DE10134069B4

DE10134069B4 - Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10134069B4
Application number: DE2001134069
Authority: DE
Inventors: Helmut 70435 Rembold; Peter 71739 Ropertz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: JP2003049743A; DE10134069A1; EP1275848A1

Abstract

Kraftstoffpumpe (20) für ein Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine (30), mit einem Gehäuse (34), mit mindestens einem Kolben (42), mit Antriebsmitteln (70) zum Antrieb des Kolbens (42), mit einem Einsatz (40), in welchem der Kolben (42) geführt ist, mit einer einwärts gerichteten Ausnehmung (38) im Gehäuse (34), in welcher der Einsatz (40) aufgenommen ist und welche eine schräg abfallende Ringschulter (44) aufweist, an der ein komplementärer Absatz (46) des Einsatzes (40) anliegt, mit einer plastischen Materialverformung (52) am Gehäuse (34), durch die der Einsatz (40) mit dem Absatz (46) in Anlage an der Ringschulter (44) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stirnfläche (64, 65) des Einsatzes (40) größenmäßig so abgestimmt und so ausgerichtet ist, dass der Einsatz (40) im Betrieb durch die resultierende hydraulische Kraft axial einwärts mit dem Absatz (46) gegen die Ringschulter (44) beaufschlagt wird, und die plastische Materialverformung (52) nur axial einwärts auf den Einsatz (40) wirkt,...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, mit mindestens einem Kolben, mit Antriebsmitteln zum Antrieb des Kolbens, mit einem Einsatz, in welchem der Kolben geführt ist, mit einer einwärts gerichteten Ausnehmung im Gehäuse, in welcher der Einsatz aufgenommen ist und welche eine schräg abfallende Ringschulter aufweist, an der ein zur Ringschulter komplementärer Absatz anliegt, und mit einer plastischen Materialverformung am Gehäuse, durch die der Einsatz mit dem Absatz in Anlage an der Ringschulter gehalten wird.
Aus der DE 197 47 851 A1 ist eine Kolbenpumpe bekannt, deren Kolben in einer Laufbuchse geführt ist. Diese ist wiederum in eine Stufenbohrung im Gehäuse eingesetzt. Ein Boden der Laufbuchse stützt sich über eine Schräge an einer komplementären Schräge der Bohrung im Gehäuse ab. Die Bohrung im Gehäuse wird durch einen zylindrischen Verschlussstopfen nach außen hin verschlossen. Der Verschlussstopfen beaufschlagt die Laufbuchse gegen die Schräge am Gehäuse und ist selbst durch eine Verstemmung unlösbar im Gehäuse gehalten.
Im Betrieb der bekannten Kolbenpumpe hat sich jedoch gezeigt, dass nicht immer ausgeschlossen werden kann, dass sich der Presssitz zwischen der Laufbuchse und dem Gehäuse mit der Zeit lockert. Dies führt zu unerwünschten Geräuschen, zu unerwünschter Leckage und schlimmstenfalls zu einem kompletten Funktionsausfall der Kolbenpumpe.
Die DE 199 38 504 A1 beschreibt eine Einzylinder-Hochdruckpumpe mit einem Einsatz, in dem der Kolben geführt ist. Der Einsatz hat eine Stirnfläche, die zu einer axial einwärts gerichteten hydraulischen Kraft führt.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche über eine möglichst lange Lebensdauer verfügt.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass mindestens eine Stirnfläche des Einsatzes größenmäßig so abgestimmt und ausgerichtet ist, dass der Einsatz im Betrieb durch die resultierende hydraulische Kraft axial einwärts mit dem Absatz gegen die Ringschulter beaufschlagt wird und die plastische Materialverformung nur axial einwärts auf den Einsatz wirkt, so dass sie durch die hydraulische Kraft entlastet wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe hat den Vorteil, dass die plastische Materialverformung, welche den Einsatz in seiner optimalen Betriebsposition hält, im Betrieb keinen zusätzlichen Belastungen unterworfen ist. Im günstigsten Fall kann sich die Funktion der plastischen Materialverformung darauf beschränken, ein Herausfallen des Einsatzes aus der Ausnehmung zu verhindern. Da somit nur sehr geringe Kräfte auf die plastische Materialverformung wirken, ist keine Rückverformung zu befürchten, welche zu einer Lockerung des Einsatzes führen würde.
Aufgrund der den Einsatz axial einwärts belastenden hydraulischen Kraft wird im Zusammenspiel mit der schräg abfallenden Ringschulter und dem komplementären Absatz ferner eine andauernde und ständige Selbstzentrierung des Einsatzes in der Ausnehmung bewirkt. Der Einsatz befindet sich somit ständig in seiner optimalen Position, in der der Verschleiß und die Geräuschentwicklung minimal sind. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe verlängert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe sind in Unteransprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird beispielsweise, dass die plastische Materialverformung eine Verstemmung und/oder eine Bördelung umfasst. Eine solche Materialverformung ist einfach herzustellen. Auch die für die Erfindung wesentliche Eigenschaft, dass die Materialverformung nur axial einwärts auf den Einsatz wirkt, ist bei einer Verstemmung und/oder einer Bördelung leicht realisierbar.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe ist der Winkel zwischen der Kegelringfläche der Ringschulter am Gehäuse bzw. der Kegelringfläche des Absatzes am Einsatz gegenüber der Längsachse der Ausnehmung kleiner oder gleich 30°, so dass sich eine Selbsthemmung zwischen Gehäuse und Einsatz ergibt. Durch einen solchen Winkelbereich wird also zusätzlich verhindert, dass sich der Einsatz aus der Ausnehmung im Gehäuse lösen kann. Dies führt ebenfalls zu einer Entlastung der plastischen Materialverformung.
Besonders vorteilhaft wirken sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen bei einer Kraftstoffpumpe aus, bei der das Gehäuse aus Aluminium und der Einsatz aus Stahl ist. Insbesondere Aluminium neigt auf lange Sicht unter Belastung zu einem gewissen ”Kriechen”. Ein solches Kriechen wurde jedoch die plastische Materialverformung wenigstens teilweise rückgängig machen und hierdurch ein Lockern des Einsatzes ermöglichen.
Wenn jedoch, wie bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe, die plastische Materialverformung durch die hydraulische Kraft entlastet wird, tritt das Kriechen überhaupt nicht oder nur in geringem Umfange auf, was die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe verlängert. Gleichzeitig ist das Gewicht der Kraftstoffpumpe aufgrund des Aluminiumgehäuses relativ niedrig, was für den Einsatzbereich der Kraftstoffpumpe günstig ist.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffpumpe; und
2: eine teilweise geschnittene Darstellung eines Bereichs der Kraftstoffpumpe von 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff 16 fördert. Eine Kraftstoffleitung 18 führt von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20. Diese wird auf in der Figur nicht dargestellte Art und Weise direkt von einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine 30 angetrieben.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 fördert über eine Kraftstoffleitung 22 in eine Kraftstoff-Sammelleitung 24. An diese sind mehrere Einspritzventile 26 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in Brennräume 28 der Brennkraftmaschine 30 einspritzen. Die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 in die Kraftstoff-Sammelleitung 24 geförderte Kraftstoffmenge wird durch ein Kraftstoff-Mengensteuerventil 32 eingestellt, welches Teil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 20 ist.
In 2 ist ein Bereich der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 im Detail dargestellt. Danach umfasst die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 ein Gehäuse 34, welches an ein Gehäuse 36 der Brennkraftmaschine 30 angeflanscht ist. In dem Gehäuse 34 ist eine stufenförmige, das gesamte Gehäuse 34 durchsetzende Ausnehmung 38 vorhanden. In diese ist ein Einsatz 40 eingesetzt, bei dem es sich vorliegend um eine Laufbuchse für einen Kolben 42 handelt.
Etwa auf ihrer halben Höhe verjüngt sich die Ausnehmung 38 zum Gehäuse 36 der Brennkraftmaschine 30 hin über eine schräg abfallende Ringschulter 44. An der äußeren Mantelfläche der Laufbuchse 40 ist ein zu der Ringschulter 44 komplementärer Absatz 46 vorhanden, der an der Ringschulter 44 anliegt. Hierdurch wird der Einsatz 40 gegenüber dem Gehäuse 34 zentriert. Der Kolben 42 ist in einer stufenförmigen Duchgangsbohrung 48 in der Laufbuchse 40 aufgenommen.
Am oberen Rand der Laufbuchse 40 ist ein umlaufender Absatz 50 vorhanden, in den eine am Gehäuse 34 vorhandene plastische Materialverformung 52 getrieben ist, so dass die Materialverformung 52 die Laufbuchse 40 nur axial einwärts beaufschlagt. Bei dieser plastischen Materialverformung 52 kann es sich um eine Verstemmung oder eine Bördelung handeln. Durch die plastische Materialverformung 52 wird die Laufbuchse 40 in einer Position in der Ausnehmung 38 im Gehäuse 34 gehalten, in welcher der Absatz 46 an der Ringschulter 44 anliegt.
Die Ausnehmung 38 im Gehäuse 34 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 wird nach außen hin von dem Mengensteuerventil 32 verschlossen. Ein Bereich 54 des Mengensteuerventils 32 ragt in den oberen Bereich der Durchgangsbohrung 48 in der Laufbuchse 40 hinein und ist gegenüber diesem durch eine O-Ringdichtung 56 abgedichtet. Zwischen dem Bereich 54 des Mengensteuerventils 32, der Laufbuchse 40 und dem Kolben 52 ist ein Arbeitsraum 58 gebildet. Dieser ist einlassseitig auf hier nicht näher dargestellte Art und Weise über ein Rückschlagventil (nicht dargestellt) mit der Kraftstoffleitung 18 verbunden. Auslassseitig ist der Arbeitsraum 58 über einen Kanal 60 und ein Rückschlagventil 62 mit der Kraftstoffleitung 22 verbunden.
Die Durchgangsbohrung 48 ist so ausgebildet, dass der Durchmesser des Arbeitsraumes 58 größer ist als der Durchmesser jenes Bereichs der Durchgangsbohrung 48, in dem der Kolben 42 geführt ist. Auf diese Weise ist zum Arbeitsraum 58 hin an der Laufbuchse 40 eine Ringfläche 64 vorhanden. Eine weitere Ringfläche 65 ist oberhalb des eigentlichen Arbeitsraumes 58 knapp unterhalb des Bereichs 54 des Mengensteuerventils 32 vorhanden. Auf die Bedeutung der beiden Ringflächen 64 und 65 wird weiter unten im Detail eingegangen.
Der Kolben 42 wird über einen Tassenstößel 66 von einem Antriebsnocken 68 angetrieben. Dies bedeutet, dass eine Drehung einer Welle 70 und hier durch des mit dieser Welle 70 verbundenen Antriebsnockens 68 der Kolben 42 in axialer Richtung beaufschlagt wird. Der Kolben 42 wird dabei mit dem Tassenstößel 66 durch eine Druckfeder 72 gegen den Antriebsnocken 68 gedrückt. Die Antriebswelle 70 der Hochdruck-Kolbenpumpe 20 ist über in 2 nicht dargestellte Kugellager reibungsarm drehbar gelagert. Sie ist zusammen mit den Kugellagern in dem Gehäuse 36 der Brennkraftmaschine 30 angeordnet. Die Schmierung der Kugellager sowie der Kontaktfläche zwischen Antriebsnocken 68 und Tassenstößel 66 erfolgt über Schmieröl (in 2 nicht dargestellt).
Das Gehäuse 34 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 ist aus Aluminium hergesetellt, wohingegen die Laufbuchse 40 aus Stahl gefertigt ist.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20 arbeitet folgendermaßen:
Bei einer Drehung der Antriebswelle 70 und des Antriebsnockens 68 wird der Kolben 42 in eine axiale Hin- und Herbewegung versetzt. Hierdurch wird abwechselnd der Arbeitsraum 58 mit Kraftstoff 16 gefüllt und der Kraftstoff 16 vom Kolben 42 anschließend aus dem Arbeitsraum 58 über den Kanal 60 und das Rückschlagventil 62 in die Kraftstoffleitung 22 und weiter zur Kraftstoff-Sammelleitung 24 gedrückt.
Bei einer Bewegung des Kolbens 42 in 2 nach oben wird der sich im Arbeitsraum 58 befindliche Kraftstoff komprimiert. Hierdurch kommt es im Arbeitsraum 58 zu einer Druckerhöhung. Diese wirkt auch auf die beiden Ringflächen 64 und 65 an der Laufbuchse 40. Dies führt dazu, dass sich eine resultierende hydraulische Kraft ergibt, welche die Laufbuchse 40 axial einwärts mit dem Absatz 46 gegen die Ringschulter 44 beaufschlagt. Gleichzeitig wird durch diese Beaufschlagung die plastische Materialverformung 52 entlastet.
Der Winkel zwischen der Kegelringfläche der Ringschulter 44 am Gehäuse 34 bzw. der Kegelringfläche des Absatzes 46 an der Laufbuchse 40 gegenüber der Längsachse 74 der Ausnehmung 38 beträgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 25°. Durch diesen Winkel ergibt sich ein Selbsthemmungseffekt zwischen dem Gehäuse 34 und der Laufbuchse 40. Somit wird sichergestellt, dass auch dann, wenn im Arbeitsraum 58 kein hoher Druck herrscht, beispielsweise während eines Saughubs der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 20, die Laufbuchse 40 sich nicht aus ihrem Presssitz im Gehäuse 34 löst.

Claims

Kraftstoffpumpe (20) für ein Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine (30), mit einem Gehäuse (34), mit mindestens einem Kolben (42), mit Antriebsmitteln (70) zum Antrieb des Kolbens (42), mit einem Einsatz (40), in welchem der Kolben (42) geführt ist, mit einer einwärts gerichteten Ausnehmung (38) im Gehäuse (34), in welcher der Einsatz (40) aufgenommen ist und welche eine schräg abfallende Ringschulter (44) aufweist, an der ein komplementärer Absatz (46) des Einsatzes (40) anliegt, mit einer plastischen Materialverformung (52) am Gehäuse (34), durch die der Einsatz (40) mit dem Absatz (46) in Anlage an der Ringschulter (44) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stirnfläche (64, 65) des Einsatzes (40) größenmäßig so abgestimmt und so ausgerichtet ist, dass der Einsatz (40) im Betrieb durch die resultierende hydraulische Kraft axial einwärts mit dem Absatz (46) gegen die Ringschulter (44) beaufschlagt wird, und die plastische Materialverformung (52) nur axial einwärts auf den Einsatz (40) wirkt, so dass sie durch die hydraulische Kraft entlastet wird.
Kraftstoffpumpe (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Materialverformung (52) eine Verstemmung und/oder eine Bördelung umfasst.
Kraftstoffpumpe (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Kegelringfläche der Ringschulter (44) am Gehäuse (34) bzw. der Kegelringfläche des Absatzes (46) am Einsatz (40) gegenüber der Längsachse (74) der Ausnehmung (38) kleiner oder gleich 30° ist, so dass sich eine Selbsthemmung zwischen Gehäuse (34) und Einsatz (40) ergibt.
Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (34) aus Aluminium und der Einsatz (40) aus Stahl ist.