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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial-
oder Reihenkolbenpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen zum
Fördern von Brennstoff. 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 eine Einspritzanlage
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. Bei solch einem Hochdruckelement
führt der große Druck im Hochdruckraum, welcher
auch auf die Zylinderbohrung wirkt, zu einer Aufweitung der Zylinderbohrung.
Infolge dessen vergrößert sich der Spalt zwischen
Kolben und Zylinderbohrung, was eine erhöhte Leckagemenge mit
sich bringt. Eine Reduktion des Spiels zwischen Zylinderbohrung
und Kolben scheidet bei dem bekannten Hochdruckelement als Maßnahme
zur Verringerung der Leckage aus, da sich sonst der Kolben ohne
Druckbeaufschlagung der Zylinderbohrung nicht mehr leichtgängig
in der Zylinderbohrung bewegen ließe. Bei dem bekannten
Hochdruckelement ist deshalb 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. Da im Einstich und in der Zylinderbohrung die gleichen Drucke
herrschen, findet die durch den Innendruck verursachte Aufweitung
der Zylinderbohrung bei dem bekannten Hochdruckelement nicht mehr
statt und die Leckage zwischen Kolben und Zylinderbohrung wird verringert.
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Das
aus der
DE 102 10
317 A1 bekannte Hochdruckelement hat den Nachteil, dass
eine Anpassung der Geometrie des Hochdruckraums erforderlich ist,
der als Pumpenarbeitsraum dient, die auch auf Grund des größeren
Querschnitts eine unerwünschte Vergrößerung
des Hochdruckraums erfordert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine unerwünschte
Aufweitung einer Zylinderbohrung, in der der Kolben der Pumpenbaugruppe geführt
ist, verhindert oder zumindest verringert werden kann. Speziell
besteht der Vorteil, dass der Wirkungsgrad, insbesondere bei einer
Auslegung für sehr hohe Drucke, verbessert werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen
Hochdruckpumpe möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist der Hohlraum als Ringraum ausgestaltet,
der die Kolbenführung ringförmig umschließt.
Dadurch ist eine umfängliche Beaufschlagung der Kolbenführung
möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Ansatz einstückig mit der Kolbenführung
ausgestaltet ist und dass der Hohlraum zwischen dem Gehäuse
und dem Ansatz vorgesehen ist. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass
der Ringraum durch eine Aussparung in dem Gehäuse gebildet
ist, die an einen zumindest im Wesentlichen hohlzylinderförmigen
Ansatz angrenzt. Der Ansatz kann dabei in die Bohrung des Gehäuses eingesetzt
sein, wobei der Ansatz teilweise an der Bohrung anliegt. Dadurch
ist eine konstruktiv einfach zu realisierende Ausgestaltung des
Ringraums möglich. Der Ringraum ist im Betrieb der Hochdruckpumpe
vorzugsweise ständig mit unter hohem Druck stehendem Brennstoff
gefüllt, so dass permanent eine Beaufschlagung des Ansatzes
im Bereich des Ringraums erfolgt, die eine Aufweitung der Bohrung
verhindert. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad gewährleistet
werden.
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Dabei
ist ferner vorteilhaft, dass die Bohrung in dem Gehäuse
als Stufenbohrung ausgestaltet ist und dass der Ringraum durch eine
Stufe der Stufenbohrung gebildet ist. Hierbei kann der Ringraum durch
die Stufe der Stufenbohrung, den angrenzenden Ansatz und den angrenzenden
Zylinderkopf begrenzt sein.
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Vorteilhaft
ist es ferner, dass zwischen dem Ansatz des Zylinderkopfes und einer
Bohrung des Gehäuses, in die der Ansatz eingesetzt ist,
eine Fügefläche ausgebildet ist und dass der Hohlraum
gegenüber der Fügefläche mittels eines
Dichtelements abgedichtet ist. Dabei kann als Dichtelement ein Hochdruck-Dichtring
vorgesehen sein, der zur Abdichtung in den Hohlraum eingesetzt ist.
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Außerdem
ist es vorteilhaft, dass ein Verbindungskanal vorgesehen ist, der
von dem Hohlraum zu einer oder mehreren weiteren Pumpenbaugruppen
führt. Dadurch kann auch bei diesen Pumpenbaugruppen eine
entsprechende Beaufschlagung der Kolbenführung, insbesondere
des Ansatzes, erfolgen.
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In
vorteilhafter Weise ist ein Einsatz vorgesehen, in den der Ansatz
eingefügt ist, wobei der Einsatz eine ringförmige
Ausnehmung aufweist, die an den Ansatz angrenzt, und wobei die ringförmige
Ausnehmung den Hohlraum, insbesondere Ringraum, bildet. Dabei kann
der Einsatz so ausgestaltet sein, dass eine Stößelfeder
abschnittsweise über den Einsatz geführt ist.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass der Ansatz mehrteilig ausgestaltet ist, wobei
die Kolbenführung mit einem Halteteil des Ansatzes verbunden
ist und wobei der Hohlraum zwischen dem Halteteil des Ansatzes und
der Kolbenführung ausgebildet ist. Dabei kann an dem Halteteil
eine Dichtfläche vorgesehen sein, die die Kolbenführung
zum Kolben hin hintergreift, wobei die Kolbenführung an
der Dichtfläche anliegt. Ferner kann in vorteilhafter Weise
eine Spannmutter vorgesehen sein, die die Kolbenführung
mit dem Halteteil verbindet und die die Kolbenführung gegen
die Dichtfläche des Halteteils presst. Dadurch kann der Hohlraum
innerhalb des Ansatzes ausgestaltet sein, wobei die zumindest abschnittsweise
eine Wand des Hohlraumes bildende Kolbenführung umfänglich nach
innen zu dem Kolben beaufschlagt ist.
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Hierbei
ist es ferner von Vorteil, dass zwischen dem Halteteil und der Kolbenführung
eine zylindermantelförmige Fügefläche
ausgebildet ist und dass der Hohlraum gegenüber der Fügefläche
mittels eines Dichtelements abgedichtet ist. Ein Führungsspiel
zwischen der Kolbenführung und dem Kolben ist dabei auf
die höchste im Betrieb auftretende Druckdifferenz, die
pro Hub der Pumpenbaugruppe auftreten kann, ausgelegt, um ein Klemmen
des Kolbens zu verhindern. Durch die Ausgestaltung der Kolbenführung,
insbesondere die Wandstärke in Bezug auf den Hohlraum,
kann die Auswirkung der Druckdifferenz auf das Führungsspiel
beeinflusst werden.
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In
vorteilhafter Weise ist in dem Hochdruckkanal ein Auslassventil
für einen Pumpenarbeitsraum der Pumpenbaugruppe angeordnet,
wobei der Hohlraum mit einem Ventilfederraum des Auslassventils verbunden
ist. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass der Ventilfederraum in
dem Zylinderkopf ausgebildet ist. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung
der Hochdruckpumpe möglich.
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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 schematischen, axialen 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 und
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3 den
in 2 dargestellten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe
entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Hochdruckpumpe 1 in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radial- oder
Reihenkolbenpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden,
selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. 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 Gehäuse 2 auf,
das mehrteilig ausgestaltet sein kann. Ferner weist die Hochdruckpumpe 1 einen
Zylinderkopf 3 auf, der mit dem Gehäuse 2 verbunden
ist. Dabei ragt ein Ansatz 4 des Zylinderkopfes 3 in
eine Bohrung 5 des Gehäuses 2.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 6 auf,
die in dem Gehäuse 2 an zwei in Richtung einer
Drehachse 7 der Antriebswelle 6 beabstandeten
Lagerstellen 8, 9 gelagert ist. Zwischen den beiden
Lagerstellen 8, 9 weist die Antriebswelle 6 einen
Exzenterabschnitt 10 auf. Je nach Ausgestaltung der Hochdruckpumpe 1 kann
anstelle eines Exzenterabschnitts 10 auch ein Nocken vorgesehen sein.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist außerdem eine Pumpenbaugruppe 11 auf,
die von der Antriebswelle 6, nämlich von dem Exzenterabschnitt 10 der Antriebswelle 6,
antreibbar ist. Hierfür ist ein Polygonring 12 vorgesehen,
der an dem Exzenterabschnitt 10 gleitend gelagert ist.
An dem Polygonring 12 liegt ein Kolbenfuß 13 an.
Ferner ist ein Kolben 14 vorgesehen, der mit seinem Bund 15 an
dem Kolbenfuß 13 anliegt. Über den Kolbenfuß 13 erfolgt
im Betrieb eine Betätigung des Kolbens 14. Ferner
ist ein federelastisches Rückstellelement 16 vorgesehen, das
den Bund 15 des Kolbens 14 umschließt
und den Kolben 14 gegen den Kolbenfuß 13 presst.
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Der
Ansatz 4 weist eine Zylinderbohrung 20 auf, in
der der Kolben 14 geführt ist. In dem Zylinderkopf 3 ist
ein Pumpenarbeitsraum 21 ausgebildet, der durch den Kolben 14 begrenzt
ist.
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In
dem Zylinderkopf 3 ist ein als Zulauf dienender Brennstoffkanal 22 vorgesehen,
der von einer Zumesseinheit zu einem Saugventil 23 führt,
das im Zylinderkopf 3 vorgesehen ist. Über das
Saugventil 23 gelangt Brennstoff während eines
Saughubs des Kolbens 14 in den Pumpenarbeitsraum 21.
Bei einem darauf folgenden Förderhub wird der Brennstoff
im Pumpenarbeitsraum 21 komprimiert und über ein Auslassventil 24 in
einen Hochdruckkanal 25 gefördert. Das in dem
Hochdruckkanal 25 angeordnete Auslassventil 24 weist
einen Ventilfederraum 26 auf, in dem eine Ventilfeder 27 angeordnet
ist. Die Ventilfeder 27 beaufschlagt eine Dichtkugel 28,
um ein Zurückfließen von Brennstoff aus dem Hochdruckkanal 25 in
den Pumpenarbeitsraum 21 zu verhindern.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist der Ansatz 4 des Zylinderkopfes 3 einteilig
ausgestaltet. Dabei ist eine Kolbenführung 30 des
Ansatzes 4 vorgesehen. Die Zylinderbohrung 20 erstreckt
sich dabei durch die Kolbenführung 30 des Ansatzes 4.
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Im
Betrieb der Hochdruckpumpe 1 besteht die Gefahr, dass sich
der Ansatz 4 mit der Kolbenführung 30 im
Bereich zwischen der Zylinderbohrung 20 und dem Kolben 14 aufweitet,
was sich ungünstig auf den Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 1 auswirkt.
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Die
Bohrung 5 ist als Stufenbohrung ausgestaltet, wobei eine
Stufe 31 vorgesehen ist. Die Stufenbohrung 5 ergibt
sich dabei durch eine Ausnehmung 32, die sowohl durch eine
Außenfläche 34 des Ansatzes 4 als
auch durch eine Anlagefläche 33 des Zylinderkopfes 3 begrenzt
ist, wodurch ein als Ringraum 35 ausgestalteter Hohlraum 35 gebildet
ist. Der Ringraum 35 ist über einen Kanalabschnitt 36 mit dem
Ventilfederraum 26 des Auslassventils 24 verbunden.
Der Kanalabschnitt 36 läuft dabei durch den Zylinderkopf 3.
Somit befindet sich im Betrieb unter hohem Druck stehender Brennstoff
in dem Ringraum 35. Der Ringraum 35 umschließt
den Ansatz 4 und somit auch die Kolbenführung 30 umfänglich.
Dadurch erfolgt eine Beaufschlagung der Kolbenführung zwischen
der Zylinderbohrung 20 und dem Kolben 14, die
im Betrieb einer Aufweitung der Kolbenführung entgegenwirkt
oder diese ganz verhindert. Dadurch wird ein Energieverlust verringert
oder verhindert, so dass der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 1 auch
bei hohen Drucken hoch ist.
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In
dem Ringraum 35 ist ein ringförmiges Stützelement 37 angeordnet,
dass einen Dichtring 38 aufnimmt. Der Dichtring 38 dichtet
den Ringraum 35 gegenüber einer Fügefläche 39,
die zwischen dem Ansatz 4 und der Bohrung 5 des
Gehäuses 2 ausgebildet ist, ab.
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In
dem Gehäuse 2 ist ein Verbindungskanal 40 ausgestaltet, über
den der Ringraum 35 für die Pumpenbaugruppe 11 mit
einem weiteren Hohlraum einer weiteren Pumpenbaugruppe 11 verbunden
ist. Auf diese Weise kann bei einer Hochdruckpumpe 11 mit
mehreren Pumpenbaugruppen 11 ein Hochdruck in den einander
entsprechenden Ringräumen 35 erzielt werden, wobei
nur ein Kanalabschnitt 36 erforderlich ist.
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2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer
Hochdruckpumpe 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Hochdruckpumpe 1 einen Einsatz 41 auf,
der an einer Stufe 31 der Bohrung 5 anliegt. Zwischen
dem Einsatz 41 und der Außenfläche 34 des
Ansatzes 4 ist der Ringraum 35 ausgestaltet, der
mittels des Dichtrings 38 abgedichtet ist. Ferner weist
der Einsatz 41 eine Dichtfläche 42 auf, die
an der Anlagefläche 33 des Zylinderkopfes 3 anliegt.
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Der
Ringraum 35 umschließt den Ansatz 4 ringförmig.
Dadurch wird die Kolbenführung 30 in Richtung
auf den Kolben 14 beaufschlagt, so dass eine Aufweitung
der Kolbenführung verringert oder verhindert ist.
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Der
Einsatz 41 ist so ausgestaltet, dass eine Stößelfeder 43 abschnittsweise über
den Einsatz 41 geführt sein kann. Die Stößelfeder 43 kann
anstelle des in der 1 dargestellten Rückstellelements 16 zum
Einsatz kommen. Die Stößelfeder 43 beaufschlagt
dabei den Bund 15 des Kolbens 14, um den Kolben 14 in
Anlage mit dem Kolbenfuß 13 zu halten.
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3 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer
Hochdruckpumpe 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ansatz 4 des
Zylinderkopfes 3 mehrteilig ausgestaltet. Hierbei ist die
Kolbenführung 30 mit einem Halteteil 44 des
Ansatzes 4 verbunden. Dabei ist eine Spannmutter 45 vorgesehen, die
auf das Halteteil 44 aufgeschraubt ist. Die Kolbenführung 30 weist
eine Anlagefläche 46 auf, mit der die Kolbenführung 30 an
einer Dichtfläche 47 des Ansatzes 4 anliegt.
Die Spannmutter 45 presst dabei die Kolbenführung 30 mit
ihrer Anlagefläche 46 gegen die Dichtfläche 47.
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Die
Kolbenführung 30 weist eine Ausnehmung 48 auf,
so dass innerhalb des Ansatzes 4 der Ringraum 35 ausgestaltet
ist, der im Betrieb mit unter hohem Druck stehendem Brennstoff gefüllt
ist. Eine zwischen dem Halteteil 44 und der Kolbenführung 30 ausgebildete
zylindermantelförmige Fügefläche 49 ist
mittels des Dichtrings 38, der ein Dichtelement darstellt,
abgedichtet. Der unter hohem Druck stehende Brennstoff im Ringraum 35 beaufschlagt
eine Wand 50 des Ansatzes 4, die Teil der Kolbenführung 30 ist.
Die Wand 50 wird dabei nach innen in Richtung auf den Kolben 14 beaufschlagt,
so dass im Bereich der Führung zwischen der Zylinderbohrung 20 und
dem Kolben 14 eine Aufweitung im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 verhindert
oder zumindest verringert ist. Dadurch ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad
der Hochdruckpumpe 1 auch bei hohen Drucken.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist der Ringraum 35 taschenförmig
ausgestaltet. Hierbei bildet die Wand 50 eine Taschenwand.
Ein Führungsspiel zwischen dem Kolben 14 und der
Kolbenführung 30 im Bereich der Zylinderbohrung 20 ist
auf die höchste Druckdifferenz ausgelegt, die pro Hub auftreten kann,
damit der Kolben 14 in der Zylinderbohrung 20 nicht klemmt.
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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]