DE102008059638A1

DE102008059638A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102008059638A1
Application number: DE200810059638
Authority: DE
Inventors: Ngoc-Tam Vu
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02
Also published as: WO2010060834A1

Abstract

Hochdruckpumpe (4) zur Förderung eines Fluids mit mindestens einer Pumpeneinheit (13). Die Pumpeneinheit (13) weist auf ein Zylindergehäuse (14), in dem ein zum Beaufschlagen des Fluids mit Hochdruck ausgebildeter Druckraum (18) und eine mit dem Druckraum (18) hydraulisch gekoppelte Ablaufleitung (22) angeordnet sind, und ein in der Ablaufleitung (22) angeordnetes Auslassventil (26) mit einem Schließkörper (40) und einem in dem Zylindergehäuse (14) ausgebildeten Dichtsitz (42). Das Auslassventil (26) gibt druckabhängig einen Fluidstrom von dem Druckraum (18) in Richtung stromabwärts des Auslassventils (26) frei beziehungsweise unterbindet diesen. In dem Zylindergehäuse (14) stromabwärts des Dichtsitzes (42) ist ein hydraulisch mit der Ablaufleitung (22) gekoppeltes Druckbegrenzungsventil (10) angeordnet, das zum Begrenzen des Fluiddrucks in der Ablaufleitung (22) stromabwärts des Dichtsitzes (42) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.
Vorzugsweise wird eine derartige Hochdruckpumpe als Förderpumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die Hochdruckpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müssen von derartigen Hockdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an die Materialien, aus denen die Komponenten der Hochdruckpumpe bestehen, als auch an die Konstruktion der Hockdruckpumpe gestellt.
Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu 2000 bar oder mehr ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht und dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegt. Zugleich soll die Hochdruckpumpe kostengünstig herstellbar sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, die aufweist ein Zylindergehäuse, in dem ein zum Beaufschlagen des Fluids mit Hochdruck ausgebildeter Druckraum und eine mit dem Druckraum hydraulisch gekoppelte Ablaufleitung angeordnet sind, und ein in der Ablaufleitung angeordnetes Auslassventil mit einem Schließkörper und einem in dem Zylindergehäuse ausgebildeten Dichtsitz, wobei das Auslassventil druckabhängig einen Fluidstrom von dem Druckraum in Richtung stromabwärts des Auslassventils freigibt beziehungsweise unterbindet. In dem Zylindergehäuse ist stromabwärts des Dichtsitzes ein hydraulisch mit der Ablaufleitung gekoppeltes Druckbegrenzungsventil angeordnet, das zum Begrenzen des Fluiddrucks in der Ablaufleitung stromabwärts des Dichtsitzes ausgebildet ist.
Druckabhängig wird in einem Betriebsbereich des Auslassventils der Fluidstrom von dem Druckraum in Richtung stromabwärts des Auslassventils freigegeben und in einem weiteren Betriebsbereich des Auslassventils der Fluidstrom durch Anliegen des Schließkörpers an dem Dichtsitz unterbunden, also gesperrt. Der Begriff Fluid ist hier in seinem weiteren Sinne zu verstehen, das Fluid kann also sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein.
Eine derartige Hochdruckpumpe hat den Vorteil, dass ein kompakter Aufbau durch Ausbildung des in die Hochdruckpumpe integrierten Druckbegrenzungsventils möglich ist. Damit sind ein kleiner Bauraum und ein konstruktiv einfacher Aufbau der Hochdruckpumpe möglich. Durch eine geringe Zahl von Dich tungsflächen ist es möglich, dass die Leckageverluste insbesondere des Druckbegrenzungsventils nur gering sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Hochdruckpumpe ein Pumpengehäuse auf, in dem das Zylindergehäuse angeordnet ist. Stromabwärts des Druckbegrenzungsventils ist eine Rücklaufleitung ausgebildet, die in dem Zylindergehäuse und/oder dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Pumpengehäuse und Zylindergehäuse können separat voneinander ausgebildet sein. Grundsätzlich können Pumpengehäuse und Zylindergehäuse jedoch auch einstückig ausgebildet sein. Eine derartige Anordnung der Rücklaufleitung in dem Zylindergehäuse und/oder dem Pumpengehäuse hat den Vorteil, dass ein Leckagefluid innerhalb der Hochdruckpumpe beispielsweise auf eine Ansaugseite der Hochdruckpumpe zurückgeführt werden kann, ohne dass besondere Vorkehrungen zur Abdichtung der Rücklaufleitung getroffen werden müssen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, und
2 eine schematische Ansicht eines Teils einer Hochdruckpumpe mit einem Pumpenzylinder in einem Längsschnitt.
Die in der 1 dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine weist eine Vorförderpumpe 2 auf, mittels der aus einem Kraftstofftank Kraftstoff gefördert wird. Die Vorförderpumpe 2 ist mit Vorzug als Flügelzellenpumpe ausgeführt. Es kann jedoch auch eine andere Pumpenart, z. B. eine Zahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe hierbei zum Einsatz kommen.
Die Vorförderpumpe 2 ist stromabwärts mit einer Ansaugseite einer Hochdruckpumpe 4 hydraulisch gekoppelt. Auf einer Druckseite der Hochdruckpumpe 4 ist diese mit einem Kraftstoffspeicher 6 hydraulisch gekoppelt und dient der Förderung des Kraftstoffs in den Kraftstoffspeicher 6. Der Kraftstoffspeicher 6 wird auch als Common-Rail bezeichnet. Die Hochdruckpumpe 4 kann vorzugsweise als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit mehreren Zylindereinheiten ausgebildet sein, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt sind.
Der Kraftstoffspeicher 6 ist mit einem Injektor 8 oder mehreren Injektoren 8 hydraulisch gekoppelt. Jedem der Injektoren 8 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die Hochdruckpumpe 4 kann der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 8 in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen hohen Einspritzdruck erreichen.
Auf der Druckseite der Hochdruckpumpe 4 ist diese hydraulisch mit einem Druckbegrenzungsventil 10 gekoppelt. Das Druckbegrenzungsventil 10 öffnet und schließt abhängig von einem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 6. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffspeicher 6 kann das Druckbegrenzungsventil 10 öffnen und ein Teil des von der Hochdruckpumpe 4 geförderten Kraftstoffs kann über eine Rücklaufleitung 11 zu der Ansaugseite der Hochdruckpumpe 4 zurückgeführt werden.
Die 2 zeigt die Hochdruckpumpe 4 zur Förderung eines Fluids. Das Fluid kann sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein. Vorzugsweise ist das Fluid ein Kraftstoff. Die Hochdruckpumpe 4 hat ein Pumpengehäuse 12 und eine Pumpeneinheit 13 mit einem Zylindergehäuse 14. Die Hochdruckpumpe 4 kann die eine Pumpeneinheit 13 oder mehrere Pumpeneinheiten 13 aufweisen.
Das Zylindergehäuse 14 ist mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt. Das Pumpengehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet. Das Zylindergehäuse 14 ist in der dargestellten Ausführungsform von dem Pumpengehäuse 12 separat ausgebildet, Pumpengehäuse 12 und Zylindergehäuse 14 können jedoch auch einteilig ausgeführt sein.
In einer Bohrung in dem Zylindergehäuse 14 ist ein Hochdruckkolben 16 bewegbar in Richtung einer Längsachse A des Zylindergehäuses 14 gelagert. An einem Ende des Hochdruckkolbens 16 befindet sich ein Druckraum 18. An einem weiteren Ende des Hochdruckkolbens 16 können beispielsweise eine Antriebswelle und ein Exzenterabschnitt der Hochdruckpumpe 4 angeordnet sein.
Das Zylindergehäuse 14, der Druckraum 18 und der Hochdruckkolben 16 der Pumpeneinheit 13 sind zueinander koaxial angeordnet. Das Zylindergehäuse 14 ist aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl gebildet.
Um den Druckraum 18 mit Fluid befüllen zu können, ist dieser mit einer Zulaufleitung 20 hydraulisch gekoppelt. In der Zulaufleitung 20 ist vorzugsweise ein Einlassventil 24 angeordnet. Das Einlassventil 24 erleichtert die Befüllung des Druckraums 18 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zulaufleitung 20. Der Druckraum 18 weist weiter eine Ablaufleitung 22 mit einer erweiterten Ausnehmung 25 mit einer Längsachse L auf. In der erweiterten Ausnehmung 25 ist ein Auslassventil 26 angeordnet. Über das Auslassventil 26 kann Fluid aus dem Druckraum 18 in einer ersten Strömungsrichtung F1 des Fluids ausgestoßen werden. Ist das Fluid ein Kraftstoff, so kann der Kraftstoff aus dem Druckraum 18 in der ersten Strömungsrichtung F1 zu dem Kraftstoffspeicher 6 hin ausgestoßen werden (1).
In der erweiterten Ausnehmung 25 sind eine Ventilfeder 38 und ein Schließkörper 40 angeordnet. In der erweiterten Ausnehmung 25 des Zylindergehäuses 14 ist ein Dichtsitz 42 ausgebildet, an dem der Schließkörper 40 anliegen kann. Die Ventilfeder 38 spannt den Schließkörper 40 in Richtung der Längsachse L der erweiterten Ausnehmung 25 vor, indem sie sich an einer Wand der erweiterten Ausnehmung 25 abstützt.
Stromabwärts des Dichtsitzes 42 ist in dem Schließkörper 40 eine Querbohrung 46 ausgebildet, die hydraulisch mit einem in dem Zylindergehäuse 14 ausgebildeten Verbindungskanal 48 gekoppelt ist.
Das Druckbegrenzungsventil 10 ist in dem Zylindergehäuse 14 angeordnet und über den Verbindungskanal 48 hydraulisch mit der Ablaufleitung 22 gekoppelt. Über das Druckbegrenzungsventil 10 kann Fluid von der Ablaufleitung 22 über die Querbohrung 46 und den Verbindungskanal 48 in einer zweiten Strömungsrichtung F2 in die Rücklaufleitung 11 strömen.
Im Folgenden soll die Funktionsweise der Hochdruckpumpe 4 beschrieben werden:
Der Hochdruckkolben 16 wird zunächst beispielsweise mittels der Antriebswelle und des Exzenterabschnitts der Hochdruck pumpe 4 von dem Einlassventil 24 in Richtung der Längsachse A des Zylindergehäuses 14 wegbewegt. Das Einlassventil 24 öffnet, und der Druckraum 18 wird mit Fluid befüllt. Durch eine weitere Bewegung des Hochdruckkolbens 16 in Richtung der Längsachse A des Zylindergehäuses 14 hin zu dem Einlassventil 24 beispielsweise mittels der Antriebswelle und des Exzenterabschnitts der Hochdruckpumpe 4 schließt das Einlassventil 24 und das in dem Druckraum 18 befindliche Fluid wird verdichtet.
Handelt es sich bei der Hochdruckpumpe 4 etwa um eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff über die Ablaufleitung 22 und das Auslassventil 26 in der ersten Strömungsrichtung F1 des Kraftstoffs zu dem Kraftstoffspeicher 6 gelangen.
Der für den Kraftstoffspeicher 6 erforderliche Kraftstoffdruck wird durch das Druckbegrenzungsventil 10 festgelegt. Steigt der Druck im Kraftstoffspeicher 6 und damit auch in der Ablaufleitung 22 zu stark an oder soll der Druck im Kraftstoffspeicher 6 und in der Ablaufleitung 22 gezielt verringert werden, so öffnet das Druckbegrenzungsventil 10 und Kraftstoff kann aus dem Kraftstoffspeicher 6 und der Ablaufleitung 22 über die Querbohrung 46, den Verbindungskanal 48 und die in dem Pumpengehäuse 12 und dem Zylindergehäuse 14 angeordnete Rücklaufleitung 11 in der zweiten Strömungsrichtung F2 ausströmen und zu der Saugseite der Hochdruckpumpe 4 zurückgeführt werden.
Durch die Integration des Druckbegrenzungsventils 10 in der Hochdruckpumpe 4 ist ein kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe 4 bei kleinem Bauraum für die Einspritzanlage möglich. Darüber hinaus kann die Zahl der Dichtungsflächen sehr klein sein, so dass die Leckageverluste des Druckbegrenzungsventils 10 und der Rücklaufleitung 11 sehr gering sein können, da insbesondere eine eigens außerhalb der Hochdruckpumpe 4 geführte Rücklaufleitung vermieden werden kann.

2: Vorförderpumpe
4: Hochdruckpumpe
6: Kraftstoffspeicher
8: Injektor
10: Druckbegrenzungsventil
11: Rücklaufleitung
12: Pumpengehäuse
13: Pumpeneinheit
14: Zylindergehäuse
16: Hochdruckkolben
18: Druckraum
20: Zulaufleitung
22: Ablaufleitung
24: Einlassventil
25: erweiterte Ausnehmung
26: Auslassventil
38: Ventilfeder
40: Schließkörper
42: Dichtsitz
46: Querbohrung
48: Verbindungskanal
F1: erste Strömungsrichtung des Fluids
F2: zweite Strömungsrichtung des Fluids
A: Längsachse des Zylindergehäuses
L: Längsachse der erweiterten Ausnehmung

Claims

Hochdruckpumpe (4) zur Förderung eines Fluids, mit mindestens einer Pumpeneinheit (13), die aufweist – ein Zylindergehäuse (14), in dem ein zum Beaufschlagen des Fluids mit Hochdruck ausgebildeter Druckraum (18) und eine mit dem Druckraum (18) hydraulisch gekoppelte Ablaufleitung (22) angeordnet sind, und – ein in der Ablaufleitung (22) angeordnetes Auslassventil (26) mit einem Schließkörper (40) und einem in dem Zylindergehäuse (14) ausgebildeten Dichtsitz (42), wobei das Auslassventil (26) druckabhängig einen Fluidstrom von dem Druckraum (18) in Richtung stromabwärts des Auslassventils (26) freigibt beziehungsweise unterbindet, und wobei in dem Zylindergehäuse (14) stromabwärts des Dichtsitzes (42) ein hydraulisch mit der Ablaufleitung (22) gekoppeltes Druckbegrenzungsventil (10) angeordnet ist, das zum Begrenzen des Fluiddrucks in der Ablaufleitung (22) stromabwärts des Dichtsitzes (42) ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe (4) nach Anspruch 1, wobei die Hochdruckpumpe (4) ein Pumpengehäuse (12) aufweist, in dem das Zylindergehäuse (14) angeordnet ist, und stromabwärts des Druckbegrenzungsventils (10) eine Rücklaufleitung (11) ausgebildet ist, die in dem Zylindergehäuse (14) und/oder dem Pumpengehäuse (12) angeordnet ist.