing, latex-containing or rubber-containing substances with or without addition of silica.
  • the coating 29 has a high adhesive force and is thus able to drive the roller 23 (see FIG. 2).
  • the coating 29 is made of an elastomer, it has the advantage of being elastically deformed and restoring its original shape, with no direct wear due to plastic deformation.
  • one or more adhesion-promoting layers may additionally be arranged.
  • the coating 28 is applied to the cam 6 by dipping and then drying and polymerizing the elastomer. Alternatively, however, an injection molding, steaming or rolling is possible. The coating can take place both in vacuum or under normal pressure. Depending on the coating process, tempering may be necessary. Alternatively, or depending on the material used, however, a polymerization of the elastomer can also take place at room temperature. Also, an addition of organic or inorganic substances to promote the polymerization can take place.
  • the layer thickness of the coating 28 is 5 ⁇ in the embodiment. Thicker or thinner layer thicknesses are also possible. The illustrated in Fig. 3B
  • Embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 3A. form in that the coating 28 is only partially, namely only in the run-up 30, applied to the tread 27 of the cam 6.
  • an engine 25 for a high-pressure pump 1 can be effectively provided, in which adhesive wear is effectively avoided, which in turn prevents premature failure of the high-pressure pump 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Pumpenkolben aufweist, welcher durch die Drehung einer Antriebswelle um eine Drehachse herum über zumindest einen an der Antriebswelle angeordneten Nocken und eine an dem Pumpenkolben angeordnete Stößelbaugruppe in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse der Antriebswelle angetrieben wird, wobei die Stößelbaugruppe eine Laufrolle mit einer Laufrollenmantelfläche aufweist, welche in Kontakt mit einer Lauffläche des Nockens steht, wobei der Nocken an seiner Lauffläche und/oder die Laufrollenmantelfläche zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Elastomer aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Triebwerk für eine Hochdruckpumpe, welches eine mit zumindest einem Nocken versehene Antriebswelle und eine in einem Rollenschuh angeordnete Laufrolle aufweist, wobei eine Laufrollenmantelfläche der Laufrolle mit einer Lauffläche des Nockens in Wälzkontakt stehen, wobei die Lauffläche des Nockens und/oder die Laufrollenmantelfläche der Laufrolle zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Elastomer aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Hochdruckpumpe und Triebwerk für eine Hochdruckpumpe Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Triebwerk für eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Stand der Technik
Zum Beaufschlagen des Kraftstoffs mit Hochdruck in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wie beispielsweise in einem Common-Rail-System, werden unter ande- rem Hochdruckpumpen mit Radialkolben mit einem oder mehreren Pumpenkolben eingesetzt, welche von einer Antriebswelle mittelbar beispielsweise über einen Nocken oder einen Exzenter in eine Hubbewegung versetzt werden, um einen Saughub und einen Druckhub auszuführen. Während des Saughubs wird Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe eingesaugt, und während des Druckhubs wird der angesaugte Kraftstoff komprimiert und an den
Hochdruckspeicher des Common-Rail-Systems ausgegeben.
Bei den bekannten Hochdruckpumpen wird üblicherweise ein Rollennockenantrieb mit einer in einem Rollenschuh angeordneten Laufrolle eingesetzt.
Beispielsweise ist in DE 10 2008 043 429 A1 eine Radialkolbenpumpe mit einem Nockenwellenantrieb beschrieben. Dort ist in einem Pumpengehäuse eine Antriebswelle drehbar gelagert. Die Antriebswelle weist zwischen zwei Lagerbuchsen eine Nockenbahn auf, die einen Pumpenkolben in einer Hubbewegung an- treibt. Der Pumpenkolben ist im Pumpengehäuse in einer radial zur Drehachse der Antriebswelle verlaufenden Zylinderbohrung verschiebbar geführt und stützt sich mit einem Kolbenfuß über eine in einem Rollenschuh drehbar gelagerte Laufrolle an der Nockenbahn ab. Der Rollenschuh ist wiederum in einen Stößelkörper eingepresst, der in einer Stößelführungsbohrung des Pumpengehäuses hubbeweglich geführt und um seine Längsachse frei drehbar gelagert ist. Eine Druckfeder drückt über den Stößelkörper sowie den Rollenschuh die Laufrolle gegen die Antriebswelle, wodurch die Laufrolle in Anlage an der Nockenbahn gehalten ist.
Die immer höheren Drücke in der Diesel-Common-Rail-Technologie setzen jedoch insbesondere die Triebwerke der Hochdruckpumpen einer hohen Belastung hinsichtlich Ermüdung oder Verschleiß aus. Die oben beschriebenen Triebwerke, die aus Nocken- bzw. Antriebswelle, Nocken, Laufrolle und Rollenschuh bestehen sind dabei verschiedenen tribologischen Belastungen ausgesetzt.
Typischerweise sind der Nocken und die Laufrolle jeweilig aus sehr hartem Stahl hergestellt, wobei Kraftstoff zwischen dem Nocken und der Laufrolle eine Zwischenschicht in Form eines Schmierfilms bildet. Bedingung für einen idealen Betrieb des Triebwerks ist, das immer ein kleiner jedoch nicht zu großer Schmierfilm zwischen Nocken und Laufrolle vorhanden ist. Da die Laufrolle selbst in einem Gleitlager in dem Rollenschuh geführt ist, ist es notwendig, dass die sogenannte „Haftung" zwischen der Laufrolle und dem Nocken gegenüber dem Gleitwiderstand groß genug ist, um eine permanente Drehung aufrecht zu erhalten. Wird eine permanente Drehung vorgesehen, so wird ebenfalls der Schmierfilm, der eine Art Schutzschicht gegenüber dem direkten Metall-Metall Kontakt darstellt, der zu Verschleiß beispielsweise in Form von Adhäsionsschäden führen kann, permanent zwischen den Wälzpartnern erzeugt. Ist die Schmierfilm-Schutzschicht zu groß, kann jedoch die Rollbewegung durch die fehlende Haftung nicht mehr gesichert werden. Dies würde zu einem Stillstand der Laufrolle führen („Aqiiapla- ning-Efffekt"), was wiederum den Schmierfilm durch die fehlende Rollbewegung schlagartig abbaut und zu einem Einschlagen der Laufrolle auf die Nockenwelle mit anschließendem Adhäsionsverschleiß führt. Problematisch sind besonders Kraftstoffe minderer Qualität. Hier kann es passieren, dass der Schmierspalt sich nicht richtig aufbaut und zunehmend Metall-Metall Kontakte zustande kommen, die letztendlich zu Verschleiß und Ausfall des Triebwerks führen. Die zunehmende Forderung nach höheren Drücken und Kraftstofftemperaturen und die Bedienung von Märkten mit schlechtschmierenden oder niederviskosen Kraftstoffen erfordert daher eine Optimierung des bestehenden Systems.
Um ein Versagen der Hochdruckpumpe aufgrund einer mangelnden Schmiermittelversorgung zu vermeiden, ist es im Stand der Technik bekannt, die Kontaktflächen am Wälzkontakt des Triebwerks beispielsweise einer Oberflächenbehandlung wie beispielsweise einem Nitrieren zu unterziehen oder die Kontaktflächen mit einer Beschichtung zu überziehen.
In DE 103 48 140 A1 wird eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in einem Kraftstoffeinspritzsystem beschrieben, welche einen Polygonläufer aufweist, dessen Gleitflächen zumindest teilweise mit einem Oberflächen- belag aus einem duktilen oder zähelastischen Werkstoff versehen sind. Als bevorzugter Beschichtungswerkstoff werden hierbei Molybdän, Wolframkarbid, Cermet oder Legierungen dieser Materialien verwendet.
Eine Beschichtung mit den oben genannten Materialien verhindert zwar aufgrund ihrer Duktilität, dass aufgrund von Materialsprödigkeit sogenannte Pittings an den
Gleitflächen entstehen. Eine Gewährleistung des zuverlässigen Abrollens des Nockens und der Laufrolle zum Sicherstellen des notwendigen Schmierfilms am Wälzkontakt kann hierdurch jedoch nicht erzielt werden. Daher ist es wünschenswert, eine Hochdruckpumpe mit einem Triebwerk zu schaffen, bei dem im Bereich des Wälzkontakts zwischen der Laufrolle und dem Nocken eine permanente Haftung und somit eine permanente Drehung sichergestellt wird, um den Verschleiß und die Materialermüdung des Triebwerks zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, welche zumindest einen Pumpen- kolben aufweist, welcher durch die Drehung einer Antriebswelle um eine Drehachse herum über zumindest einen an der Antriebswelle angeordneten Nocken und eine an dem Pumpenkolben angeordnete Stößelbaugruppe in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse der Antriebswelle angetrieben wird, wobei die Stößelbaugruppe eine Laufrolle mit einer Laufrollenmantelfläche aufweist, welche in Kontakt mit dem Nocken steht, wobei der Nocken an seiner Lauffläche und/oder die Laufrollenmantelfläche zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die ein Elastomer aufweist. Durch Vorsehen des Elastomers auf der Lauffläche des Nockens oder auf der Laufrollenmantelfläche wird der Wälzkontakt zwischen der Laufrolle und dem Nocken, an dem Kräfte von ungefähr 8000 N auftreten, deutlich verbessert. Es wird ein optimaler Betrieb ermöglicht, bei dem ein Abwälzen des Rollenkörpers auf der Nocke mit geringem Gleitschlupf stattfindet. Die Beschichtung besitzt eine hohe Adhäsionskraft, was bedeutet, dass sie in der Lage ist, die Laufrolle zuverlässig anzutreiben und hat dabei darüber hinaus den Vorteil, dass sich die Beschichtung in der Regel nur elastisch verformt, also seine Ursprungsform wiederherstellt und damit keinen direkten Verschleiß durch plastische Verformung zulässt. Adhäsionsverschleiß im Triebwerk und ein vorzeitiger Ausfall der Hochdruckpumpe werden durch die erfindungsgemäße Konfiguration effektiv vermieden. Besonders in kraftstoffkritischen Märkten oder bei hohen Belastungen ist die Elastomerbeschichtung im Bereich des Wälzkontaktes besonders hilfreich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung an einem Hochlauf des Nockens vorgesehen. Der Hochlauf des Nockens stellt eine hochbelastete Stelle im Triebwerk dar, wo ein Schlupfen der Laufrolle massive Schäden verursachen kann. Eine Beschichtung insbesondere in diesem Bereich verhindert diese möglichen Schäden effektiv.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Beschichtung und der Lauffläche des Nockens zumindest eine Haftvermittlerschicht angeordnet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beschichtung zumindest eines der Materialien aus der Gruppe bestehend aus Silikonkautschuk, Silikon, Kautschuk, Gummi oder Latex. Wichtig bei der Auswahl des geeigneten Materials ist, dass es kraftstoffresistent, flexibel und hochadhäsiv ist. Es können auch silikonhaltige, kautschukhaltige, gummihaltige, latexhaltige oder andere elastische Materialien für die Beschichtung verwendet werden, die in der Regel in flüssiger, fester oder pulverförmiger Form vorliegen.
Vorzugsweise wird dem Elastomer, insbesondere dem Kautschuk und dem Gummi, zumindest ein Additiv und/oder zumindest einen Füllstoff, zugesetzt. Vorzugsweise ist der Füllstoff eine pyrogene Kieselsäure, gefällte Kieselsäure oder Ruß. In einer bevorzugten Ausführungsform, in welcher Silikonkautschuk als Beschichtungsmaterial verwendet wird, umfasst der Füllstoff vorzugsweise Diatomenerde, Quarz oder Ruß. Vorzugsweise wird dem Silikonkautschuk als Additiv eine Vernetzungschemikalie, insbesondere Peroxid oder ein Platinkatalysator, zugesetzt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dem Elastomer ein Weichmacher, insbesondere ein Weichmacher auf Silikonpolymerbasis, zugesetzt.
Vorzugsweise ist dem Beschichtungsmaterial eine Zusatzsubstanz zur Verbesserung der Dehnungseigenschaften und der Rissfestigkeit, insbesondere Kieselsäure, beigemischt. Besonders bevorzugt ist die Zugabe von Kieselsäure bei sili- konhaltigen Materialien.
Es ist auch bevorzugt, wenn die beigemischte Kieselsäure mit einem Gewichtsprozentanteil beigemischt wird, der zwischen 1 Gew.% (Gewichtsprozent) und 30 Gew.%, insbesondere zwischen 5 Gew.% und 15 Gew.%, liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Elastomer farblos und weist eine Dichte in einem Bereich von 1 ,05 bis 1 ,14 g/cm3, eine Härte in einem Bereich von 20 bis 55 Shore A, eine Reißfestigkeit in einem Bereich von 6,0 bis 12,0 N/mm2, eine Reißdehnung in einem Bereich von 500 bis 1300 %, einen Weiterreißwiderstand in einem Bereich von 15 bis 30 N/mm, eine Rückprallelastizität in einem Bereich von 50 bis 70 % und eine Druckverformungsresistenz (22 h/175 °C) in einem Bereich von 10 bis 30 % auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest teilweise Beschichtung durch Eintauchen mit anschließendem Trocknen und Polymerisie- ren hergestellt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest teilweise Beschichtung mittels Spritzguss, Bedampfen oder Aufwalzen auf die Lauffläche des Nockens und/oder die Laufrollenmantelfläche aufgebracht.
Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die Beschichtung eine Schichtdicke aufweist, welche in einem Bereich von 50 nm bis 5 μιη, insbesondere in einem Bereich von 2 μιη bis 3 μιη, liegt.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Triebwerk für eine Hochdruckpumpe bereitgestellt, welches eine mit zumindest einem Nocken versehene Antriebswelle und eine in einem Rollenschuh angeordnete Laufrolle aufweist, wobei eine Laufrollenmantelfläche der Laufrolle mit einer Lauffläche des Nockens in Wälzkontakt stehen, wobei die Lauffläche des Nockens und/oder die Laufrollenmantelfläche der Laufrolle zumindest teilweise mit einer Beschichtung aus einem Elastomer versehen ist. Das erfindungsgemäße Triebwerk weist durch den durch die Elastomerschicht optimierten Wälzkontakt keinen Adhäsionsverschleiß auf und verursacht somit keinen vorzeitigen Ausfall der Hochdruckpumpe, auch bei Verwendung niederviskoser oder schlechtschmierender Kraftstoffe.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht durch ein Triebwerk gemäß dem Stand der Technik; und Fig. 3A, 3B jeweils einen Nocken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Hochdruckpumpe 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die hier dargestellte Hochdruckpumpe 1 ist eine Radialkolbenpumpe und wird in einem Common-Rail-System verwendet.
Die Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik weist ein Gehäuse 2 auf, in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet ist, die als No- ckenwelle ausgebildet ist. Die Hochdruckpumpe 1 weist wenigstens ein oder mehrere in jeweils einem Zylinderkopf 8 angeordnete Pumpenelemente 4 mit jeweils einem Pumpenkolben 5 auf, der durch einen Nocken 6 der Antriebswelle 3 mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zu einer Drehachse 7 der Antriebswelle 3 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 5 ist in einer Zylinderbohrung 9 in einem Schaftabschnitt 10 des Zylinderkopfs 8 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 9 einen Pumpenarbeitsraum 1 1 . Um den Schaftabschnitt 10 herum ist eine Feder 12 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 1 1 weist über einen im Gehäuse 2 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal (nicht dargestellt) eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals in den Pumpenarbeitsraum 1 1 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 1 1 öffnendes Einlassventil 13 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 1 1 weist außerdem über einen im Zylinderkopf 8 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 14 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 15 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 15 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 16 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 14 in den Pumpenarbeitsraum 1 1 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 1 1 öffnendes Auslassventil 17 angeordnet.
Dem Pumpenelement 4 ist eine Stößelbaugruppe 24 zugeordnet, über die sich der Pumpenkolben 5 am Nocken 6 der Antriebswelle 3 abstützt. Die Stößelbaugruppe 24 umfasst einen hohlzylindrischen Stößelkörper 18, der in einer Bohrung 19 verschiebbar geführt ist. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 1 1 abgewandten Ende weist der Pumpenkolben 5 einen Kolbenfuß 20 auf. Die Stößelbaugruppe 24 und der Pumpenkolben 5 werden durch die vorgespannte Feder 12 zum Nocken 6 der Antriebswelle 3 hin gedrückt. Die Feder 12 ist als den Pumpenkolben 5 umgebende und in den Stößelkörper 18 hineinragende Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Feder 12 stützt sich einerseits am Zylinderkopf 8 und andererseits an einem Federteller 21 ab. Der Federteller 21 ist mit dem Pumpenkolben 5 verbunden und liegt auf einer einem Rollenschuh 22 abgewandten Seite eines Ringstegs (hier nicht im Detail dargestellt) an. Die Feder 12 wirkt somit über den Federteller 21 sowohl auf den Pumpenkolben 5 als auch auf den Stößelkörper 18, um diese wie oben beschrieben, gegen den Nocken 6 der Antriebswelle 3 zu drücken. In den Stößelkörper 18 ist von dessen der Antriebswelle 3 zugewandter Seite her der Rollenschuh 22 eingefügt. Im Rollenschuh 22 ist in einer zylinderabschnittförmigen Aufnahme auf der dem Nocken 6 der Antriebswelle 3 zugewandten Seite des Rollenschuhs 22 eine zylindrische Laufrolle 23 drehbar gelagert. Bei Drehung der Antriebswelle 3 um die Drehachse 7 her die Drehbewegung somit über den Nocken 6 und die Stößelbaugruppe auf den Pumpenkolben 5 übertragen, um diesen auf und ab zu bewegen, wodurch entsprechend ein Saughub zum Fördern des Kraftstoffs in das Pumpenelement 4 und ein Druckhub zum Verdichten des in das Pumpenelement 4 geförderten Kraftstoffs ausge- führt wird. Der verdichtete bzw. mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird dann über das Auslassventil 17 dem Hochdruckspeicher 15 zugeführt.
Fig. 2 ist eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht durch ein Triebwerk 25 gemäß dem Stand der Technik, welches einen auf einer Antriebs- welle 3 angeordneten Nocken 6 mit einer Lauffläche 27 und eine in einem Rollenschuh 22 gelagerte Laufrolle 23 mit einer Laufrollenmantelfläche 26 umfasst. Sowohl der Nocken 6 als auch die Laufrolle 23 sind aus einem harten Stahl hergestellt. Wenn sich der Nocken 6 durch eine Drehung der Antriebswelle 3 um deren Drehachse 3 herum dreht, wird am Wälzkontakt 28 zwischen der Laufrollenmantelfläche 26 und der Lauffläche 27 des Nockens 6 ein Schmierschicht aus Kraftstoff gebildet, die jedoch bei fehlender Rollbewegung schlagartig abgebaut werden kann, was zu einem Einschlagen der Laufrolle 23 auf den Nocken 6 führt. Diese Gefahr besteht ebenfalls im Falle des Verwendens von niedrigviskosem oder minderwertigem Kraftstoff. Fig. 3A und 3B zeigen jeweils einen Nocken 6 gemäß einer Ausführungsform, der aus einem harten Stahl hergestellt ist. In der in Fig. 3A dargestellten Ausführungsform ist der Nocken 6 an seiner Lauffläche 27 mit einer Beschichtung 29 versehen, die die gesamte Lauffläche 27 bedeckt. Die Beschichtung 29 ist eine gummiartige, kraftstoffresistente, flexible und hochadhäsive Schicht aus Silikon- kautschuk mit einem Kieselsäureanteil von 10 Gew.%. Alternativ kann die Beschichtung 29 auch aus einem anderen elastomeren Werkstoff, wie beispielsweise Silikon, Kautschuk, Gummi oder Latex oder silikonhaltigen, kautschukhaltigen, latexhaltigen oder gummihaltigen Substanzen mit oder ohne Kieselsäurezusatz gebildet sein. Die Beschichtung 29 besitzt eine hohe Adhäsionskraft und ist somit in der Lage, die Laufrolle 23 (siehe Fig 2) anzutreiben. Da die Beschichtung 29 aus einem Elastomer hergestellt ist, hat sie den Vorteil, dass sie sich elastisch verformt und ihre Ursprungsform wiederherstellt, wobei kein direkter Verschleiß durch plastische Verformung auftritt. Zwischen der Oberfläche bzw. Lauffläche 27 des Nockens 6 und der Beschichtung 29 können zusätzlich eine oder mehrere Haftvermittlungsschichten angeordnet sein. Die Beschichtung 28 ist mittels Eintauchen und anschließendem Trocknen und Polymerisieren des Elastomers auf den Nocken 6 aufgebracht. Alternativ ist jedoch auch ein Spritzgussverfahren, ein Bedampfen oder ein Aufwalzen möglich. Die Beschichtung kann sowohl im Vakuum oder unter Normaldruck stattfinden. Je nach Beschichtungsverfahren kann eine Temperung notwendig sein. Alternativ bzw. in Abhängigkeit von dem eingesetzten Material kann eine Polymerisierung des Elastomers jedoch auch bei Raumtemperatur erfolgen. Auch kann eine Zugabe von organischen oder anorganischen Substanzen zur Förderung der Polymerisierung erfolgen. Die Schichtdicke der Beschichtung 28 beträgt in der Ausführungsform 5 μιη. Dickere oder dünnere Schichtdicken sind jedoch ebenfalls möglich. Die in Fig. 3B dargestellte
Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3A gezeigten Ausführungs- form dadurch, dass die Beschichtung 28 lediglich teilweise, nämlich nur im Bereich des Hochlaufs 30, auf der Lauffläche 27 des Nockens 6 aufgebracht ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration kann effektiv ein Triebwerk 25 für eine Hochdruckpumpe 1 bereitgestellt werden, bei welchem Adhäsionsverschleiß effektiv vermieden wird, was wiederum einen vorzeitigen Ausfall der Hochdruckpumpe 1 verhindert.

Claims

Ansprüche
Hochdruckpumpe (1 ) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Pumpenkolben (5) aufweist, welcher durch die Drehung einer Antriebswelle (3) um eine Drehachse (7) herum über zumindest einen an der Antriebswelle (3) angeordneten Nocken (6) und eine an dem Pumpenkolben (5) angeordnete Stößelbaugruppe (24) in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse (7) der Antriebswelle (3) angetrieben wird, wobei die Stößelbaugruppe (24) eine Laufrolle (23) mit einer Laufrollenmantelfläche (26) aufweist, welche in Kontakt mit einer Lauffläche (27) des Nockens (6) steht,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Nocken (6) an seiner Lauffläche (27) und/oder die Laufrollenmantelfläche (26) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (29) versehen ist, die ein Elastomer aufweist.
Hochdruckpumpe (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (29) an einem Hochlauf (30) des Nockens (6) vorgeseh ist.
Hochdruckpumpe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Beschichtung (29) und der Lauffläche (27) des Nockens (6) zumindest eine Haftvermittlerschicht angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (29) zumindest eines der Materialien aus der Gruppe bestehend aus Silikonkautschuk, Silikon, Kautschuk, Gummi oder Latex um- fasst. Hochdruckpumpe (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (29) eine Zusatzsubstanz zur Verbesserung der Dehnungseigenschaften und der Rissfestigkeit, insbesondere Kieselsäure, beigemischt ist.
Hochdruckpumpe (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zusatzsubstanz Kieselsäure ist, wobei die Kieselsäure mit einem Gewichtsprozentanteil beigemischt wird, der zwischen 1 Gew.% und 30 Gew.%, insbesondere zwischen 5 Gew.% und 15 Gew.%, liegt.
Hochdruckpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (29) durch Eintauchen mit anschließendem Trocknen und Polymerisieren hergestellt ist.
Hochdruckpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (29) mittels Spritzguss, Bedampfen oder Aufwalzen auf die Lauffläche (27) des Nockens (6) und/oder die Laufrollenmantelfläche (26) aufgebracht ist.
Hochdruckpumpe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (29) eine Schichtdicke aufweist, welche in einem Bereich von 50 nm bis 5 μιη, insbesondere in einem Bereich von 2 μιη bis 3 μιη, liegt. 10. Triebwerk (25) für eine Hochdruckpumpe (1 ), welches eine mit zumindest einem Nocken (6) versehene Antriebswelle (3) und eine in einem Rollenschuh (22) angeordnete Laufrolle (23) aufweist, wobei eine Laufrollenmantelfläche (26) der Laufrolle (23) mit einer Lauffläche (27) des Nockens (6) in Wälzkontakt (28) stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (27) des Nockens (6) und/oder die Laufrollenmantelfläche (26) der Laufrolle (23) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (29) versehen ist, die ein Elastomer aufweist.
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