DE102011005656A1

DE102011005656A1 - Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102011005656A1
Application number: DE102011005656A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hamann; Stefan Kern; Denis Kovalev
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-09-20
Also published as: FI20125284L; JP2012193734A; KR20120106626A; JP5694217B2; FI125668B; CN102678416A

Abstract

Kraftstoffpumpe (1), insbesondere Hochdruckkraftstoffpumpe für ein Common-Rail-Kraftstoffsystem, mit einem metallischen Pumpenzylinder (10) und einem darin bewegbar geführten metallischen Pumpenkolben (20). Mit der Erfindung wird eine Kraftstoffpumpe bereitgestellt, welche mit geringerem fertigungstechnischen Aufwand herstellbar ist. Dies wird u. a. dadurch erreicht, dass der Pumpenkolben (20) aus einem wärmebehandlungsfreien und beschichtungsfreien Lagerwerkstoff hergestellt ist, wobei der Lagerwerkstoff von einer Knetlegierung oder von einer Kupferlegierung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Kraftstoffpumpe der eingangsgenannten Art ist z. B. aus DE 602 02 042 T2 bekannt.
Kraftstoffpumpen verfügen über einen Pumpenzylinder, in dem ein Pumpenkolben bewegbar gelagert bzw. geführt ist. Der Pumpenkolben wird über einen oder mehrere Nocken im Pumpenzylinder auf und ab bewegt, wodurch Kraftstoff angesaugt und von der Kraftstoffpumpe ggf. über Zwischenspeicher (wie eine Railleitung) Verbrauchern, wie z. B. Einspritzventilen eines Kraftstoffsystems, zugeführt wird.
Weitere Details für eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruckkraftstoff pumpe für elf Common-Rail-Kraftstoffsystem, sind z. B. in DE 103 45 061 A1 beschrieben.
Pumpenkolben aus Stahl, wie z. B. in DE 602 02 042 T2 beschrieben, werden üblicherweise gehärtet und zur Realisierung von Notlaufeigenschaften gegebenenfalls beschichtet, was fertigungstechnisch sehr aufwendig ist. Außerdem können durch Verformung des sehr harten Stahls und/oder durch Vorschädigung (Mikrorisse durch Wärmebehandlung) z. B. im Bereich eines Stempelfußes oder Kolbenfußes Risse bzw. Brüche auftreten, welche zum frühzeitigen mechanischen Versagen des Pumpenkolbens und damit der Kraftstoffpumpe führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, welche mit geringerem fertigungstechnischen Aufwand herstellbar ist.
Dies wird mit einer Kraftstoffpumpe gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung wird bereitgestellt eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruckkraftstoffpumpe für ein Common-Rail-Kraftstoffsystem, mit einem Pumpenzylinder aus Metall und einem darin bewegbar geführten Pumpenkolben aus Metall. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass der Pumpenkolben wärmebehandlungsfrei (insbesondere härtungsfrei und/oder vergütungsfrei) und beschichtungsfrei (insbesondere frei von Gleitbeschichtungen und/oder Härtungsbeschichtungen) ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist der Pumpenkolben frei von auf eine Oberflächenhärteerhöhung abzielenden Oberflächenbehandlungen, wie Gasnitrieren oder Karbonieren, ausgebildet.
Durch den Verzicht auf jegliche Wärmebehandlung und Beschichtung und/oder jegliche auf eine Oberflächenhärteerhöhung abzielende Oberflächenbehandlung wird der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung des Pumpenkolbens und damit der Kraftstoffpumpe erheblich reduziert.
Der Pumpenkolben ist zumindest teilweise, jedoch bevorzugt vollständig, aus einem Lagerwerkstoff hergestellt.
Ein Lagerwerkstoff vermeidet aufgrund größerer Duktilität als Stahl den eingangs beschriebenen Nachteil, dass durch Verformung und/oder durch Vorschädigung (Mikrorisse) Risse bzw. Brüche auftreten können, und weist neben einer für den Anwendungsfall einer Kraftstoffpumpe ausreichenden Festigkeit außerdem bessere Notlaufeigenschaften als Stahl auf. Damit vereinigt ein Lagerwerkstoff die gewünschten Funktionalitäten von Beschichtung und ausreichender Festigkeit in sich und erfüllt diese – ohne Anwendung von Wärmebehandlung und Beschichtung – sogar noch besser. Demgemäß weist eine derart ausgebildet Kraftstoffpumpe zusätzlich oder alternativ zum Vorteil des geringeren fertigungstechnischen Aufwands die Vorteile einer geringeren Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. höheren Lebensdauer und besserer Notlaufeigenschaften auf.
Gemäß der Erfindung ist der Lagerwerkstoff von einer Legierung, d. h. einer Mischung zweier Metalle, gebildet, wobei der Lagerwerkstoff von einer Knetlegierung oder von einer Kupferlegierung gebildet ist.
Eine Knetlegierung weist vorteilhaft eine durch deren Herstellung bedingte noch höhere Duktilität auf, womit Risse bzw. Brüche noch sicherer verhindert werden können.
Im Falle dass der Lagerwerkstoff von einer Kupferlegierung gebildet ist, ist der Lagerwerkstoff bevorzugt von einer Kupfer-Aluminium-Legierung oder von einer Kupfer-Zink-Legierung gebildet.
Kupfer-Aluminium-Legierungen und Kupfer-Zink-Legierungen weisen neben ausreichenden Notlaufeigenschaften eine relativ hohe Festigkeit auf, was sie für hohe Belastungen besonders geeignet macht.
Weitere Lagerwerkstoffe im Sinne der Erfindung könnten (je nach gewünschter Festigkeit und gewünschten Notlaufeigenschaften) z. B. Bleigusslegierungen, Zinngusslegierungen, Kupfer-Blei-Zinn-Gusslegierungen und Gusseisen mit Lamellengraphit sein.
Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben.
1 zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe.
Wie in 1 gezeigt, weist eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1, die hier bevorzugt als Hochdruckkraftstoffpumpe eines Common-Rail-Kraftstoffsystems (nicht vollständig gezeigt) ausgebildet ist, einen Pumpenzylinder 10 sowie einen in einer Ausnehmung 11 des Pumpenzylinders 10 bewegbar gelagerten bzw. geführten Pumpenkolben 20 auf.
Der Pumpenkolben 20 ist über wenigsten einen auf einer drehangetriebenen Welle 30 angeordneten Nocken 31 gesteuert im Pumpenzylinder 10 auf und ab bewegbar, wobei durch die Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 20 über eine im Pumpenzylinder 10 ausgebildete Kraftstoffpassage 12 in einen nicht vom Pumpenkolben 20 eingenommenen Bereich bzw. Pumpenraum 11a der Ausnehmung 11 des Pumpenzylinders 10 Kraftstoff eingesaugt und durch die Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 20 der eingesaugte Kraftstoff über die Kraftstoffpassage 12 und einen nicht dargestellten Zwischenspeicher (wie hier eine Railleitung) in Richtung zu nicht dargestellten Verbrauchern, wie Einspritzventilen des Kraftstoffsystems, gefördert wird.
Weitere beispielhafte Details hinsichtlich der Steuerung des Einsaugens und des Förderns von Kraftstoff sowie mechanischer Ausgestaltungen der Kraftstoffpumpe 1 sind z. B. in DE 103 45 061 A1 beschrieben.
Gemäß der Erfindung ist der Pumpenzylinder 10 aus Metall, wie z. B. aus Stahl, hergestellt. Der bewegbar im Pumpenzylinder 10 geführte Pumpenkolben 20 ist ebenfalls aus Metall hergestellt, wobei der Pumpenkolben 20 wärmebehandlungsfrei (insbesondere härtungsfrei und/oder vergütungsfrei) und beschichtungsfrei (insbesondere frei von Gleitbeschichtungen und/oder Härtungsbeschichtungen) ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich ist der Pumpenkolben 20 frei von auf eine Oberflächenhärteerhöhung abzielenden Oberflächenbehandlungen, wie Gasnitrieren oder Karbonieren, ausgebildet.
Durch den Verzicht auf jegliche Wärmebehandlung und Beschichtung und/oder jegliche auf eine Oberflächenhärteerhöhung abzielende Oberflächenbehandlung ist der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung des Pumpenkolbens 20 und damit der Kraftstoffpumpe 1 erheblich reduziert.
Zusätzlich ist der Pumpenkolben 20 zumindest im Bereich eines mit dem Nocken 31 zusammenwirkenden Stempelfußes 21, jedoch bevorzugt vollständig (d. h. durchgängig vorn Stempelfuß 21 bis zu einem Kolbenkopf 22), aus einem Lagerwerkstoff hergestellt.
Der Lagerwerkstoff weist eine relativ hohe Duktilität auf und vermeidet daher durch Verformung und/oder durch Vorschädigung (Mikrorisse) auftretende Risse oder Brüche am direkt oder über eine drehbar gelagerte Rolle (nicht gezeigt) und ggf. andere Zwischenglieder mit dem Nocken 31 zusammenwirkenden Stempelfuß 21.
Der Lagerwerkstoff weist außerdem – neben einer für den Anwendungsfall der Kraftstoffpumpe 1 ausreichenden Festigkeit – ausreichende Notlaufeigenschaften für den Fall einer mangelnden Schmierung (z. B. Wasser im Kraftstoff) auf, so dass z. B. ein in der Ausnehmung 11 des Pumpenzylinders 10 Festfressen des vollständig aus Lagerwerkstoff hergestellten Pumpenkolbens 20 auch bei Schmierungsmangel zuverlässig verhindert wird.
Der Lagerwerkstoff vereinigt die gewünschten Funktionalitäten von Beschichtung und ausreichender Festigkeit in sich und erfüllt diese ohne Anwendung von Wärmebehandlung und Beschichtung, welche höheren fertigungstechnischen Aufwand erfordern und ggf. Risse oder Brüche hervorrufen würden.
Demgemäß weist die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1 zusätzlich zum Vorteil des geringeren fertigungstechnischen Aufwands die Vorteile einer geringeren Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. höheren Lebensdauer und besserer Natlaufeigenschaften auf.
Gemäß der Erfindung ist der Lagerwerkstoff des Pumpenkolbens 20 von einer Legierung, d. h. einer Mischung zweier Metalle, gebildet. Bevorzugt ist der Lagerwerkstoff des Pumpenkolbens 20 von einer Knetlegierung gebildet, welche eine durch deren Herstellung bedingte noch höhere Duktilität aufweist, womit Risse bzw. Brüche nach sicherer verhindert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Lagerwerkstoff des Pumpenkolbens 20 von einer Kupferlegierung gebildet. Bevorzugt ist der Lagerwerkstoff des Pumpenkolbens 20 von einer Kupfer-Aluminium-Legierung oder von einer Kupfer-Zink-Legierung gebildet, welche neben ausreichenden Notlaufeigenschaften eine relativ hohe Festigkeit aufweist, was sie für hohe Belastungen besonders geeignet macht.
Weitere für den Pumpenkolben 20 verwendbare Lagerwerkstoffe im Sinne der Erfindung könnten (je nach gewünschter Festigkeit und gewünschten Notlaufeigenschaften) z. B. Bleigusslegierungen, Zinngusslegierungen, Kupfer-Blei-Zinn-Gusslegierungen und Gusseisen mit Lamellengraphit sein.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstoffpumpe
10: Pumpenzylinder
11: Ausnehmung
11a: Bereich/Pumpenraum
12: Kraftstoffpassage
20: Pumpenkolben
21: Stempelfuß
22: Kolbenkopf
30: Welle
31: Nocken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60202042 T2 [0002, 0005]
DE 10345061 A1 [0004, 0023]

Claims

Kraftstoffpumpe (1), insbesondere eine Hochdruckkraftstoffpumpe, mit einem metallischen Pumpenzylinder (10) und einem darin bewegbar geführten metallischen Pumpenkolben (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (20) aus einem wärmebehandlungsfreien und beschichtungsfreien Lagerwerkstoff hergestellt ist, wobei der Lagerwerkstoff von einer Knetlegierung oder von einer Kupferlegierung gebildet ist.
Kraftstoffpumpe (1) gemäß Anspruch 1 wobei der Lagerwerkstoff von einer Kupfer-Aluminium-Legierung gebildet ist.
Kraftstoffpumpe (1) gemäß, Anspruch 1, wobei der Lagerwerkstoff von einer Kupfer-Zink-Legierung gebildet ist.