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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial-
oder Reihenkolbenpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet
der Brennstoffpumpen für Brennstoffeinspritzanlagen von
luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 102 10 317
A1 ist ein Hochdruckelement für Einspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen bekannt. Das bekannte Hochdruckelement weist eine
Zylinderbohrung und einen in der Zylinderbohrung geführten
Kolben auf, wobei die Zylinderbohrung und eine Stirnfläche
des Kolbens einen Hochdruckraum begrenzen. Dabei führt
der große Druck im Hochdruckraum, welcher auf die Zylinderbohrung wirkt,
zu einer Aufweitung der Zylinderbohrung. Infolgedessen vergrößert
sich der Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung, was
eine erhöhte Leckagemenge mit sich bringt. Eine Reduktion
des Spiels zwischen Zylinderbohrung und Kolben scheidet als Maßnahme
zur Verringerung der Leckage dabei aus, da sich sonst der Kolben
ohne Druckbeaufschlagung der Zylinderbohrung nicht mehr leichtgängig
in der Zylinderbohrung bewegen lässt. Bei dem bekannten
Hochdruckelement ist der Hochdruckraum von einer an die Zylinderbohrung
anschließenden zweiten Stirnfläche begrenzt, wobei
in der zweiten Stirnfläche ein parallel und konzentrisch
zur Zylinderbohrung verlaufender Einstich eingearbeitet ist. Durch
diesen Einstich wird die Druckbeaufschlagung der Zylinderbohrung
kompensiert, da im Einstich und in der Zylinderbohrung die gleichen
Drucke herrschen. Im Ergebnis ist der Spalt zwischen Kolben und
Zylinderbohrung unabhängig von dem in der Zylinderbohrung
herrschenden Druck.
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Das
aus der
DE 102 10
317 A1 bekannte Hochdruckelement hat den Nachteil, dass
eine separate Zylinderbuchse erforderlich ist, die in ein Gehäuse
des Hochdruckelements eingepresst ist. In der Zylinderbuchse ist
der Einstich vorgesehen, der hydraulisch mit dem Hochdruckraum in
Verbindung steht, so dass in dem Einstich der gleiche Druck wie
im Hochdruckraum herrscht. Die Herstellung des bekannten Hochdruckelements
ist daher relativ aufwändig.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe
mit den Merkmalen des Anspruchs 12 haben demgegenüber den
Vorteil, dass eine Herstellbarkeit verbessert ist. Speziell kann
der konstruktive Aufwand zur Verringerung einer Leckage verringert
werden, die bei einer Aufweitung der Zylinderbohrung in Folge hohen
Druckes auftritt.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
Hochdruckpumpe und der im Anspruch 12 angegebenen Hochdruckpumpe
möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass sich die Kolbenhülse in der axialen Richtung
durch denn Pumpenarbeitsraum erstreckt, wobei die Kolbenhülse
den Pumpenarbeitsraum in einen zylinderförmigen inneren
Teil und einen ringförmigen äußeren Teil
unterteilt, die durch mehrere kreisförmige Öffnungen
in der Kolbenhülse miteinander verbunden sind. Dabei ist
es ferner vorteilhaft, dass die Kolbenhülse an einem der
Bohrung zugewandten Ende an dem Gehäuseteil anliegt und
dass ein mit dem Gehäuseteil verbundenes Verspannelement
vorgesehen ist, das die Kolbenhülse an einem der Bohrung
abgewandten Ende beaufschlagt, um die Kolbenhülse einzuspannen.
Durch die Kolbenhülse kann eine übermäßige
Leckage verhindert werden, wobei keine oder nur eine geringfügige
Anpassung des Gehäuseteils erforderlich ist. Dabei wird
die Kolbenhülse von dem äußeren Teil
in Richtung auf den Kolben beaufschlagt, wobei die Beaufschlagung
von dem Druck im Pumpenarbeitsraum abhängt. Da der Pumpenarbeitsraum
auch von dem inneren Teil der Kolbenhülse, insbesondere
im Bereich des Kolbens, auf die Kolbenhülse einwirkt, ergibt
sich eine druckausgeglichene Beaufschlagung der Kolbenhülse,
so dass zumindest näherungsweise ein konstantes Spiel zwischen
dem Kolben und der Kolbenhülse im Betrieb aufrechterhalten
ist. Durch die beidseitige Einspannung der Kolbenhülse, einerseits
im Bereich der Bohrung und andererseits an dem Verspannelement,
ist zum einen eine zuverlässige Fixierung der Kolbenhülse
gewährleistet und zum anderen eine hohe Stabilität
der Kolbenhülse gegenüber unerwünschten
Verbiegungen gegeben.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass das Gehäuseteil einen ringförmigen
Absatz aufweist, der an einer der Bohrung gegenüberliegenden
Seite des Pumpenarbeitsraums vorgesehen ist, wobei das Verspannelement
in den ringförmigen Absatz des Gehäuseteils eingepresst
ist. Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Montage
möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass ein Saugventil vorgesehen ist, das in den inneren Teil
des Pumpenarbeitsraums mündet, und dass ein Auslassventil
vorgesehen ist, das von dem äußeren Teil des Pumpenarbeitsraums
wegführt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Pumpenarbeitsraum
relativ klein ausgeführt sein kann, das heißt
ein sehr kleines Schadvolumen aufweist, wodurch ein hoher Wirkungsgrad
ermöglicht ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Kolbenhülse an einem der Bohrung zugewandten
Ende an einer konischen Stützfläche des Gehäuseteils
anliegt. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass zwischen dem der
Bohrung zugewandten Ende der Kolbenhülse und dem Gehäuseteil
ein Ringspalt ausgestaltet ist, der mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden
ist. Dadurch ist eine Beaufschlagung der Kolbenhülse an
ihrem der Bohrung zugewandten Ende in Richtung auf den Kolben möglich,
die eine Fixierung der Kolbenhülse an dem Gehäuseteil
im Bereich der Bohrung gewährleistet. Dabei kann auch eine
gewisse Abdichtung durch die konische Stützfläche
gewährleistet werden. Die konische Stützfläche
kann dabei als konische Dichtfläche ausgestaltet sein,
die mit einer entsprechend angepassten Stirnfläche an der
Kolbenhülse zusammen wirkt.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass in dem Ringspalt ein Dichtring vorgesehen
ist, der das der Bohrung zugewandte Ende der Kolbenhülse
im Bereich der konischen Stützfläche umschließt.
Durch den Dichtring ist eine zusätzliche oder alternative
Abdichtung möglich, um den Ringspalt gegenüber
der Bohrung, in der der Kolben geführt ist, abzudichten.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass die Kolbenhülse einstückig mit
dem Gehäuseteil ausgebildet ist, wobei die Kolbenhülse
durch eine elektrochemische Bearbeitung des Gehäuseteils
im Bereich der Bohrung ausgebildet ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Kolben an der Stirnfläche eine als Bohrung
ausgestaltete Ausnehmung aufweist, wodurch eine gewisse Aufweitung des
Kolbens erreicht werden kann, die ein Spiel zwischen dem Kolben
und der Bohrung auch bei variierendem Druck zumindest näherungsweise
konstant hält. Dabei ist es vorteilhaft, dass eine Länge
der Ausnehmung in der axialen Richtung nicht größer
ist als die Hälfte einer Länge der Bohrung, in
der der Kolben geführt ist. Dadurch kann eine gegebenenfalls
auftretende Aufweitung des Gehäuseteils zumindest teilweise
kompensiert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen
sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Hochdruckpumpe in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer
Hochdruckpumpe entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 den
in 2 gezeigten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel;
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4 den
in 2 gezeigten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel und
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5 den
in 1 mit V bezeichneten Ausschnitt einer
Hochdruckpumpe entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen
Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als
Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. Speziell eignet
sich die Hochdruckpumpe 1 als Brennstoffpumpe für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht
für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail,
das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet
sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse 2 auf,
wobei in der 1 die Gehäuseteil 3, 4 dargestellt
sind. Hierbei ist das Gehäuseteil 3 als Zylinderkopf
ausgestaltet, der mit dem als Grundkörper ausgestalteten
Gehäuseteil 4 verbunden ist. In dem Pumpengehäuse 2 ist
eine Pumpenbaugruppe 5 angeordnet, die über eine
nicht dargestellte Antriebswelle, beispielsweise über einen Nocken oder
Exzenter, antreibbar ist.
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Die
Pumpenbaugruppe 5 weist einen Kolben 6 auf, der
in einer Bohrung 7 entlang einer Achse 8 der Bohrung 7 geführt
ist. Somit ist der Kolben 6 in axialer Richtung bezüglich
der Achse 8 geführt. Das Gehäuseteil 3 weist
hierbei einen Ansatz 9 auf, der in eine Ausnehmung 10 in
dem Gehäuseteil 4 ragt.
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Die
Bohrung 7 kann im Wesentlichen im Bereich des Ansatzes 9 ausgestaltet
sein. Ferner ist eine Stößelfeder 11 dargestellt,
die den Ansatz 9 umgibt, und die zur Rückstellung
des Kolbens 6 dient.
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In
dem Gehäuseteil 3 ist ein Pumpenarbeitsraum 15 ausgestaltet,
der durch eine Stirnfläche 16 des Kolbens 6 begrenzt
ist. Ferner ist eine Kolbenhülse 17 vorgesehen,
die innerhalb des Pumpenarbeitsraums 15 angeordnet ist.
Die Kolbenhülse 17 ist im Wesentlichen rohrförmig
ausgestaltet und weist in diesem Ausführungsbeispiel eine
in axialer Richtung gleich bleibende Wandstärke auf. Allerdings
kann eine Wandstärke der Kolbenhülse 17 auch
variieren, insbesondere kann die Wandstärke der Kolbenhülse 17 von
einem der Bohrung 7 zugewandten Ende 18 der Kolbenhülse 17 zu
einem der Bohrung 7 abgewandten Ende 19 hin abnehmen.
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Die
Kolbenhülse 17 teilt den Pumpenarbeitsraum 15 in
einen zylinderförmigen inneren Teil 20 und einen
ringförmigen äußeren Teil 21 auf.
Die Kolbenhülse 17 weist mehrere Öffnungen 22, 23, 24, 25 auf, über
die der innere Teil 20 mit dem äußeren
Teil 21 verbunden ist. In dem Gehäuseteil 3 ist
ein Saugventil 30 angeordnet, das in den inneren Teil 20 des Pumpenarbeitsraums 15 mündet.
Ferner ist ein Auslassventil 31 vorgesehen, das von dem äußeren
Teil 21 des Pumpenarbeitsraums 15 wegführt.
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Das
Gehäuseteil 3 weist einen ringförmigen Absatz 32 auf,
in den ein Verspannelement 33 eingepresst ist. Hierbei
verspannt das Verspannelement 33 beim Einpressen die Kolbenhülse 17,
so dass diese fixiert ist. Hierbei beaufschlagt das Verspannelement 33 die
Kolbenhülse 17 an ihrem Ende 19, wobei sich
das Ende 18 der Kolbenhülse 17 an einem
Absatz 34 des Gehäuseteils 3 im Bereich
der Bohrung 7 abstützt.
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Im
Betrieb der Hochdruckpumpe 1 wird mittels der Bewegung
des Kolbens 6 abwechselnd Brennstoff über das
Saugventil 30 in den Pumpenarbeitsraum 15 gesaugt
und anschließend komprimiert sowie über das Auslassventil 31 gefördert.
Dabei variiert der Druck im Pumpenarbeitsraum 15. Bei einem hohen
Druck im Pumpenarbeitsraum 15 besteht das Problem, dass
zwischen dem Kolben 6 und der Bohrung 7 eine gewisse
Aufdehnung des Gehäuseteils 3 erfolgt, wodurch
eine unerwünschte, zusätzliche Leckage auftritt.
Der Kolben 6 ist deshalb teilweise in der Kolbenhülse 17 geführt,
insbesondere im Bereich des der Bohrung 7 zugewandten Endes 18.
Hierbei wird die Kolbenhülse 17 von dem ringförmigen äußeren
Teil 21 in Richtung auf den Kolben 6 mit dem Druck
im Pumpenarbeitsraum 15 beaufschlagt. Dadurch kann ein
vorgegebenes Spiel zwischen dem Kolben 6 und der Kolbenhülse 17 weitgehend
unabhängig von dem momentanen Druck im Pumpenarbeitsraum 15 aufrechterhalten
werden. Dadurch kommt es weder zu einem Verklemmen des Kolbens 6 im
Bereich der Kolbenhülse 17 noch zu einer unerwünscht
großen Leckage über die Bohrung 7. Dadurch
ist ein großer Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 1 ermöglicht.
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Der
ringförmige Absatz 32 ist an einer der Bohrung 7 gegenüberliegenden
Seite des Pumpenarbeitsraums 15 vorgesehen. Dies ermöglicht
eine Einspannung der Kolbenhülse 17 mittels des
Verspannelements 33, so dass eine zuverlässige
Ausrichtung der Kolbenhülse 17 bezüglich
der Achse 8 gewährleistet ist.
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2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer
Hochdruckpumpe 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel ist im Bereich des der Bohrung 7 zugewandten
Endes 18 ein die Kolbenhülse 17 umgebender
Ringspalt 40 vorgesehen, der mit dem äußeren
Teil 21 des Pumpenarbeitsraums 15 verbunden ist.
Ferner weist das Gehäuseteil 3 an dem Absatz 34 eine
als Dichtfläche ausgestaltete konische Stützfläche 41 auf.
An dem Ende 18 weist die Kolbenhülse 17 eine
Anlagefläche 42 auf, an der sich die Kolbenhülse 17 an
der Stützfläche 41 des Absatzes 34 abstützt.
Dabei besteht neben der Funktion des Abstützens auch die
Funktion der Abdichtung. Von der Seite des Ringspalts 40 wird
die Kolbenhülse 17 von dem Druck des Brennstoffs
in Richtung auf den Kolben 6 beaufschlagt, wodurch das
Ende 18 der Kolbenhülse 17 gegen die
Stützfläche 41 gedrückt wird. Das
Spiel zwischen der Kolbenhülse 17 und dem Kolben 6 ist
unabhängig vom Druck zumindest näherungsweise
konstant, so dass eine unerwünschte, zusätzliche
Leckage verhindert ist. Ferner ist eine Leckage im Bereich des Absatzes 34 verhindert,
da das Ende 18 der Kolbenhülse 17 mit
der Stützfläche 41 des Absatzes 34 eine
Abdichtung gewährleistet.
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3 zeigt
den in 2 gezeigten Ausschnitt entsprechend einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist
ein Stützelement 43 in dem Ringspalt 40 im
Bereich des der Bohrung 7 zugewandten Endes 18 der Kolbenhülse 17 vorgesehen,
in das ein Dichtring 44 eingesetzt ist. Dadurch ist eine
zusätzliche Abdichtung der Bohrung 7 in Bezug
auf den Brennstoff im Ringspalt 40 gewährleistet.
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4 zeigt
den in 2 dargestellten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe 1 entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Kolbenhülse 17 einstückig mit dem
Gehäuseteil 3 des Pumpengehäuses 2 ausgebildet.
Dabei wird der Ringspalt 40, der die Kolbenhülse 17 umgibt
und mit dem Pumpenarbeitsraum 15 in hydraulischer Verbindung
steht, durch eine elektrochemische Bearbeitung des Gehäuseteils 3 im
Bereich der Bohrung 7 ausgebildet.
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5 zeigt
den in 2 dargestellten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe 1 entsprechend
einem fünften Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel
weist der Kolben 6 an seiner Stirnfläche 16 eine
als Bohrung 50 ausgestaltete Ausnehmung auf, die sich in
der Mitte des Kolbens 6 in Richtung der Achse 8 erstreckt.
Eine Länge 51 der Bohrung 50 ist dabei
nicht größer als die Hälfte einer Länge 52 der
Bohrung 7, in der der Kolben 6 geführt
ist. Ein Durchmesser 53 der Bohrung 50 ist vorzugsweise
klein, insbesondere sehr klein, vorgegeben, wobei der Durchmesser 53 so
groß gewählt ist, dass eine zuverlässige
Auffüllung und somit Entlüftung der Bohrung 50 bei
der Inbetriebnahme der Hochdruckpumpe 1 gewährleistet
ist. Im Betrieb ist die Bohrung 50 dann vollständig
mit Brennstoff gefüllt, wobei der Druck des Brennstoffes
im Pumpenarbeitsraum 15 auch in der Bohrung 50 herrscht,
so dass der Kolben 6 von innen über die Länge 51 in
radialer Richtung nach außen beaufschlagt wird. Dies wirkt
einer Aufweitung des Gehäuseteils 3 und insbesondere
des Ansatzes 9 entgegen, wodurch eine unerwünschte Leckage
verhindert oder zumindest verringert ist. Somit kann ein hoher Wirkungsgrad
der Hochdruckpumpe 1 erreicht werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10210317
A1 [0002, 0003]