DE102004028998A1

DE102004028998A1 - Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004028998A1
Application number: DE102004028998A
Authority: DE
Inventors: Achim Koehler; Sascha Ambrock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05
Also published as: WO2005124146A1; EP1759115A1; CN100473822C; US20070221162A1; CN1969124A; EP1759115B1; JP2006523806A; DE502005008446D1; KR20070020074A; ES2333344T3

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 und 3 das Einlassventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Hochdruckpumpe 10 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt, die vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine ist. Durch die Hochdruckpumpe 10 wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher 12 gefördert, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Der Hochdruckpumpe 10 wird durch eine Förderpumpe 14 Kraftstoff zugeführt. Die Hochdruckpumpe 10 weist wenigstens ein Pumpenelement 16 auf, das einen zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle 18 der Hochdruckpumpe 10 in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben 20 aufweist. Der Pumpenkolben 20 ist in einer zumindest annähernd radial zur Antriebswelle 18 verlaufenden Zylinderbohrung 22 dicht geführt und begrenzt in dem der Antriebswelle 18 abgewandten äusseren Endbereich der Zylinderbohrung 22 einen Pumpenarbeitsraum 24. Die Antriebswelle 18 weist einen Nocken oder einen zu ihrer Drehachse 19 exzentrischen Wellenabschnitt 26 auf, über den bei der Drehbewegung der Antriebswelle 18 die Hubbewegung des Pumpenkolbens 20 bewirkt wird. Der Pumpenarbeitsraum 24 ist über ein in den Pumpenarbeitsraum 24 öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 30 mit einem Kraftstoffzulauf von der Förderpumpe 14 her verbindbar. Der Pumpenarbeitsraum 24 ist außerdem über ein aus dem Pumpenarbeitsraum 24 öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 32 mit einem Kraftstoffablauf zum Speicher 12 hin verbindbar. Beim Saughub bewegt sich der Pumpenkolben 20 in der Zylinderbohrung 22 radial nach innen, so dass das Volumen des Pumpenarbeitsraums 24 vergrößert wird. Beim Saughub des Pumpenkolbens 20 ist wegen der dabei bestehenden Druckdifferenz das Einlassventil 30 geöffnet, da von der Förderpumpe 14 ein höherer Druck erzeugt wird als der im Pumpenarbeitsraum 24 herrschende Druck, so dass von der Förderpumpe 19 geförderter Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 24 angesaugt wird. Das Auslassventil 32 ist beim Saughub des Pumpenkolbens 20 geschlossen, da im Speicher 12 ein höherer Druck als im Pumpenarbeitsraum 24 herrscht.
Nachfolgend wird das Einlassventil 30 anhand der 2 näher beschrieben, in der das Einlassventil 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Das Einlassventil 30 ist beispielsweise in eine sich radial nach aussen an die Zylinderbohrung 22 anschliessende Bohrung 34 eines Gehäuseteils 36 der Hochdruckpumpe 10 eingesetzt. Die Bohrung 34 ist dabei im Durchmesser gegenüber der Zylinderbohrung 22 größer ausgebildet. Das Gehäuseteil 36 kann beispielsweise ein Zylinderkopf sein, der mit einem anderen Gehäuseteil, in dem die Antriebswelle 18 gelagert ist, verbunden ist oder ein Gehäuseteil sein, in dem auch die Antriebswelle 18 gelagert ist. In die Bohrung 34 mündet nahe deren der Zylinderbohrung 22 zugewandtem Endbereich beispielsweise etwa radial zur Achse der Bohrung 34 ein Kraftstoffzulaufkanal 38, der mit der Förderpumpe 14 verbunden ist. Das Einlassventil 30 weist ein Ventilgehäuse 40 auf, in dem eine im Durchmesser gestufte Bohrung 42 vorhanden ist. Die Bohrung 42 weist einen im Durchmesser kleinen Abschnitt 43 auf, einen sich an den Abschnitt 43 zum Pumpenarbeitsraum 24 anschließenden Abschnitt 44 mit größerem Durchmesser und einen sich an den Abschnitt 44 zum Pumpenarbeitsraum 24 hin anschließenden Abschnitt 45 auf. Das Einlassventil 30 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 46 auf, das mit einem zylindrischen Schaft 47 im Bohrungsabschnitt 43 verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 46 weist außerdem einen an den Schaft 47 anschließenden, im Durchmesser gegenüber dem Schaft 47 vergrößerten Kopf 48 auf, wobei am Übergang vom Kopf 48 zum Schaft 47 eine Dichtfläche 49,50 am Ventilglied 46 angeordnet ist. Die Dichtfläche weist zwei in Richtung der Längsachse 51 des Ventilglieds 44 nacheinander angeordnete Abschnitte 49,50 auf, die jeweils zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet sein, jedoch voneinander verschiedene Kegelwinkel aufweisen. Der dem Pumpenarbeitsraum 24 abgewandte erste Abschnitt 49 der Dichtfläche weist einen Kegelwinkel α1 auf und der sich zum Pumpenarbeitsraum 24 anschließende zweite Abschnitt 50 der Dichtfläche weist einen Kegelwinkel α2 auf, der kleiner ist als der Kegelwinkel α1. Der Kopf 48 des Ventilglieds 46 weist zum Pumpenarbeitsraum 24. Der Schaft 47 des Ventilglieds 46 ragt mit seinem dem Kopf 48 abgewandten Ende aus dem Bohrungsabschnitt 43 heraus und an diesem greift eine vorgespannte Schließfeder 52 an.
Im Ventilgehäuse 40 ist wenigstens ein Zulaufkanal 53 eingebracht, der in den Bohrungsabschnitt 44 mündet. Vorzugsweise sind mehrere, beispielsweise drei über den Umfang des Ventilgehäuses 40 gleichmäßig verteilte Zulaufkanäle 53 vorgesehen. Der Bohrungsabschnitt 45 ist derart ausgebildet, dass sich dessen Durchmesser vom Bohrungsabschnitt 44 weg zum Pumpenarbeitsraum 24 hin erweitert. Die Mantelfläche des Bohrungsabschnitts 45 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 Abschnitt 49 und dem zweiten Abschnitt 50 der Dichtfläche ist am Ventilglied 46 eine zur Sitzfläche 45 hin hervorstehende Kante 54 gebildet, mit der das Ventilglied 46 in seiner Schließstellung an der Sitzfläche 45 zur Anlage kommt und dadurch der Pumpenarbeitsraum 24 vom Kraftstoffzulauf mit den Zulaufkanälen 53 getrennt ist. Die beiden Abschnitte 49,50 der Dichtfläche des Ventilglieds 46 schließen einen stumpfen Winkel zwischen sich ein. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α1 des Abschnitts 49 der Dichtfläche am Ventilglied 46 und dem Kegelwinkel α3 der Sitzfläche 45 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 20°. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α2 des Abschnitts 50 der Dichtfläche am Ventilglied 46 und dem Kegelwinkel α3 der Sitzfläche 45 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 90°. Der Winkel β zwischen dem zweiten Abschnitt 50 der Dichtfläche des Ventilglieds 46 und der Längsachse 51 des Ventilglieds 46 ist größer als 0° und kleiner als 90°.
Die innerhalb der Kante 54 angeordnete Fläche des ersten Abschnitts 49 der Dichtfläche des Ventilglieds 46 ist von dem im Kraftstoffzulauf 38,53 herrschenden Druck beaufschlagt, durch den eine Kraft in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 46 erzeugt wird. Die dem Pumpenarbeitsraum 24 zugewandte Stirnfläche des Kopfes 48 des Ventilglieds 46 ist von dem im Pumpenarbeitsraum 24 herrschenden Druck beaufschlagt, durch den eine Kraft in Schließrichtung auf das Ventilglied 46 erzeugt wird. Außerdem wird durch die Schließfeder 52 eine Kraft in Schließrichtung auf das Ventilglied 46 erzeugt. Während der Betriebsdauer der Hochdruckpumpe wird die Kante 54 infolge von Verschleiß etwas flach gedrückt, wobei sich die von dem im Kraftstoffzulauf herrschenden Druck beaufschlagte Fläche des ersten Abschnitts 49 der Dichtfläche des Ventilglieds 46 geringfügig verkleinert, so dass der Öffnungsdruck, das ist die Druckdifferenz zwischen dem im Kraftstoffzulauf herrschenden Druck und dem im Pumpenarbeitsraum 24 herrschenden Druck, bei der das Einlassventil 30 öffnet, geringfügig zunimmt.
Beim Saughub des Pumpenkolbens 20 öffnet das Einlassventil 30, wenn die durch den im Kraftstoffzulauf 38,51 herrschenden Druck, der auf den Abschnitt 49 der Dichtfläche des Ventilglieds 46 wirkt, in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 46 erzeugte Kraft größer ist als die Summe der durch den im Pumpenarbeitsraum 24 herrschenden Druck auf das Ventilglied 46 erzeugten Kraft und die durch die Schließfeder 52 erzeugte Kraft ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 20 wird durch diesen im Pumpenarbeitsraum 24 ein erhöhter Druck erzeugt, durch den das Einlassventil 30 geschlossen wird.
In 3 ist das Einlassventil 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Einlassventil 30 weist dabei das Ventilgehäuse 40 auf, in dem die Bohrung 42 mit den Abschnitten 43,44 und 45 ausgebildet ist. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel weist der die Sitzfläche des Ventilsitzes bildende Bohrungsabschnitt 45 keinen konstanten Kegelwinkel auf, sondern einen ersten Abschnitt 45a mit einem Kegelwinkel α4 und einen zweiten Abschnitt 45b mit einem Kegelwinkel α5. Der Kegelwinkel α5 des zweiten Abschnitts 45b ist größer als der Kegelwinkel α4 des ersten Abschnitts 45a. Das Ventilglied 46 weist den im Abschnitt 43 der Bohrung 42 geführten Schaft 47 und den zum Pumpenarbeitsraum 24 weisenden Kopf 48 auf, wobei am Übergang vom Schaft 47 zum Kopf 48 die kegelförmige Dichtfläche 49 angeordnet ist, die einen konstanten Kegelwinkel α6 aufweist. Der Kegelwinkel α4 des ersten Abschnitts 45a der Sitzfläche ist kleiner als der Kegelwinkel α6 der Dichtfläche 49 des Ventilglieds 46 und der Kegelwinkel α5 des zweiten Abschnitts 45b der Sitzfläche ist größer als der Kegelwinkel α6 der Dichtfläche 49 des Ventilglieds 46. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α4 des ersten Abschnitts 45a der Sitzfläche und dem Kegelwinkel α6 der Dichtfläche 49 des Ventilglieds 46 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 90°. Die Differenz Δα zwischen dem Kegelwinkel α5 des zweiten Abschnitts 45b der Sitzfläche und dem Kegelwinkel α6 der Dichtfläche 49 des Ventilglieds 46 beträgt vorzugsweise zwischen etwa 0,1° und 20°. Der Winkel β zwischen dem zweiten Abschnitt 45b der Sitzfläche und der Längsachse 51 des Ventilglieds 46 ist größer als 0° und kleiner als 90°. Am Übergang zwischen den beiden Abschnitten 45a,45b der Sitzfläche ist eine hervorstehende Kante 54 gebildet, an der das Ventilglied 46 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche 49 zur Anlage kommt.

Claims

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.