DE10256525A1

DE10256525A1 - Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10256525A1
Application number: DE2002156525
Authority: DE
Inventors: Guenter Schneider; Alexander Schattke; Sascha Henke; Markus Koch; Wolfram Rittmannsberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-06-24
Also published as: WO2004051083A1; EP1583908A1

Abstract

Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle (12) und wenigstens ein Pumpenelement (14) auf, das einen durch die Antriebswelle (12) in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20) aufweist, wobei auf einem exzentrisch zu deren Drehachse (13) angeordneten Abschnitt (16) der Antriebswelle (12) ein Ring (18) drehbar gelagert ist, auf dem sich der Pumpenkolben (20) über ein Stützelement (24) abstützt. Der Ring (18) und/oder das Stützelement (24) ist zumindest in deren Kontaktbereich mit einer Beschichtung (40) aus tetraedrisch koordiniertem amorphem Kohlenstoff versehen.

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 eine Antriebswelle und wenigstens ein Pumpenelement mit einem durch die Antriebswelle in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf. Die Antriebswelle weist einen exzentrisch zu ihrer Drehachse ausgebildeten Wellenabschnitt auf, auf dem ein Ring drehbar gelagert ist. Der Pumpenkolben stützt sich über ein Stützelement am Ring ab. Die Drehbewegung der Antriebswelle wird über den Ring, der sich nicht mit der Antriebswelle mitdreht, in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens umgewandelt. Im Kontaktbereich zwischen dem Ring und dem Stützelement wirken infolge des vom Pumpenkolben erzeugten Drucks hohe Kräfte. Zur weiteren Verbrauchs- und Schadstoffemissionsreduzierung bei Brennkraftmaschinen werden immer höhere Drücke bei der Kraftstoffeinspritzung benötigt, die durch die Hochdruckpumpe erzeugt werden müssen. Weiterhin ist durch die Einführung von schwefelarmen Kraftstoffen mit erhöhter tribologischer Belastung zu rechnen. Hierdurch steigt die Belastung der Bauteile der Hochdruckpumpe und der Verschleiß des Rings und des Stützelements nimmt zu. Aus diesem Grund kann unter Umständen keine ausreichende Lebensdauer der Hochdruckpumpe mehr gewährleistet werden.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Verschleißbeständigkeit des Rings und des Stützelements derart verbessert ist, dass die Hochdruckpumpe auch bei der Erzeugung sehr hoher Drücke und schlechter Schmierung eine ausreichende Lebensdauer aufweist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt und 2 die Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang Linie II-II in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 1 und 2 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt, die als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Durch die Hochdruckpumpe wird dabei Kraftstoff unter Hochdruck von bis zu 2000 bar gefördert, beispielsweise in einen Speicher, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse 10 auf, in dem eine Antriebswelle 12 um eine Achse 13 drehbar gelagert ist. Im Gehäuse 10 sind wenigstens ein, vorzugsweise mehrere 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 ein Ring 18 drehbar gelagert ist. 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 mit seinem Kolbenfuß 21 über ein Stützelement 24 am Ring 18 ab. Der Kolbenfuß 21 kann dabei durch eine Feder 26, die sich einerseits am Gehäuse 10 und andererseits über einen Federteller 23 am Stützelement 24 abstützt, in Anlage am Stützelement 24 und über dieses am Ring 18 gehalten werden. Das Stützelement 24 kann beispielsweise als Stützplatte oder als Stößel ausgebildet sein.
Durch den jeweiligen Pumpenkolben 20 wird ein Pumpenarbeitsraum 28 begrenzt, der durch ein in den Pumpenarbeitsraum 28 öffnendes Einlassventil 30 mit einer Kraftstoffzuführung verbindbar ist, in der Niederdruck herrscht. Der Pumpenarbeitsraum 28 ist außerdem durch ein zum Speicher hin öffnendes Auslassventil 32 mit dem Speicher verbindbar. Bei der Rotation der Antriebswelle 12 wird der Pumpenkolben 20 über den exzentrischen Wellenabschnitt 16 der Antriebswelle 12 und den Ring 18, der sich nicht mit der Antriebswelle 12 mitdreht, in einer Hubbewegung angetrieben. Wenn der Pumpenkolben 20 sich radial nach innen bewegt, so führt dieser einen Saughub aus, wobei das Einlassventil 30 geöffnet ist, so dass Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 28 einströmt, während das Auslassventil 32 geschlossen ist. Wenn der Pumpenkolben 20 sich radial nach außen bewegt, so führt dieser einen Förderhub aus, wobei das Einlassventil 30 geschlossen ist und der vom Pumpenkolben 20 verdichtete Kraftstoff durch das geöffnete Auslassventil 32 unter hohem Druck in den Speicher gelangt.
Der Ring 18 weist entsprechend der Anzahl der Pumpenelemente 14 an seiner Außenseite Abflachungen 34 auf, an denen das jeweilige Stützelement 24 anliegt. Während des Betriebs der Hochdruckpumpe werden der Ring 18 und die Stützelemente 29 durch die zyklische Belastung und Entlastung der Pumpenkolben 20 bei deren Förderhub und Saughub schwingend belastet, indem unterschiedlich hohe Druckkräfte im Kontaktbereich zwischen den Stützelementen 24 und dem Ring 18 wirken. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die durch die Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge an den Bedarf der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Hierzu kann der Zulauf von Kraftstoff in die Pumpenarbeitsräume 28 derart begrenzt werden, dass diese nur teilweise befüllt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Saugdrosselung im Zulauf zu den Pumpenarbeitsräumen 28 erfolgen. Bei einer Teilbefüllung der Pumpenarbeitsräume 28 treten zusätzlich schlagende Belastungen des Rings 18 und der Stützelemente 24 auf, da die Kraftstofförderung und damit die Druckbelastung des Rings 18 und der Stützelemente 24 erst nach einem teilweisen Leerhub der Pumpenkolben 20 erfolgt.
Der Ring 18 ist an seiner Außenseite zumindest an den Abflachungen 34, die den Kontaktbereich zu den Stützelementen 24 darstellen, mit einer Beschichtung 40 mit hoher Härte und Verschleißbeständigkeit versehen. Der Ring 18 besteht vorzugsweise aus Stahl und die Beschichtung 40 besteht aus tetraedrisch koordiniertem amorphem Kohlenstoff. Die Beschichtung 40 ist zumindest im wesentlichen frei von Wasserstoff und ungesättigten Kohlenstoffverbindungen. Die Beschichtung 40 weist eine Dicke von etwa 1 μm bis zu mehreren μm auf. Die Härte der Beschichtung 40 beträgt mehr als 4000 HV entsprechend 40 Gpa, vorzugsweise etwa 8000 HV entsprechend 80 GPa. Die Beschichtung 40 besitzt einen Reibwert gegen Stahl als Reibpartner ohne Schmierung von etwa 0,1 bis 0,2. Die Beschichtung 40 weist eine sehr gute Haftung und eine geringe Sprödigkeit auf, so dass diese auch bei der vorstehend erläuterten schlagenden Belastung nicht beschädigt wird. Die Beschichtung 40 wird durch PVD, plasma vapor discharge, auf den Ring 18 aufgebracht, wobei auf den Ring 18 zunächst eine Zwischenschicht aufgebracht werden kann, auf die dann die Beschichtung 40 aufgebracht wird. Durch die Zwischenschicht wird die Haftung der Beschichtung 40 auf dem Ring 18 verbessert. Beim Aufbringen der Beschichtung 40 wird eine Graphitelektrode in einem elektrischen Lichtbogen zerstäubt und ein Kohlenstoffplasma erzeugt, aus dem sich dann die Beschichtung 40 auf dem Ring 18 abscheidet.
Alternativ oder zusätzlich zum Ring 18 können auch die Stützelemente 24 in ihrem Kontaktbereich mit dem Ring 18 mit einer entsprechenden Beschichtung 40 aus tetraedrisch koordiniertem Kohlenstoff versehen werden.

Claims

Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Antriebswelle (12), mit wenigstens einem Pumpenelement (14), das einen durch die Antriebswelle (12) in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20) aufweist, wobei auf einem exzentrisch zu deren Drehachse (13) angeordneten Abschnitt (16) der Antriebswelle (12) ein Ring (18) drehbar gelagert ist, auf dem sich der Pumpenkolben (20) über ein Stützelement (24) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) und/oder das Stützelement (24) zumindest in deren Kontaktbereich mit einer Beschichtung (40) aus tetraedrisch koordiniertem amorphem Kohlenstoff versehen ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40) zumindest nahezu frei von Wasserstoff ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40) zumindest nahezu ausschließlich aus Kohlenstoffbindungen besteht.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40) eine Dicke zwischen etwa 1 μm und 10 μm aufweist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40) eine Härte von mehr als 4000 HV, vorzugsweise von etwa 8000 HV aufweist.