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Title:
HIGH PRESSURE FUEL PUMP HAVING AN AXIAL BEARING ON THE CAMSHAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/143209
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a high pressure pump (1) for a fuel injection device of an internal combustion engine, which has a power unit (25) arranged in a housing (2) having a drive shaft (3) having at least one cam (4) and mounted via an axial bearing in the housing (2) and a plunger assembly (22), and at least one pump piston (7), which is driven by the rotation of the drive shaft (3) around a rotation axis (21) via the at least one cam (4) arranged on the drive shaft (3) and the plunger assembly (22) arranged on the at least one pump piston (7) in a stroke movement in a substantially radial direction to the rotation axis (21) of the drive shaft (3), wherein the axial bearing is designed as an axial slide bearing (27, 27').

Inventors:
DUTT ANDREAS (DE)
GREINER MATTHIAS (DE)
Application Number:
EP2012/055297
Publication Date:
October 26, 2012
Filing Date:
March 26, 2012
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
DUTT ANDREAS (DE)
GREINER MATTHIAS (DE)
International Classes:
F02M59/10; F02M59/44; F04B1/04; F16C17/04
Domestic Patent References:
WO2008113625A12008-09-25
Foreign References:
DE3025876A11981-02-05
EP0038602A11981-10-28
DE1675076A11970-10-29
DE102008043429A12010-05-06
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche ein in einem Gehäuse (2) angeordnetes Triebwerk (25) mit einer mit zumindest einem Nocken (4) versehenen und über ein Axiallager in dem Gehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (3) und einer Stößelbau- gruppe (22) und zumindest einen Pumpenkolben (7) aufweist, welcher durch die Drehung der Antriebswelle (3) um eine Drehachse (21) herum über den zumindest einen an der Antriebswelle (3) angeordneten Nocken (4) und die an dem zumindest einen Pumpenkolben (7) angeordnete Stößelbaugruppe (22) in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu der Drehachse (21) der Antriebswelle (3) angetrieben wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Axiallager als Axialgleitlager (27, 27') ausgebildet ist.

2. Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Axialgleitlager ein hydrodynamisches Axialgleitlager (27, 27') ist.

Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

an dem Axialgleitlager (27, 27') zumindest eine erste Lagerfläche (28, 28'), insbesondere ein erster ringförmiger Anlaufbund (35, 35'), mit einer Vielzahl von Kanälen (31) ausgebildet ist, welche von einem Schmiermittel, insbesondere von Schmieröl oder Kraftstoff, während der Drehung der Antriebswelle (3) durchströmbar sind.

Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zumindest eine erste Lagerfläche (28, 28') an dem Nocken (4) ausgebildet ist. Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

an dem Axialgleitlager (27, 27') zumindest eine zweite Lagerfläche (29, 29'), insbesondere ein zweiter ringförmiger Anlaufbund (36, 36'), mit einer Vielzahl von Kanälen (31) ausgebildet ist, welche von dem Schmiermittel, insbesondere von Schmieröl oder Kraftstoff, während der Drehung der Antriebswelle (3) durchströmbar sind.

Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zumindest eine zweite Lagerfläche (29, 29') an dem Gehäuse (2) ausgebildet ist.

Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

die Vielzahl von Kanälen (31) jeweilige Kanäle (31) aufweist, welche im Wesentlichen keilförmig ausgebildet sind, wobei die jeweiligen Kanäle (31) jeweilige Spalte bilden, deren Breite im μΓΤΐ-Bereich liegt.

Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

in dem ersten ringförmigen Anlaufbund (35, 35') eine Vielzahl von radialen Bohrungen (34) vorgesehen ist, welche im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl von Kanälen (31) ausgebildet sind.

Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

in dem zweiten ringförmigen Anlaufbund (36, 36') eine Vielzahl von radialen Bohrungen (34) vorgesehen ist, welche im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl von Kanälen (31) ausgebildet sind.

Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass

die Hochdruckpumpe (1) als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist.

Description:
KRAFTSTOFF -HOCHDRUCKPUMPE MIT AXIALLAGER AN DER NOCKENWELLE

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Im Stand der Technik werden für Common Rail Systeme unter anderem Radialkolbenpumpen zum Aufbau des Hochdrucks in einem Hochdruckspeicher des Common Rail Systems verwendet. Die Radialkolbenpumpen können eines oder mehrere Pumpenelemente mit jeweiligen Pumpenkolben aufweisen, welche von einer Antriebswelle mittelbar beispielsweise über einen Nocken in eine Hubbewegung versetzt werden, um einen Saughub, während welchem Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe eingesaugt wird, und einen Druckhub auszuführen, in welchem der angesaugte Kraftstoff komprimiert wird und an den Hochdruckspeicher des Common Rail Systems ausgegeben wird.

Beispielsweise ist in DE 10 2008 043 429 A1 eine Radialkolbenpumpe mit einem Nockenwellenantrieb beschrieben. Hierbei ist in einem Pumpengehäuse eine Antriebswelle drehbar gelagert. Die Antriebswelle weist zwischen zwei Lagerbuchsen eine Nockenbahn auf, die einen Pumpenkolben in einer Hubbewegung antreibt. 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. Die Antriebswelle ist darüber hinaus in zwei als Lagerbuchsen ausgebildeten Axiallagern drehbar gelagert. Die Kraftübertragung zwischen dem Pumpenkolben und der Antriebswelle erfolgt dabei über ein hydrodynamisches Gleitlager, welches sich aufgrund der hohen Drehzahl der Laufrolle zwischen der Laufrolle und dem Rollenschuh einer Stößelbaugruppe ausbildet.

Bei den oben beschriebenen bekannten Hochdruckpumpen können durch Schräglauf der Laufrolle auf dem Nocken axiale Kräfte auf die Antriebswelle entstehen. Diese Kräfte werden am Gehäuseanlaufbund von der Antriebswelle auf das Gehäuse der Hochdruckpumpe übertragen. Um dabei mögliche Schäden zu vermeiden, müssen für die Axiallager einer so ausgestalteten Hochdruckpumpe hochwertige und damit sehr teure Lagerwerkstoffe eingesetzt werden.

Daher ist es erforderlich, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, bei der einfachere und somit kostengünstigere Lagerwerkstoffe einsetzbar sind.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche ein in einem Gehäuse angeordnetes Triebwerk mit einer mit zumindest einem Nocken versehenen und über ein Axiallager in dem Gehäuse gelagerten Antriebswelle und einer Stößelbaugruppe, und zumindest einen Pumpenkolben aufweist, welcher durch die Drehung der Antriebswelle um eine Drehachse herum über den zumindest einen an der Antriebswelle angeordneten Nocken und die an dem Pumpenkolben angeordnete Stößelbaugruppe in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu der Drehachse der Antriebswelle angetrieben wird, wobei das Axiallager als Axialgleitlager ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration ist es möglich, einfache Werkstoffe einzusetzen, da die Lagerfläche des Axiallagers gestaltet ist, um bei Rotation der Antriebswelle ein hydrodynamisches Axialgleitlager auszubilden. Dabei ist es darüber hinaus vorteilhaft, dass die zu übertragenden Kräfte sowie die hydrodynamischen Kräfte drehzahlabhängig sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Axialgleitlager ein hydrodynamisches Axialgleitlager. Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist an dem Axialgleitlager zumindest eine erste Lagerfläche, insbesondere ein erster ringförmiger Anlaufbund, mit einer Vielzahl von Kanälen ausgebildet, welche von einem Schmiermittel, insbesondere von Schmieröl oder Kraftstoff, während der Drehung der Antriebswelle durchströmbar sind.

Vorzugsweise ist die zumindest eine erste Lagerfläche an dem Nocken ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Axialgleitlager zumindest eine zweite Lagerfläche, insbesondere ein zweiter ringfömiger Anlaufbund, mit einer Vielzahl von Kanälen ausgebildet, welche von dem Schmiermittel, insbesondere von Schmieröl oder Kraftstoff, während der Drehung der Antriebswelle durchströmbar sind.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine zweite Lagerfläche an dem Gehäuse ausgebildet.

Vorzugsweise weist die Vielzahl von Kanälen jeweilige Kanäle auf, welche im Wesentlichen keilförmig ausgebildet sind, wobei die jeweiligen Kanäle jeweilige Spalte bilden, deren Breite im μΓΤΐ-Bereich liegt. Durch die entweder an der ersten Lagerfläche oder an der zweiten Lagerfläche flach ausgebildeten Keile bildet sich bei Relativbewegung ein hydrodynamischer Spalt, so dass die Bauteile durch das Schmiermittel getrennt sind und kein Verschleiß entstehen kann. Durch Ausbilden der Spalte im μΓΤΐ-Bereich kann in den Spalten effektiv ein Druck aufgebaut werden. Die eigentliche Lagerlänge wird sehr kurz.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn in dem ersten ringförmigen Anlaufbund eine Vielzahl von radialen Bohrungen vorgesehen ist, welche im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl von Kanälen ausgebildet sind. Durch Vorsehen der radialen Bohrungen parallel zu der Schmiermittelkeilgeometrie der Kanäle kann ein Druckausgleich erfolgen. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem zweiten ringförmigen Anlaufbund eine Vielzahl von radialen Bohrungen vorgesehen, welche im Wesentlichen parallel zu der Vielzahl von Kanälen ausgebildet sind.

Vorzugsweise ist die Hochdruckpumpe als Radialkolbenpumpe ausgebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht durch eine Hochdruckpumpe gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Teil des Triebwerks einer Hochdruckpumpe gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 3A, 3B jeweilige schematische Darstellungen von einer an dem Gehäuse der Hochdruckpumpe vorgesehenen zweiten Lagerfläche;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen ringförmigen Anlaufbund; und Fig. 5 eine Detailansicht des in Fig. 2 dargestellten Triebwerks.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Hochdruckpumpe 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik dargestellt, die als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Die Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik weist ein Gehäuse 2 auf, das mehrteilig ausgebildet ist, und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet ist, auf welcher ein Nocken 4 vorgesehen ist. Die Hochdruckpumpe 1 weist ein in einem Zylinderkopf 5 ange- ordnetes Pumpenelement 6 mit einem Pumpenkolben 7 auf, der durch den Nocken 4 der Antriebswelle 3 mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annä- hernd radialer Richtung zur Drehachse 21 der Antriebswelle 3 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 7 ist in einer Zylinderbohrung 8 im Zylinderkopf 5 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 8 einen Pumpenarbeitsraum 9. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 9 abgewandten Ende weist der Pumpenkolben 7 einen im

Durchmesser gegenüber seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 19 auf. Wie in der Figur erkannt werden kann, ist der Zylinderkopf 5 mit einem Schaftabschnitt 10 versehen, in welchem die den Pumpenkolben 7 aufnehmende Zylinderbohrung 8 vorgesehen ist, und um welchen herum die Feder 1 1 angeordnet ist. Der Pumpenarbeitsraum 9 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 9 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 9 öffnendes Einlassventil 12 angeordnet, das ein federbelastetes Ventilglied 13 auf- weist. Der Pumpenarbeitsraum 9 weist außerdem über einen im Zylinderkopf 5 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 14 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) eines Common Rail Systems verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injek- toren (nicht dargestellt) verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 14 in den Pumpenarbeitsraum 9 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 9 öffnendes Auslassventil 15 angeordnet. Dem Pumpenelement 6 ist eine Stößelbaugruppe 22 mit einem hohlzylindrischen

Rollenstößel 16, einem Rollenschuh 17 und einer Laufrolle 18 zugeordnet, über die sich der Pumpenkolben 7 am Nocken 4 der Antriebswelle 3 abstützt. Die Stößelbaugruppe 22 und der Pumpenkolben 7 werden durch die vorgespannte Feder 1 1 zum Nocken 4 der Antriebswelle 3 hin gedrückt. Die Feder 11 ist als den Pumpenkolben 7 umgebende Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Feder

1 1 stützt sich einerseits an einer Gehäusewand des Zylinderkopfes 5 und andererseits an einem Federteller 20 ab. Der Federteller 20 ist mit dem Pumpenkolben 7 verbunden, so dass die Feder 11 sowohl auf den Pumpenkolben 7 als auch auf den Rollenstößel 16 wirkt, um diese gegen den Nocken 4 der Antriebs- welle 3 zu drücken. Die Antriebswelle 3 mit dem darauf angeordneten Nocken 4 sowie der Rollenschuh 17 mit der darin angeordneten Laufrolle 18 bilden das Triebwerk 25 der Hochdruckpumpe 1 , welches in einem durch das Gehäuse 2 gebildeten Triebwerksraum 26 angeordnet ist. Weiterhin ist in Fig. 1 erkennbar, das in der hier dargestellten Ausführungsform an dem Gehäuse 2 ein Anbauflansch 24 vorhanden ist, der das Triebwerk 25 teilweise, d. h. in der Darstellung von Fig. 1 links des Nockens 4 einschließt, so dass ein Triebwerksraum 26 teilweise durch das Gehäuse 2 und teilweise durch den Anbauflansch 24 eingeschlossen wird. Der Triebwerksraum 26 kann jedoch auch bei anderen Konfigurationen der Hochdruckpumpe vollständig durch das Gehäuse 2 eingeschlossen werden. Weiterhin weist die hier dargestellte Hochdruckpumpe 1 eine Zumess- einheit 23 auf.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch einen Teil des Triebwerks 25 einer Hochdruckpumpe 1 gemäß einer Ausführungsform, bei welcher die Antriebswelle 3 durch ein hydrodynamisches Axialgleitlager 27, 27' gelagert ist. An dem Nocken 4 ist eine erste Lagerfläche 28 an der linken Seite als ringförmiger erster Anlaufbund 35 und eine erste Lagerfläche 28' an der rechten Seite als ringförmiger Anlaufbund 35' ausgebildet. Weiterhin ist an dem Gehäuse 2 eine zweite Lagerfläche 29 gegenüberliegend der ersten Lagerfläche 28 als zweiter ringförmiger Anlaufbund 36 und eine weitere zweite Lagerfläche 29' gegenüberliegend der zwei- ten Lagerfläche 28' ebenfalls als zweiter ringförmiger Anlaufbund 36' ausgebildet.

In dem Triebwerksraum 26 herrscht im Bereich des Nockens 4 ein erster Druck P1. Um den linksseitig des Nockens 4 abragenden Abschnitt der Antriebswelle 3 herrscht in dem Triebwerksraum 26 ein zweiter Druck P2 und um den rechtsseitig des Nockens 4 abragenden Abschnitt der Antriebswelle 3 herrscht in dem Triebwerksraum 26 ein dritter Druck P3, wobei der erste Druck P1 sowohl größer als der zweite Druck P2 als auch größer als der dritte Druck P3 ist (P1 >P2; P1 >P3), so dass Schmiermittelversorgung in dem durch A gekennzeichneten Bereich des Axialgleitlagers aufgrund von ΔΡ = P1 - P2 > 0 erfolgt. Fig. 3A und 3B sind jeweilige schematische Darstellungen eines Abschnitts einer an dem Gehäuse 2 vorgesehenen zweiten Lagerfläche 29, 29'. Wie hier erkennbar ist, ist an der Oberfläche 30 der zweiten Lagerfläche 29, 29' eine Vielzahl von Kanälen 31 ausgebildet, welche bei Drehung der Antriebswelle 3 um ihre Drehachse 21 (siehe Fig. 2) von einem Schmiermittel wie Öl oder Kraftstoff durch- strömt werden. Um einen guten Druckaufbau zu erzielen, bilden die Kanäle 31

Spalte im μηι-ΒβΓβίοΙ-ι. Wie in Fig. 3A darüber hinaus erkennbar ist, sind die keil- förmigen Kanäle 31 jeweils entgegen der durch den Pfeil 32 gekennzeichneten Drehrichtung der Antriebswelle 3 abgeflacht, wohingegen die in Fig. 3B dargestellten Kanäle 31 jeweils dachförmig in beide Richtungen gleichmäßig abfallend ausgebildet sind, so dass eine Drehung in beide Richtungen möglich ist, wie durch den Doppelpfeil 33 angedeutet ist. In einer weiteren, hier jedoch nicht dargestellten Ausführungsform, können die Kanäle 31 jedoch alternativ in der ersten Lagerfläche 28, 28' des an dem Nocken 4 beidseitig angeordneten ersten ringförmigen Anlaufbunds 35, 35' vorgesehen sein. Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen zweiten ringförmigen Anlaufbund 36, 36' mit einer zweiten Lagerfläche 29, 29', wie in Fig. 3A dargestellt. Alternativ kann auch der erste ringförmige Anlaufbund 35, 35', an dessen Stirnseite die erste Lagerfläche 28, 28' angeordnet ist, mit den radial angeordneten Kanälen 31 versehen sein.

Fig. 5 ist eine Detailansicht des in Fig. 2 dargestellten Triebwerks 25 an dem durch einen Kreis markierten Abschnitt B, wobei das radiale Gleitlager hier von dem zweiten Druck P2 in Richtung zu dem dritten Druck P3 durchströmt wird (P1 - P3 > 0). Eine Anbindung des Bereichs des Triebwerksraums 26, in welchem der zweite Druck P2 vorherrscht erfolgt hier durch radiale Bohrungen. Um den

Bereich, in welchem der zweite Druck P2 vorherrscht, an den Bereich, wo der erste Druck P1 - nämlich der Innenraumdruck in dem Triebwerksraum 26 - vorherrscht, anzubinden, sind radiale Bohrungen 34 in dem zweiten Anlaufbund 36' vorgesehen, an dessen Stirnseite die zweite Lagerfläche 29' angeordnet ist, wel- che parallel zu der Keilgeometrie der Kanäle 31 (siehe Fig. 4) ausgebildet sind.

Sind die Kanäle gemäß einer weiteren Ausführungsform in dem ersten Anlaufbund 35, 35', an welchem die erste Lagerfläche 28, 28' (siehe Fig. 2) angeordnet ist, vorgesehen, dann sind ebenfalls die radialen Bohrungen 34 in diesem ersten Anlaufbund 35, 35' vorgesehen. Der Pumpeffekt des Axialgleitlagers 27, 27' durch die Zentrifugalkraft der mitgeschleppten Schmiermittelmenge im Kontaktbereich wird zu dessen Durchströmung genutzt. Im Axialgleitlager 27, 27' stellt sich hierbei durch die Pumpwirkung eine Durchströmung der keilförmigen Kanäle 31 von innen nach außen ein. D. h., es entsteht eine Druckdifferenz ΔΡ4 aufgrund der Rotation der Antriebswelle 3 um ihre Drehachse 21 herum. Schmier- mittel wird dabei rotatorisch durch die Antriebswelle 3 angetrieben und aufgrund der Fliehkraft nach außen bewegt (—► ΔΡ4), wobei die folgenden Druckbedingun- gen an dem durch B (siehe Fig. 2) gekennzeichneten Abschnitt des Triebwerksraums 26 vorliegen: ΔΡ > 0; P1 - P3 > 0; P2 - P3 > 0; und P1 ~ P2.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 ermöglicht es somit, ein Axiallager als hydrodynamisches Axialgleitlager auszubilden, wodurch einfache und kostengünstige Werkstoffe eingesetzt werden können und ohne dass ein übermäßiger Verschleiß auftritt.