WO2013098300A1

WO2013098300A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe für ein kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: WO2013098300A1
Application number: PCT/EP2012/076917
Authority: WO
Inventors: Timucin Okullu; Namik Karaosmanoglu; Marco Lamm; Markus Schetter
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-07-04
Also published as: DE102011089959A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend wenigstens ein Pumpenelement (1) mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben (2), der über eine Stößelbaugruppe (3) an einem Nocken (4) einer Antriebswelle (5) abgestützt ist, welche über wenigstens ein erstes und ein zweites Wellenlager (6, 7) drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß sind beide Wellenlager (6, 7) in einem Gehäuseteil (8) der Hochdruckpumpe ausgebildet, wobei zwischen den beiden Wellenlagern (6, 7) ferner ein Triebwerksraum (9) zur Aufnahme des Nockens (4) der Antriebswelle (5) in dem Gehäuseteil (8) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung

Titel

Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffe! nspritzsystem Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Stand der Technik

Eine Kraftstoffhochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 028 381 A1 hervor. Die hierin beschriebene Hochdruckpumpe ist insbesondere als Radial- oder Reihenkolben- pumpe ausgebildet und weist zumindest ein Gehäuseteil, eine in dem Gehäuseteil gelagerte Antriebswelle und eine über die Antriebswelle antreibbare Pumpenbaugruppe auf. Die Lagerung der Antriebswelle in dem Gehäuseteil erfolgt über ein Gleitlager, das in das Gehäuseteil eingespritzt ist. Bereits im Spritzar- beitsgang soll das Gleitlager mit einer hohen Genauigkeit ausgestaltet werden können, so dass insbesondere ein gewünschter Lagerdurchmesser und ein genauer Rundlauf erzielt werden können. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein weiteres Gleitlager in einem weiteren Gehäuseteil ausgebildet ist, das als Flansch ausgestaltet und mit dem ersten Gehäuseteil verbindbar ist. Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe anzugeben, die einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung Die vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine um- fasst wenigstens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, der über eine Stößelbaugruppe an einem Nocken einer Antriebswelle abgestützt ist, welche über wenigstens ein erstes und ein zweites Wellenlager drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß sind beide Wellenlager in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet, wobei zwischen den beiden Wellenlagern ferner ein Triebwerksraum zur Aufnahme des Nockens der Antriebswelle in dem Gehäuseteil ausgebildet ist. Das heißt, dass beide Wellenlager in einem Arbeitsschritt mit einem Werkzeug zerspant werden können, wodurch der Fertigungsaufwand sinkt. Dies gilt auch bei Verwendung auszuspindelnder Lager. Zugleich werden sehr gute Koaxialitäts- und Rundheitswerte erzielt, wodurch die Robustheit der Hochdruckpumpe im Bereich des Antriebsstrangs steigt. Beispielsweise verringert sich die Gefahr einer axialen Verkippung der Antriebswelle. Ferner kann das Pumpengehäuse kompakter gestaltet werden, was zu einer Materialeinsparung und zu einem verringerten Bauraumbedarf führt. Ein weiteres als Flansch ausgebildetes Gehäuseteil kann vollständig entfallen, so dass eine Deformation der Lagerstellen durch Einpress- oder Einschraubvorgänge beim Befestigen des Flansches am Pumpengehäuse ausgeschlossen werden können. Anstelle eines Flansches kann beispielsweise ein einfacher Deckel verwendet werden. Dadurch werden der Fertigungsaufwand und die damit verbundenen Kosten weiter gesenkt. Gegenüber herkömmlichen Hochdruckpumpen zeichnet sich die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe zudem durch eine erhöhte Steifigkeit im Bereich der Kundenschnittstelle aus. Die erhöhte Steifigkeit wiederum ermöglicht den Einsatz neuer Werkstoffe. Beispielsweise könnte das Gehäuseteil, welches die Wellenlager ausbildet auch aus Kunststoff gefertigt sein.

Vorteilhafterweise besitzt wenigstens ein Wellenlager einen Lagerdurchmesser, welcher ein Hindurchführen des Nockens der Antriebswelle ermöglicht. Das heißt, dass wenigstens ein Lagerdurchmesser größer als die maximale Abmessung des Nockens in radialer Richtung sein muss, um die Montage, vorzugsweise von der der Kundenschnittstelle abgewandten Seite her, zu ermöglichen.

Wenigstens ein Wellenlager besitzt demnach einen relativ großen Lagerdurchmesser, so dass ferner die Möglichkeit besteht, von einer Druckschmierung auf eine Sumpfschmierung des Wellenlagers zu wechseln. Dadurch können die Mengenanforderungen der Hochdruckpumpe im Niederdruckbereich reduziert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Lagerdurch- 5 messer der beiden Wellenlager unterschiedlich groß gewählt und die Antriebswelle weist Lagerabschnitte auf, deren Durchmesser den Lagerdurchmessern angepasst sind. Vorzugsweise ist hierzu die Antriebswelle gestuft ausgeführt und/oder besitzt einen aufgesetzten Ring zur Ausbildung eines Lagerabschnittes mit vergrößertem Durchmesser. Sofern ein Ring zur Vergrößerung des Durch-0 messers eines Lagerabschnitts der Antriebswelle vorgesehen ist, weist dieser einen an den Lagerabschnitt der Antriebswelle angepassten Innendurchmesser und einen an das im Gehäuseteil ausgebildete Wellenlager angepassten Außendurchmesser auf. Die Breite des Rings entspricht vorzugsweise der geforderten Breite des Wellenlagers. Der Ring kann auf jede beliebige Serienwelle aufgesetzt5 werden, um eine Antriebswelle für eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit zumindest einem Lagerabschnitt mit vergrößertem Durchmesser zu schaffen.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Antriebswelle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei sich ein Hohlraum vorzugsweise o von einer Stirnseite der Antriebswelle in axialer Richtung nach innen erstreckt.

Die zumindest teilweise Ausbildung der Antriebswelle als Hohlwelle weist gegenüber einer durchgehend als Vollwelle ausgebildeten Antriebswelle den Vorteil auf, dass Material eingespart wird. Mit der Materialersparnis wird zudem das Gewicht der Antriebswelle reduziert, so dass dementsprechend weniger An- 5 triebsenergie für den Antrieb der Hochdruckpumpe benötigt wird. Bei der Stirnfläche, von welcher aus sich der Hohlraum nach innen erstreckt, handelt es sich vorzugsweise um die dem Lagerabschnitt mit größerem Durchmesser zugeordnete Stirnfläche. o Bevorzugt besitzt der als Hohlwelle ausgebildete Teil der Antriebswelle eine Innenkontur, welche im Wesentlichen der Außenkontur des Teils der Antriebswelle entspricht oder ihr zumindest angenähert ist. Das heißt, dass beispielsweise bei einer gestuften Außenkontur der Antriebswelle, die Innenkontur vorzugsweise ebenfalls gestuft ist. Darüber hinaus kann die Innenkontur der Außenkontur ledig-5 lieh angenähert sein, so dass der Hohlraum auch von einer konisch oder parabel- förmig verlaufenden Innenkontur begrenzt sein kann, welche dem Kraftverlauf angepasst ist. In axialer Richtung kann daher die Wandstärke der Hohlwelle variieren, während sie im Querschnitt betrachtet umlaufend möglichst gleich stark ist. Auf diese Weise ist eine weitgehend gleichmäßige Kraftverteilung und damit Belastung der Antriebswelle sichergestellt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt der als Hohlwelle ausgebildete Teil der Antriebswelle wenigstens eine radial und/oder schräg verlaufende Ausgleichsbohrung, die sich von der Innenkontur bis an die Außenkontur erstreckt. Die Ausgleichsbohrung verbindet demnach den Hohlraum mit dem die Antriebswelle umgebenden Außenraum, vorzugsweise dem Triebwerksraum. Die Ausgleichsbohrung dient dem Kraftstoffaustausch, so dass die Schmierung und/oder Kühlung der Wellenlager verbessert wird. Des Weiteren können über die Ausgleichsbohrung Späne und dergleichen abgeführt werden. Bevorzugt sind mehrere Ausgleichsbohrungen vorgesehen, die weiterhin bevorzugt über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der in der Antriebswelle ausgebildete

Hohlraum sich mindestens bis in den Nocken hinein erstreckt. Das heißt, dass sich der Hohlraum auch über den Nocken hinaus bis in den zweiten Lagerbereich erstrecken kann. Dadurch kann mehr Material eingespart sowie das Gewicht der Antriebswelle weiter verringert werden. Im Bereich des Nockens besitzt der Hohl- räum vorzugsweise eine Querschnittsform, welche im Wesentlichen der Querschnittsform des Nockens angepasst ist. Der Nocken weist demnach umlaufend eine weitgehend gleichbleibende Wandstärke auf, wodurch wiederum eine gleichmäßige Kraftverteilung am Nocken sichergestellt ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe, Fig. 2 eine erste perspektivische Ansicht des Gehäuseteils einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe,

Fig. 3 eine zweite perspektivische Ansicht des Gehäuseteils der Fig. 2, Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Antriebswelle einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Antriebswelle einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine weitere Antriebswelle einer erfindungs- gemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst ein Pumpenelement 1 mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben 2, welcher über eine Stößelbaugruppe 3 an einem Nocken 4 einer Antriebswelle 5 abgestützt ist. Die Antriebswelle 5 ist zumindest teilweise in einem Gehäuseteil 8 aufgenommen. Das Gehäuseteil 8 weist zwei Gehäusebohrungen zur Ausbildung von Wellenlagern 6, 7 auf, welche über einen ebenfalls im Gehäuseteil 8 ausgebildeten Triebwerksraum 9 verbunden sind. Im

Triebwerksraum 9 ist der Nocken 4 der Antriebswelle 5 aufgenommen. Beidseits des Nockens 4 weist die Antriebswelle 5 Lagerabschnitte 10, 1 1 auf, welche durch die Gehäusebohrungen des Gehäuseteils 8 hindurchgeführt und über Lagerbuchsen 16, 17, die in die Gehäusebohrungen eingesetzt sind, im Gehäuse- teil 8 gelagert sind.

Wie aus der Fig. 1 ferner ersichtlich, weist die Antriebswelle 5 eine gestufte Außenkontur 14 zur Ausbildung des Lagerabschnitts 10, des Nockens 4 und des Lagerabschnitts 11 auf, wobei der Durchmesser der Antriebswelle 5 immer grö- ßer wird. Die Antriebswelle 5 kann auf diese Weise mit dem Lagerabschnitt 10 voran in das Gehäuseteil 8 eingesetzt werden. Das heißt, dass die Gehäusebohrung zur Aufnahme des den größeren Durchmesser aufweisenden Lagerabschnitts 11 ausreichend derart groß gewählt sein muss, dass der Nocken 4 hindurchgeführt werden kann. Dadurch ergibt sich ein relativ großer Lagerdurch- messer, was wiederum zu einem Lagerabschnitt 11 mit großem Durchmesser führt. Um Material einzusparen und das Gewicht der Antriebswelle 5 zu reduzieren, ist die in der Fig. 1 dargestellte Antriebswelle 5 zumindest teilweise hohl ausgebildet. Von der dem Lagerabschnitt 11 zugeordneten Stirnfläche der Antriebswelle 5 erstreckt sich ein Hohlraum 12 axial nach innen. Der Hohlraum 12 erstreckt sich bis in den Lagerabschnitt 10 der Antriebswelle 5 hinein. Der Hohlraum 12 ist in Bezug auf die Drehachse der Antriebswelle 5 zentriert angeordnet, wobei die Querschnittsform des Hohlraums 12 im Bereich des Nockens 4 der Querschnittsform des Nockens 4 angepasst ist. Ferner wird der Hohlraum 12 von einer Innenkontur 13 begrenzt, welche der Außenkontur 14 der Antriebswelle 5 angepasst ist. Das heißt, dass der Hohlraum 12 ebenfalls gestuft ausgeführt ist, wobei der Durchmesser des Hohlraums 12 in Richtung des Lagerabschnitts 10 immer weiter abnimmt. An seinem dem Lagerabschnitt 10 zugewandten Ende ist der Hohlraum 12 über eine Ausgleichsbohrung 15, welche sich von der Innenkontur 13 bis an die Außenkontur 14 erstreckt, entlastbar. An seinem dem Lagerabschnitt 11 zugewandten Ende ist der Hohlraum 12 bzw. das Wellenlager 7 von einem einfachen Deckel 18 abgedeckt, welcher von außen auf das Gehäuseteil 8 aufgesetzt und an diesem befestigt ist.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei Ansichten eines Gehäuseteils 8 einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe dargestellt. Die Fig. 2 zeigt den Blick auf die Gehäusebohrung, welche der Ausbildung des Wellenlagers 6 und einer Kundenschnittstelle dient, während die Fig. 3 den Blick auf die der Ausbildung des Wellenla- gers 7 dienenden Gehäusebohrung zeigt.

Den Fig. 4 bis 6 sind verschiedene Ausführungen einer Antriebswelle 5 einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe zu entnehmen. Sämtlichen Ausführungen gemein ist, dass die Antriebswelle 5 zur Ausbildung des Lagerabschnitts 10, des Nockens 4 und des Lagerabschnitts 11 jeweils gestuft ausgebildet ist, wobei der

Durchmesser der Antriebswelle 5 zum Lagerabschnitt 11 hin steigt. An den Lagerabschnitt 10 schließt sich über einen Konus 19 ein zapfenartig ausgebildeter Abschnitt 20 als Kupplungselement an. Der in der Antriebswelle 5 ausgebildete Hohlraum 12 kann - wie in der Fig. 5 dargestellt - ebenfalls gestuft ausgeführt sein, so dass die Innenkontur 13 weitgehend der Außenkontur 14 der Antriebswelle 5 entspricht. Dadurch ist eine gleichmäßige Kraftverteilung im Betrieb der Hochdruckpumpe gewährleistet. Die Innenkontur 13 kann aber auch - wie in der Fig. 6 dargestellt - dem Kraftverlauf weitgehend angepasst sein. Die Innenkontur 13 weist demnach einen parabel- förmigen Verlauf auf.

Der Darstellung der Fig. 5 sind ferner Ausgleichsbohrungen 15 zu entnehmen, welche den Hohlraum 12 mit dem Triebwerksraum 9 verbinden und schräg durch einen stufenförmigen Absatz der Antriebswelle 5 geführt sind. Über die Ausgleichsbohrungen 15 findet ein Kraftstoffaustausch im Betrieb der Hochdruckpumpe statt, welche die Schmierung und/oder Kühlung der Wellenlager 6, 7 fördert.

Claims

5 Ansprüche

1. Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend wenigstens ein Pumpenelement (1) mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben (2), der0 über eine Stößelbaugruppe (3) an einem Nocken (4) einer Antriebswelle (5) abgestützt ist, welche über wenigstens ein erstes und ein zweites Wellenlager (6, 7) drehbar gelagert ist,

dadurch gekennzeichnet, dass beide Wellenlager (6, 7) in einem Gehäuseteil (8) der Hochdruckpumpe ausgebildet sind, wobei zwischen den beiden Wel-5 lenlagern (6, 7) ferner ein Triebwerksraum (9) zur Aufnahme des Nockens (4) der

Antriebswelle (5) in dem Gehäuseteil (8) ausgebildet ist.

2. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wellenlager (6, 7) einen Lager- o durchmesser besitzt, welcher ein Hindurchführen des Nockens (4) der Antriebswelle (5) ermöglicht.

3. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerdurchmesser der beiden Wellenla- 5 ger (6, 7) unterschiedlich groß gewählt sind und die Antriebswelle (5) Lagerabschnitte (10, 11) aufweist, deren Durchmesser den Lagerdurchmessern ange- passt sind, wobei vorzugsweise die Antriebswelle gestuft ausgeführt ist und/oder einen aufgesetzten Ring zur Ausbildung eines Lagerabschnittes (10, 1 1) mit vergrößertem Durchmesser besitzt.

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4. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei sich ein Hohlraum (12) vorzugsweise von einer Stirnseite der Antriebswelle (5) in axialer Richtung nach innen erstreckt.

5. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass der als Hohlwelle ausgebildete Teil der Antriebswelle (5) eine Innenkontur (13) besitzt, welche im Wesentlichen der Außenkontur (14) des Teils der Antriebswelle (5) entspricht oder ihr zumindest angenähert ist.

6. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass der als Hohlwelle ausgebildete Teil der Antriebswelle (5) wenigstens eine radial und/oder schräg verlaufende Ausgleichsbohrung (15) besitzt, die sich von der Innenkontur (13) bis an die Außenkontur (14) erstreckt, wobei vorzugsweise mehrere Ausgleichsbohrungen über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

7. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) sich mindestens bis in den Nocken (4) der Antriebswelle (5) hinein erstreckt und im Bereich des Nockens (4) eine Querschnittsform besitzt, welche im Wesentlichen der Querschnittsform des Nockens (4) angepasst ist.