WO2014135313A1 - Hochdruckpumpe für ein kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Hochdruckpumpe für ein kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a high-pressure pump for a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, having the features of the preamble of claim 1.
  • a high pressure pump of the aforementioned type is shown by way of example from the published patent application DE 10 2009 026 735 A1. It has three pump elements arranged around a drive shaft in a radial plane, the pump pistons of which are drivable in a reciprocating motion via a double cam connected to the drive shaft. Compared to a 2-piston pump, the proposed arrangement to eliminate the problem of quantity limitation.
  • the double cam has for this purpose two projections, which are arranged offset at an angle of 180 ° to each other.
  • two of the three pump elements are mirror-symmetrical, each arranged at an angular distance of 30 ° to the longitudinal axis of the double cam.
  • the angular distance of the third pump element with respect to the longitudinal axis of the double cam is 90 °.
  • each pump piston is over one
  • the present invention has for its object to provide a high-pressure pump of the aforementioned type, whose life is significantly increased.
  • the proposed high-pressure pump for a fuel injection system in particular a common rail injection system, comprises a pump housing in which at least two pump elements arranged radially around a drive shaft are accommodated.
  • each pump element has a pump piston which is indirectly supported via a plunger assembly on a cam of the drive shaft, so that the pump piston can be driven by a rotation of the drive shaft to a lifting movement.
  • the invention include
  • Plunger assemblies Rolls which lie axially relative to a longitudinal axis A of the drive shaft and with respect to their angular positions offset from one another on an outer peripheral surface of the cam. Due to the axial offset of the rollers, these do not run in succession but axially offset, preferably side by side, on the outer peripheral surface of the cam. The stress on the cam outer peripheral surface to friction and the associated wear can be significantly reduced in this way. For example, the stress and thus the wear in a high pressure pump with two pump elements whose pump piston via one
  • Plunger assembly are supported on the cam, halved when the rollers run side by side instead of one behind the other on the outer peripheral surface of the cam. This means that the running surfaces of the two rollers must not overlap. If this condition is met, the service life of the high pressure pump can be extended twice.
  • the cam be widened in accordance with the axial offset of the rollers. This may need to be considered when designing the pump housing of the high-pressure pump.
  • pump piston and plunger assemblies are generally coaxial with respect to a longitudinal axis of the pump element arranged to effect optimum power transmission. Therefore, in the present case of the axial offset or angular spacing of the rollers to each other is mentioned, this applies accordingly to the axial offset or angular distance of the pump piston or the pump elements to each other.
  • the axial offset of the rollers relative to one another in each case at least one roller width. In this way it is ensured that the running surfaces of the rollers do not overlap, but next to each other, possibly come to lie at a distance to each other.
  • the outer peripheral surface of the cam preferably has a width equal to the sum of the widths of the rollers or greater than the sum of the widths of the rollers.
  • the rollers of the plurality of ram assemblies are also offset with respect to their angular positions.
  • the angular offset ⁇ can be 60 °, 90 ° or 120 °.
  • the optimum angular offset depends, inter alia, on the specific design of the cam and / or the number of pump elements and thus the pump piston to be supported on the cam.
  • the angular offset makes it possible to drive the pump pistons of the plurality of pump elements in a lifting movement such that they each reach their top dead center with a time offset.
  • the cam may be formed as a double cam having two offset by 180 ° to each other arranged projections.
  • a double cam cam preferably two pump pistons are supported via a respective plunger assembly whose roles offset by 90 ° and lie in different radial planes.
  • the two pump elements of the double cam causes an opposite movement of the pump piston of the two pump elements. This means that one pump piston performs a delivery stroke and the other pump piston performs a suction stroke. With only one cam can be increased in this way the delivery of the high-pressure pump.
  • the cam In order to drive with a cam, in particular double cams, a plurality of axially offset from each other or arranged in different radial planes pump elements, the cam is preferably made wider.
  • the cam can also be designed in several parts, in particular in two parts. The several parts of the cam are then axially offset from each other, in particular next to each other, but arranged in the same angular position on the drive shaft.
  • At least two pump elements are accommodated in the pump housing, which are arranged in different radial planes and in an offset angular position.
  • Such a high pressure pump is particularly suitable for use in common rail injection systems.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of a high-pressure pump according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the high pressure pump of FIG. 1.
  • the high-pressure pump according to the invention shown in Figure 1 has a multi-part pump housing 1, in which two pump elements 3, 3 'are received, with respect to a longitudinal axis A of a drive shaft 2 in different radial planes, d. H. axially offset from one another, and are arranged in different angular positions.
  • the axial offset is a roller width b or b ', so that the rollers 7, 7' of the plunger assemblies 5, 5 'come to lie next to one another.
  • the two pump elements 3, 3 'offset by an angle ⁇ 90 ° to each other (see Figure 2).
  • Each pump element 3, 3 ' has a pump piston 4, 4', which is supported on an outer peripheral surface 8 of a cam 6 via a plunger assembly 5, 5 'or a roller 7, 7' of the respective plunger assembly 5, 5 '.
  • the pump pistons 4, 4 ' are thus driven in a stroke movement.
  • the cam 6 is formed as a 180 ° double cam (see Figure 2) and comprises two parts which are firmly connected.
  • a cam instead of a multi-part cam 6, a cam may be used which has a greater width a.
  • the width a of the illustrated two-part cam 6 in the present case corresponds to the sum of the widths b, b 'of the rollers 7, 7' (see FIG. 1).
  • Plunger assemblies 5, 5 ' have no overlapping running surfaces, the stress and thus the wear of the outer peripheral surface 8 of the cam 6 compared to a conventional two-piston pump with two arranged in a radial plane pump elements is reduced to half.
  • the long service life of the high-pressure pump according to the invention promises long running times, so that it is suitable not only for use in passenger cars, but also for use in commercial vehicles and trucks.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein Pumpengehäuse (1), in dem wenigstens zwei radial um eine Antriebswelle (2) angeordnete Pumpenelemente (3, 3') aufgenommen sind, wobei jedes Pumpenelement (3, 3') einen Pumpenkolben (4, 4') besitzt, der mittelbar über eine Stößelbaugruppe (5, 5') an einem Nocken (6) der Antriebswelle (2) abgestützt ist, so dass der Pumpenkolben (4, 4') durch eine Rotation der Antriebswelle (2) zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Erfindungsgemäß umfassen die Stößelbaugruppen (5, 5') Rollen (7, 7'), welche in Bezug auf eine Längsachse (A) der Antriebswelle (2) axial sowie hinsichtlich ihrer Winkellagen versetzt zueinander an einer Außenumfangsfläche (8) des Nockens (6) anliegen.

Description

Beschreibung Titel
Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .
Stand der Technik
Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 026 735 A1 hervor. Sie weist drei in einer Radialebene um eine Antriebswelle herum angeordnete Pumpenelemente auf, deren Pumpenkolben über einen mit der Antriebswelle verbundenen Doppelnocken in einer Hubbewegung antreibbar sind. Gegenüber einer 2-Stempel-Pumpe soll die vorgeschlagene Anordnung das Problem der Mengenbegrenzung beseitigen. Der Doppelnocken weist hierzu zwei Vorsprünge auf, die in einem Winkel von 180° zueinander versetzt angeordnet sind. In Bezug auf eine durch den Doppelnocken gelegte Längsachse sind zwei der drei Pumpenelemente spiegelsymmetrisch, jeweils in einem Winkelabstand von 30° zur Längsachse des Doppelnockens angeordnet. Der Winkelabstand des dritten Pumpenelements in Bezug auf die Längsachse des Doppelnockens beträgt 90°.
Um die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Hubbewegung der Pumpenkol- ben der Pumpenelemente umzuwandeln, ist jeder Pumpenkolben über einen
Rollenstößel an der Außenumfangsfläche des Doppelnockens abgestützt. Durch die drei nacheinander auf der Außenumfangsfläche des Doppelnockens ablaufenden Rollen der Rollenstößel wird jedoch der Verschleiß des Doppelnockens erhöht. In der Folge verkürzt sich die Lebensdauer der Hochdruckpumpe. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art anzugeben, deren Lebensdauer deutlich erhöht ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Hochdruckpumpe sind in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfasst ein Pumpengehäuse, in dem wenigstens zwei radial um eine Antriebswelle angeordnete Pumpenelemente aufgenommen sind. Dabei besitzt jedes Pumpenelement einen Pumpenkolben, der mittelbar über eine Stößelbaugruppe an einem Nocken der Antriebswelle abgestützt ist, so dass der Pumpenkolben durch eine Rotation der Antriebswelle zu einer Hubbewegung antreibbar ist. Erfindungsgemäß umfassen die
Stößelbaugruppen Rollen, welche in Bezug auf eine Längsachse A der Antriebswelle axial sowie hinsichtlich ihrer Winkellagen versetzt zueinander an einer Au- ßenumfangsfläche des Nockens anliegen. Durch den axialen Versatz der Rollen laufen diese nicht hintereinander, sondern axial versetzt, vorzugsweise nebeneinander, auf der Außenumfangsfläche des Nockens ab. Die Beanspruchung der Nockenaußenumfangsfläche auf Reibung sowie der damit einhergehende Verschleiß können auf diese Weise deutlich gemindert werden. Beispielsweise kann die Beanspruchung und damit der Verschleiß bei einer Hochdruckpumpe mit zwei Pumpenelementen, deren Pumpenkolben über jeweils eine
Stößelbaugruppe am Nocken abgestützt sind, halbiert werden, wenn die Rollen nebeneinander statt hintereinander auf der Außenumfangsfläche des Nockens ablaufen. Das heißt, dass sich die Laufflächen der beiden Rollen nicht überlappen dürfen. Ist diese Voraussetzung gegeben, kann die Lebensdauer der Hochdruckpumpe um das Doppelte verlängert werden.
Um weiterhin einen optimalen Reibkontakt der Rollen mit dem Nocken sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass der Nocken entsprechend dem axialen Versatz der Rollen verbreitert wird. Dies gilt es ggf. bei der Auslegung des Pumpengehäuses der Hochdruckpumpe zu berücksichtigen. Die Anforderungen, die vorliegend hinsichtlich der Lage und Anordnung der Rollen gestellt werden, gelten analog im Hinblick auf die Lage und Anordnung der Pumpenkolben der Pumpenelemente bzw. der Pumpenelemente selbst. Denn Pumpenkolben und Stößelbaugruppen sind in der Regel koaxial in Bezug auf eine Längsachse des Pumpenelementes angeordnet, um eine optimale Kraftübertragung zu bewirken. Sofern daher vorliegend vom axialen Versatz oder Winkelabstand der Rollen zueinander die Rede ist, trifft dies entsprechend auf den axialen Versatz oder Winkelabstand der Pumpenkolben bzw. der Pumpenelemente zueinander zu.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der axiale Versatz der Rollen zueinander jeweils wenigstens eine Rollenbreite. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Laufflächen der Rollen nicht überlappen, sondern nebeneinander, ggf. in einem Abstand zueinander zu liegen kommen.
Dadurch, dass sich die Laufflächen der Rollen nicht überlappen, kann die Beanspruchung und damit der Verschleiß im Bereich der Nockenaußenumfangsfläche auf ein Minimum reduziert werden. Die Außenumfangsfläche des Nockens besitzt bevorzugt eine Breite, die gleich der Summe der Breiten der Rollen oder größer als die Summe der Breiten der Rollen ist. Bei entsprechender Ausbildung des Nockens können die Rollen über ihre gesamte Breite am Nocken abgestützt werden, ohne dass sich ihre Laufflächen überschneiden. Dadurch ist nicht nur eine Reduzierung des Verschleißes im Bereich der Nockenaußenumfangsfläche, sondern ferner eine optimale Ab¬
Stützung der Rollen sichergestellt.
Wie bereits erwähnt, liegen die Rollen der mehreren Stößelbaugruppen auch im Hinblick auf ihre Winkellagen versetzt zueinander. Der Winkelversatz α kann da- bei 60°, 90° oder 120° betragen. Der optimale Winkelversatz hängt unter anderem von der konkreten Ausbildung des Nockens und/oder der Anzahl der Pumpenelemente und damit der am Nocken abzustützenden Pumpenkolben ab. Der Winkelversatz ermöglicht, die Pumpenkolben der mehreren Pumpenelemente derart in einer Hubbewegung anzutreiben, dass sie jeweils zeitlich versetzt ihren oberen Totpunkt erreichen. Beispielsweise kann der Nocken als Doppelnocken ausgebildet sein, der zwei um 180° versetzt zueinander angeordnete Vorsprünge besitzt. An einem solchen Doppelnocken Nocken sind vorzugsweise zwei Pumpenkolben über jeweils eine Stößelbaugruppe abgestützt, deren Rollen um 90° versetzt sowie in unterschiedlichen Radialebenen liegen. Bei entsprechender Anordnung der beiden Pumpenelemente bewirkt der Doppelnocken eine gegenläufige Bewegung der Pumpenkolben der beiden Pumpenelemente. D. h., dass der eine Pumpenkolben einen Förderhub und der andere Pumpenkolben einen Saughub ausführen. Mit nur einem Nocken kann auf diese Weise die Förderleistung der Hochdruckpumpe erhöht werden.
Um mit einem Nocken, insbesondere Doppelnocken, mehrere axial versetzt zueinander bzw. in unterschiedlichen Radialebenen angeordnete Pumpenelemente anzutreiben, wird der Nocken vorzugsweise breiter ausgeführt. Alternativ hierzu kann der Nocken jedoch auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein. Die mehreren Teile des Nockens sind dann axial versetzt zueinander, insbesondere nebeneinander, jedoch in gleicher Winkellage auf der Antriebswelle angeordnet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind im Pumpengehäuse wenigstens zwei Pumpenelemente aufgenommen, die in unterschiedlichen radialen Ebenen und in versetzter Winkellage angeordnet sind. Eine solche Hochdruckpumpe eignet sich insbesondere für den Einsatz in Common- Rail-Einspritzsystemen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe und
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Hochdruckpumpe der Figur 1 . Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in Fig.1 dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse 1 auf, in dem zwei Pumpenelemente 3, 3' aufgenommen sind, die in Bezug auf eine Längsachse A einer Antriebswelle 2 in unterschiedlichen Radialebenen, d. h. axial versetzt zueinander, und in unterschiedlichen Winkellagen angeordnet sind. Der axiale Versatz beträgt eine Rollenbreite b bzw. b', so dass die Rollen 7, 7' der Stößelbaugruppen 5, 5' nebeneinander zu liegen kommen. Hinsichtlich ihrer Winkellagen sind die beiden Pumpenelemente 3, 3' um einen Winkel α = 90° versetzt zueinander angeordnet (siehe Figur 2).
Jedes Pumpenelement 3, 3' weist einen Pumpenkolben 4, 4' auf, der über eine Stößelbaugruppe 5, 5' bzw. eine Rolle 7, 7' der jeweiligen Stößelbaugruppe 5, 5' an einer Außenumfangsfläche 8 eines Nockens 6 abgestützt ist. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle werden die Pumpenkolben 4, 4' somit in einer Hubbewegung angetrieben.
Der Nocken 6 ist als 180°-Doppelnocken ausgebildet (siehe Figur 2) und umfasst zwei Teile, die fest verbunden sind. Alternativ kann anstelle eines mehrteiligen Nockens 6 auch ein Nocken verwendet werden, der eine größere Breite a besitzt. Die Breite a des dargestellten zweiteiligen Nockens 6 entspricht vorliegend der Summe der Breiten b, b' der Rollen 7, 7' (siehe Figur 1 ).
Die Anordnung der beiden Pumpenelemente 3, 3' in unterschiedlichen Radialebenen und Winkellagen hat zur Folge, dass eine 2-Stempel-Pumpe geschaffen wird, die eine doppelt so hohe Lebendauer wie eine herkömmliche 2-Stempel- Pumpe aufweist. Denn dadurch, dass die Rollen 7, 7' der beiden
Stößelbaugruppen 5, 5' keine sich überlappende Laufflächen aufweisen, wird die Beanspruchung und damit der Verschleiß der Außenumfangsfläche 8 des Nockens 6 gegenüber einer herkömmlichen 2-Stempel-Pumpe mit zwei in einer Radialebene angeordneten Pumpenelementen auf die Hälfte reduziert.
Die hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe verspricht lange Laufzeiten, so dass sie nicht nur für den Einsatz in Personenkraftwagen, sondern ferner für den Einsatz in Nutz- und Lastkraftwagen geeignet ist.

Claims

Ansprüche
1 . Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Com- mon-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein Pumpengehäuse (1 ), in dem wenigstens zwei radial um eine Antriebswelle (2) angeordnete Pumpenelemente (3, 3') aufgenommen sind, wobei jedes Pumpenelement (3, 3') einen Pumpenkolben (4, 4') besitzt, der mittelbar über eine Stößelbaugruppe (5, 5') an einem Nocken (6) der Antriebswelle (2) abgestützt ist, so dass der Pumpenkolben (4, 4') durch eine Rotation der Antriebswelle (2) zu einer Hubbewegung antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelbaugruppen (5, 5') Rollen (7, 7') umfassen, welche in Bezug auf eine Längsachse (A) der Antriebswelle (2) axial sowie hinsichtlich ihrer Winkellagen versetzt zueinander an einer Au- ßenumfangsfläche (8) des Nockens (6) anliegen.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Versatz der Rollen (7, 7') zueinander jeweils wenigstens eine Rollenbreite (b, b') beträgt.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (8) des Nockens (6) eine Breite (a) besitzt, die gleich der Summe der Breiten (b, b') der Rollen (7, 7') oder größer als die Summe der Breiten (b, b') der Rollen (7, 7') ist.
4. Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz (a) der Rollen (7, 7') zueinander 60°, 90° oder 120° beträgt. Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (6) als Doppelnocken ausgebildet ist, der zwei um 180° versetzt zueinander angeordnete Vorsprünge besitzt.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (6) mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise wenigstens zwei Teile axial versetzt zueinander und in gleicher Winkellage auf der Antriebswelle (2) angeordnet sind.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpengehäuse (1 ) wenigstens zwei Pumpenelemente (3, 3') aufgenommen sind, die in unterschiedlichen radialen Ebenen und in versetzter Winkellage angeordnet sind.
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