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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Arbeitsraum,
der über
ein Saugventil mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht, aus
dem Kraftstoff in den Arbeitsraum angesaugt wird, wo der Kraftstoff
mit Hochdruck beaufschlagt wird.
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Stand der Technik
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Kraftstoffhochdruckpumpen
können
als Radialkolbenpumpen ausgebildet sein, die in einem Pumpengehäuse eine
Antriebswelle aufweisen, welche exzentrisch ausgebildet ist oder
in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen hat, und vorzugsweise
mehrere bezüglich
der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordnete
Pumpenkolben umfasst.
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Durch
Drehen der Antriebswelle sind die Pumpenkolben in ihrem jeweiligen
Zylinderraum hin und her bewegbar, wobei sie mit ihrer der Antriebswelle
abgewandten Stirnfläche
jeweils einen Pumpenarbeitsraum in dem Zylinderraum begrenzen, der alternierend
mit einem Kraftstoff gefüllten
Niederdruckraum und mit einer Hochdruckförderleitung verbindbar ist.
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Solche
Kraftstoffhochdruckpumpen bilden eine Schnittstelle zwischen dem
Nieder- und dem Hochdruckteil eines Common-Rail-Einspritzsystems und
haben die Aufgabe, stets eine ausreichende Menge an verdichtetem
Kraftstoff zur Verfügung
zu stellen. Die Kraftstoffhochdruckpumpe erzeugt dabei permanent
den Systemdruck für
den Hochdruckspeicher (Rail).
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Während der
Hochdruckförderphase
werden sehr hohe Kraftstoffdrücke
von etwa 1500 bis 2000 bar im Pumpenarbeitsraum aufgebaut. Dabei
hat sich gezeigt, dass dies eine hohe mechanische Belastung für die Kraftstoffhochdruckpumpe
und für
mit ihr verbundene Bauteile darstellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Kraftstoffhochdruckpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 aufzuzeigen, die die hohen Anforderungen während des
Betriebs noch besser erfüllt.
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Die
Aufgabe ist bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Arbeitsraum,
der über
ein Saugventil mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht, aus
dem Kraftstoff in den Arbeitsraum angesaugt wird, wo der Kraftstoff
mit Hochdruck beaufschlagt wird, dadurch gelöst, dass einem Zulaufsystem
des Saugventils ein Druckspitzenminderer vorgeschaltet ist, der
dafür ausgebildet
ist, den Druck einer im Zulaufsystem auftretenden Druckwelle zu
reduzieren.
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Heutige
Dieseleinspritzpumpen werden mittels einer Saugdrosselregelung mengengesteuert. Durch
eine im Zulauf sitzende variable Drossel wird der Zulaufdruck und
damit die Füllmenge
und Fördermenge
gesteuert. Das Saugventil im Zulauf wird durch das Fördern des
Hochdruckkolbens geschlossen.
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Im
Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bei diesem Schließvorgang
eine Mengenwelle von Kraftstoff durch das Saugventil entgegen der Saugrichtung
in das Zulaufsystem läuft.
Die Folge dieser Mengenwelle ist eine Strömungsumkehr im Zulaufsystem
und im Zulaufbereich des Saugventils. Dabei ergeben sich undefinierte
Füllungszustände im Zulaufbereich
und eine erhebliche Druckbelastung der Niederdruckkomponenten.
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Der
erfindungsgemäße Druckspitzenminderer
ermöglicht
es nun, dass die Mengenwelle, die sich sonst auf den Zulaufbereich,
das Zulaufsystem, den Niederdruckraum oder auch auf den Pumpeninnenraum
oder den Pumpenrücklauf
auswirken würde,
reduziert oder abgebaut werden kann. Dadurch wird der unerwünschte Druck
beziehungsweise die Drucküberhöhung im
Zulaufsystem reduziert oder vermieden.
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Auf
diese Weise kann eine Strömungsumkehr
mit Kavitationsbildung im Zulaufbereich vermieden werden. Außerdem bleibt
die Füllung
der Zulaufleitungen konstanter, so dass bei jedem Saugvorgang im
Wesentlichen dieselben Anfangsbedingungen beim Füllen gegeben sind. Die Mengengenauigkeit
von Förderhub
zu Förderhub
ist besser.
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Eine
Druckbelastung durch die austretende Mengenwelle wird durch den
Druckspitzenminderer verringert. Die sonst auftretenden Druckwellen,
die in das Zulaufsystem und in das Niederdrucksystem gelangen, sind
deutlich reduziert.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckspitzenminderer als Rückschlagventil
ausgeführt
ist, das in den Niederdruckraum öffnet.
Das Rückschlagventil
im Zulauf vor dem Saugventil wirkt dann als Absteuerventil für die Mengenwelle.
Die Mengenwelle beziehungsweise die Druckwelle, die ansonsten das
Niederdrucksystem belasten würde,
kann in den Niederdruckraum, insbesondere in einen Pumpeninnenbereich
oder in einen Rücklauf
geleitet werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass ein
Eingang des Druckspitzenminderers zwischen einer Niederdruckförderpumpe und
dem Saugventil angeordnet ist. Damit kann der Druckspitzenminderer
in unmittelbarer Nähe
zum Saugventil angeordnet und so die Druckwelle früh abgesteuert
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeich net, dass ein
Eingang des Druckspitzenminderers zwischen einer Zumesseinheit und
dem Saugventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden,
dass die Druckwelle die etwas empfindliche Zumesseinheit erreicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsdruck
des Rückschlagventils
größer ist,
als der Öffnungsdruck
des Saugventils. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der normale
Betrieb des Saugventils nicht beeinflusst wird und lediglich die
unerwünschte
Druckwelle beziehungsweise Mengenwelle abgesteuert wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckspitzenminderer in ein Gehäuseteil
der Kraftstoffhochdruckpumpe integriert ist. So wird eine besonders
kompakte Bauweise ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Kraftstoffhochdruckpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass das
Rückschlagventil
in einem Verbindungskanal angeordnet ist, der in einen Aufnahmeraum
für das
Saugventil mündet.
Dies stellt eine vorteilhafte Bauform dar, die fertigungstechnisch günstig zu
realisieren ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Be schreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe;
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2 zeigt
eine Schnittansicht eines Teils der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß 1 aus
einer ersten Richtung und
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3 zeigt
eine Schnittansicht eines Teils der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß 1 aus
einer zweiten Richtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 10,
wobei der Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 jedoch
nicht dargestellt ist.
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Die
Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpzylinder 12 auf,
in dem sich ein Pumpenkolben 14 in einer Hubbewegung 16 bewegt.
Der Pumpzylinder 12 ist über einem Hochdruckventil 18 -hier
als Rückschlagventil
ausgeführt-
mit einem nicht näher
dargestellten Hochdruckraum 20 verbunden. Außerdem ist
der Pumpzylinder 12 über
ein Saugventil 22 -hier als Rückschlagventil ausgeführt- und
eine Zumesseinheit 24 mit einem nicht näher dargestellten Niederdruckraum 26 verbunden.
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Die
Funktion der Bauteile der Kraftstoffhochdruckpumpe 10,
die bisher genannt wurden, ist prinzipiell bekannt und soll daher
nur kurz beschrieben werden. Bei der Ansaugbewegung des Pumpenkolbens 14 wird
Kraftstoff 28 aus dem Niederdruckraum 26 angesaugt.
Der Kraftstoff 28 gelangt mittels einer Niederdruckförderpumpe 29 durch
die Zumesseinheit 24 in ein Zulaufsystem 30 und
insbesondere in einen Zulaufbereich 32 des Saugventils 22.
Da in dem von Pumpzylinder 12 und Pumpenkolben 14 gebildeten
Arbeitsraum 34 ein geringerer Druck herrscht als im Zulaufbereich 32, öffnet das
Saugventil 22 und der Kraftstoff 28 gelangt in
den Arbeitsraum 34.
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Der
Pumpenkolben 14 geht dann in eine Kompressionsbewegung über, bei
der der im Arbeitsraum 34 befindliche Kraftstoff 28 auf
Hochdruck gebracht wird. Gleich zu Beginn des Kompressionsvorgangs
schließt
sich das Saugventil 22 aufgrund der geänderten Druckverhältnisse.
Wenn sich der Pumpenkolben 14 in der Nähe seines oberen Totpunkts befindet, öffnet der
Hochdruck das Hochdruckventil 18 gegen die Kraftwirkung
seiner Feder 36 und gegen den Druck im Hochdruckraum 20.
Dadurch gelangt der Kraftstoff 28 unter hohem Druck in
den Hochdruckraum 20.
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Da
sich bei der Kompressionsbewegung des Pumpenkolbens 14 eine
sehr schnelle Erhöhung
des Drucks im Arbeitsraum 34 ergibt, schließt das Saugventil 22 schlagartig.
Da das Saugventil 22 und auch der Zulaufbereich 32 mit
Kraftstoff 28 gefüllt
sind, löst das
schnelle Schließen
des Saugventils 22 eine Mengenwelle beziehungsweise Druckwelle
aus, die sich entgegen einer Saugrichtung 38 in das Zulaufsystem 30 fortbewegt.
Dies führt
zu einer, zumindest teilweisen, Strömungsumkehr mit den eingangs
genannten unerwünschten
Folgen.
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An
dieser Stelle setzt die Erfindung ein, die einen Druckspitzenminderer 40 vorschlägt, dessen Eingang 42 zwischen
der Zumesseinheit 24 und dem Saugventil 22 angeordnet
ist. Der Druckspitzenminderer 40 ist als zusätzliches
Rückschlagventil 44 ausgeführt. Läuft nun
die vom Saugventil 22 ausgelöste Mengenwelle in das Zulaufsystem 30,
so öffnet
das Rückschlagventil 44 und
steuert die überschüssige Menge
an Kraftstoff 28 in den Niederdruckraum 26 ab.
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Auf
diese Weise erreicht die Druckwelle die Zumesseinheit 24 und
den Niederdruckraum 26 nicht oder nur mit geringer Wirkung.
Außerdem
bleibt der Füllungszustand
im Zulaufsystem 30 beziehungsweise im Zulaufbereich 32 im
Wesentlichen unverändert.
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In 2 ist
eine konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 10 dargestellt.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ist in einer Schnittansicht
bei Betrachtung aus einer ersten Richtung gezeigt.
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Die
Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Hochdruckkolben 46 mit
einer Mittelachse 48 auf. Am unteren Ende – bezogen
auf die Figur – befindet
sich ein Kolbenteller 50, gegen den ein erstes Ende 52 einer
Feder 54 anliegt. Ein zweites Ende 56 der Feder 54 stützt sich
an einem Gehäuseteil 58 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ab.
Ferner sind das Saugventil 22 und das Hochdruckventil 18 gezeigt.
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In 3 ist
die konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 10 aus
der 2 in einer Schnittansicht bei Betrachtung aus
einer zweiten Richtung dargestellt. Das Saugventil 22,
das Hochdruckventil 18, der Hochdruckkolben 46 und
die Feder 54 sind hier jedoch nicht gezeigt.
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In
dem Gehäuseteil 58 sind
ein erster Kanal 60 und ein zweiter Kanal 62 angeordnet.
Der erste Kanal 60 stellt die Saugseite des Zulaufsystems 30 dar.
Der erste Kanal 60 und der zweite Kanal 62 münden im
Aufnahmeraum 64 für
das Saugventil 22. Im zweiten Kanal 62 ist das
erfindungsgemäße Rückschlagventil 44 eingesetzt.
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Während des
Betriebs wird Kraftstoff durch den ersten Kanal 60 zum
Saugventil 22 geführt,
das in den Aufnahmeraum 64 eingesetzt ist. Hier wird der Kraftstoff,
wie bereits mit Hinblick auf die 1 beschrieben,
verdichtet und durch das unter anderem in 2 gezeigte
Hochdruckventil 18 in den Hochdruckraum 20 abgegeben.
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Während der
Hochdruckkolben 46 in Richtung seines oberen Totpunkts
fährt,
steigt der Druck im Arbeitsraum 34 schlagartig an, und
das Saugventil 22 schließt blitzartig. Die dadurch
entstehende Mengenwelle beziehungsweise Druckwelle wird, wie bereits
im Hinblick auf die 1 im Detail erläutert, durch
das Rückschlagventil 44 in
den Niederdruckraum 26 abgesteuert.
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Es
ist gut zu erkennen, dass die vorgeschlagene Ausgestaltung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 sehr
vorteilhaft ist, weil sich die Erfindung ohne zusätzlichen
Platzbedarf realisieren lässt.
Dadurch ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, bestehende Systeme
nachträglich
mit der Erfindung auszurüsten, beispielsweise
durch den Austausch des Zylinderkopfs der Hochdruckkraftstoffpumpe.