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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Brennstoffpumpe
für Brennstoffeinspritzanlagen. Speziell betrifft die Erfindung
das Gebiet der Hochdruckpumpen für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 10 2005
046 670 A1 ist eine Hochdruckpumpe für eine Brennstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Hochdruckpumpe weist
ein Pumpengehäuse auf, in dem ein Pumpenelement angeordnet
ist. Das Pumpenelement weist einen Pumpenkolben auf, der durch eine
Antriebswelle in einer Hubbewegung angetrieben ist. Der Pumpenkolben
ist dabei in einer Zylinderbohrung eines Teils des Pumpengehäuses verschiebbar
geführt und begrenzt in dieser einen Pumpenarbeitsraum.
Der Pumpenkolben stützt sich über einen hohlzylinderförmigen
Stößel an der Antriebswelle ab, wobei der Stößel
in einer Bohrung eines Teils des Pumpengehäuses in Richtung
der Längsachse des Pumpenkolbens verschiebbar geführt
ist. Dabei ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die eine
Anlage des Pumpenkolbens am Stößel sicherstellt,
so dass der gesamte Verbund aus Pumpenkolben, Stößel
und Stützelement über eine Rolle zum Nocken der Antriebswelle
hin beaufschlagt ist. Bei der bekannten Hochdruckpumpe ist außerdem ein
in den Pumpenarbeitsraum öffnendes Einlassventil vorgesehen.
Das Einlassventil weist dabei eine Feder auf, die eine Schließkraft
zum Schließen des Einlassventils aufbringt. Die Federkraft
wirkt dabei zusätzlich zu einer Druckdifferenz zwischen
dem Ein- und dem Ausgang des Einlassventils, wodurch ein federgestütztes
Schließen des Einlassventils gewährleistet ist.
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Die
aus der
DE 10
2005 046 670 A1 bekannte Hochdruckpumpe hat den Nachteil,
dass der Einsatzbereich begrenzt ist. Speziell besteht bei hohen Drehzahlen
das Problem, dass auf Grund der Trägheit des Einlassventils
der Wirkungsgrad erheblich abnimmt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein größerer
Anwendungsbereich gegeben ist. Speziell kann eine für hohe
Drehzahlen geeignete Hochdruckpumpe realisiert werden, da der Wirkungsgrad
bei hohen Drehzahlen verbessert ist.
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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 betätigt der Pumpenkolben den Saugventilkolben
mittels Fluidreibung. Als Fluid, das zur Vermittlung der Fluidreibung
dient, kann insbesondere ein Öl, insbesondere Dieselöl,
ein auf zumindest einem Öl basierendes Gemisch oder dergleichen,
zum Einsatz kommen. Durch die Fluidreibung kann der Saugventilkolben
an den Pumpenkolben gekoppelt werden, so dass ein rasches und somit
schnelleres Schließen des Dichtsitzes nach einer Saugphase
der Pumpenbaugruppe ermöglicht ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Pumpenkolben an einem dem Pumpenarbeitsraum zugewandten
Ende eine Ausnehmung aufweist, dass der Saugventilkolben einen Fortsatz
aufweist, der sich durch den Pumpenarbeitsraum erstreckt und dass
der Fortsatz des Saugventilkolbens im Betrieb zeitweilig zumindest abschnittsweise
in die Ausnehmung des Pumpenkolbens eingeführt ist. Dabei
ist es ferner vorteilhaft, dass zwischen der Ausnehmung des Pumpenkolbens
und dem in die Ausnehmung des Pumpenkolbens eingeführten
Saugventilkolben ein radialer Spalt ausgebildet ist. Dabei ist in
vorteilhafter Weise eine radiale Ausdehnung des radialen Spalts
zwischen der Ausnehmung des Pumpenkolbens und dem in die Ausnehmung
des Pumpenkolbens eingeführten Saugventilkolben so vorgegeben,
dass durch ein in dem radialen Spalt vorgesehenes Fluid eine Kopplung
zwischen dem Saugventilkolben und dem Pumpenkolben zum Betätigen
des Saugventilkolbens von dem Pumpenkolben ermöglicht ist.
Eine Bewegung des Pumpenkolbens kann dadurch in vorteilhafter Weise
zum Betätigen des Saugventilkolbens ausgenutzt werden.
Hierbei sind hohe Druckschwingungen im Zulauf verhindert und es
wird ein schnelles Schalten des Saug- oder Einlassventils ermöglicht.
Dies ermöglicht auch, dass die Hochdruckpumpe bei höheren
Drehzahlen betrieben wird. Einer Erhöhung der Drehzahl
entspricht dabei auch der Einsatz eines Mehrfachnockens anstelle
eines Einfachnockens, der zum Antreiben der Pumpenbaugruppe dient
oder eine andere, vergleichbare Maßnahme.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass die Ausnehmung des Pumpenkolbens als näherungsweise
zylinderförmige Ausnehmung ausgestaltet ist und dass der
Fortsatz des Saugventilkolbens als näherungsweise zylinderförmiger
Fortsatz ausgestaltet ist. Hierbei kann ein Ringspalt zwischen dem
Fortsatz des Saugventilkolbens und der Ausnehmung des Pumpenkolbens
den radialen Spalt vorgeben, wobei gleichzeitig Zentrierfehler oder
andere Toleranzen in Bezug auf den Pumpenkolben und den Saugventilkolben
ausgeglichen werden können.
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In
vorteilhafter Weise ist an dem Fortsatz des Saugventilkolbens eine
Steuerkante ausgebildet, wobei die Steuerkante bei einem Saughub
des Pumpenkolbens aus der Ausnehmung des Pumpenkolbens gelangt.
Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass die Steuerkante des Fortsatzes
des Saugventilkolbens bei dem Saughub in einem unteren Totpunkt
des Pumpenkolbens einen Querschnitt der Ausnehmung des Pumpenkolbens
freigibt und dass die Steuerkante des Fortsatzes des Saugventilkolbens
bei einem Förderhub des Pumpenkolbens bereits nach einem
in Bezug auf den Gesamthub relativ kleinen Hub des Pumpenkolbens
ausgehend von dem unteren Totpunkt des Pumpenkolbens den Querschnitt
der Ausnehmung des Pumpenkolbens zumindest weitgehend verschließt.
Speziell kann bereits bei einem Hub von wenigen Zehntel Millimetern,
insbesondere bei einem Hub von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm, der Saugventilkolben
einen Schließimpuls bekommen. Hierdurch kann die Funktionsweise
weiter optimiert werden, um einen hohen Wirkungsgrad auch bei relativ
hohen Drehzahlen zu ermöglichen.
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In
vorteilhafter Weise ist eine Saugventilplatte vorgesehen, wobei
der Saugventilkolben einen zylinderförmigen Abschnitt aufweist,
an dem der Saugventilkolben in einer Führungsbohrung der
Saugventilplatte entlang einer Achse der Pumpenbaugruppe geführt
ist, und wobei der Dichtsitz zwischen dem Saugventilkolben und der
Saugventilplatte gebildet ist. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung
der Hochdruckpumpe möglich. Die Saugventilplatte kann dabei
auch in den Zylinderkopf oder ein anderes Gehäuseteil der
Hochdruckpumpe integriert sein.
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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 Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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2 die
in 1 dargestellte Hochdruckpumpe in einer auszugsweisen
Darstellung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen
Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Hochdruckpumpe
für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht
für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste,
die 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 auszugsweise dargestelltes,
mehrteiliges Gehäuse 2 auf. Ferner weist die Hochdruckpumpe 1 eine
auf geeignete Weise in dem Gehäuse 2 gelagerte
Antriebswelle 3 auf, die im Betrieb um eine Drehachse 4 rotiert. In
der 1 sind die Gehäuseteile 5, 6 des
Gehäuses 2 dargestellt. Dabei ist das Gehäuseteil 6 als Grundkörper 6 ausgestaltet
und das Gehäuseteil 5 ist als Saugventilplatte 5 ausgestaltet.
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Die
Antriebswelle 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel
einen Nocken 7 auf, der auch als Mehrfachnocken ausgebildet
sein kann. Der Begriff des Nockens 7 umfasst dabei auch
Ausgestaltungen der Antriebswelle 3, bei denen beispielsweise
der Nocken 7 durch einen exzentrisch zu der Drehachse 4 ausgebildeten
Abschnitt auf der Antriebswelle 3 gebildet ist.
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Der
Grundkörper 6 des Gehäuses 2 weist eine
Bohrung 8 auf, wobei eine Achse 9 der Bohrung 8 senkrecht
zu der Drehachse 4 orientiert ist. Hierbei ist anzumerken,
dass die Bohrung 8 beispielsweise in einem Ansatz eines
Zylinderkopfes vorgesehen sein kann, der in der vereinfachten Darstellung
der 1 als Teil des Grundkörpers 6 dargestellt
ist.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist eine Pumpenbaugruppe 15 auf,
die der Bohrung 8 zugeordnet ist. Dabei können
weitere, der Pumpenbaugruppe 15 entsprechende Pumpenbaugruppen
vorgesehen sein. Die Pumpenbaugruppe 15 weist einen Pumpenkolben 16 auf,
der entlang der Achse 9 verschiebbar in der Bohrung 8 geführt
ist. Der Pumpenkolben 16 ist dabei von dem Nocken 7 antreibbar,
beispielsweise mittels einer auf dem Nocken 7 laufenden
Rolle und weiterer Elemente, die in der 1 in ihrer Wirkung
durch den Doppelpfeil 17 veranschaulicht sind.
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Die
Saugventilplatte 5 der Hochdruckpumpe 1 weist
einen Brennstoffkanal 18 auf, der mit einer Brennstoffleitung 19 verbunden
ist. Über die Brennstoffleitung 19 ist ein Fluid
zu dem Brennstoffkanal 18 führbar. In diesem Ausführungsbeispiel
ist über die Brennstoffleitung 19 Dieselbrennstoff,
insbesondere Dieselöl, zu dem Brennstoffkanal 18 führbar.
Dieser Brennstoff gelangt über den Brennstoffkanal 18 der Saugventilplatte 5 in
eine Aussparung 20 der Saugventilplatte 5. Die
Saugventilplatte 5 weist außerdem eine Führungsbohrung 21 auf,
die an die Aussparung 20 angrenzt. In der Führungsbohrung 21 der
Saugventilplatte 5 ist ein Saugventilkolben 22 geführt. Hierbei
weist der Saugventilkolben 22 einen zylinderförmigen
Abschnitt 23 auf, an dem der Saugventilkolben 22 in
der Führungsbohrung 21 entlang der Achse 9 der
Pumpenbaugruppe 15 geführt ist.
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Die
Saugventilplatte 5 weist eine Dichtkante 24 auf,
die mit einer konischen Ventilsitzfläche 25 zu einem
Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Saugventilkolben 22 in
der 1 in einer Stellung dargestellt, in der der zwischen
der Ventilsitzfläche 25 des Saugventilkolbens 22 und
der Dichtkante 24 der Saugventilplatte 5 gebildete
Dichtsitz geschlossen ist.
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Die
Bohrung 8 bildet im Bereich der Saugventilplatte 5 einen
Pumpenarbeitsraum 30, der durch eine Stirnfläche 31 der
Saugventilplatte 5, einem erweiterten Abschnitt 32 der
Bohrung 8, den in die Bohrung 8 ragenden Saugventilkolben 22 und den
Pumpenkolben 16 begrenzt ist. In der in der 1 dargestellten
Stellung des Saugventilkolbens 22 ist der Pumpenarbeitsraum 30 von
der Aussparung 20 der Saugventilplatte 5 auf Grund
des geschlossenen Dichtsitzes getrennt. Hierbei befindet sich der
Pumpenkolben 16 zumindest näherungsweise an einem
oberen Totpunkt.
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Aus
dem Pumpenarbeitsraum 30 führt ein Brennstoffkanal 33,
in dem ein Auslassventil 34 angeordnet ist.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist ein Einlass- oder Saugventil 40 auf,
das durch die Saugventilplatte 5, den in der Saugventilplatte 5 geführten
Saugventilkolben 22 und den Pumpenkolben 16 gebildet ist,
wie es im Folgenden im weiteren Detail beschrieben ist. Hierbei
ist der Saugventilkolben 22 von dem Pumpenkolben 16 mittels
einer Fluidreibung betätigbar, wobei als Fluid in diesem
Ausführungsbeispiel Brennstoff, insbesondere Dieselöl,
dient. Der zwischen der Dichtkante 24 der Saugventilplatte 5 und der
Ventilsitzfläche 25 des Saugventilkolbens 22 gebildete
Dichtsitz dient dabei zum Steuern eines Zuflusses von Brennstoff
aus der Brennstoffleitung 19 über den Brennstoffkanal 18 und
die Aussparung 20 der Saugventilplatte 5 in den
Pumpenarbeitsraum 30. Hierbei kann eine Vorförderpumpe
oder Niederdruckpumpe vorgesehen sein, um den Brennstoff über
die Brennstoffleitung 19 zu fördern.
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Der
Pumpenkolben 16 weist an einem dem Pumpenarbeitsraum 30 zugewandten
Ende 41 eine Ausnehmung 42 auf, die zylinderförmig
ausgestaltet ist. Außerdem weist der Saugventilkolben 22 einen Fortsatz 43 auf,
der an die Ausnehmung 42 angepasst ist. Der Fortsatz 43 ist
in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend der Ausnehmung 42 zylinderförmig
ausgestaltet. Der Fortsatz 43 des Saugventilkolbens 22 erstreckt
sich durch den Pumpenarbeitsraum 30. Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 befindet sich
der Fortsatz 43 des Saugventilkolbens 22 zeitweilig
in der Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16, so
dass dieser zeitweilig in die Ausnehmung 42 eingeführt
ist. Zwischen der Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16 und
dem Fortsatz 43 des Saugventilkolbens 22 ist ein
radialer Spalt 44 ausgebildet, der in diesem Ausführungsbeispiel
als Ringspalt 44 ausgestaltet ist. Eine radiale Ausdehnung 45 des
radialen Spalts 44 zwischen der Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16 und
des in die Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16 eingeführten
Fortsatzes 43 des Saugventilkolbens 22 ist so
vorgegeben, dass der in dem radialen Spalt 44 vorgesehene
Brennstoff eine Kopplung zwischen dem Saugventilkolben 22 und
dem Pumpenkolben 16 zum Betätigen des Saugventilkolbens 22 von
dem Pumpenkolben 16 ermöglicht. Dabei ist die
radiale Ausdehnung 45 und somit der radiale Spalt 44 möglichst
klein gewählt, damit die Fluidreibung (Flüssigkeitsreibung)
hoch ist und ein Todvolumen im Pumpenarbeitsraum 30 klein bleibt.
Dabei ermöglicht der radiale Spalt 44 auch den Ausgleich
von Zentrierfehlern oder anderen Toleranzen zwischen dem Pumpenkolben 16,
insbesondere der Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16,
und dem Saugventilkolben 22, insbesondere dem Fortsatz 43 des
Saugventilkolbens 22. Durch das Gehäuseteil 6 und
das Gehäuseteil 5 ist hierbei die Führung des
Pumpenkolbens 16 sowie des Saugventilkolbens 22 gewährleistet.
Hierbei können die beiden Gehäuseteile 5, 6 gegebenenfalls
auch einstückig, das heißt als ein Gehäuseteil,
ausgebildet sein, wodurch das Einlass- oder Saugventil 40 als
integriertes Einlass- oder Saugventil 40 ausgestaltet werden
kann. Eine separate Saugventilplatte 5 kann in diesem Fall
entfallen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist der Dichtsitz zwischen der
Dichtkante 24 der Saugventilplatte 5 und der Ventilsitzfläche 25 des
Saugventilkolbens 22 gebildet. Der Dichtsitz ist dadurch
an der Dichtkante 24 vorgesehen. Allerdings kann der Dichtsitz auch
auf andere Weise gebildet sein. Beispielsweise kann an der Saugventilplatte 5 eine
Ventilsitzfläche ausgestaltet sein, die mit einer an dem
Saugventilkolben 22 vorgesehenen Dichtkante zu einem Dichtsitz zusammen
wirkt.
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Die
Ausgestaltung der Hochdruckpumpe 1 des Ausführungsbeispiels
ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 im
weiteren Detail beschrieben.
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2 zeigt
eine auszugsweise Darstellung der in 1 gezeigten
Hochdruckpumpe 1. An dem Fortsatz 43 des Saugventilkolbens 22 ist
eine Steuerkante 46 ausgebildet. In der in der 1 dargestellten
Stellung ist die Steuerkante 46 des Fortsatzes 43 weitgehend
in die Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16 eingeführt.
In der 2 ist hingegen eine Stellung des Pumpenkolbens 16 gezeigt,
die einem unteren Totpunkt während eines Saughubs entspricht.
Dabei gelangt die Steuerkante 46 des Fortsatzes 43 aus
der Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16. Die Ausnehmung 42 des
Pumpenkolbens 16 weist einen Querschnitt 47 auf.
In der 2 gibt die Steuerkante 46 den Querschnitt 47 der
Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16 frei. Dies
ergibt sich auf Grund der Stellung des Pumpenkolbens 16 am unteren
Totpunkt während des Saughubs. Bei einem Förderhub
des Pumpenkolbens 16 verschließt die Steuerkante 46 bereits
nach einem in Bezug auf einen Gesamthub 48 des Pumpenkolbens 16 relativ kleinen
Hub 49 des Pumpenkolbens 16 ausgehend von dem
unteren Totpunkt den Querschnitt 47 der Ausnehmung 42 des
Pumpenkolbens 16 zumindest weitgehend. Der Hub 49 des Pumpenkolbens 16, nach
dem die Steuerkante 46 des Fortsatzes 43 den Querschnitt 47 ausgehend
von dem unteren Totpunkt zumindest weitgehend verschließt,
liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm.
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Ausgehend
von der in der 1 dargestellten Stellung wird
bei einem Saughub des Pumpenkolbens 16 auf Grund der Fluidreibung
zwischen dem Pumpenkolben 16 und dem Saugventilkolben 22 im Bereich
der Ausnehmung 42 des Pumpenkolbens 16 der Saugventilkolben 22 mitgenommen.
Dadurch erfolgt eine Übertragung der Bewegung des Pumpenkolbens 16 auf
den Saugventilkolben 22 durch Fluidreibung. Dies ergibt
sich in diesem Ausführungsbeispiel, da der zylinderförmige
Fortsatz 43 des Saugventilkolbens 22 in die Ausnehmung 42 des
Pumpenkolbens 16 im Wesentlichen vollständig eintaucht. Hierbei
ist ein maximaler Hub 50 des Saugventilkolbens 22 vorgegeben.
Hierbei kann eine Verstellbarkeit des Saugventilkolbens 22 zur
Vorgabe des maximalen Hubs 50 begrenzt sein, beispielsweise
mittels eines Anschlags. Hierdurch ist gewährleistet, dass die
Steuerkante 46 vollständig aus der Ausnehmung 42 des
Pumpenkolbens 16 gelangt, um den Querschnitt 47 der
Ausnehmung 42 freizugeben. Die Position der Steuerkante 46,
das heißt der Hub 49, ist axial so vorgegeben,
dass ausgehend von dem unteren Totpunkt des Pumpenkolbens 16,
der in der 2 dargestellt ist, der Steuerventilkolben 22 den Querschnitt 47 der
Ausnehmung 42 freigibt, um eine gute Füllung zu
ermöglichen, aber bereits nach einem relativ kleinen Hub 49 ein
Schließimpuls auf den Saugventilkolben 22 ausgeübt
wird.
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Eine
Massenträgheit des Saugventilkolbens 22 wird durch
die Kopplung ohne weiteres überwunden. Somit kann das Einlass-
oder Saugventil 40 relativ schnell betätigt, insbesondere geschlossen, werden.
Ein federgestütztes Schließen ist hierbei nicht
erforderlich. Dadurch kann ein hoher Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe 1 auch
bei hohen Drehzahlen, das heißt hohen Betätigungsfrequenzen
der Pumpenbaugruppe 15, erzielt werden. Ein Rückfluss einer
Fördermenge über das Einlass- oder Saugventil 40 in
den Brennstoffkanal 18 wird hierbei wirkungsvoll verhindert
oder zumindest wesentlich reduziert.
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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 102005046670
A1 [0002, 0003]