DE102008010238A1

DE102008010238A1 - Hochdruckelement für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102008010238A1
Application number: DE200810010238
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Ein Hochdruckelement für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfassend eine Zylinderbohrung (1) und einen in der Zylinderbohrung geführten Kolben (2), wobei die Zylinderbohrung (1) und eine Stirnfläche (3) des Kolbens (2) einen Hochdruckraum (4) begrenzen. Der Kolben (2) ist durch zumindest einen Kolbenring (5) gegenüber der Zylinderbohrung (1) abgedichtet und der in einer umlaufenden Ringnut (6) des Kolbens (2) oder der Zylinderbohrung (1) aufgenommen ist und die jeweils gegenüberliegende Oberfläche der Zylinderbohrung (1) oder des Kolbens (2) relativ verschiebbar berührt, wobei der Kolbenring (5) an wenigstens einer Umfangsstelle von einem Schlitz durchtrennt und elastisch an die der Ringnut (6) radial gegenüberliegende Fläche angepresst ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Hochdruckelement für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
Ein solches Hochdruckelement ist aus der DE 19507295B4 bekannt. Er bildet einen Bestandteil einer Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen und umfasst eine Kolbenpumpe, insbesondere Radialkolben-Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus einem Hohlzylinder, in dem ein Verdrängerkolben geführt ist mit einer Stirnfläche, die einen Pumpenraum begrenzt, wobei der Verdrängerkolben auf einer Tasse abgestützt ist, die auf dem Außenumfang des Hohlzylinders geführt und durch sekundäre Mittel gegen die Kraft einer Feder gemeinsam mit dem Verdrängerkolben hin- und hergehend in Richtung des Pumpenraums verschiebbar ist. Hierdurch wird Kraftstoff abwechselnd über ein Saugventil in den Hochdruckraum eingesogen, danach komprimiert und über ein Druckventil in einen Drucksammler eingepresst. Die dabei auftretenden Drücke können 2200 bar erreichen mit der Folge, dass die den Hochdruckraum begrenzenden Teile druckbelastet werden und ihre Dimensionen verändern. Dies führt insbesondere dazu, dass sich der unvermeidliche Dichtspalt zwischen dem Kolben und dem Hohlzylinder radial aufweitet und dass Kraftstoff den so erweiterten Dichtspalt in unerwünscht großer Menge passiert.
Das Volumen des den Dichtspalt bei einem jeden Arbeitshub passierenden Kraftstoffes nimmt mit sinkender Drehzahl zu, was den Verbrennungsprozess qualitativ verändert und es erschwert, im gesamten Drehzahlbereich ausgeglichen gute Verbrennungsprozesse und günstige Abgaswerte zu erzielen.
Bei Bauformen, bei denen der Hochdruckerzeuger einen Bestandteil einer Einsteckpumpe bildet, deren mechanischer Antrieb in den Kurbelraum oder den Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine integriert ist, kann der Leckagekraftstoff außerdem das dort benötigte Schmieröl verdünnen und dessen Schmiereigenschaften verschlechtern, was die Lebensdauer einer Verbrennungskraftmaschine unmittelbar verkürzt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Hochdruckelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 hat den Vorteil, dass die Menge des während der bestimmungsgemäßen Verwendung den Dichtspalt zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung passierenden Kraftstoffes deutlich vermindert ist.
Die Leckagerate vergrößert sich mitzunehmendem Druck nicht in nennenswertem Umfang.
Durch die Verminderung der Leckagerate gelingt es wesentlich leichter als bisher, im gesamten Drehzahlbereich einer Verbrennungskraftmaschine gute Abgaswerte zu erzielen.
Das Hochdruckelement kann an Einsteckpumpen Verwendung finden, bei denen der Antrieb des Kolbens in den Kurbelraum oder Ventiltrieb einer Verbrennungskraftmaschine integriert und außenseitig mit dem Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt ist.
Das Hochdruckelement ist einfach herstellbar und zeichnet sich durch eine gute Dauerhaltbarkeit aus.
Das Hochdruckelement hat drehzahlunabhängig eine gleichbleibend präzise Förderwirkung.
Zeichnung
Zwei beispielhafte Ausführungen der Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Sie wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisch dargestelltes Hochdruckelement in längsgeschnittener Darstellung, das durch einen in eine Ringnut des Kolbens eingefügten Kolbenring gegenüber der aufnehmenden Zylinderbohrung abgedichtet ist.
2 ein schematisch dargestelltes Hochdruckelement in längsgeschnittener Darstellung, das durch einen in eine radial nach innen geöffnete Ringnut der aufnehmenden Zylinderbohrung gegenüber dem Kolben abgedichtet ist.
3 ein schematisch dargestelltes Hochdruckelement in halbgeschnittener Darstellung, bei dem die Ringnut des Kobens in Richtung des Hochdruckraums durch ein Verschlussglied begrenzt ist, das mit dem Kolben verschraubt ist.
4 ein Kolbenring, der an zwei einander gegenüberliegenden Umfangsstellen von einem Schlitz durchtrennt und der auf dem Grund der Ringnut durch eine in radialer Richtung nachgiebige Ringfeder abgestützt ist.
5 einen Kolbenring, der in Umfangsrichtung von drei gleichmäßig verteilten Schlitzen durchtrennt ist.
6 einen Kolbenring, der nur an einer Umfangsstelle von einem Schlitz durchtrennt und in radialer Richtung elastisch ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
Das in 1 und 2 gezeigte Hochdruckelement ist für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bestimmt. Es umfasst eine Zylinderbohrung 1 und einen in der Zylinderbohrung geführten Kolben 2, wobei die Zylinderbohrung 1 und eine Stirnfläche 3 des Kolbens 2 einen Hochdruckraum 4 in einem Teilbereich begrenzen. Dabei ist der Kolben 2 durch zumindest einen Kolbenring 5 gegenüber der Zylinderbohrung 1 abgedichtet und der Kolbenring 5 in einer umlaufenden, radial nach außen offenen Ringnut 6 des Kolbens 2 (1) oder einer radial nach innen offenen Ringnut 6 der Zylinderbohrung 1 (2) aufgenommen. Der Kolbenring 5 berührt dabei die jeweils gegenüberliegende Oberfläche der Zylinderbohrung 1 oder des Kolbens 2 in Richtung der Längsachse verschiebbar, wobei der Kolbenring 5 an wenigstens einer Umfangsstelle von einem Schlitz durchtrennt und elastisch an die der Ringnut 6 radial gegenüberliegende Fläche angepresst ist. Der Kolbenring kann somit je nach Bauform radialelastisch an eine ihn radial außenseitig umschließende Gegenfläche oder an eine von ihm radial innenseitig umschlossene Gegenfläche angedrückt sein.
Die Ringnut 6 und der Kolbenring 5 haben bei den Bauformen nach den 1 und 2 ein rechteckiges Profil.
Der Kolbenring 5 besteht bei einer von Stahl begrenzten Zylinderbohrung 1 aus Grauguss. Er kann auf der der Reibung ausgesetzten Fläche mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen sein, beispielsweise mit einer Beschichtung aus Graphit oder Kohlenstoff.
Der Kolbenring 5 ist mit radialem und mit axialem Spiel in der zugehörigen Ringnut 6 des Kolbens 2 oder der Zylinderbohrung 1 aufgenommen und darin in begrenztem Umfang relativ beweglich aufgenommen. Das Spiel ist so bemessen, dass eine gute axiale Führung des Kolbenrings 5 durch den Kolben 2 und eine hinreichende radiale Beweglichkeit des Kolbenrings 5 in der Ringnut 6 gewährleistet ist. Der Kolbenring 5 vermag sich dadurch unabhängig von eventuellen Relativverlagerungen des ihn aufnehmenden Maschinenteils besonders dicht an die jeweils abzudichtende Gegenfläche anzuschmiegen. Die Anpressung des Kolbenrings 5 an die jeweilige Gegenfläche wird dabei durch seine Eigenelastizität sicher gestellt oder durch den Druck eines auf seiner Rückseite lastenden Federelementes 7 sowie jeweils ergänzend durch den Druck des abzudichtenden Treibstoffes.
Die Ringnut 6 ist bei den Bauformen nach 1 und 2 in einem Abstand von der Stirnfläche 3 des Kolbens 2 bzw. der entsprechenden Begrenzung der Zylinderbohrung 1 angeordnet, der kleiner ist als die axiale Länge der Ringnut 6. Das Eindringen von Leckageflüssigkeit in den Dichtspalt zwischen beiden Teilen wird dadurch auf ein Minimum reduziert, wodurch sich der beim Arbeitshub des Kolbens 2 in dem Hochdruckraum 4 ergebende Druck nur in begrenztem Umfang in dem Dichtspalt auszuwirken vermag. Dies vermindert die Gefahr, dass sich die Zylinderbohrung 1 durch den Druck des abzudichtenden Mediums parallel zur Weite des abzudichtenden Spaltes in radialer Richtung aufweitet. Die Leckagerate ist daher unabhängig vom Druck des abzudichtenden Mediums weitgehend konstant.
3 zeigt eine Bauform bei der die den Kolbenring 5 aufnehmende Ringnut 6 in dem Kolben 2 angeordnet und in Richtung der Stirnfläche 3 durch ein separat erzeugtes Verschlussglied 8 verschlossen ist. Das Verschlussglied kann ein- oder zweiteilig ausgebildet sein. Es kann nach einer nicht gezeigten Bauform aus einer einteilig mit einem Pilzkopf versehenen Schraube bestehen oder entsprechend der Darstellung aus einer zweiteiligen Ausbildung, wobei der Pilzkopf durch eine Unterlegscheibe gebildet ist, die mit einer separat erzeugten Schraube in eine Gewindebohrung des Kolbens 2 eingeschraubt und hierdurch an dem Kolben 2 festgelegt ist. Der Kolben 2 ist dabei mit einer in Richtung seiner Stirnfläche 3 und radial nach außen offenen, ringförmigen Ausnehmung von rechteckigem Profil versehen, wobei der Pilzkopf oder die Unterlegscheibe die Ausnehmung derart übergreift, dass sich zwischen beiden Teilen eine radial nach außen offene Ringnut ergibt. In diese kann ein ringförmig geschlossener oder ein mit einer radialen Durchtrennnung versehener Kolbenring 5 eingesetzt sein. Dieser ist der Stirnfläche 3 des Kolbens 2 in axiale Richtung unmittelbar benachbart zugeordnet, wodurch der Dichtspalt in optimaler Weise vor einer Druckbeaufschlagung aus der Richtung des Hochdruckraums 4 geschützt ist.
Nach einer weiteren nicht gezeigten Ausbildung ist es möglich, ein durch eine Unterlegscheibe gebildetes Verschlussglied 8 ähnlich 3 innenseitig mit einem Gewinde zu versehen und auf ein entsprechend dimensioniertes Außengewinde des Kolbens 2 aufzuschrauben.
Ferner besteht die Möglichkeit, ein entsprechend 3 ausgebildetes Verschlussglied 8 innenseitig mit einer zylindrischen Passfläche zu versehen und auf eine dazu passende Passfläche des Kolbens 2 von dessen Stirnseite her aufzusetzen und mit dem Kolben 2 zu verschweißen, zu vernieten oder zu verkleben. Bei solchen Bauformen lässt sich der axiale Abstand zwischen dem Kolbenring 5 und der Stirnfläche 3 des Kolbens 2 auf ein Minimum reduzieren.
4 zeigt einen Kolbenring 5.1, 5.2, der an zwei einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Stellen geschlitzt und durch ein Federelement 7 auf dem Grund der hier nicht gezeigten Ringnut 6 abgestützt ist. Das Federelement 7 besteht aus einem in Umfangrichtung sinusförmig gewellten Draht oder einem in Umfangsrichtung sinusförmig gewelltes Federblech, das auf dem Nutgrund der Ringnut 6 abgestützt ist und eine elastische Anpressung des Kolbenrings 5 an die jeweils radial gegenüber liegende, verschiebbare Gegenfläche bewirkt.
5 zeigt einen Kolbenring 5.1, 5.2, 5.3, der an drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Stellen von einem radialen Schlitz durchbrochen ist. Die in radialer Richtung erforderliche Apressung an die abzudichtende Fläche des Kolbens 2 oder der Zylinderbohrung 1 kann mit den vorstehend beschriebenen, radialelastischen Mitteln erfolgen, insbesondere mit einem radialelastischen Federelement 7. Die sich in Umfangsrichtung ergebenden Anpresskräfte an die radiale Gegenfläche sind durch die dreiteilige Ausbildung i gleichmäßiger verteilt als bei der zweiteiligen Bauform nach 4.
6 zeigt eine Bauform, die nur an einer Umfangsstelle geschlitzt und herstellungsbedingt so dimensioniert ist, dass sich nach dem Einbau in die Ringnut und dem Einfügen in die zylindrische Gegenfläche die jeweils gewünschte, elastische Anpressung ergibt. Sie kann nur durch eine abweichende Dimensionierung des Kolbenrings verändert werden. Montagefehler können daher bei einer solchen Ausführung nicht auftreten, was es erleichtert, eine Null-Fehler-Rate zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19507295 B4 [0002]

Claims

Hochdruckelement für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfassend eine Zylinderbohrung (1) und einen in der Zylinderbohrung geführten Kolben 2, wobei die Zylinderbohrung (1) und eine Stirnfläche (3) des Kolbens (2) einen Hochdruckraum (4) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) durch zumindest einen Kolbenring (5) gegenüber der Zylinderbohrung (1) abgedichtet ist und dass der Kolbenring (5) in einer umlaufenden Ringnut (6) des Kolbens (2) oder der Zylinderbohrung (1) aufgenommen ist und die jeweils gegenüberliegende Oberfläche der Zylinderbohrung (1) oder des Kolbens (2) relativ verschiebbar berührt, dass der Kolbenring (5) an wenigstens einer Umfangsstelle von einem Schlitz durchtrennt und elastisch an die der Ringnut (6) radial gegenüberliegende Fläche angepresst ist.
Hochdruckelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (6) und der Kolbenring (5) ein rechteckiges Profil haben.
Hochdruckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (5) in einer von Stahl begrenzten Zylinderbohrung (1) aus Grauguss besteht.
Hochdruckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) zumindest auf der der Ringnut radial gegenüberliegenden Fläche mit einer reibungsvermindernden Beschichtung versehen ist.
Hochdruckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (5) mit radialem und mit axialem Spiel in der zugehörigen Ringnut (6) aufgenommen ist.
Hochdruckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (5) durch zumindest ein radialelastisches Federelement (7) auf dem Grund der Ringnut (6) abgestützt und durch das Federelement (7) an die der Ringnut (6) radial gegenüberliegende, relativ verschiebbare Gegenfläche elastisch angepresst ist.
Hochdruckelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) aus einem in Umfangsrichtung gewellten Federdraht oder einer gewellten Blattfeder besteht.
Hochdruckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (6) in einem Abstand von der Stirnfläche (3) angeordnet ist, der kleiner ist als die axiale Länge der Ringnut (6).
Hochdruckelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (6) in dem Kolben (2) angeordnet und in Richtung der Stirnfläche (3) durch ein separat erzeugtes Verschlussglied (8) verschlossen ist.
Hochdruckelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussglied (8) mit dem Kolben (2) verschraubt ist.