DE102011055871B4

DE102011055871B4 - Kraftstoffversorgungspumpe und Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für diese

Info

Publication number: DE102011055871B4
Application number: DE102011055871.3A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Yoshimura; Katsumi Mori; Kenichi Niinuma
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: JP2012132319A; DE102011055871A1; JP5251970B2; US20120152112A1; US9151290B2

Abstract

Kraftstoffversorgungspumpe umfassend:
einen Kolben (3), der geeignet ist, sich in seiner axialen Richtung hin und her zu bewegen, und
ein Gehäuse (70), das eine Zylinderbohrung (2) einschließt, in der der Kolben (3) axial verschieblich aufgenommen ist, wobei:
ein axialer Endabschnitt der Zylinderbohrung (2) flüssigkeitsdicht durch den Kolben (3) geschlossen ist, um darin eine Druckkammer (4) zu bilden;
der Kolben (3) geeignet ist, sich hin und her zu bewegen und in axialer Richtung in der Zylinderbohrung (2) zu gleiten, um das Volumen der Druckkammer (4) zu ändern und dadurch Kraftstoff in die Druckkammer (4) anzusaugen und dann den Kraftstoff nach Unterdrucksetzung in der Druckkammer (4) aus der Druckkammer (4) auszugeben;
ein Ausgabeströmungskanal (13) mit der Druckkammer (4) im Gehäuse (70) verbunden und geeignet ist, den unter Druck stehenden Kraftstoff zu leiten und aus der Druckkammer (4) zu einer Außenseite der Kraftstoffversorgungspumpe auszugeben;
eine Verbindungsöffnung (56) des Ausgabeströmungskanals (13) sich zur Druckkammer (4) öffnet und in einer Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) ausgebildet ist, die die Druckkammer (4) bildet;
ein vorgespannter Bereich (A) in der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) und einer Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) derart ausgebildet ist, daß der vorgespannter Bereich (A) eine innere Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) einschließt und eine remanente Druckspannung aufweist, die durch Autofrettage etabliert ist,
die Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) in einen zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57), auf dem der Kolben (3) gleiten kann, und einen nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58), auf dem der Kolben nicht gleitet, geteilt ist,
die Verbindungsöffnung (56) mit dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58) verbunden ist; und
der zum Gleitkontakt fähige Wandabschnitt (57) eine Härte aufweist, die höher ist als eine Härte der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Druckaufbringung durch die Autofrettage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungspumpe nach dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für die Kraftstoffversorgungspumpe nach dem Patentanspruch 9.
Unter Bezugnahme auf 5 schließt eine Kraftstoffversorgungspumpe 100 einen Kolben 101, einen Zylinderkörper 103 und einen (nicht gezeigten) Kolbenbetätigungsmechanismus ein. Der Kolben 101 ist geeignet, sich in seiner Achsrichtung hin und her zu bewegen, Der Zylinderkörper 103 schließt eine Zylinderbohrung 102 ein, die den Kolben 101 in einer axial verschieblichen Weise aufnimmt. Der (nicht gezeigte) Kolbenbetätigungsmechanismus wandelt eine von einer (nicht gezeigten) Verbrennungskraftmaschine übertragene Drehbewegung in eine lineare Bewegung um und leitet die lineare Bewegung an den Kolben 101 weiter. Die Kraftstoffversorgungspumpe 100 ist in ein Kraftstoffversorgungssystem des Speichertyps einbezogen, das über eine gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung (common rail) unter Hochdruck stehenden Kraftstoff mit einem Druck von mehr als 100 MP in die Verbrennungskraftmaschine einspritzt.
Außerdem ist bei der Kraftstoffversorgungspumpe 100 ein axialer Endabschnitt der Zylinderbohrung 102 flüssigkeitsdicht durch den Kolben 101 abgeschlossen (aufgeteilt), um eine Druckkammer 104 zu bilden, in der der Kraftstoff unter Druck gesetzt wird. In der Kraftstoffversorgungspumpe wird der axial verschiebbar in der Zylinderbohrung 102 aufgenommene Kolben 101 axial hin und her bewegt, um ein Volumen der Druckkammer 104 zu ändern, so dass der Kraftstoff in die Druckkammer 104 angesaugt wird und dann aus der Druckkammer 104 nach Druckausübung auf den in der Druckkammer 104 befindlichen Kraftstoff abgegeben wird.
Insbesondere ist ein Ausgangsströmungskanal 106 mit der Druckkammer 104 verbunden, um den unter Druck stehenden Kraftstoff aus der Druckkammer 104 abzugeben, und eine Verbindungsöffnung 107 des Ausgangsströmungskanals 106 ist in einer Bohrungswand (einer inneren Umfangswand) der Zylinderbohrung 102 ausgebildet, die die Druckkammer 104 bildet. Des Weiteren ist im Ausgangsströmungskanal 106 ein Rückschlagventil 108 positioniert, um einen Rückfluss des Kraftstoffs zur Druckkammer 104 zu verhindern. Wenn der Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer 104 größer wird als ein vorgegebener Ventilöffnungsdruck, wird das Rückschlagventil 108 geöffnet, so dass der Kraftstoff, der in der Druckkammer 104 unter Druck gesetzt wird, über den Ausgangsströmungskanal 106 zur Außenseite der Druckkammer 104 abgeleitet wird. Auf diese Weise wird der in der Druckkammer 104 unter Druck gesetzte Kraftstoff über den Ausgangsströmungskanal 106 zur Außenseite der Druckkammer 104 abgeleitet und dann der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung zugeführt.
In der Kraftstoffversorgungspumpe 100 wird wiederkehrend und intensiv eine Spannungsbelastung auf eine innere Umfangskante 109 der Verbindungsöffnung 107 und einen der inneren Umfangskante 109 benachbarten Bereich ausgeübt, wenn die Erhöhung und Verminderung des Kraftstoffdrucks in der Druckkammer 104 wiederholt wird. Deshalb ist es erforderlich, die Druckfestigkeit an der inneren Umfangskante 109 der Verbindungsöffnung 107 und dem der inneren Umfangskante 109 benachbarten Bereich zu erhöhen.
Es wurde vorgeschlagen, die Druckfestigkeit durch Aufbringen einer remanenten Druckspannung durch Autofrettage zu erhöhen. Insbesondere ist es bekannt, die Technik eine remanenten Druckspannung der Autofrettage bei einer Common-Rail-Einspritzung oder einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Speicher (siehe beispielsweise DE 10 2006 054 440 B3 entsprechend US 2010 / 0 154 501 A1 ) anzuwenden.
Deshalb kann es vorstellbar sein, die Druckfestigkeit an der inneren Umfangskante 109 der Verbindungsöffnung 107 und dem der inneren Umfangskante 109 benachbarten Bereich dadurch zu erhöhen, dass dort die Technik der Autofrettage angewandt wird.
Jedoch ist die innere Umfangskante 109 in einer Bohrungswand der Zylinderbohrung 102 ausgebildet, der, beispielsweise durch Einsatzhärten, Nitrierhärten oder durch Abschrecken, eine hohe Härte verliehen wurde, um einer Forderung zu entsprechen, einen Widerstand gegen die Fressneigung des Gleitkontakts des Kolbens 101 mit der Bohrungswand der Zylinderbohrung 102 zu besitzen. Deshalb ist es schwierig, selbst wenn der Druck auf die Bohrungswand der Zylinderbohrung 102 ausgeübt wird, um an der inneren Umfangskante 109 der Verbindungsöffnung 107 und dem der inneren Umfangskante 109 benachbarten Bereich die Druckfestigkeit durch Autofrettage zu erhöhen, die remanente Druckspannung auf die innere Umfangskante 109 der Verbindungsöffnung 107 und den der inneren Umfangskante 109 benachbarten Bereich auszuüben. Dadurch ist es nicht möglich, die Druckfestigkeit an der inneren Umfangskante 109 der Verbindungsöffnung 107 und dem der inneren Umfangskante 109 benachbarten Bereich zu erhöhen.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2008 044 022 A1 ein Verfahren zum Bearbeiten einer Fluidvorrichtung, die einen Basiskörper hat, in dem sich ein erster und ein zweiter Strömungsdurchgang schräg nebeneinander schneiden. Der Basiskörper hat eine erste Innenwand, die den ersten Strömungsdurchgang definiert, eine zweite Innenwand, die den zweiten Strömungsdurchgang definiert, und eine Grenzregion zwischen der ersten und der zweiten Innenwand. Die Grenzregion hat einen spitzen Abschnitt, bei dem sich die erste und die zweite Innenwand schräg miteinander mit einem spitzen Winkel zwischen sich schneiden. Bei dem Verfahren wird der Spitzenabschnitt der Grenzregion durch ein ECM (elektromechanisches Bearbeiten) unter Verwendung sowohl einer ersten Bearbeitungselektrode als auch einer zweiten Bearbeitungselektrode bearbeitet, die entsprechend in den ersten und den zweiten Strömungsdurchgang eingesetzt sind, um dem Spitzenabschnitt gegenüberzuliegen.
Zudem offenbart die DE 198 59 188 A1 eine Pumpe, bei der die Hochdruckkanäle mehrerer Pumpeinheiten über einen Sammelkanal mit einem Druckanschluss verbunden sind. Im Einmündungsbereich der Hochdruckkanäle zueinander und zum Sammelkanal werden Druckspannungen erzeugt, die einer Rissbildung entgegenwirken.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem obigen Nachteil. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffversorgungspumpe zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Druckfestigkeit an einer inneren Umfangskante einer Verbindungsöffnung eines Ausgangsströmungskanals und einem dazu benachbarten Bereich in einer Bohrungswand einer Zylinderbohrung in einem Gehäuse besitzt, während ein Widerstand gegen die Fressneigung des Gleitkontakts des Kolbens mit der Bohrungswand der Zylinderbohrung realisiert wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für das Gehäuse der Kraftstoffversorgungspumpe zu schaffen.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffversorgungspumpe geschaffen, die einen Kolben und ein Gehäuse einschließt. Der Kolben ist geeignet, sich in seiner axialen Richtung hin und her zu bewegen. Das Gehäuse schließt eine Zylinderbohrung ein, in der der Kolben axial verschieblich aufgenommen ist. Ein axialer Endabschnitt der Zylinderbohrung ist flüssigkeitsdicht durch den Kolben geschlossen, um darin eine Druckkammer zu bilden. Der Kolben ist geeignet, sich hin und her zu bewegen und in axialer Richtung in der Zylinderbohrung zu gleiten, um das Volumen der Druckkammer zu ändern und dadurch Kraftstoff in die Druckkammer anzusaugen und dann den Kraftstoff nach Unterdrucksetzung in der Druckkammer aus der Druckkammer auszugeben. Ein Ausgabeströmungskanal ist mit der Druckkammer am Gehäuse verbunden und geeignet, den unter Druck stehenden Kraftstoff zu leiten und aus der Druckkammer zu einer Außenseite der Kraftstoffversorgungspumpe auszugeben. Eine Verbindungsöffnung des Ausgabeströmungskanals öffnet sich zur Druckkammer und ist in einer Bohrungswand der Zylinderbohrung ausgebildet, die die Druckkammer bildet.
Ein vorgespannter Bereich ist in der Bohrungswand der Zylinderbohrung und einer Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals derart ausgebildet, dass der vorgespannter Bereich eine innere Umfangskante der Verbindungsöffnung einschließt und eine remanente Druckspannung aufweist, die durch Autofrettage etabliert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung steht auch ein Herstellungsverfahren für ein Gehäuse einer Kraftstoffversorgungspumpe zur Verfügung. Das Gehäuse wird derart aus einem Metallmaterial gebildet, dass es eine Zylinderbohrung und einen Ausgabeströmungskanal einschließt. Die Zylinderbohrung ist geeignet, einen Kolben in einer axial verschieblichen Weise aufzunehmen und eine Druckkammer in einem axialen Endabschnitt der Zylinderbohrung zu bilden, um darin Kraftstoff durch eine Verschiebebewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung unter Druck zu setzen. Der Ausgabeströmungskanal ist mit der Druckkammer verbunden und geeignet, den unter Druck gesetzten Kraftstoff von der Druckkammer zur Außenseite des Gehäuses zu leiten und auszugeben. Eine Verbindungsöffnung des Ausgabeströmungskanals öffnet sich zur Druckkammer und ist in einer Bohrungswand der Zylinderbohrung ausgebildet, die die Druckkammer bildet. Ein Druck wird auf einen vorgegebenen Bereich in der Bohrungswand der Zylinderbohrung, der Gegenstand der Vorspannung ist, und eine Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals durch Autofrettage ausgeübt, um eine remanente Druckspannung in dem vorgegebenen Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, zu erzeugen und dadurch einen vorgespannten Bereich zu bilden, in dem der vorgegebene Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, eine innere Umfangskante der Verbindungsöffnung einschließt.
Die Erfindung wird zusammen mit weiteren ihrer Aufgaben, Merkmale und Vorteile am besten anhand der folgenden Beschreibung, der angefügten Ansprüche und der begleitenden Zeichnungen verstanden. In diesen ist

1 ein schematischer Querschnitt, der eine Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt mit großer Härte und einen Druck ausübenden Bereich (einen Einspritzbereich eines Druck ausübenden Mediums) eines Autofrettageverfahrens in der Kraftstoffversorgungspumpe gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
2B eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt der Kraftstoffversorgungspumpe zeigt, der Subjekt einer Vorspannung ist (der Bildung eines vorgespannten Bereichs nach dem Autofrettageverfahren), auf den erfindungsgemäß eine remanente Druckspannung zur Bildung des vorgespannten Bereichs ausgeübt wird;
3A eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt mit großer Härte, einen Abschnitt mit geringer Härte und einen Druck ausübenden Bereich eines Autofrettageverfahrens in der Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
3B eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt der Kraftstoffversorgungspumpe zeigt, der Subjekt einer Vorspannung ist, auf den gemäß der zweiten Ausführungsform eine remanente Druckspannung zur Bildung eines vorgespannten Bereichs ausgeübt wird;
4A eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt mit großer Härte, einen Abschnitt mit geringer Härte und einen Druck ausübenden Bereich eines Autofrettageverfahrens in der Kraftstoffversorgungspumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4B eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt der Kraftstoffversorgungspumpe zeigt, der Subjekt einer Vorspannung ist, auf den gemäß der dritten Ausführungsform eine remanente Druckspannung zur Bildung eines vorgespannten Bereichs ausgeübt wird und
5 einen schematischen Teilquerschnitt einer Kraftstoffversorgungspumpe nach dem Stand der Technik.

(Erste Ausführungsform)
Die Konstruktion einer Kraftstoffversorgungspumpe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die Kraftstoffversorgungspumpe 1 setzt einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs (beispielsweise ein Automobil) zuzuführenden Kraftstoff unter Druck und gibt ihn ab. Die Kraftstoffversorgungspumpe 1 bildet einen Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems des Speichertyps. Beim Kraftstoffeinspritzsystem des Speichertyps wird Kraftstoff, der unter hohem Druck in der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung (common rail, ein Speicher) gespeichert wird, in den Motor eingespritzt. Die Kraftstoffversorgungspumpe 1 setzt von einem Kraftstofftank angesaugten Kraftstoff unter Druck und gibt ihn ab, um den unter Druck gesetzten Kraftstoff der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung zuzuführen. Das Kraftstoffeinspritzsystem schließt eine nicht dargestellte elektronische Steuereinheit (ECU) ein, die eine Aktion einer jeden der zugeordneten Einheiten steuert, auch die Aktion der Kraftstoffversorgungspumpe 1 wird ebenfalls durch die ECU gesteuert.
Die Kraftstoffversorgungspumpe 1 schließt eine Hochdruckpumpe 5 und einen Kolbenantriebsmechanismus 7 ein. In der Hochdruckpumpe 5 ist ein Kolben 3 axial verschieblich in einer Zylinderbohrung 2 gelagert, um Kraftstoff in einer Druckkammer 4 unter Druck zu setzen. Im Kolbenantriebsmechanismus 7 wird eine vom Verbrennungsmotor her übertragene Drehbewegung durch die Rotation eines Nockens 6 in eine lineare, hin- und hergehende Bewegung umgeformt. Durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 3 wird Kraftstoff in die Druckkammer 4 angesaugt und unter Druck gesetzt und danach aus der Druckkammer 4 derart ausgegeben, dass der Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. In der folgenden Diskussion wird, falls nicht anders definiert, als axiale Richtung die Achsrichtung des Kolbens 3 bezeichnet.
Die Kraftstoffversorgungspumpe 1 schließt ein Magnetventil 9 ein, das die Eingabe und Ausgabe des Kraftstoffs in die bzw. aus der Druckkammer 4 ermöglicht bzw. verhindert. Die ECU steuert die Aktion der Kraftstoffversorgungspumpe 1 durch Steuerung der Erregung einer Magnetspule 10 des Magnetventils 9. Eine Mehrzahl von Kraftstoffströmungskanälen 11-14, 16-17 ist in der Hochdruckpumpe 5 ausgebildet und das Magnetventil 9 ist derart in die Hochdruckpumpe 5 eingebaut, dass es eine Verbindung zwischen der Druckkammer 4 und den auf der stromauf von der Druckkammer 4 befindlichen Seite (die Seite des Kraftstofftanks) gelegenen Kraftstoffströmungskanälen 11, 12, 14, 16, 17 aus den Kraftstoffströmungskanälen 11-14 und 16-17 öffnet oder schließt..
Die Hochdruckpumpe 5 schließt den Kolben 3, einen Zylinderkörper 19, eine Feder 20 und ein Rückschlagventil 21 ein. Der wird durch den Kolbenantriebsmechanismus 7 auf eine axiale Seite hin (d. h. in Richtung auf ein in 1 gezeigtes Ende) betätigt. Der Zylinderkörper 19 schließt die Zylinderbohrung 2 ein und lagert axial verschieblich den Kolben 3 in der Zylinderbohrung 2. Die Feder 20 drückt den Kolben 3 in die Richtung auf die andere axiale Seite (d. h. in Richtung auf das andere in 1 gezeigte Ende). Das Rückschlagventil 21 öffnet oder schließt eine Verbindung zwischen der Druckkammer 4 und einer (nicht gezeigten) Auslassleitung, die sich außerhalb der Kraftstoffversorgungspumpe 1 befindet.
Der Kolben 3 ist so gelagert, dass sein anderer axialer Endabschnitt aus der Zylinderbohrung 2 ragt und der eine axiale Endabschnitt des Kolbens 3 sich in der Zylinderbohrung 2 hin- und herbewegt. Ein axialer Endabschnitt der Zylinderbohrung 2 ist durch den Kolben 3 flüssigkeitsdicht geschlossen (abgeteilt), um die Druckkammer 4 zu bilden. Ansprechend auf die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 3 wird das Volumen der Druckkammer 4 zusammengedrückt oder es dehnt sich aus.
Ein axiales Ende des Zylinderkörpers 19 ist derart axial ausgenommen, dass eine Ausnehmung gebildet wird, deren Innendurchmesser stufenweise gegen das andere axiale Ende des Zylinderkörpers 19 abnimmt. Ein Ende der Zylinderbohrung 2 (d. h. ein Ende der Druckkammer 4) öffnet sich in einer Bodenfläche der Ausnehmung, die dem anderen axialen Ende des Zylinderkörpers 19 in der Ausnehmung am nächsten liegt. Zudem ist ein einen Strömungskanal bildendes Element 23 am Boden der Ausnehmung positioniert, um die Öffnung der Druckkammer 4 an der einen axialen Seite zu schließen. Das den Strömungskanal bildende Element 23 schließt einen Verbindungskanal 25 ein, der der Kommunikation zwischen einer Ventilkammer 24 des Magnetventils 9 und der Druckkammer 4 dient. Das den Strömungskanal bildende Element 23 dient als ein Ventilsitz, gegen den sich ein Ventilabschnitt 26 des Magnetventils 9 legen kann, und auch als Anschlag, der die Bewegung des Ventilabschnitts 26 in Richtung auf die andere axiale Seite begrenzen kann.
Ein Ventilkörper 27 des Magnetventils 9 wird an der einen Endseite des den Strömungskanal bildenden Elements 23 in axialer Richtung derart aufgenommen, dass der Ventilkörper 27 das den Strömungskanal bildende Element 23 berührt. Ein ringförmiger Kraftstoffströmungskanal ist zwischen dem Zylinderkörper 19 und den Ventilkörper 27 ausgebildet. Ein Mutterngewinde ist an einer inneren Umfangsfläche des Zylinderkörpers 19 an der einen Endseite des Kraftstoffströmungskanals 11 ausgebildet, um mit. einem Schraubengewinde des Magnetventils 9 (genauer ein Schraubengewinde des Gehäuses des Magnetventils 9) in Gewindeeingriff zu kommen. Dadurch ist das Magnetventil 9 durch Gewindeeingriff zwischen dem Muttergewinde des Zylinderkörpers 19 und dem Schraubengewinde des Magnetventils 9 am Zylinderkörper 19 fixiert.
Des Weiteren sind im Zylinderkörper 19 ein Kraftstoffströmungskanal 12 und ein Kraftstoffströmungskanal 13 ausgebildet. Der Kraftstoffströmungskanal 12 steht mit dem ringförmigen Kraftstoffströmungskanal 11 im Verbindung. Der Kraftstoffströmungskanal 13 dient als ein Ausgabeströmungskanal, durch den der in der Druckkammer 4 unter Druck gesetzte Kraftstoff aus der Kraftstoffversorgungspumpe 1 abgeleitet wird. Außerdem steht ein stromauf gelegener Teil des Kraftstoffströmungskanals 12 in Verbindung mit einem ringförmigen Kraftstoffströmungskanal 14, der durch den Zylinderkörper 19 und ein unten beschriebenes Pumpengehäuse gebildet wird. Zudem ist am Pumpengehäuse 29 ein Kraftstoffeinleitungsrohr 30 montiert, um aus dem Kraftstofftank abgesaugten Kraftstoff dem Kraftstoffströmungskanal 14 zuzuleiten. Sowohl der Zylinderkörper 19 wie auch das Pumpengehäuse 29 sind aus metallischem Material gefertigt (z. B. ein Lagerstahl wie JIS-SUJ2) und bilden einen entsprechenden Teil des Gehäuses der Kraftstoffversorgungspumpe 1.
Ein Ende der Feder 20 wird von einem oberen Sitz 33 abgestützt, um die Ausdehnung der Feder zur einen axialen Seite zu begrenzen, und das andere Ende der Feder 20 wird durch einen Stößelkörper 32 über einen unteren Sitz 31 abgestützt. Die Feder 20 drückt den Kolben 3 derart gegen die andere axiale Seite, dass das andere Ende (nachfolgend als ein Kolbenkopf 34 bezeichnet) des Kolbens 3 über den unteren Sitz 31 mit dem Stößelkörper 32 in Kontakt steht. Gleichzeitig drückt die Feder 20 den gesamten Kolbenantriebsmechanismus 7 zur anderen axialen Seite durch Drücken des Stößelkörpers 32 durch den unteren Sitz 31 gegen die andere axiale Seite.
Das Rückschlagventil 21 schließt ein Ventilelement 37 und eine Feder 38 ein und ist vom Kraftstoffströmungskanal 13 aufgenommen. Das Ventilelement 37 wird betätigt, um die Druckkammer 4 relativ zu einer Ausgangsleitung zu öffnen und zu schließen, die an der Außenseite der Kraftstoffversorgungspumpe 1 angeordnet ist. Die Feder 38 drückt das Ventilelement 37 relativ zu der außerhalb der Kraftstoffversorgungspumpe angeordneten Ausgangsleitung in eine Ventilschließrichtung. Insbesondere verhindert das Rückschlagventil 21 den Rückfluss des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung zur Druckkammer 4 über die außerhalb der Kraftstoffversorgungspumpe 1 angeordnete Ausgangsleitung. Wenn der Kraftstoffdruck in der Druckkammer 4 einen vorgegebenen Ventilöffnungsdruck überschreitet, wird das Rückschlagventil 21 geöffnet, um in der Druckkammer 4 unter Druck gesetzten Kraftstoff der gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung zuzuführen. In einer Kanalwandung (innere Umfangswandung) des Kraftstoffströmungskanals 13 ist ein Sitz 39 ausgebildet und geeignet, zum Schließzeitpunkt des Kraftstoffströmungskanals 13 mit dem Ventilelement 37 zusammenzuwirken. Insbesondere wird das Ventilelement 37 zum Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt der Druckkammer 4 relativ zu der außerhalb der Kraftstoffversorgungspumpe 1 angeordnete Ausgangsleitung wiederholt vom Sitz 39 abgehoben und wieder (zur Zusammenwirkung) an ihm angelegt.
Der Kolbenantriebsmechanismus 7 schließt den Stößelkörper 32, eine Walze 41 und einen Schuh 42 ein. Der Stößelkörper 32 wird von einer zylindrischen Stützbohrung 40 derart aufgenommen und gestützt, dass er axial in ihr hin und her beweglich ist. Die Walze 41 wird vom Stößelkörper 32 aufgenommen und liegt an der äußeren Umfangsfläche des Nockens 6 an. Wenn der Nocken 6 gedreht wird, bewegt sich die Walze 41 hin und her, während sie durch den Nocken 6 gedreht wird. Der Schuh 42 ist im Stößelkörper 32 fixiert und wird zusammen mit dem Stößelkörper 32 hin und her bewegt. Der Schuh 42 stützt die Walze 41 an ihrer Außenfläche ab.
Ein unterteilender Abschnitt 43 ist in einem radial inneren Teil des Stößelkörpers 32 ausgebildet. Der unterteilende Abschnitt 43 besitzt eine axiale Wanddicke und der Kolbenkopf 34 steht in Kontakt mit dem unterteilenden Abschnitt 43. Ein radial innerer Bereich des Stößelkörpers 32 ist durch den unterteilenden Abschnitt 43 zwischen einem axialen Endabschnitt und einem anderen axialen Endabschnitt aufgeteilt. Ein Kontaktabschnitt des Kolbenkopfs 34 und ein Stützsitz zum Abstützen der Feder 20 über den unteren Sitz 31 sind an der einen Endfläche des unterteilenden Abschnitts 43 vorgesehen. Außerdem werden die Walze 41 und der Schuh 42 von der anderen Endseite der des unterteilenden Abschnitts 43 aufgenommen. Die Walze 41 wird derart aufgenommen, dass eine Drehachse der Walze 41 im Allgemeinen rechtwinklig zur Achsrichtung des Kolbens 3 verläuft.
Des Weiteren ist die Stützbohrung 40 im Pumpengehäuse 29 ausgebildet, an dem die Hochdruckpumpe 5 montiert ist. Die Hochdruckpumpe 5 (genauer der Zylinderkörper 19 der Hochdruckpumpe 5) ist am Pumpengehäuse 29 derart montiert, dass sie koaxial zur Stützbohrung 40 ausgerichtet ist, und dass dadurch die Hochdruckpumpe 5 das eine Ende der Stützbohrung 40 abschließt. Das andere Ende der Stützbohrung öffnet sich zur Nockenkammer 44, die den Nocken 6 aufnimmt. Am anderen Ende der Stützbohrung 40 stehen eine äußere Umfangsfläche der Walze 41 und eine äußere Umfangsfläche des Nockens 6 in Kontakt mit einander. Der Nocken 6 schließt eine Mehrzahl (in diesem Falle drei) Exzentrizitäten (Erhebungen) ein, die um eine Antriebswelle 45 angeordnet sind. Die Exzentrizitäten des Nockens 6 sind in gleichen Winkelabständen (z. B. Intervalle von 120 Grad im Falle von drei Exzentrizitäten) um die Antriebswelle 45 angeordnet, und die Antriebswelle wird durch den Verbrennungsmotor angetrieben.
Im Kolbenantriebsmechanismus 7 ist ein Abschnitt 46 zur Verhinderung einer Drehbewegung des Kolbenantriebsmechanismus 7 um eine Achse des Kolbenantriebsmechanismus 7, die parallel zur Achsrichtung des Kolbens 3 ist. Beim Abschnitt 46 zur Verhinderung einer Drehbewegung ist ein Positionierungselement 46a, das den Kolbenantriebsmechanismus 7 in Umfangsrichtung positioniert, mit Presssitz an einer äußeren Umfangsfläche des Stößelkörpers 32 angebracht und greift verschieblich in eine in einer Wandfläche der Stützbohrung 40 ausgebildete Führungsnut 46b ein.
Das Positionierungselement 46a gleitet derart längs einer Oberfläche der Führungsnut 46b ansprechend auf die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 3, dass es zusammen mit dem Kolbenantriebsmechanismus 7 hin und her geht. Außerdem wird der Führungsnut 46b Schmieröl zugeführt, um sie zu schmieren.
Das Schmieröl wird von einer Schmierölansaugöffnung in einen Gleitspalt zwischen der Lochwandung (innere Umfangswand) der Stützbohrung 40 und der äußeren Umfangswand des Stößelkörpers 32 derart zugeführt, dass das Schmieröl den Verbindungsbereich (Kontaktbereich) zwischen der Bohrungswandung der Stützbohrung 40 und dem Stößelkörper 32, den Verbindungsbereich (Kontaktbereich) zwischen dem Positionierungselement 46a und der Oberfläche der Führungsnut 46b, den Verbindungsbereich (Kontaktbereich) zwischen der Walze 41 und dem Schuh 42 und den Verbindungsbereich (Kontaktbereich) zwischen der Walze 41 und dem Nocken 6 schmiert, und danach der Nockenkammer 44 zugeführt und von ihr aufgenommen wird. Das von der Nockenkammer 44 aufgenommene Schmieröl wird durch eine Schmierölabsaugöffnung von der Kraftstoffversorgungspumpe 1 abgesaugt.
Das Magnetventil 9 schließt die Magnetspule 10, einen Stator 47, einen Anker 48, eine Feder 49 ein Ventilelement 50 und den Ventilkörper 27 ein. Die Erregung der Magnetspule 10 wird durch die ECU gesteuert. Wenn die Magnetspule 10 erregt wird, erzeugt sie einen magnetischen Fluss, der durch den Stator 47 geleitet wird. Danach wird der magnetische Fluss dem Anker 48 zugeführt. Der Anker 48 wird magnetisch vom Stator 47 nach einer axialen Seite angezogen. Das Ventilelement 50 wird zusammen mit dem Anker 48 axial derart bewegt, dass es die Verbindung zwischen den Kraftstoffströmungskanälen 16, 17 auf der stromauf gelegenen Seite und der Druckkammer 4 öffnet oder schließt. Der Ventilkörper 27 lagert axial verschieblich einen Schaft 51 des Ventilelements 50 und bildet die Ventilkammer 24, die den Ventilabschnitt 26 des Ventilelements 50 aufnimmt.
Eine verschieblich den Schaft 51 aufnehmende Führungsbohrung 52 ist im Ventilkörper 27 derart ausgebildet, dass die Führungsbohrung 52 sich axial durch den Ventilkörper 27 erstreckt. Die Ventilkammer 24 ist am anderen Ende der Führungsbohrung 52 ausgebildet.
Der Anker 48 ist an dem einen axialen Endabschnitt des Schaftes 51 fixiert, der aus der Führungsbohrung 52 herausragt. Der andere axiale Endabschnitt des Schaftes 51 weist einen Teil mit reduziertem Durchmesser auf, der so gestaltet ist, dass der Teil mit reduziertem Durchmesser einen reduzierten Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist, als jener des axialen Mittelabschnitts des Schafts 51, der axial zwischen dem einen Endabschnitt und dem anderen Endabschnitt des Schafts 51 positioniert ist. Dadurch wird der ringförmige Kraftstoffströmungskanal 16 zwischen dem Schaft 51 und der Wandoberfläche der Führungsbohrung 52 ausgebildet. Ein Kraftstoffströmungskanal 17 wird im Ventilkörper 27 derart ausgebildet, dass er eine Verbindung herstellt zwischen dem Kraftstoffströmungskanal 11 und dem Kraftstoffströmungskanal 16.
Eine Sitzfläche 53 ist in einer konischen Wandoberfläche des Ventilkörpers 27 an einem Endseitenteil der der Ventilkammer 24 ausgebildet. Der Ventilabschnitt 26 des Ventilelements 50 sitzt auf der Sitzfläche 53, wenn der Anker 48 und das Ventilelement 50 nach Erregung der Magnetspule 10 gegen die eine axiale Seite bewegt werden. Wenn der Ventilabschnitt 26 des Ventilelements 50 an der Sitzfläche 53 aufsitzt, ist die Verbindung zwischen der Ventilkammer 24 und dem Kraftstoffströmungskanal 16 geschlossen. Außerdem, wenn nach der Aberregung der Magnetspule 10 der Anker 48 und das Ventilelement 50 durch die Feder 49 gegen die andere axiale Seite gedrückt werden, wird der Ventilabschnitt 26 von der Sitzfläche 53 abgehoben. Dadurch wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 24 und dem Kraftstoffströmungskanal 16 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt kommt der Ventilabschnitt 26 des Ventilelements 50 in Kontakt mit dem den Strömungskanal bildenden Element 23, so dass die Bewegung des Ventilelements 50 zur anderen axialen Seite begrenzt wird.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion wird bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 das Magnetventil 9 betätigt, um das Ventilelement 50 zu schließen, wenn der Kolben 3 gegen die eine axiale Seite bewegt wird, um die Druckkammer 4 unter Druck zu setzen. Auf diese Weise dient die Kraftstoffversorgungspumpe 1 als eine die Abgabemenge messende Pumpe, die die Abgabemenge des aus der Druckkammer 4 abgegebenen Kraftstoffs misst.
Insbesondere, wenn der Kolben 3 zur einen axialen Seite bewegt wird, um die Druckkammer 4 unter Druck zu setzen, wenn die Magnetspule 10 ansprechend auf einen entsprechenden Befehl von der ECU erregt wird, sitzt der Ventilabschnitt 26 des Ventilelements 50 auf der Sitzfläche 53 auf, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 24 und dem Kraftstoffströmungskanal und die Verbindung zwischen der Druckkammer 4 und den Strömungskanälen 16, 17 auf der stromauf gelegenen Seite zu schließen. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck der Druckkammer 4 erhöht und wird größer als der Ventilöffnungsdruck des Rückschlagventils 21. Somit öffnet sich das Rückschlagventil 21 und dadurch wird die Kraftstoffversorgung von der Kraftstoffversorgungspumpe 1 zur gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung gestartet.
Wenn die Erregung der Magnetspule 10 ansprechend auf den entsprechenden Befehl der ECU gestoppt wird, wird der Ventilabschnitt 26 des Ventilelements 50 von der Sitzfläche 53 abgehoben, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 24 und dem Kraftstoffströmungskanal 16 und die Verbindung zwischen der Druckkammer 4 und den Kraftstoffströmungskanälen 16, 17 auf der stromauf gelegenen Seite zu öffnen. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck in der Druckkammer 4 gesenkt und wird geringer als der Ventilöffnungsdruck Rückschlagventils 21. Somit wird das_Rückschlagventil 21 geschlossen und dadurch die Kraftstoffzufuhr von der Kraftstoffversorgungspumpe 1 zur gemeinsamen Kraftstoffversorgungsleitung beendet.
Charakteristische Merkmale der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten Ausführungsform werden nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 2B beschrieben.
Der Kraftstoffströmungskanal 13, der als der Ausgabeströmungskanal dient, ist mit der Druckkammer 4 verbunden. Eine Verbindungsöffnung 56 des Kraftstoffströmungskanals 13 ist im der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 ausgebildet, die die Druckkammer 4 bildet. Die Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 besitzt einen zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 und einen nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58. Mit anderen Worten, die Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 ist in einen zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 und einen nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58 geteilt. Der nicht zum Gleitkontakt fähige Wandabschnitt 58 weist einen größeren Innendurchmesser auf als der zum Gleitkontakt fähige Wandabschnitt 57, so dass die innere Umfangswandfläche des nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 58 gegenüber der inneren Umfangswandfläche des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57 radial nach außen verlagert ist. Dem Kolben 3 ist ermöglicht, auf dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 zu gleiten, er gleitet aber nicht auf dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58. Die Verbindungsöffnung 56 zum Kraftstoffströmungskanal 13 wird hauptsächlich von dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58 gebildet.
Die Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 und die die Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 werden durch Autofrettage unter Druck gesetzt, um eine remanente Druckspannung in einem vorgegebenen Bereich zu erzeugen, der Gegenstand einer Vorspannung ist, um einen vorgespannten Bereich A des Endprodukts zu schaffen, der eine innere Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und einen benachbarten Bereich um die Umfangskante einschließt. Dabei sollte verstanden werden, dass der Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, sich auf einen Bereich bezieht, der später, nachdem auf ihn die remanente Druckspannung übertragen wurde, der vorgespannte Bereich A ist. Bei dieser Ausführungsform schließt der vorgespannte Bereich A, der mit der remanenten Druckspannung versehen wird, den nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58 und die Kanalwandung des stromauf gelegenen Teils des Kraftstoffströmungskanals 13 ein, der stromauf vom Sitz 39 angeordnet ist.
Die Autofrettage ist ein Verfahren, bei dem eine unter Hochdruck stehende Flüssigkeit (Druck ausübendes Medium), dessen Druck höher ist als der während der Aktionszeit (Betriebszeit) der Kraftstoffversorgungspumpe 1, in einen Kraftstoffströmungsabschnitt, wie die Druckkammer 4, eingespritzt wird, um den Druck auf eine Wandungsoberfläche auszuüben, die den Kraftstoffströmungsabschnitt bildet, und dadurch die remanente Druckspannung auf die Wandungsoberfläche zu übertragen.
Bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten Ausführungsform wird das Druck ausübende Medium durch die Zylinderbohrung 2 und den Kraftstoffströmungskanal 13 eingespritzt. Deshalb schließt ein druckaufnehmender Bereich, in dem der Druck durch das Druck ausübende Medium mittels der Autofrettage ausgeübt wird, den nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58 ein und erstreckt sich bis zu dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 jenseits einer Grenze zwischen dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 und dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58. In der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten Ausführungsform wird die remanente Druckspannung nur auf den Bereich übertragen, der Gegenstand der Vorspannung ist und der später im Endprodukt der vorgespannte Bereich A wird, in dem mit Druck zu beaufschlagenden Bereich durch Druckausübung mittels Autofrettage durch Ausführung des folgenden Verfahrens.
Insbesondere muss bei der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 der zum Gleitkontakt fähige Wandabschnitt 57 eine erhöhte Härte aufweisen, um beim Gleitkontakt des Kolbens 3 einen ausreichenden Widerstand gegen Fressen sicherzustellen, und bei der Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 muss der Sitz 39 eine erhöhte Härte aufweisen, um beim wiederholten Abheben und Aufsetzen des Ventilelements 37 einen ausreichenden Widerstand gegen Verschleiß zu besitzen. Deshalb wird vor der Ausübung von Druck durch die Autofrettage ein Aufkohlungsverfahren über die gesamte Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 durchgeführt, das den gesamten zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 und die gesamte Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 einschließlich des Sitzes 39 umfasst. Dieses Aufkohlungsverfahren wird durchgeführt nach der Durchführung eines Anti-Aufkohlungsverfahrens, wie das Aufbringen einer Maskierung in einem Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, in dem der Druck durch ein Druck ausübendes Medium aufgebracht wird, um die remanente Druckspannung zu erzeugen und nach der Durchführung des Anti-Aufkohlungsverfahrens den vorgespannten Bereich A durch Autofrettage zu bilden.
Deshalb wird die Härte des Bereichs, der Gegenstand der Vorspannung ist und der dem Bereich entspricht, der später der vorgespannte Bereich A wird, selbst nach dem Aufkohlungsverfahren nicht erhöht, weil der Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, beispielsweise durch die Maskierung vor der Aufkohlung geschützt wird. Somit ist in einem Zustand nach dem Aufkohlungsverfahren, jedoch vor der Druckeinwirkung durch Autofrettage, der Unterschied zwischen der Härte des Bereichs, der Gegenstand der Vorspannung ist, der dem vorgespannten Bereich A entspricht, und der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57 und des Sitzes 39 gleich der oder höher als die Vickershärte (HV) 100.
Deshalb wird die remanente Druckspannung nur in dem Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, d. h. dem vorgespannten Bereich A, etabliert, obwohl durch die Autofrettage der Druck auf die gesamte Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 und die gesamte Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanas 13 ausgeübt wird.
Nun werden die Vorteile der ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten Ausführungsform wird der Druck zur Etablierung der remanenten Druckspannung durch die Autofrettage wenigstens auf den vorgespannten Bereich A ausgeübt, der den erhöhten Druckwiderstand aufweisen muss und die innere Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und den benachbarten Bereich um die innere Umfangskante 59 in der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 und der Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 einschließt.
Deshalb wird bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der Widerstand gegen Fressen beim Gleitkontakt des Kolbens 3 relativ zur Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 und der Druckwiderstand an der inneren Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und dem benachbarten Bereich um die innere Umfangskante 59 verbessert.
Des Weiteren ist in dem Zustand vor der Druckeinwirkung durch Autofrettage der Unterschied zwischen der Härte der inneren Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und dem benachbarten Bereich um die innere Umfangskante 59 und die Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57 und des Sitzes 39 gleich oder größer als HV 100.
Deshalb ist es möglich, sowohl die Etablierung der remanenten Druckspannung an der inneren Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und dem benachbarten Bereich um die innere Umfangskante 59 als auch die Verbesserung des Widerstands des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 gegen Fressen zu erreichen.
Zudem werden die innere Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und der benachbarte Bereich um die innere Umfangskante 59 nach deren Anti-Aufkohlungsbehandlung dem Aufkohlungsverfahren unterzogen, so dass die Aufkohlung der inneren Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und des benachbarten Bereichs um die innere Umfangskante 59 verhindert werden kann.
Dadurch kann nach der Erhöhung der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57 und des Sitzes 39 auf die innere Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und den benachbarten Bereich um die innere Umfangskante 59, die ohne Erhöhung der Härte geblieben sind, der Druck durch die Autofrettage etabliert werden. Deshalb kann, wenn der Druck auf die gesamte Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 durch Autofrettage ausgeübt wird, die remanente Druckspannung nur auf dem Bereich etabliert werden, der Gegenstand der Vorspannung ist, der die innere Umfangskante 59 der Verbindungsöffnung 56 und den benachbarten Bereichs um die innere Umfangskante 59 einschließt. Somit ist es nicht erforderlich, den während der Autofrettage dem Druck ausgesetzten Bereich der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 zu härten, wodurch es möglich ist, dieses umständliche, mit der Autofrettage verbundene Verfahren zu erleichtern.
(Zweite Ausführungsform)
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie in 3A gezeigt, ein Sperrelement 63 in der Zylinderbohrung 2 montiert, um einen Einspritzbereich für die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit zu definieren. Aufgrund der Gegenwart des Sperrelements 63 erstreckt sich der Druckaufnahmebereich, der durch die Autofrettage mit Druck beaufschlagt wird, zu dem Abschnitt des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57, der sich jenseits der Grenze 60 zwischen dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 und dem zum Gleitkontakt nicht fähigen Wandabschnitt 58 befindet, ohne sich über den gesamten zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 zu erstrecken.
Dadurch kann der Druck durch die Autofrettage in dem minimalen Bereich ausgeübt werden, der den vorgespannte Bereich A der 3B einschließt, in dem die remanente Druckspannung etabliert werden muss, ohne dass es erforderlich ist, die Position des Sperrelements 63 präzise einzustellen. Deshalb kann in dem Falle, in dem bei der Autofrettage die druckaufnehmende Fläche auf den Abschnitt der Bohrungswand beschränkt werden muss, statt die gesamte Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 zu erfassen, die erforderliche Genauigkeit bei der Einstellung der Position des Sperrelements 63 gesenkt werden, um die mit der Autofrettage verbundene, umständliche Verfahrensweise zu erleichtern.
Außerdem ist es, weil durch die Autofrettage der Druck nicht auf die die gesamte Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 ausgeübt wird, möglich, den Druck aufnehmenden Bereich in dem unnötigen Bereich der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 wesentlich zu reduzieren, in dem eine remanente Druckspannung nicht erforderlich ist. Deshalb können die durch die Autofrettage verursachten Energiekosten reduziert werden.
Der Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, der dem vorgespannte Bereich A entspricht, wird nach der Behandlung durch das Anti-Aufkohlungsverfahren dem Aufkohlungsverfahren ausgesetzt, so dass die Aufkohlung des Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist und der dem vorgespannte Bereich A entspricht, verhindert wird. Dann wird der Druck auf diesen Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist und der dem vorgespannten Bereich A entspricht, wie bei der ersten Ausführungsform ausgeübt.
(Dritte Ausführungsform)
Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie in 4A gezeigt, ein Sperrelement 64 in den Kraftstoffströmungskanal 13 eingesetzt, um im Kraftstoffströmungskanal 13 einen Einspritzbereich für das unter Hochdruck stehende Strömungsmittel zu definieren. Das Sperrelement 64 ist in den Kraftstoffströmungskanal 13 derart eingesetzt, dass der Druck aufnehmende Bereich, der während der Autofrettage mit Druck beaufschlagt wird, sich nicht von der Druckkammer 4 bis zum Sitz 39 in der Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 erstreckt.
Die Härte des Sitzes 39, an dem das Ventilelement 37 des Rückschlagventils 21 anschlägt, wird erhöht, um den Widerstand gegen den Verschleiß aufgrund des wiederholten Anschlagens und Abhebens des Ventilelements 37 des Rückschlagventils 21 am bzw. vom Sitz 39 zu realisieren. Außerdem ist das Ausüben von Druck gegen den Sitz 39 während der Autofrettage nicht erforderlich und schwierig.
Angesichts der vorstehenden Punkte ist der Druckanwendungsbereich während der Autofrettage durch das Sperrelement 64 derart begrenzt, dass der Druckanwendungsbereich sich nicht bis zum Sitz 39 in der Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 erstreckt. Auf diese Weise wird durch die Autofrettage der Druck nicht auf den unnötigen Bereich der Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13 übertragen, in dem die Etablierung der remanenten Druckspannung nicht erforderlich ist. Deshalb können die mit der Autofrettage verbundenen Energiekosten reduziert werden.
Die Kraftstoffversorgungspumpe der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die erste bis dritte Ausführungsform beschränkt und die obigen Ausführungsformen können im Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.
Beispielsweise wird bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten bis dritten Ausführungsform die Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57 und des Sitzes 39 durch die Aufkohlung gesteigert. Alternativ kann die Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts 57 und des Sitzes 39 durch ein Nitrierverfahren, eine Induktionshärtung (Anlassen durch Induktion) oder ein Laserhärtungsverfahren (Anlassen durch Laser) gesteigert werden.
Bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten bis dritten Ausführungsform wird der Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist und dem vorgespannten Bereich A entspricht, zu der Zeit vor der Druckaufbringung durch die Autofrettage, um die niedrigere Härte des Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, zu realisieren, d. h. der später im Endprodukt der vorgespannte Bereich A wird, dem Aufkohlungsverfahren unterzogen, nachdem bei ihm das Anti-Aufkohlungsverfahren durchgeführt wurde. Jedoch ist die Art und Weise in der die niedrige Härte des Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist und der dem vorgespannten Bereich A entspricht, realisiert wird, darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die gesamte Wand der Zylinderbohrung 2 und der Kanalwandung des Kraftstoffströmungskanals 13, die den vorgespannten Bereich A einschließen, durch das Aufkohlungsverfahren, das Nitrierungsverfahren, das Induktionshärtungsverfahren (Anlassen durch Induktion) oder das Laserhärtungsverfahren (Anlassen durch Laser) behandelt werden, und anschließend kann ein Oberflächenabschnitt des Bereichs, der Gegenstand der Vorspannung ist, der dem vorgespannten Bereich A entspricht, entfernt werden, um die niedrige Härte des Bereich zu erhalten, der Gegenstand der Vorspannung ist.
Außerdem kann in dem Falle, in dem die Härte durch das Härtungsverfahren (Anlassen) erhöht wird, die Härte des Bereichs, der Gegenstand der Vorspannung ist, der dem vorgespannten Bereich A entspricht, durch ein Temperverfahren reduziert werden, das nach dem Härtungsverfahren (Anlassen) ausgeführt wird.
Zudem erstreckt sich bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 der ersten bis dritten Ausführungsform der Bereich der Druckausübung bei der Autofrettage in den zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 jenseits der Grenze 60 zwischen dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 57 und dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58. Alternativ kann der Bereich der Druckausübung bei der Autofrettage nur auf den nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt 58 in der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 beschränkt werden.
In einem solchen Falle wird in der Bohrungswand der Zylinderbohrung 2 der Druck nicht auf den unnötigen Bereich ausgeübt, in dem die Etablierung der remanenten Druckspannung nicht erforderlich ist. Somit können die mit der Autofrettage verbundenen Energiekosten reduziert werden.
Des Weiteren ist bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels das Rückschlagventil 21 im Kraftstoffströmungskanal 13 positioniert, der im Zylinderkörper 19 ausgebildet ist. Alternativ kann ein Element, das das Rückschlagventil 21 aufnimmt, als ein getrenntes Element vorgesehen werden, das getrennt vom Zylinderkörper 19 ausgebildet ist. Dann kann das Element, das das Rückschlagventil 21 aufnimmt, durch beispielsweise das Anziehen eines Gewindes, das in dem das Rückschlagventil 21 aufnehmenden Element ausgebildet ist, gegen ein im Zylinderkörper 19 ausgebildetes Gewinde, im Zylinderkörper 19 fixiert werden.
Auch besitzt der Nocken 6 der Kraftstoffversorgungspumpe 1 des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels drei Exzentrizitäten (Erhebungen); die mit 120 Grad Abstand in Umgangsrichtung angeordnet sind. Alternativ kann der Nocken so gestaltet sein, dass zwei Exzentrizitäten (Erhebungen) im Abstand von 180 Grad angeordnet sind.
Außerdem ist bei der Kraftstoffversorgungspumpe 1 des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels die Kraftstoffversorgungspumpe 1 die Messpumpe für die auszugebende Menge. Alternativ kann die Kraftstoffversorgungspumpe 1 zu, beispielsweise, einer Messpumpe für die anzusaugende Menge geändert werden, indem ein Magnetventil zur Zumessung der Ansaugmenge, das eine der Druckkammer 4 zugeführte Ansaugmenge des Kraftstoffs misst, in der Kraftstoffversorgungspumpe 1 anstelle des Magnetventils 9 eingebaut wird.
Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen ergeben sich leicht für Fachleute. Die Erfindung in ihrer breiteren Bedeutung ist deshalb nicht auf die gezeigten und beschriebenen speziellen Details, charakteristischen Vorrichtungen und erläuternden Beispiele beschränkt.

Claims

Kraftstoffversorgungspumpe umfassend: einen Kolben (3), der geeignet ist, sich in seiner axialen Richtung hin und her zu bewegen, und ein Gehäuse (70), das eine Zylinderbohrung (2) einschließt, in der der Kolben (3) axial verschieblich aufgenommen ist, wobei: ein axialer Endabschnitt der Zylinderbohrung (2) flüssigkeitsdicht durch den Kolben (3) geschlossen ist, um darin eine Druckkammer (4) zu bilden; der Kolben (3) geeignet ist, sich hin und her zu bewegen und in axialer Richtung in der Zylinderbohrung (2) zu gleiten, um das Volumen der Druckkammer (4) zu ändern und dadurch Kraftstoff in die Druckkammer (4) anzusaugen und dann den Kraftstoff nach Unterdrucksetzung in der Druckkammer (4) aus der Druckkammer (4) auszugeben; ein Ausgabeströmungskanal (13) mit der Druckkammer (4) im Gehäuse (70) verbunden und geeignet ist, den unter Druck stehenden Kraftstoff zu leiten und aus der Druckkammer (4) zu einer Außenseite der Kraftstoffversorgungspumpe auszugeben; eine Verbindungsöffnung (56) des Ausgabeströmungskanals (13) sich zur Druckkammer (4) öffnet und in einer Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) ausgebildet ist, die die Druckkammer (4) bildet; ein vorgespannter Bereich (A) in der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) und einer Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) derart ausgebildet ist, daß der vorgespannter Bereich (A) eine innere Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) einschließt und eine remanente Druckspannung aufweist, die durch Autofrettage etabliert ist, die Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) in einen zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57), auf dem der Kolben (3) gleiten kann, und einen nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58), auf dem der Kolben nicht gleitet, geteilt ist, die Verbindungsöffnung (56) mit dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58) verbunden ist; und der zum Gleitkontakt fähige Wandabschnitt (57) eine Härte aufweist, die höher ist als eine Härte der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Druckaufbringung durch die Autofrettage.
Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 1, bei welcher ein druckaufnehmender Bereich, auf den der Druck durch Autofrettage aufgebracht wird, um den vorgespannten Bereich (A) zu bilden, sich von dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58) über eine Grenze (60) zwischen dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58) und dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) hinaus in den zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) erstreckt.
Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 1, bei welcher ein Druck aufnehmender Bereich der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2), auf den Druck durch die Autofrettage aufgebracht wird, um den vorgespannten Bereich (A) zu bilden, innerhalb des nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (58) in der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) begrenzt ist.
Kraftstoffversorgungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher ein Rückschlagventil (21) im Ausgabeströmungskanal (13) angeordnet ist, um einen Rückfluß des Kraftstoffs in die Druckkammer (4) zu verhindern; das Rückschlagventil (21) sich öffnet, um den unter Druck stehenden Kraftstoff aus der Druckkammer (4) über den Ausgabeströmungskanal (13) zur Außenseite der Kraftstoffversorgungspumpe zu leiten, wenn der Kraftstoffdruck des unter Druck gesetzten Kraftstoffs in der Druckkammer (4) größer wird als ein vorgegebener Ventilöffnungsdruck; ein Sitz (39), relativ zu welchem ein Ventilelement (37) des Rückschlagventils (21) eine Sitzposition und eine abgehobene Position einnehmen kann, in der Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) ausgebildet ist; und ein Druck aufnehmender Bereich, auf den Druck durch die Autofrettage aufgebracht wird, um den vorgespannten Bereich (A) zu bilden, nicht den Sitz (39) in der Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) erreicht.
Kraftstoffversorgungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher eine Differenz zwischen der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) und der Härte der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Druckbeaufschlagung durch die Autofrettage gleich HV100 oder höher ist.
Kraftstoffversorgungspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (57) relativ zur Härte des der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) durch eines der folgenden Verfahren erhöht wird: Aufkohlung, Nitrierung, Induktionshärtung oder Laserhärtung.
Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 6, bei welcher die Behandlung der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) durch das Verfahren der Aufkohlung nach der Durchführung eines Anti-Aufkohlungsverfahrens an der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) durchgeführt wird.
Kraftstoffversorgungspumpe nach Anspruch 6, bei welcher ein Oberflächenabschnitt der innerem Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) nach der Durchführung eines der folgenden Verfahren entfernt wird: die Aufkohlung, die Nitrierung, die Induktionshärtung, und die Laserhärtung.
Herstellungsverfahren für ein Gehäuse (70) einer Kraftstoffversorgungspumpe umfassend: Bildung des Gehäuses (70) aus einem Metallmaterial derart, daß das Gehäuse (70) einschließt: eine Zylinderbohrung (2), die geeignet ist, einen Kolben (3) in einer axial verschieblichen Weise aufzunehmen und eine Druckkammer (4) in einem axialen Endabschnitt der Zylinderbohrung (2) bildet, um darin Kraftstoff durch eine Verschiebebewegung des Kolbens (3) in der Zylinderbohrung (2) unter Druck zu setzen, und einen Ausgabeströmungskanal (13), der mit der Druckkammer (4) verbunden und geeignet ist, den unter Druck gesetzten Kraftstoff von der Druckkammer (4) zur Außenseite des Gehäuses (70) zu leiten und auszugeben, wobei sich eine Verbindungsöffnung (56) des Ausgabeströmungskanals (13) zur Druckkammer (4) öffnet und in einer Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) ausgebildet ist, die die Druckkammer (4) bildet; und ein Druck auf einen vorgegebenen Bereich in der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2), der Gegenstand der Vorspannung ist, und eine Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) durch Autofrettage ausgeübt wird, um eine remanente Druckspannung in dem vorgegebenen Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, zu erzeugen und dadurch einen vorgespannten Bereich (A) zu bilden, in dem der vorgegebene Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, eine innere Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) einschließt, wobei: die Bildung des Gehäuses (70) die derartige Bildung der Zylinderbohrung (2) einschließt, daß die Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) in einen zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57), auf dem der Kolben (3) gleiten kann, und einen nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58), auf dem der Kolben (3) nicht gleitet, geteilt ist, und die Verbindungsöffnung (56) mit dem nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (58) verbunden ist; und das Herstellungsverfahren weiter eine derartige Erhöhung der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) umfaßt, daß die Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) höher ist als die Härte der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) vor der Druckausübung durch die Autofrettage.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Ausübung von Druck die Ausübung von Druck durch die Autofrettage in einem Druck aufnehmenden Bereich der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) einschließt, der den Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, einschließt und innerhalb des nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (58) in der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) begrenzt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Ausübung von Druck die Ausübung von Druck durch die Autofrettage in einem Druck aufnehmenden Bereich der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) einschließt, der den Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, einschließt und innerhalb des nicht zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (58) in der Bohrungswand der Zylinderbohrung (2) begrenzt ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei welchem die Bildung des Gehäuses (70) die Bildung eines Sitzes (39) in der Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) derart einschließt, daß der Sitz (39) so gestaltet ist. daß er geeignet ist, mit einem Ventilelement (37) eines Rückschlagventils (21) zusammenzuwirken, das geeignet ist, vom Ausgabeströmungskanal (13) aufgenommen zu werden; und die Ausübung von Druck die Ausübung von Druck durch die Autofrettage in einem Druck aufnehmenden Bereich einschließt, der den Bereich, der Gegenstand der Vorspannung ist, derart einschließt, daß der Druck aufnehmende Bereich den Sitz (39) in der Kanalwandung des Ausgabeströmungskanals (13) nicht erreicht.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welchem die Erhöhung der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) derart ausgeführt wird, daß eine Differenz zwischen der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (57) und der Härte der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Druckausübung durch die Autofrettage größer oder gleich HV 100 ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei welchem die Erhöhung der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (57) die Durchführung eines der folgenden Verfahren an dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57) einschließt: Aufkohlung, Nitrierung, Induktionshärtung oder Laserhärtung.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Erhöhung der Härte des zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitts (57) die Durchführung des Aufkohlungsverfahrens an der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) einschließt und das Herstellungsverfahren weiter die Durchführung eines Anti-Aufkohlungsverfahrens an der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) vor der Durchführung des Aufkohlungsverfahrens umfaßt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 weiter umfassend die Entfernung eines Oberflächenabschnitts der inneren Umfangskante (59) der Verbindungsöffnung (56) nach der Durchführung eines der folgenden Verfahren an dem zum Gleitkontakt fähigen Wandabschnitt (57): Aufkohlung, Nitrierung, Induktionshärtung oder Laserhärtung.