Titel

Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe und Hochdruckpumpe mit wenigstens einer Stößelbaugruppe

Beschreibung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stößelbaugruppe für eine Hochdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe mit wenigstens einer Stößelbaugruppe nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8 bzw. des Anspruchs 9.

Eine solche Stößelbaugruppe und Hochdruckpumpe ist durch die DE 103 45 061 Al bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist wenigstens eine Stößelbaugruppe auf, die wiederum einen hohlzylindrischen Stößelkörper und einen in diesen in Richtung der Längsachse des Stößelkörpers eingesetzten Rollenschuh aufweist, in dem eine Rolle drehbar gelagert ist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das wiederum einen Pumpenkolben aufweist, durch den ein Pumpenarbeitsraum begrenzt wird. Die Stößelbaugruppe ist zwischen dem Pumpenkolben und einer rotierend angetriebenen Antriebswelle der Hochdruckpumpe angeordnet, wobei die Antriebswelle wenigstens einen Nocken oder Exzenter aufweist, auf dem die Rolle abläuft. Der Stößelkörper ist in einer Bohrung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt. Die Stößelbaugruppe dient dazu die Drehbewegung der Antriebswelle in eine

Hubbewegung des Pumpenkolbens umzuwandeln, wobei durch die Stößelbaugruppe zumindest im wesentlichen die sich hierbei ergebenden seitlichen Kräfte aufgenommen werden sollen, so

dass diese nicht auf den Pumpenkolben wirken. Die Drehachse der Rolle muss möglichst genau parallel zur Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet sein, da es sonst zu sogenannten Kantenträgern kommen kann wenn die Drehachse der Rolle schräg zur Drehachse der Antriebswelle verläuft und die Rolle nur an einem Ende am Nocken oder Exzenter anliegt. Andererseits müssen durch die Stößelbaugruppe vor allem die senkrecht zur Drehachse der Rolle und der Antriebswelle wirkenden seitlichen Kräfte sicher aufgenommen werden, damit diese nicht auf den Pumpenkolben wirken. Um den exakt parallelen Verlauf der Drehachsen der Rolle und der Antriebswelle zu erreichen ist es bei der bekannten Hochdruckpumpe erforderlich, dass sämtliche Bauteile mit sehr geringen Fertigungstoleranzen ausgeführt werden, was die Fertigung entsprechend verteuert.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stößelbaugruppe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Rollenschuh innerhalb des Stößelkörpers in definiertem Ausmass eine Kippbewegung ausführen und sich ausrichten kann, derart, dass die Drehachse der Rolle parallel zur

Drehachse der Antriebswelle verläuft und somit Kantenträger vermieden sind, während andererseits in senkrechter Richtung bezüglich der Drehachsen der Rolle und der Antriebswelle wirkenden seitlichen Kräfte durch das geringe Spiel aufgenommen werden. Entsprechende Vorteile ergeben sich für die Hochdruckpumpe gemäß Anspruch 8. Bei der Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 ist eine Kippbewegung des Stößelkörpers in der Bohrung des Pumpengehäuseteils ermöglicht, derart, dass sich die Drehachse der Rolle parallel zur Drehachse der

Antriebswelle ausrichten kann und somit Kantenträger vermieden sind.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Stößelbaugruppe bzw. Hochdruckpumpe angegeben. Durch die Ausbildungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 sowie 10 und 11 wird auf einfache Weise das erforderliche größere Spiel in Richtung der Drehachsen der Rolle bzw. der Antriebswelle und das erforderliche geringe Spiel senkrecht zu den Drehachsen der Rolle bzw. Antriebswelle erreicht.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt, Figur 2 die Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang Linie II-II in Figur 1, Figur 3 einen in Figur 1 mit III bezeichneten Ausschnitt mit einer Stößelbaugruppe der Hochdruckpumpe in vergrößerter Darstellung, Figur 4 die Stößelbaugruppe in einem Querschnitt entlang Linie IV-IV in Figur 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 5 die Stößelbaugruppe im Querschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 6 die Stößelbaugruppe in einem Längsschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Figur 7 einen Rollenschuh in einer Ansicht in Pfeilrichtung VII in Figur 6, und Figur 8 die Stößelbaugruppe in einem Längsschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Figuren 1 bis 8 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse 10 auf,

das mehrteilig ausgebildet ist und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 12 angeordnet ist. Die Antriebswelle 12 ist im Gehäuse 10 über zwei in Richtung der Drehachse 13 der Antriebswelle 12 voneinander beabstandete Lagerstellen drehbar gelagert. Die

Lagerstellen können in verschiedenen Teilen 14,16 des Gehäuses 10 angeordnet sein.

In einem zwischen den beiden Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 12 wenigstens einen Nocken 26 oder Exzenter auf, wobei der Nocken 26 auch als Mehrfachnocken ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein oder mehrere in jeweils einem Gehäusetail 18 angeordnete Pumpenelemente 32 mit jeweils einem Pumpenkolben 34 auf, der durch den Nocken 26 der

Antriebswelle 12 mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 13 der Antriebsewelle 12 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 34 ist in einer Zylinderbohrung 36 im Gehäuseteil 18 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 12 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 36 einen Pumpenarbeitsraum 38. Der Pumpenarbeitsraum 38 weist über einen im Gehäuse 10 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 40 eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 40 in den Pumpenarbeitsraum 38 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 38 öffnendes Einlassventil 42 angeordnet, das ein federbelastetes Ventilglied 43 aufweist. Der Pumpenarbeitsraum 38 weist ausserdem über einen im

Gehäuseteil 18 verlaufenden Kraftstoffablaufkanal 44 eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 110 verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher 110 sind ein oder vorzugsweise mehrere an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 120 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der

Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 44 in den Pumpenarbeitsraum 38 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 38 öffnendes Auslassventil 46 angeordnet, das ebenfalls ein federbelastetes Ventilglied 47 aufweist.

Dem Pumpenelement 32 ist eine Stößelbaugruppe 50 zugeordnet, über die sich der Pumpenkolben 34 am Nocken 26 der Antriebswelle 12 abtützt. Die Stößelbaugruppe 50 umfasst einen hohlzylindrischen Stößelkörper 52, der in einer Bohrung 54 eines Teils 14 des Gehäuses 10 der Hochdruckpumpe verschiebbar geführt ist. Der Pumpenkolben 34 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Stößelkörper 52 und ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 38 abgewandten Endbereich aus der Zylinderbohrung 36 heraus und in den Stößelkörper 52 hinein. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 38 abgewandten Ende kann der Pumpenkolben 34 einen im Durchmesser gegenüber seinem übrigen Bereich vergrößerten Kolbenfuß 35 aufweisen.

In den Stößelkörper 52 ist von dessen der Antriebswelle 12 zugewandter Seite her in Richtung der Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 ein Rollenschuh 56 eingefügt. Im Rollenschuh 56 ist in einer zylinderabschnittförmigen Aufnahme 58 auf der dem Nocken 26 der Antriebswelle 12 zugewandten Seite des Rollenschuhs 56 eine zylindrische Rolle 60 drehbar gelagert. Die Drehachse der Rolle 60 ist mit 61 bezeichnet. Der Rollenschuh 56 kommt im Stößelkörper 52 in Richtung der Längsachse 53 an einem Anschlag 62 zur Anlage, der beispielsweise durch einen vom Stößelkörper 52 radial nach innen hervorstehenden Ringsteg gebildet ist. Der Rollenschuh 56 weist wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt eine oder vorzugsweise mehrere öffnungen 57 auf, die bei der Hubbewegung der Stößelbaugruppe 50 einen Durchtritt von Kraftstoff ermöglichen.

Die Stößelbaugruppe 50 und der Pumpenkolben 34 werden durch eine vorgespannte Feder 64 zum Nocken 26 der Antriebswelle 12 hin gedrückt. Die Feder 64 ist als den Pumpenkolben 34 umgebende und in den Stößelkörper 52 hineinragende Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Feder 64 stützt sich einerseits am Pumpengehäuseteil 18 und andererseits an einem Federteller 65 ab. Der Federteller 65 ist mit dem Pumpenkolben 34 verbunden und liegt auf der dem Rollenschuh 56 abgewandten Seite des Ringstegs 62 an. Die Feder 64 wirkt somit über den Federteller 65 sowohl auf den Pumpenkolben 34 als auch auf den Stößelkörper 52.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rollenschuh 56 im Stößelkörper 52 derart angeordnet ist, dass der Rollenschuh 56 in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 ein größeres Spiel im Stößelkörper 52 aufweist als in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60. Der Rollenschuh 56 ist in den Stößelkörper 52 insbesondere eingepresst, wobei die Pressung in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 erfolgt, so dass in diesen Richtungen kein Spiel zwischen Rollenschuh 56 und Stößelkörper 52 vorhanden ist. Der Rollenschuh 56 ist somit in der Zeichenebene der Figur 2 spielfrei im Stößelkörper 52 angeordnet. In Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 ist zwischen dem Rollenschuh 56 und dem Stößelkörper 52 Spiel vorhanden. Der Rollenschuh 56 ist in der Zeichenebene der Figur 1 mit Spiel im Stößelkörper 52 angeordnet. Der Rollenschuh 56 kann somit im Stößelkörper 52 eine begrenzte Kippbewegung ausführen um eine imaginäre Kippachse, die senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 und senkrecht zur Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 diese schneidend verläuft, wodurch eine Ausrichtung der Drehachse 61 der Rolle 60 zumindest annähernd parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 ermöglicht ist. Die Kippbewegung des Rollenschuhs 56 ist mit den Pfeilen K in den Figuren 3,6 und 8 angedeutet.

Vorzugsweise weist der Stößelkörper 52 zumindest vor dem Einpressen des Rollenschuhs 56 einen konstanten Innendurchmesser auf. Die vorstehend erläuterte Kippbewegung des Rollenschuhs 56 im Stößelkörper 52 kann gemäß einem in Figur 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht werden, dass der Rollenschuh 56 im Querschnitt senkrecht zur Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 betrachtet in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 einen größeren Durchmesser D aufweist als in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60, wo der Durchmesser mit d bezeichnet ist. Die Bereiche des Rollenschuhs 56 mit dem Durchmesser D erstrecken sich dabei beidseits einer die Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 schneidenden Mittelebene 55 des Rollenschuhs 56 und die Bereiche mit dem Durchmesser d beidseits einer die Drehachse 61 der Rolle 60 enthaltenden Mittelebene des Rollenschuhs 56. Die übergänge zwischen den Bereichen mit großem Durchmesser D und kleinem Durchmesser d können gerundet sein, beispielsweise etwa sinusförmig. Die Bereiche mit großem Durchmesser D und mit kleinem Durchmesser d sind jeweils zylindrisch ausgebildet mit konstantem Durchmesser D bzw. d. In Figur 4 ist die Differenz der Durchmesser D und d aus Anschaulichkeitsgründen stark übertrieben dargestellt. Die Differenz zwischen den Durchmessern D und d kann beispielsweise je nach Anwendungsfall etwa 10 bis 100 μm betragen. Der Rollenschuh 56 ist beispielsweise aus gehärtetem Stahl hergestellt, wobei die Bereiche mit den unterschiedlichen Durchmessern D und d vor oder nach der Härtebehandlung des Rollenschuhs 56 an diesem ausgebildet werden können, beispielsweise mittels einer Schleifbearbeitung des Rollenschuhs 56.

In Figur 5 ist der Rollenschuh 56 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem dieser im

Querschnitt senkrecht zur Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 betrachtet oval ausgebildet ist, beispielsweise elliptisch. In Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 weist der Rollenschuh 56 einen großen Durchmesser D und in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 einen kleinen Durchmesser d auf. Zwischen den Durchmessern D und d ändert sich der Durchmesser des Rollenschuhs 56 kontinuierlich. Die ovale Querschnittsform des Rollenschuhs 56 kann bereits vor dessen Härtebehandlung oder danach beispielsweise durch Schleifen des im Ausgangszustand einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Rollenschuhs 56 erzeugt werden. Die Differenz zwischen den Durchmessern D und d kann beispielsweise je nach Anwendungsfall etwa 10 bis 100 μm betragen.

Es kann vorgesehen sein, dass der Stößelkörper 52 relativ dünnwandig ausgebildet ist, wobei sich dann beim Einpressen des wie vorstehend erläutert ausgebildeten Rollenschuhs 56 in den Stößelkörper 52 dessen Außenform entsprechend der Form des Rollenschuhs 56 ändert. Der Stößelkörper 52 weist dann nach dem Einpressen des Rollenschuhs 56 in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 einen größeren Außendurchmesser D' auf als in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60, wo der Außendurchmesser mit d/ bezeichnet ist. Diese Ausbildung des Stößelkörpers 52 ermöglicht es, dass auch der Stößelkörper 52 in der Bohrung 54 des Pumpengehäuseteils 14 eine begrenzte Kippbewegung zur Ermöglichung der Ausrichtung der Drehachse 61 der Rolle 60 zumindest annähernd parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 ausführen kann. Der Stößelkörper 52 ist dabei in der Bohrung 54 in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 mit geringem Spiel geführt und in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 mit größerem Spiel angeordnet. Die Differenz der Spiele des Stößelkörpers 52 in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 und in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 in der Bohrung 54 kann je

nach Anwendungsfall beispielsweise etwa 10 bis 100 μm betragen .

In den Figuren 6 bis 8 sind Ausführungsbeispiele der Stößelbaugruppe 50 dargestellt, bei denen die Kippbewegung des Rollenschuhs 56 im Stößelkörper 52 weiter erleichtert ist. Bei einem in den Figuren 6 und 7 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel weist der Rollenschuh 56 auf seiner dem Anschlag 62 zugewandten Oberseite eine Erhebung 68 auf, die jedoch nur beiderseits der die Längsachse 53 des

Stößelkörpers 52 enthaltenden und senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 verlaufenden Mittelebene 55 des Rollenschuhs 56 verläuft, während die in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 mit Abstand von der Mittelebene 55 angeordneten Randbereiche 70 der Oberseite des Rollenschuhs 56 in Richtung der Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 tiefer liegen. Der erforderliche Materialabtrag in den Randbereichen 70 des Rollenschuhs 56 kann beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen erfolgen. Durch die vorstehend erläuterte Ausbildung des Rollenschuhs 56 ist erreicht, dass der Rollenschuh 56 an seiner Oberseite nur mit seiner Erhebung 68 am Anschlag 62 anliegt, während die Randbereiche 70 mit Abstand vom Anschlag 62 angeordnet sind. Hierdurch ist erreicht, dass der Rollenschuh 56 im Stößelkörper 52 die bereits vorstehend erläuterte Kippbewegung ausführen kann ohne dass diese durch den Anschlag 62 behindert wird.

In Figur 8 ist der Rollenschuh 56 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Rollenschuh 56 auf seiner dem Anschlag 62 zugewandten Oberseite eine konvexe Wölbung aufweist, durch die auf dieser Oberseite des Rollenschuhs 56 eine Erhebung 72 gebildet ist, deren höchste Linie in der Mittelebene 55 des Rollenschuhs 56 verläuft. Die Wölbung der Oberseite des Rollenschuhs 56 ist dabei nur in Schnitten parallel zur Drehachse 61 der Rolle

60 vorhanden, während sich in Schnitten senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 durch den Rollenschuh 56 an dessen Oberseite gerade Schnittlinien ergeben. Die Wölbung der Oberseite des Rollenschuhs 56 kann beispielsweise durch Schleifen einer Kontur erzeugt werden mit einem relativ großen Radius R, dessen Mittelpunkt M auf der Verlängerung der Längsachse 53 des Stößelkörpers 52 liegt. Durch die Wölbung der Oberseite des Rollenschuhs 56 ergibt sich eine nur linienförmige Anlage des Rollenschuhs 56 mit seiner Oberseite am Anschlag 62, so dass der Rollenschuh 56 im Stößelkörper 52 die bereits vorstehend erläuterte Kippbewegung ausführen kann ohne dass diese durch den Anschlag 62 behindert wird. Außerdem ergibt sich für den Kolbenfuß 35 des Pumpenkolbens 34 ebenfalls eine linienförmige Anlage an der Oberseite des Rollenschuhs 56, wodurch die Kippbewegung des Rollenschuhs 56 bezüglich des Pumpenkolbens 34 erleichtert wird. Der Pumpenkolben 34 ist in Figur 8 aus Gründen der übersichtlichkeit nicht dargestellt .

Bei einer alternativen Ausführungsform der Hochdruckpumpe kann auch vorgesehen sein, dass der Rollenschuh 56 im Stößelkörper 52 starr angeordnet, beispielsweise eingepresst ist oder dass der Rollenschuh 56 einstückig mit dem Stößelkörper 52 ausgeführt ist und keine Kippbewegung des Rollenschuhs 56 im Stößelkörper 52 möglich ist. Der Stößelkörper 52 ist dabei in der Bohrung 54 des Pumpengehäuseteils 14 so angeordnet, dass der Stößelkörper 52 in der Bohrung 54 in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der Rolle 60 mit geringerem Spiel geführt ist als in

Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60. Die Bohrung 54 im Pumpengehäuseteil 14 weist dabei einen konstanten Durchmesser auf. Hierbei kann der Stößelkörper 52 wie vorstehend zum Rollenschuh 56 beschrieben ausgebildet sein und somit in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 der

Rolle 60 einen größeren Außendurchmesser D' aufweisen als

in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60, wo der Außendurchmesser d/ beträgt. Der Stößelkörper 52 kann im Querschnitt Bereiche mit großem Außendurchmesser D' und Bereiche mit kleinerem Außendurchmesser d/ analog zur Ausbildung des Rollenschuhs 56 gemäß Figur 4 aufweisen oder der Stößelkörper 52 kann im Querschnitt oval ausgebildet sein analog zur Ausbildung des Rollenschuhs 56 gemäß Figur 5. Die Differenz der Spiele des Stößelkörpers 52 in Richtungen senkrecht zur Drehachse 61 und in Richtung der Drehachse 61 der Rolle 60 in der Bohrung 54 kann je nach

Anwendungsfall beispielsweise etwa 10 bis 100 μm betragen.

Durch die vorgespannte Rückstellfeder 56 wird die Stößelbaugruppe 50 über die Rolle 60 in Anlage am Nocken 26 der Antriebswelle 12 gehalten. Bei der Drehbewegung der Antriebswelle 12 wird die Stößelbaugruppe 50 in einer Hubbewegung angetrieben. Beim Saughub des Pumpenkolbens 34, bei dem sich dieser radial nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 38 durch den Kraftstoffzulaufkanal 40 bei geöffnetem Einlassventil 42 mit Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil 46 geschlossen ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 34, bei dem sich dieser radial nach aussen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 34 Kraftstoff unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal 44 bei geöffnetem Auslassventil 46 zum Hochdruckspeicher 110 gefördert, wobei das Einlassventil 42 geschlossen ist.