DE102008010286A1

DE102008010286A1 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102008010286A1
Application number: DE200810010286
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

Eine Kolbenpumpe, insbesondere Radialkolben-Kraftstoffpumpe, für einen Verbrennungsmotor mit einem ölbeaufschlagten Raum, umfassend zumindest einen Hohlzylinder (1), in dem ein Verdrängerkolben (2) geführt ist mit einer Stirnfläche (3), die einen Pumpenraum (4) begrenzt, wobei der Verdrängerkolben (2) auf einer Tasse (5) abgestützt ist, die auf dem Außenumfang des Hohlzylinders (1) geführt und gegen die Kraft einer Feder (6) gemeinsam mit dem Verdrängerkolben (2) in Richtung des Pumpenraums (4) verschiebbar ist. Die Tasse (5), der Hohlzylinder (1) und der Verdrängerkolben (2) begrenzen einen Auffangraum (7) mit einer Leckageöffnung (8), die die Wandung des Hohlzylinders (1) und/oder der Tasse (5) nach außen durchdringt. Der Verdrängerkolben (2) und die Tasse (5) sind unverschiebbar verbunden. Die Leckageöffnung (8) ist in beiden Richtungen frei durchströmbar und zumindest aus dem ölbeaufschlagten Raum des Verbrennungsmotors herausgeführt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kolbenpumpe nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kolbenpumpe ist aus der DE 19507295 B4 bekannt. Sie 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 Pumpenraum eingesogen, danach komprimiert und über ein Druckventil in einen Drucksammler eingepresst. Die dabei auftretenden Drücke können 2400 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, dem Hohlzylinder und der Tasse 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 einem ölbeaufschlagten Raum einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet und zum Beispiel in den Kurbelraum oder den Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors integriert ist, kann der Leckagekraftstoff außerdem das dort benötigte Schmieröl verdünnen und dessen Schmiereigenschaften verschlechtern, was die Lebensdauer einer Verbrennungsmotor unmittelbar verkürzt.
Die Tasse und der Verdrängerkolben sind bei der bekannten Bauform unter Ausnutzung von Vakuum lose aufeinander aufliegend vereint. Dies kann dazu führen, dass sich die beiden Teile beim Ansaugtakt kurzzeitig voneinander abheben, was sowohl die bei einem jeden Arbeitstakt geförderte Kraftstoffmenge unkontrollierbar vermindert, als auch die Sauberkeit des Verbrennungsprozesses belastet und zu einer Beschädigung von Maschinenteilen führen kann. Insbesondere bei hohen Drehzahlen des Verbrennungsmotors ist das als äußerst kritisch zu bewerten.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 1 hat den Vorteil, dass die Leckagerate des während der bestimmungsgemäßen Verwendung den Dichtspalt zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung passierenden Kraftstoffes deutlich vermindert ist.
Durch die Verminderung der Leckagerate gelingt es wesentlich leichter als bisher, im gesamten Drehzahlbereich einer Verbrennungsmotorgute Abgaswerte zu erzielen.
Der Hochdruckerzeuger kann an Einsteckpumpen Verwendung finden, bei denen der Antrieb des Kolbens in den Kurbeiraum oder Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors integriert und mit dem Schmieröl des Verbrennungsmotors beaufschlagt ist.
Der Hochdruckerzeuger ist einfach herstellbar und zeichnet sich durch eine gute Dauerhaltbarkeit aus.
Die Kraftstoffpumpe hat drehzahlunabhängig eine gleichbleibend präzise Förderwirkung.
Zeichnung
Zwei beispielhafte Ausführungen der Erfindung sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Sie werden nachfolgend näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Kolbenpumpe in halbgeschnittener Darstellung, die durch eine umlaufende, ölbeaufschlagte Nockenwelle eines Verbrennungsmotors betätigbar ist, wobei in außenseitige Ringnuten des Verdrängerkolbens und des Hohlzylinders eingesetzte Kolbenringe die Abdichtung bewirken.
2 eine Ausschnitt aus einer Kolbenpumpe ähnlich 1, wobei in innenseitige Ringnuten des Hohlzylinders und der Tasse eingesetzte Kolbenringe die Abdichtung bewirken.
3 einen Ausschnitt aus einer Kolbenpumpe ähnlich 1, in dem der Querschnitt von zwei in jeweils eine Ringnut eingefügten Kolbenringen gezeigt wird.
4 einen auszugsweisen Querschnitt durch eine Kolbenpumpe ähnlich 1 im Bereich eines elastisch angedrückten Kolbenrings
In 1 ist eine Kolbenpumpe, insbesondere Radialkolben-Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Hohlzylinder 1, in dem ein Verdrängerkolben 2 geführt ist mit einer Stirnfläche 3, die einen Pumpenraum 4 begrenzt, wobei der Verdrängerkolben 2 auf einer Tasse 5 abgestützt ist, die auf dem Außenumfang des Hohlzylinders 1 geführt und gegen die Kraft einer Feder 6 gemeinsam mit dem Verdrängerkolben 2 in Richtung des Pumpenraums 4 verschiebbar ist, wobei die Tasse 5, der Hohlzylinder 1 und der Verdrängerkolben 2 einen Auffangraum 7 mit einer Leckageöffnung 8 für Leckageflüssigkeit begrenzen und wobei die Leckageöffnung 8 die Wandung des Hohlzylinders 1 und/oder der Tasse 5 nach außen durchdringt und zumindest aus dem ölbeaufschlagten Raum des Verbrennungsmotors herausgeführt ist.
Die Kolbenpumpe ist während der bestimmungsgemäßen Verwendung in dem ölbeaufschlagten Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors angeordnet und von der Außenseite her mit Schmieröl beaufschlagt. An dem mit der Tasse starr verbundenen Ende des Verdrängerkolbens 2 ist ein Gleitschuh befestigt, der auf einer mit der Kurbelwelle umlaufenden Nockenwelle des Verbrennungsmotors abgestützt ist.
An dem von der Nockenwelle abgewandten Ende begrenzt der Hohlzylinder 1 gemeinsam mit dem Verdrängerkolben 2 einen Hochdruckraum 4. In den Hochdruckraum 4 münden, zumeist nebeneinander liegend, die Einlassöffnung 15 des Eintrittsventils und die Austrittsöffnung 16 des Druckventils. Die Einlassöffnung 15 ist gewöhnlich über eine Versorgungspumpe mit einem Kraftstofftank, z. B. eines Kraftfahrzeugs, verbunden, die Austrittsöffnung 16 über eine Rohrleitung aus Metall mit einem Druckspeicher, an den die Einspritzdüsen des Verbrennungsmotors angeschlossen sind. Der bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 2 in den Hochdruckraum 4 eingesaugte bzw. eingepresste Kraftstoff, zumeist handelt es sich um Dieselkraftstoff, wird bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 in dem Hochdruckraum 4 verdichtet und über die Austrittsöffnung 16 in einen Druckspeicher eingepresst. Dabei entstehen erhebliche Drücke in dem Hochdruckraum von bis zu 2000 bar.
Um zu verhindern, dass diese Drücke zu einer unerwünscht hohen Leckage und insbesondere zum Übertreten von Kraftstoffbestandteilen in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors führen und darin eine Verdünnung und Verschlechterung der Schmiereigenschaften des Schmieröls verursachen, ist der Kolben bei der Bauform nach 1 durch mehrere Kolbenringe 9 abgedichtet, die in einem axialen Abstand voneinander in Ringnuten 10, 11 des Verdrängerkolbens 2 und des Hohlzylinders 1 aufgenommen sind und zwei räumlich von einander getrennte Abdichtzonen bilden, die durch einen Auffangraum für Leckageflüssigkeit getrennt sind, wobei sich in dem Auffangraum sammelnde Leckageflüssigkeit über eine Leckageöffnung aus dem ölbeaufschlagten Raum des Verbrennnungsmotors abgeleitet wird, die in beiden Richtungen frei durchströmbar ist. Hierdurch wird eine extrem sichere Abdichtung des ölbeaufschlagten Raumes der Verbrennungskraftmaschine gegen eine Kontamination mit Treibstoff erreicht. Der Dieselkraftstoff kann sich dadurch nicht mehr mit dem Schmieröl des Verbrennungsmotors vermischen und dieses verdünnen. Auch vermag Schmieröl nicht mehr in den Treibstoffkreislauf zu gelangen.
Der Verdrängerkolben 2 und die Tasse 5 sind zur starren gegenseitigen Verbindung durch einen Sprengring 13 und einen Stützring starr aneinander festgelegt. Eine gegenseitige Verschraubung, Vernietung oder Verschweißung kommt ebenfalls in Betracht. Der Verdrängerkolben 2 und die Tasse 5 können sich daher auch bei höchsten Drehzahlen nur gemeinsam hin- und herbewegen. Dem Auftreten eines Vakuums oder einem Abhebens des Verdrängerkolbens 1 von der Tasse 5 wird dadurch wirksam begegnet. Außerdem wird die Abdichtwirkung wird nicht mehr durch das Auftreten eines temporären Vakuums in dem Auffangraum unterstützt.
Die Tasse 5 ist auf einem Gleitschuh 14 abgestützt und durch eine Feder 6 elastisch an einen relativ verdrehbaren Nocken oder Exzenter einer um eine Achse rotieren Welle angepresst ist. In den Gleitschuh kann auch eine Rolle eingesetzt sein, der an dem Nocken oder Exzenter anliegt.
Der Nocken oder Exzenter kann dabei in einem ölbeaufschlagten Raum eines Verbrennungsmotors angeordnet sein und einen Bestandteil des Verbrennungsmotors bilden.
Der Verdrängerkolben 2, die Tasse 5 und der Hohlzylinder 1 begrenzen gemeinsam einen Auffangraum 7 für Leckageflüssigkeit, wobei eine Leckageöffnung 8 vorgesehen ist, die die Wandung des Hohlzylinders 1 und/oder der Tasse 5 nach außen durchdringt und durch die Leckageflüssigkeit aus dem Auffangraum 7 nach außen abführbar ist. Die in einer Reihenschaltung zwischen dem Hochdruckraum 4 und dem ölbeaufschlagten Raum des Verbrennungsmotors angeordneten Dichtzonen mit den Kolbenringen 9 sind durch den druckentlasteten Auffangraum 7 voneinander getrennt, was die Sicherheit gegen einen Übertritt von Dieselkraftstoff bzw. Schmieröl und deren gegenseitige Durchmischung besonders sicher verhindert.
Die Leckageöffnung 8 kann außenseitig mit einem druckentlasteten Sammelraum für Leckageflüssigkeit verbunden sein. In dem Auffangraum 7 kann sich dadurch weder ein Druckaufbau noch ein Vakuum in der eventuell eingespeisten Leckageflüssigkeit ergeben und die Gesamtfunktion in irgend einem Betriebszustand verschlechtern.
Der Verdrängerkolben 2 und/oder die Tasse 5 (ist) sind durch wenigstens einen in einer Ringnut 10, 11 aufgenommenen Kolbenring 9 gegenüber dem relativ verschiebbaren Hohlzylinder 1 abgedichtet.
Bei der Bauform nach 1 sind zwei Kolbenringe 9 vorgesehen, die in radial nach außen offenen Ringnuten 10 des Verdrängerkolbens 2 aufgenommen sind. Ferner sind zwei Kolbenringe 9 vorgesehen, der in zwei radial nach außen offenen Ringnuten 11 des Hohlzylinders 1 aufgenommen sind.
2 zeigt eine Bauform, bei der jeweils zwei Kolbenringe 9 vorgesehen sind, die in zwei radial nach innen offenen Ringnuten 12 der Tasse 5 und des Hohlzylinders 1 aufgenommen sind.
Der Kolbenring 9 kann von einem an einer Umfangsstelle angeordneten Schlitz durchtrennt und in einer solchen Dimension hergestellt sein, dass er durch seine Eigenelastizität elastisch an die relativ verschiebbare Gegenfläche angepresst ist.
3 zeigt einen Ausschnitt aus der Wandung des Hohlzylinders 1 und des Verdrängerkolbens 2 mit zwei in den Außenumfang eines Verdrängerkolbens 2 eingreifenden Ringnuten 10, in die jeweils ein Kolbenring 9 von rechteckigem Profil eingefügt ist, der den Hohlzylinder 1 elastisch anliegend berührt. Dabei ist zwischen den Stirnwänden und dem Grund der Ringnuten 10 und dem jeweiligen Kolbenring 9 ein Spiel vorhanden, was es den Kolbenringen 9 erlaubt, sich bei guter axialer Führung in begrenztem Umfang unabhängig von dem Verdrängerkolben 2 zu bewegen und feinfühlig an Hohlzylinder 1 anzuschmiegen. Die zwischen beiden erzielte Abdichtwirkung wird dadurch deutlich verbessert.
4 zeigt eine Bauform, bei der der Kolbenring 9 aus drei Teilringen 9.1, 9.2, 9.3 zusammengesetzt ist, und durch ein sekundäres Federelement 12 an die relativ verschiebbare Gegenfläche des Verdrängerkolbens 2 angepresst ist. Eine umgekehrte Anordnung, bei der der Kolbenring 9 durch ein sekundäres Federelement 12 an die Tasse 5 oder des Hohlzylinders 1 angepresst ist, ist ebenfalls möglich. Um dabei eine elastische Anpressung an die verschiebbare Gegenfläche durch die radiale Federwirkung des sekundären Federelementes 12 sicher zu stellen, ist der Kolbenring 9 an drei Umfangstellen von Schlitzen hinreichender Breite in Umfangsrichtung durchtrennt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19507295 B4 [0002]

Claims

Kolbenpumpe, insbesondere Radialkolben-Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor mit einem ölbeaufschlagten Raum, umfassend zumindest einen Hohlzylinder (1), in dem ein Verdrängerkolben (2) geführt ist mit einer Stirnfläche (3), die einen Pumpenraum (4) begrenzt, wobei der Verdrängerkolben (2) auf einer Tasse (5) abgestützt ist, die auf dem Außenumfang des Hohlzylinders (1) geführt und gegen die Kraft einer Feder (6) gemeinsam mit dem Verdrängerkolben (2) in Richtung des Pumpenraums (4) verschiebbar ist, wobei die Tasse (5), der Hohlzylinder (1) und der Verdrängerkolben (2) einen Auffangraum (7) mit einer Leckageöffnung (8) für Leckageflüssigkeit begrenzen und wobei die Leckageöffnung (8) die Wandung des Hohlzylinders (1) und/oder der Tasse (5) nach außen durchdringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (2) und die Tasse (5) unverschiebbar verbunden sind und dass die Leckageöffnung (8) in beiden Richtungen frei durchströmbar und zumindest aus dem ölbeaufschlagten Raum des Verbrennungsmotors herausgeführt ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (2) und/oder die Tasse (5) durch wenigstens einen in einer Ringnut aufgenommenen Kolbenring (9) gegenüber dem relativ verschiebbaren Hohlzylinder (1) abgedichtet ist/sind.
Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolbenring (9) vorgesehen ist, der in einer Ringnut (10) des Verdrängerkolbens (2) aufgenommen ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolbenring (9) vorgesehen ist, der in einer Ringnut (11) des Hohlzylinders (1) aufgenommen ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kolbenring (9) vorgesehen ist, der in einer Ringnut (12) der Tasse (5) aufgenommen ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (9) geschlitzt und in einer Dimension hergestellt ist, dass er durch seine Eigenelastizität an die relativ verschiebbare Gegenfläche elastisch angepresst ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (9) aus zumindest zwei Teilringen (9.1, 9.2, 9.3) zusammengesetzt und durch zumindest ein sekundäres Federelement (12) an die relativ verschiebbare Gegenfläche des Verdrängerkolbens (2), der Tasse (5) oder des Hohlzylinders (1) angepresst ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (2) und die Tasse (5) durch einen Sprengring (13) starr verbunden sind.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasse (5) auf einem Gleitschuh (14) abgestützt ist, der durch die Feder (6) elastisch an einen relativ verdrehbaren Nocken oder Exzenter angepresst ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken oder Exzenter in einem ölbeaufschlagten Raum eines Verbrennungsmotors angeordnet ist und einen Bestandteil des Verbrennungsmotors bildet.