DE102004028998A1 - Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement (16) auf, mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20), der einen Pumpenarbeitsraum (24) begrenzt, in den beim Saughub des Pumpenkolbens (20) über ein Einlassventil (30) Kraftstoff aus einem Kraftstoffzulauf (50) angesaugt wird und aus dem beim Förderhub des Pumpenkolbens (20) Kraftstoff verdrängt wird. Das Einlassventil (30) weist ein Ventilglied (46) auf, das mit einer Dichtfläche (49, 50) mit einem Ventilsitz (45) zur Steuerung der Verbindung des Pumpenarbeitsraums (24) mit dem Kraftstoffzulauf (38, 53) zusammenwirkt. Die Dichtfläche (49, 50) des Ventilglieds (46) weist zwei Abschnitte (49, 50) mit voneinander verschiedenen ersten und zweiten Kegelwinkel (alpha1, alpha2) auf. Die Sitzfläche (45) weist einen vom ersten und zweiten Kegelwinkeln (alpha1, alpha2) unterschiedlichen konstanten dritten Kegelwinkel (alpha3) auf. Am Übergang zwischen den beiden Abschnitten (49, 50) der Dichtfläche ist eine hervorstehende Kante (54) gebildet, mit der die Dichtfläche an der Sitzfläche (45) mit dem konstanten Kegelwinkel (alpha3) zur Anlage kommt.
Description
- 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 60 672 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Beim Saughub des Pumpenkolbens wird über ein Einlassventil Kraftstoff aus einem Kraftstoffzulauf angesaugt und beim Förderhub des Pumpenkolbens wird über ein Auslassventil Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum in einen Hochdruckbereich verdrängt. Das Einlassventil weist ein Ventilglied mit einer Dichtfläche auf, mit der es mit einem Ventilsitz zur Steuerung der Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit dem Kraftstoffzulauf zusammenwirkt. Die Dichtfläche und die Sitzfläche des Ventilsitzes sind jeweils kegelstumpfförmig ausgebildet, weisen jedoch unterschiedliche Kegelwinkel auf. Das Ventilglied ist durch den im Pumpenarbeitsraum herrschenden Druck in Schließrichtung und durch den im Kraftstoffzulauf herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Es ergibt sich bei der bekannten Hochdruckpumpe eine Linienberührung zwischen der Dichtfläche des Ventilglieds und der Sitzfläche des Ventilsitzes, wobei sich während der Betriebsdauer der Hochdruckpumpe infolge von Verschleiß die Lage der Linienberührung ändert, was zu einer Änderung des Öffnungsdrucks des Einlassventils führt, da sich dabei die Größe der vom Druck im Kraftstoffzulauf beaufschlagten Fläche des Ventilglieds ändert. Hierdurch wird die Befüllung des Pumpenarbeitsraums mit Kraftstoff verschlechtert, so dass die Fördercharakteristik der Hochdruckpumpe beeinträchtigt ist. - Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sich der Öffnungsdruck des Einlassventils über die Betriebsdauer der Hochdruckpumpe nur wenig ändert, so dass die Fördercharakteristik der Hochdruckpumpe auch über die Betriebsdauer zumindest im wesentlichen gleich bleibt.
- In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe angegeben.
- Zeichnung
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine,2 ein Einlassventil der Hochdruckpumpe in vergrößerter Darstellung in einem Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und3 das Einlassventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In
1 ist eine Hochdruckpumpe10 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine ist. Durch die Hochdruckpumpe10 wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher12 gefördert, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Der Hochdruckpumpe10 wird durch eine Förderpumpe14 Kraftstoff zugeführt. Die Hochdruckpumpe10 weist wenigstens ein Pumpenelement16 auf, das einen zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle18 der Hochdruckpumpe10 in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben20 aufweist. Der Pumpenkolben20 ist in einer zumindest annähernd radial zur Antriebswelle18 verlaufenden Zylinderbohrung22 dicht geführt und begrenzt in dem der Antriebswelle18 abgewandten äusseren Endbereich der Zylinderbohrung22 einen Pumpenarbeitsraum24 . Die Antriebswelle18 weist einen Nocken oder einen zu ihrer Drehachse19 exzentrischen Wellenabschnitt26 auf, über den bei der Drehbewegung der Antriebswelle18 die Hubbewegung des Pumpenkolbens20 bewirkt wird. Der Pumpenarbeitsraum24 ist über ein in den Pumpenarbeitsraum24 öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil30 mit einem Kraftstoffzulauf von der Förderpumpe14 her verbindbar. Der Pumpenarbeitsraum24 ist außerdem über ein aus dem Pumpenarbeitsraum24 öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil32 mit einem Kraftstoffablauf zum Speicher12 hin verbindbar. Beim Saughub bewegt sich der Pumpenkolben20 in der Zylinderbohrung22 radial nach innen, so dass das Volumen des Pumpenarbeitsraums24 vergrößert wird. Beim Saughub des Pumpenkolbens20 ist wegen der dabei bestehenden Druckdifferenz das Einlassventil30 geöffnet, da von der Förderpumpe14 ein höherer Druck erzeugt wird als der im Pumpenarbeitsraum24 herrschende Druck, so dass von der Förderpumpe19 geförderter Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum24 angesaugt wird. Das Auslassventil32 ist beim Saughub des Pumpenkolbens20 geschlossen, da im Speicher12 ein höherer Druck als im Pumpenarbeitsraum24 herrscht. - Nachfolgend wird das Einlassventil
30 anhand der2 näher beschrieben, in der das Einlassventil30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Das Einlassventil30 ist beispielsweise in eine sich radial nach aussen an die Zylinderbohrung22 anschliessende Bohrung34 eines Gehäuseteils36 der Hochdruckpumpe10 eingesetzt. Die Bohrung34 ist dabei im Durchmesser gegenüber der Zylinderbohrung22 größer ausgebildet. Das Gehäuseteil36 kann beispielsweise ein Zylinderkopf sein, der mit einem anderen Gehäuseteil, in dem die Antriebswelle18 gelagert ist, verbunden ist oder ein Gehäuseteil sein, in dem auch die Antriebswelle18 gelagert ist. In die Bohrung34 mündet nahe deren der Zylinderbohrung22 zugewandtem Endbereich beispielsweise etwa radial zur Achse der Bohrung34 ein Kraftstoffzulaufkanal38 , der mit der Förderpumpe14 verbunden ist. Das Einlassventil30 weist ein Ventilgehäuse40 auf, in dem eine im Durchmesser gestufte Bohrung42 vorhanden ist. Die Bohrung42 weist einen im Durchmesser kleinen Abschnitt43 auf, einen sich an den Abschnitt43 zum Pumpenarbeitsraum24 anschließenden Abschnitt44 mit größerem Durchmesser und einen sich an den Abschnitt44 zum Pumpenarbeitsraum24 hin anschließenden Abschnitt45 auf. Das Einlassventil30 weist ein kolbenförmiges Ventilglied46 auf, das mit einem zylindrischen Schaft47 im Bohrungsabschnitt43 verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied46 weist außerdem einen an den Schaft47 anschließenden, im Durchmesser gegenüber dem Schaft47 vergrößerten Kopf48 auf, wobei am Übergang vom Kopf48 zum Schaft47 eine Dichtfläche49 ,50 am Ventilglied46 angeordnet ist. Die Dichtfläche weist zwei in Richtung der Längsachse51 des Ventilglieds44 nacheinander angeordnete Abschnitte49 ,50 auf, die jeweils zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet sein, jedoch voneinander verschiedene Kegelwinkel aufweisen. Der dem Pumpenarbeitsraum24 abgewandte erste Abschnitt49 der Dichtfläche weist einen Kegelwinkel α1 auf und der sich zum Pumpenarbeitsraum24 anschließende zweite Abschnitt50 der Dichtfläche weist einen Kegelwinkel α2 auf, der kleiner ist als der Kegelwinkel α1. Der Kopf48 des Ventilglieds46 weist zum Pumpenarbeitsraum24 . Der Schaft47 des Ventilglieds46 ragt mit seinem dem Kopf48 abgewandten Ende aus dem Bohrungsabschnitt43 heraus und an diesem greift eine vorgespannte Schließfeder52 an. - Im Ventilgehäuse
40 ist wenigstens ein Zulaufkanal53 eingebracht, der in den Bohrungsabschnitt44 mündet. Vorzugsweise sind mehrere, beispielsweise drei über den Umfang des Ventilgehäuses40 gleichmäßig verteilte Zulaufkanäle53 vorgesehen. Der Bohrungsabschnitt45 ist derart ausgebildet, dass sich dessen Durchmesser vom Bohrungsabschnitt44 weg zum Pumpenarbeitsraum24 hin erweitert. Die Mantelfläche des Bohrungsabschnitts45 bildet dabei eine Sitzfläche eines Ventilsitzes, ist zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet und weist einen konstanten Kegelwinkel α3 auf. Der Kegelwinkel α3 ist größer als der Kegelwinkel α2 aber kleiner als der Kegelwinkel α1. Am Übergang zwischen dem ersten Abschnitt49 und dem zweiten Abschnitt50 der Dichtfläche ist am Ventilglied46 eine zur Sitzfläche45 hin hervorstehende Kante54 gebildet, mit der das Ventilglied46 in seiner Schließstellung an der Sitzfläche45 zur Anlage kommt und dadurch der Pumpenarbeitsraum24 vom Kraftstoffzulauf mit den Zulaufkanälen53 getrennt ist. Die beiden Abschnitte49 ,50 der Dichtfläche des Ventilglieds46 schließen einen stumpfen Winkel zwischen sich ein. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α1 des Abschnitts49 der Dichtfläche am Ventilglied46 und dem Kegelwinkel α3 der Sitzfläche45 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 20°. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α2 des Abschnitts50 der Dichtfläche am Ventilglied46 und dem Kegelwinkel α3 der Sitzfläche45 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 90°. Der Winkel β zwischen dem zweiten Abschnitt50 der Dichtfläche des Ventilglieds46 und der Längsachse51 des Ventilglieds46 ist größer als 0° und kleiner als 90°. - Die innerhalb der Kante
54 angeordnete Fläche des ersten Abschnitts49 der Dichtfläche des Ventilglieds46 ist von dem im Kraftstoffzulauf38 ,53 herrschenden Druck beaufschlagt, durch den eine Kraft in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied46 erzeugt wird. Die dem Pumpenarbeitsraum24 zugewandte Stirnfläche des Kopfes48 des Ventilglieds46 ist von dem im Pumpenarbeitsraum24 herrschenden Druck beaufschlagt, durch den eine Kraft in Schließrichtung auf das Ventilglied46 erzeugt wird. Außerdem wird durch die Schließfeder52 eine Kraft in Schließrichtung auf das Ventilglied46 erzeugt. Während der Betriebsdauer der Hochdruckpumpe wird die Kante54 infolge von Verschleiß etwas flach gedrückt, wobei sich die von dem im Kraftstoffzulauf herrschenden Druck beaufschlagte Fläche des ersten Abschnitts49 der Dichtfläche des Ventilglieds46 geringfügig verkleinert, so dass der Öffnungsdruck, das ist die Druckdifferenz zwischen dem im Kraftstoffzulauf herrschenden Druck und dem im Pumpenarbeitsraum24 herrschenden Druck, bei der das Einlassventil30 öffnet, geringfügig zunimmt. - Beim Saughub des Pumpenkolbens
20 öffnet das Einlassventil30 , wenn die durch den im Kraftstoffzulauf38 ,51 herrschenden Druck, der auf den Abschnitt49 der Dichtfläche des Ventilglieds46 wirkt, in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied46 erzeugte Kraft größer ist als die Summe der durch den im Pumpenarbeitsraum24 herrschenden Druck auf das Ventilglied46 erzeugten Kraft und die durch die Schließfeder52 erzeugte Kraft ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens20 wird durch diesen im Pumpenarbeitsraum24 ein erhöhter Druck erzeugt, durch den das Einlassventil30 geschlossen wird. - In
3 ist das Einlassventil30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Einlassventil30 weist dabei das Ventilgehäuse40 auf, in dem die Bohrung42 mit den Abschnitten43 ,44 und45 ausgebildet ist. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel weist der die Sitzfläche des Ventilsitzes bildende Bohrungsabschnitt45 keinen konstanten Kegelwinkel auf, sondern einen ersten Abschnitt45a mit einem Kegelwinkel α4 und einen zweiten Abschnitt45b mit einem Kegelwinkel α5. Der Kegelwinkel α5 des zweiten Abschnitts45b ist größer als der Kegelwinkel α4 des ersten Abschnitts45a . Das Ventilglied46 weist den im Abschnitt43 der Bohrung42 geführten Schaft47 und den zum Pumpenarbeitsraum24 weisenden Kopf48 auf, wobei am Übergang vom Schaft47 zum Kopf48 die kegelförmige Dichtfläche49 angeordnet ist, die einen konstanten Kegelwinkel α6 aufweist. Der Kegelwinkel α4 des ersten Abschnitts45a der Sitzfläche ist kleiner als der Kegelwinkel α6 der Dichtfläche49 des Ventilglieds46 und der Kegelwinkel α5 des zweiten Abschnitts45b der Sitzfläche ist größer als der Kegelwinkel α6 der Dichtfläche49 des Ventilglieds46 . Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α4 des ersten Abschnitts45a der Sitzfläche und dem Kegelwinkel α6 der Dichtfläche49 des Ventilglieds46 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 90°. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α5 des zweiten Abschnitts45b der Sitzfläche und dem Kegelwinkel α6 der Dichtfläche49 des Ventilglieds46 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 20°. Der Winkel β zwischen dem zweiten Abschnitt45b der Sitzfläche und der Längsachse51 des Ventilglieds46 ist größer als 0° und kleiner als 90°. Am Übergang zwischen den beiden Abschnitten45a ,45b der Sitzfläche ist eine hervorstehende Kante54 gebildet, an der das Ventilglied46 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche49 zur Anlage kommt.
Claims (7)
- Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem Pumpenelement (
16 ), das einen in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (20 ) aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum (24 ) begrenzt, in den beim Saughub des Pumpenkolbens (20 ) über ein Einlassventil (30 ) Kraftstoff aus einem Kraftstoffzulauf (38 ,53 ) angesaugt wird und aus dem beim Förderhub des Pumpenkolbens (20 ) Kraftstoff in einen Hochdruckbereich (12 ) verdrängt wird, wobei das Einlassventil (30 ) ein Ventilglied (46 ) aufweist, das mit einer Dichtfläche (49 ,50 ;49 ) mit einem Ventilsitz (45 ;45a ,45b ) zur Steuerung der Verbindung des Pumpenarbeitsraums (24 ) mit dem Kraftstoffzulauf (38 ,53 ) zusammenwirkt, wobei das Ventilglied (46 ) durch den im Kraftstoffzulauf (38 ,53 ) herrschenden Druck in Öffnungsrichtung und durch den im Pumpenarbeitsraum (24 ) herrschenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt ist, und wobei die Dichtfläche (49 ,50 ;49 ) des Ventilglieds (46 ) und die Sitzfläche (45 ;45a ,45b ) des Ventilsitzes jeweils zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (49 ,50 ) des Ventilglieds (46 ) oder die Sitzfläche (45a ,45b ) des Ventilsitzes zwei Abschnitte (49 ,50 ;45a ,45b ) mit voneinander verschiedenen ersten und zweiten Kegelwinkeln (α1,α2;α4,α5) aufweist, dass die andere Fläche Sitzfläche (45 ) oder Dichtfläche (49 ) einen vom ersten und zweiten Kegelwinkel (α1,α2;α4,α5) unterschiedlichen konstanten dritten Kegelwinkel (α3;α6) aufweist und dass am Übergang zwischen den beiden Abschnitten (49 ,50 ;45a ,45b ) eine hervorstehende Kante (54 ) gebildet ist, an der die Fläche (45 ;49 ) mit dem konstanten Kegelwinkel (α3;α6) zur Anlage kommt. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den ersten und zweiten Kegelwinkeln (α1,α2;α4,α5) und dem dritten Kegelwinkel (α3;α6) zwischen etwa 0,1° und 90° beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 20° beträgt.
- Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (
49 ,50 ) mit den voneinander verschiedenen Kegelwinkeln (α1,α2) an der Dichtfläche des Ventilglieds (46 ) angeordnet sind, dass der erste Abschnitt (49 ) dem Kraftstoffzulauf (38 ,53 ) zugewandt angeordnet ist und den ersten Kegelwinkel (α1) aufweist und dass der zweite Abschnitt (50 ) dem Pumpenarbeitsraum (24 ) zugewandt angeordnet ist und den zweiten Kegelwinkel (α2) aufweist, der kleiner als der erste Kegelwinkel (α1) ist. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kegelwinkel (α1) des ersten Abschnitts (
49 ) der Dichtfläche des Ventilglieds (46 ) größer ist als der konstante dritte Kegelwinkel (α3) der Sitzfläche (45 ) und dass der zweite Kegelwinkel (α2) des zweiten Abschnitts (50 ) der Dichtfläche des Ventilglieds (46 ) kleiner ist als der konstante dritte Kegelwinkel (α3) der Sitzfläche (45 ). - Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Abschnitte (
45a ,45b ) mit voneinander verschiedenen Kegelwinkeln (α4,α5) an der Sitzfläche angeordnet sind, der der erste Abschnitt (45a ) dem Kraftstoffzulauf (38 ,53 ) zugewandt angeordnet ist und den ersten Kegelwinkel (α4) aufweist und dass der zweite Abschnitt (45b ) dem Pumpenarbeitsraum (24 ) zugewandt angeordnet ist und den zweiten Kegelwinkel (α5) aufweist, der größer als der erste Kegelwinkel (α4) ist. - Hochdruckpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kegelwinkel (α4) des ersten Abschnitts (
45a ) der Sitzfläche kleiner ist als der konstante dritte Kegelwinkel (α6) der Dichtfläche (49 ) des Ventilglieds (46 ) und dass der zweite Kegelwinkel (α5) des zweiten Abschnitts (45b ) der Sitzfläche größer ist als der konstante dritte Kegelwinkel (α6) der Dichtfläche (49 ) des Ventilglieds (46 ). - Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (
60 ) zumindest annähernd kugelförmig ausgebildet ist und dass die Dichtfläche (64 ) durch einen Bereich der Oberfläche des Ventilglieds (60 ) gebildet ist.
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