DE10313745A1

DE10313745A1 - Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10313745A1
Application number: DE2003113745
Authority: DE
Inventors: Siegfried Haberland
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-07

Abstract

Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse (10) auf, in dem eine Antriebswelle (12) drehbar gelagert ist, die einen exzentrisch zu ihrer Drehachse (13) ausgebildeten Wellenabschnitt (16) aufweist, auf dem ein Ring (18) gleitend gelagert ist. Im Gehäuse (10) sind mehrere Pumpenelemente (14) angeordnet, die jeweils einen Pumpenkolben (20) aufweisen, der durch den Ring (18) zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetrieben wird, wobei der Ring über den Umfang des Wellenabschnitts (16) in mehrere Ringsegmente (18) unterteilt ist und jedem Pumpenkolben (20) ein Ringsegment (18) zugeordnet ist. Die in Umfangsrichtung zwischen den Ringsegmenten (18) vorhandenen Spalten (40) sind so ausgebildet, dass eine hydrodynamische Schmierung der Lagerung der Ringsegmente (18) auf dem Wellenabschnitt (16) ermöglicht ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Hochdruckpumpe ist durch die DE 198 29 548 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle weist einen exzentrisch zu ihrer Drehachse ausgebildeten Wellenabschnitt auf, auf dem ein Ring gleitend gelagert ist. Im Gehäuse sind mehrere Pumpenelemente angeordnet, die jeweils einen Pumpenkolben aufweisen, der zumindest mittelbar durch den Ring in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Pumpenkolben können sich dabei über Stößel am Ring abstützen. Der Ring ist über den Umfang der Antriebswelle in mehrere Ringsegmente unterteilt, wobei jedem Pumpenkolben ein Ringsegment zugeordnet ist. Die Ringsegmente können sich dabei in Umfangsrichtung frei an den jeweiligen Pumpenkolben oder den zwischen dem jeweiligen Pumpenkolben und dem Ringsegment angeordneten Stößel, über den sich der Pumpenkolben am Ringsegment abstützt, anpassen und ermöglichen dadurch einen geringen Verschleiß der Ringsegmente und der Pumpenkolben bzw. der Stößel im Bereich der Anlage zwischen Ringsegmenten und Pumpenkolben bzw. Stößel. Nachteilig ist jedoch, dass die Ringsegmente in Umfangsrichtung mit großem Abstand voneinander angeordnet sind, wodurch die Schmierung der Lagerung der Ringsegmente auf dem Wellenabschnitt verschlechtert wird und damit ein erhöhter Verschleiß des Wellenabschnitts und/oder der Ringsegmente auftreten kann.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Verschleiß der Lagerung der Ringsegmente auf dem Wellenabschnitt gering gehalten werden kann.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise eine hydrodynamische Schmierung der Lagerung. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine weitere Verbesserung der hydrodynamischen Schmierung. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine Gewichtsreduzierung der Ringsegmente und damit eine Entlastung der Lagerung. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 4 und 5 ermöglicht eine Verbindung der Ringsegmente unter Beibehaltung einer Bewegung der Ringsegmente in Umfangsrichtung zueinander. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 7 und 8 ermöglicht einen Zusammenhalt der Ringsegmente auf dem Wellenabschnitt. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 9 ermöglicht eine Änderung der Winkellage der Ringsegmente auch bezüglich einer Radialebene des Wellenabschnitts und damit eine weiter verbesserte Anpassung der Ausrichtung der Ringsegmente zumindest mittelbar zu den Pumpenkolben.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Hochdruckpumpe in einem Länsschnitt, 2 die Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang Linie II-II in 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 3 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise im Querschnitt gemäß einer modifizierten Ausführung, 4 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise im Querschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 5 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise in einem Längsschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 6 die Hochdruckpumpe ausschnittsweise in einem Längsschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und 7 die Hochdruckpumpe gemäß einer gegenüber 6 modifizierten Ausführung.

In den 1 bis 7 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Durch die Hochdruckpumpe wird dabei Kraftstoff unter Hochdruck von bis über 2000 bar gefördert, beispielsweise in einen Speicher 8, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Hochdruckpumpe ist als Radialkolbenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäuse 10 auf, in dem eine Antriebswelle 12 um eine Achse 13 drehbar gelagert ist. Im Gehäuse 10 sind mehrere, beispielsweise drei Pumpenelemente 14 angeordnet, die durch die Antriebswelle 12 angetrieben werden. Die Antriebswelle 12 weist einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 13 ausgebildeten Wellenabschnitt 16 auf, auf dem mehrere Ringsegmente 18 drehbar gelagert sind. Die Pumpenelemente 14 weisen jeweils einen Pumpenkolben 20 auf, der in einer zumindest annähernd radial zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 verlaufenden Zylinderbohrung 22 verschiebbar dicht geführt ist. Der Pumpenkolben 20 jedes Pumpenelements 14 stützt sich über einen Stößel 24 an jeweils einem Ringsegment 18 ab. Der Stößel 24 ist dabei jeweils in einer Bohrung 26 im Gehäuse 10 zumindest annähernd koaxial zum Pumpenkolben 20 verschiebbar geführt. Der Pumpenkolben 20 wird mit seinem Kolbenfuß 21 durch eine Feder 28, die sich einerseits am Gehäuse 10 und andererseits über einen Federteller 23 am Kolbenfuß 21 abstützt, in Anlage am Stößel 24 gehalten und der Stößel 24 wird durch die Feder 28 in Anlage am Ringsegment 18 gehalten. Jedes Ringsegment 18 weist an seiner Aussenseite eine Abflachung 19 auf, an der der jeweilige Stößel 24 anliegt. Die Abflachung 19 weist eine zumindest annähernd ebene Fläche auf und der Stößel 24 weist der Abflachung 19 zugewandt eine zumindest annähernd ebene Anlagefläche auf.
Durch den jeweiligen Pumpenkolben 20 wird ein Pumpenarbeitsraum 30 begrenzt, der durch ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 32 mit einer Kraftstoffzuführung verbindbar ist, in der Niederdruck herrscht. Der Pumpenarbeitsraum 30 ist außerdem durch ein zum Speicher hin öffnendes Auslassventil 34 mit dem Speicher 8 verbindbar. Bei der Rotation der Antriebswelle 12 wird der Pumpenkolben 20 über den exzentrischen Wellenabschnitt 16 der Antriebswelle 12 und das jeweilige Ringsegment 18 in einer Hubbewegung angetrieben. Wenn der Pumpenkolben 20 sich radial nach innen bewegt, so führt dieser einen Saughub aus, wobei das Einlassventil 32 geöffnet ist, so dass Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 30 einströmt, während das Auslassventil 34 geschlossen ist. Wenn der Pumpenkolben 20 sich radial nach außen bewegt, so führt dieser einen Förderhub aus, wobei das Einlassventil 32 geschlossen ist und der vom Pumpenkolben 20 verdichtete Kraftstoff durch das geöffnete Auslassventil 34 unter hohem Druck in den Speicher 8 gelangt.
In 2 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zwischen den Ringsegmenten 18 ist in Umfangsrichtung des Wellenabschnitts 16, auf dem diese angeordnet sind, jeweils ein Spalt 40 vorhanden. Die Breite dieses Spalts 40 ist einerseits so gross, dass die Ringsegmente 18 sich unabhängig voneinander zu den Stößeln 24 derart ausrichten können, dass eine flächige Anlage jedes Stößels 24 an der Abflachung 19 des diesem zugeordneten Ringsegments 18 sichergestellt ist. Andererseits ist der Spalt 40 so gering gewählt, dass in der Lagerung der Ringsegmente 18 auf dem Wellenabschnitt 16 eine hydrodynamische Schmierung sichergestellt ist. Die Ringsegmente 18 können dabei direkt auf dem Wellenabschnitt 16 gelagert sein oder über eine zwischen den Ringsegmenten 18 und dem Wellenabschnitt 16 angeordnete Lagerschale. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Wellenabschnitt 16 und/oder die Ringsegmente 18 an ihren Anlageflächen mit einer Beschichtung aus einem Material mit günstigen Gleiteigenschaften versehen sind. Bei der Rotation der Antriebswelle 12 bewegen sich die Pumpenkolben 20 durch den exzentrischen Wellenabschnitt 16 bewirkt abwechselnd in radialer Richtung nach aussen und nach innen, wobei sich die Ringsegmente 18 nicht mit der Antriebswelle 12 mitdrehen, sondern durch die sich an diesen abstützenden Stößeln 24 festgehalten werden. Die Ringsegmente 18 sind alle identisch ausgebildet und können vorzugsweise aus einem Strangprofil hergestellt sein.
Die Ringsegmente 18 können, wie in 2 dargestellt, im Bereich der Abflachungen 19 eine grössere Erstreckung in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse 17 des Wellenabschnitts 16 aufweisen als in deren zu den angrenzenden Ringsegmenten hin gerichteten Bereichen. Für die Ringsegmente 18 ergeben sich dann wie in 2 dargestellt zwischen den Abflachungen 19 gegenüber einem vollen Ringquerschnitt beispielsweise konkave Vertiefungen. Hierdurch wird die Masse der Ringsegmente 18 verringert und damit das Gewicht der Hochdruckpumpe sowie die Belastung der Lagerung reduziert. Außerdem wird eine höhere Sicherheit gegen ein Abspringen der Ringsegmente 18 vom Wellenabschnitt 16 sowie gegen ein Abspringen der Pumpenkolben 20 von den Ringsegmenten 18 erreicht.
In 3 ist die Hochdruckpumpe gemäß einer gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel modifizierten Ausführung dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau der Hochdruckpumpe ist gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Ringsegmente 118 hier derart ausgebildet sind, dass diese sich in Umfangsrichtung teilweise überlappen, jedoch eine Bewegung der Ringsegmente 118 in Umfangsrichtung unabhängig voneinander ermöglicht ist. Jedes Ringsegment 118 überlappt dabei ein an einer Seite benachbartes Ringsegment 118 mit einem in der Dicke verringerten äusseren Mantelabschnitt 118a, wobei das benachbarte Ringsegment 118 im überlappenden Bereich ebenfalls einen in der Dicke verringerten inneren Mantelabschnitt 118 aufweist. Der in Umfangsrichtung zwischen den Ringsegmenten 118 vorhandene Spalt 40 verläuft dabei nicht radial durchgehend vom Wellenabschnitt 16 nach aussen zwischen den Ringsegmenten 118 sondern infolge der sich überlappenden Mantelabschnitte 118a, 118b labyrinthartig. Hierdurch wird die hydrodynamische Schmierung der Ringsegmente 118 auf dem Wellenabschnitt 16 verbessert, da ein Durchtritt von Kraftstoff vom Wellenabschnitt 16 nach aussen zwischen den Ringsegmenten 118 hindurch erschwert ist. Die Ringsegmente 118 sind auch bei dieser Ausführung vorzugsweise alle identisch ausgebildet und können aus einem Strangprofil hergestellt sein.
In 4 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau wiederum gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist. Die Ringsegmente 218 überlagern sich dabei in Umfangsrichtung teilweise wie bei der Ausführung gemäß 3, sind jedoch zusätzlich ineinander verhakt. Jedes Ringsegment 218 weist dabei an seinen dem benachbarten Ringsegment 218 zugewandten Umfangsseite einen L-förmig ausgebildeten Haken 218a, 218b auf. An einer Umfangsseite des Ringsegments 218 weist der Haken 218a mit seinem freien Ende radial nach innen und an der anderen Umfangsseite weist der Haken 218b mit seinem freien Ende radial nach aussen. Jedes Ringsegment 218 übergeift mit seinem Haken 218a den Haken 218b des diesem benachbarten Ringsegments 218, wobei in Umfangsrichtung durch den zwischen den Ringsegmenten 218 vorhandenen Spalt 40 eine Bewegung der Ringsegmente 218 unabhängig voneinander möglich ist. Die Ringsegmente 218 sind alle identisch ausgebildet und können aus einem Strangprofil hergestellt werden.
In 5 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau wiederum gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Die Ringsegmente 318 können dabei wie in den 2 bis 4 dargestellt ausgebildet sein und sind durch wenigstens ein diese umspannendes ringförmiges Halteelement 350 auf dem Wellenabschnitt 16 zusammengehalten. Die Ringsegmente 318 weisen dabei an wenigstens einer in Richtung der Mittelachse 17 des Wellenabschnitts 16 weisenden Seite einen Vorsprung 352 auf, der mit geringerem radialem Abstand vom Wellenabschnitt 16 angeordnet ist als die Abflachung 19 des jeweiligen Ringsegments 318. Die Vorsprünge 352 der Ringsegmente 318 bilden bei auf dem Wellenabschnitt 16 angeordneten Ringsegmenten 318 zumindest annähernd einen Kreisquerschnitt, den das ringförmig ausgebildete Halteelement 350 umspannt. Der Halterring 350 kann im Querschnitt wie in 5 links dargestellt rechteckig ausgebildet sein oder wie in 5 rechts dargestellt im Querschnitt rund ausgebildet sein. Die Vorsprünge 352 können wie in 5 rechts dargestellt jeweils eine nutartige Vertiefung 353 aufweisen, in der das Halteelement 350 angeordnet und dadurch gegen ein Abrutschen an den Ringsegmenten 318 gesichert sein. Vorzugsweise weisen die Ringsegmente 318 wie in 5 dargestellt an beiden Seiten jeweils einen Vorsprung 352 auf und es ist auf beiden Seiten der Ringsegmente 318 jeweils ein die Vorsprünge 352 umspannendes Halteelement 350 angeordnet. Das Halteelement 350 ist vorzugsweise als federnder Ring ausgebildet und hält die Ringsegmente 318 auf dem Wellenabschnitt 16 unter Vorspannung zusammen. Die Ringsegmente 318 können sich dabei trotz des Halteelements 350 in Umfangsrichtung infolge der zwischen diesen vorhandenen Spalte unabhängig voneinander bewegen.
In 6 ist die Hochdruckpumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau mit den separaten Ringsegmenten 418 gleich ist wie bei einer der vorstehenden beschriebenen Ausführungen der Hochdruckpumpe. Beim vierten Ausführungsbeispiel ist die Aussenseite des Wellenabschnitts 416 in dessen Mittelachse 417 enthaltenden Längsschnitten nach aussen konvex gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung zumindest annähernd durch einen Radius R gebildet ist. Entsprechend ist die am Wellenabschnitt 416 anliegende Innenseite der Ringsegmente 418 in die Mittelachse 417 des Wellenabschnitts 416 enthaltenden Längsschnitten konkav gekrümmt ausgebildet mit zumindest annähernd demselben Krümmungsradius wie der Wellenabschnitt 416. Durch diese Ausbildung des Wellenabschnitts 416 und der Ringsegmente 418 können sich die Ringsegmente 418 nicht nur in Umfangsrichtung unabhängig voneinander frei ausrichten sondern auch in ihrer Winkellage bezüglich einer Radialebene 454 zum Wellenabschnitt 416. Hierdurch wird auch im Längsschnitt wie in 6 dargestellt eine flächige Anlage der Stößel 24 an den Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 sichergestellt, auch wenn die Anlageflächen der Stößel 24 und/oder die Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht exakt senkrecht zur Radialebene 454 des Wellenabschnitts 416 liegen. Die Ringsegmente 418 können sich dabei in ihrer Winkelstellung unabhängig voneinander so einstellen, dass sich eine flächige Anlage der Stößel 24 ergibt, wodurch ein weiter verringerter Verschleiß der Stößel 24 und der Ringsegmente 418 erreicht wird.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungen der Hochdruckpumpe können die Stößel 24 auch entfallen, wobei sich dann wie in 7 dargestellt die Pumpenkolben 420 direkt mit ihren Kolbenfüßen 421 an den Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 abstützen. Die Bohrungen 26 im Gehäuse 10 zur Führung der Stößel 24 können dabei ebenfalls entfallen, wodurch die Fertigung der Hochdruckpumpe vereinfacht wird. Insbesondere die Ausbildung der Hochdruckpumpe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel mit der schwenkbaren Lagerung der Ringsegmente 418 auf dem Wellenabschnitt 416 ermöglicht eine Ausrichtung der Ringsegmente 418 zu den Kolbenfüßen 421 derart, dass die Kolbenfüße 21 flächig an den Abflachungen 419 der Ringsegmente 418 anliegen und sich dadurch ein geringer Verschleiß ergibt.

Claims

Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (10), mit einer im Gehäuse (10) drehbar gelagerten Antriebswelle (12), die einen exzentrisch zu ihrer Drehachse (13) ausgebildeten Wellenabschnitt (16; 416) aufweist, auf dem ein Ring (18; 118; 218; 318; 418) gleitend gelagert ist, mit mehreren im Gehäuse (10) angeordneten Pumpenelementen (14), die jeweils einen Pumpenkolben (20; 420) aufweisen, der durch den Ring (18; 118; 218; 318; 418) zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetrieben wird, wobei der Ring über den Umfang des Wellenabschnitts (16; 416) in mehrere Ringsegmente (18; 118; 218; 318; 418) unterteilt ist und jedem Pumpenkolben (20; 420) ein Ringsegment (18; 118; 218; 318; 418) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung zwischen den Ringsegmenten (18; 118; 218; 318; 418) vorhandenen Spalte (40) so ausgebildet sind, dass eine hydrodynamische Schmierung der Lagerung der Ringsegmente (18; 118; 218; 318; 418) auf dem Wellenabschnitt (16; 416) ermöglicht ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ringsegmente (118; 218) in Umfangsrichtung teilweise überlappen.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ringsegmenten (118; 218) labyrinthartige Spalte gebildet sind.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung der Ringsegmente (18) in Bereichen, in denen diese aneinandergrenzen geringer ist als in Bereichen (19), in denen sich die Pumpenkolben (20; 420) zumindest mittelbar an den Ringsegmenten (18) abstützen.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ringsegmente (218) ineinander verhakt sind, derart, dass eine Bewegung der Ringsegmente (218) in Umfangsrichtung unabhängig voneinander ermöglicht ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ringsegment (218) an seinen beiden Umfangsseiten jeweils einen L-förmig ausgebildeten Haken (218a, 218b) aufweist und mit einem Haken (218a) einen Haken (218b) eines benachbarten Ringsegments (218) übergreift.
Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente (318) mittels wenigstens eines diese umspannenden Halteelements (350) auf dem exzentrischen Wellenabschnitt (16) gehalten sind.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteelement (350) als ein federnder Ring ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des exzentrischen Wellenabschnitts (416) in dessen Mittelachse (417) enthaltenden Längsschnitten konvex gewölbt ausgebildet ist und dass die Innenseiten der Ringsegmente (418), mit denen diese an der Aussenseite des Wellenabschnitts (416) anliegen, entsprechend konkav gewölbt ausgebildet sind.
Hochdruckpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pumpenkolben (420) direkt mit ihren Kolbenfüßen (21) an den Ringsegmenten (418) abstützen.