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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
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Derartige
Hochdruckpumpen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich
bekannt. Vorzugsweise sind sie als Radialkolbenpumpe aufgebaut und
weisen dementsprechend mehrere radial um eine Antriebswelle angeordnete
Pumpenelemente auf, von denen jedes einen axial verschiebbar geführten Pumpenkolben
umfasst, der über einen Stößel an einem
Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abgestützt ist,
so dass der Pumpenkolben über die Antriebswelle in einer
Hubbewegung antreibbar ist. Bei einer Hubbewegung eines Pumpenkolbens
wird Kraftstoff über einen Zulauf in einen vom Pumpenkolben
begrenzten Pumpenarbeitsraum des jeweiligen Pumpenelementes angesaugt,
auf Hochdruck gefördert und über einen Ablauf
einem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt.
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Eine
gattungsgemäße Hochdruckpumpe wird beispielsweise
in der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 008 261 A1 beschrieben. Sie umfasst
einen Pumpenkörper und ggf. einen Zylinderkopf, wobei im Pumpenkörper
wenigstens ein Nockentrieb mit einem Abgriffselement aufgenommen
ist. Das Abgriffselement steht mit einer Stößeleinrichtung
in Verbindung, welche einen Pumpenkolben umfasst. Durch eine in
einer Nockenwelle eingebrachte Nockengeometrie ist das Abgriffselement
in eine Hubbewegung in Richtung einer Hubachse versetzbar. Dabei
wird die Hubbewegung auf eine dem Abgriffselement zugeordnete Stößeleinrichtung
bzw. einen Pumpenkolben übertragen. Zur Führung
des Pumpenkolbens ist im Pumpenkörper oder im Zylinderkopf
eine Führungsbohrung vorgesehen, die ein Radialspiel besitzt.
Das Radialspiel bildet einen Ringspalt aus, der einen Leckagestrom
vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich und damit eine hydraulische Führung
bzw. Gleitführung des Pumpenkolbens ermöglicht.
Denn der als Leckagestrom durch den Ringspalt strömende
Kraftstoff stellt eine ausreichende Schmierung der Pumpenkolbenmantelfläche
sowie der Führungsbohrung sicher. Die hydraulische Führung
dient somit als Verschleißschutz, da Pumpenkolben und Führungsbohrung
aufgrund der Schmierung bei einer Bewegung des Pumpenkolbens innerhalb
der Führungsbohrung einem geringeren Verschleiß unterliegen.
Insofern ist ein gewisser Leckagestrom vorteilhaft. Zugleich gilt
es jedoch die mit dem Leckagestrom einhergehenden Leckageverluste
möglichst gering zu halten, wobei der in den Niederdruckbereich
gelangende Kraftstoff auch zur Schmierung der sich gegenüber
dem Gehäuse bewegenden Elemente der Stößeleinrichtung
verwendet wird.
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Der
Niederdruckbereich umfasst in der Regel einen Niederdruckraum, der
von einem axial verschiebbar in einer Bohrung des Pumpengehäuses geführten
Stößel einer Stößeleinrichtung
begrenzt wird. Der Niederdruckraum kann somit auch als Stößelraum
bezeichnet werden. Über die Hubbewegung des Stößels
erfährt der Stößelraum eine Volumenveränderung,
die es zur Vermeidung von Druckschwankungen auszugleichen gilt.
Darüber hinaus gilt es der über den Leckagestrom
bewirkten Veränderung der Kraftstoffmenge Rechnung zu tragen.
Der Stößelraum kann hierzu mit einem Niederdruckspeicher
verbunden sein, über den ein Kraftstoffmengenausgleich
erfolgt. Zur Herstellung einer Verbindung des Stößelraums
mit einem solchen Niederdruckspeicher ist jedoch oftmals ein kompliziertes
Netz von Verbindungsleitungen erforderlich, das zum Einen das Gehäuse
der Pumpe schwächt, zum Anderen die Herstellung des Gehäuses
aufwendig gestaltet.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe
bereit zu stellen, die die vorstehend genannten Nachteile nicht
aufweist. Insbesondere soll das Gehäuse der Hochdruckpumpe
einfach und damit kostengünstig herzustellen sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur
Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildeungen der
Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
vorgeschlagene Kraftstoff-Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse
auf, in dem eine Antriebswelle und wenigstens ein Pumpenelement
angeordnet sind. Das wenigstens eine Pumpenelement umfasst einen
axial verschiebbar geführten Pumpenkolben, der über
einen in einer Bohrung des Gehäuses axial verschiebbar
geführten Stößel an einem Nocken oder
Exzenter der Antriebswelle abgestützt ist. Somit ist der
Pumpenkolben über die Antriebswelle in eine Hubbewegung
versetzbar, bei der Kraftstoff über einen Zulauf in einen
vom Pumpenkolben begrenzten Pumpenarbeitsraum angesaugt, auf Hochdruck gefördert
und über einen Ablauf einem Kraftstoffhochdruckspeicher
zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß begrenzt
der Stößel in der Bohrung, in der er aufgenommmen
ist, einen Niederdruckraum, der über eine von der Bohrung
abzweigende, vorzugsweise gerade geführte Ausgleichsbohrung
in Verbindung mit dem Zulauf steht. Somit kann bei einer Hubbewegung
des Stößels bzw. des Pumpenkolbens ein Kraftstoffmengenausgleich über die
Ausgleichsbohrung erfolgen. Durch eine direkte Verbindung des vom
Stößel begrenzten Niederdruckraums bzw. Stößelraums
mit dem Zulauf, kann sogar der Zulauf selbst bzw. die zur Verbindung
mit dem Zulauf vorgesehene Gehäusebohrung zum Mengenausgleich
heran gezogen werden, so dass eine Verbindung zu einem Niederdruckspeicher
durch aufwendig gestaltete Bohrungen im Gehäuse entbehrlich
sind. Vorzgusweise ist lediglich eine Stichbohrung vom Stößelraum
zum Zulauf vorgesehen, um das Gehäuse möglichst
wenig zu schwächen und die Herstellung der Bohrung im Gehäuses
einfach zu halten. Dabei besteht die Stichbohrung weiterhin bevorzugt
aus einer gerade geführten Bohrung, die senkrecht oder
schräg zur Bohrung verläuft, in welcher der Stößel
aufgenommen ist.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst der Zulauf eine Bohrung des Gehäuses, die als Ausgleichsbohrung nutzbar
ist. Das heißt, dass der Zulauf zumindest teilweise in
dem Gehäuseteil angeordnet ist, in dem auch die Ausgleichsbohrung
und/oder der Stößelraum ausgebildet sind. Die
als Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung des Zulaufs
kann dabei koaxial zur Ausgleichsbohrung bzw. senkrecht oder schräg
zur Bohrung angeordnet sein, in welcher der Stößel
aufgenommen ist. Beispielsweise kann die Gehäusebohrung
des Zulaufs auch lediglich einen Abschnitt der Ausgleichsbohrung
ausbilden. Vorzugsweise besitzt die als Ausgleichsbohrung nutzbare
Gehäuseboh rung des Zulaufs einen gleich großen oder
größeren Bohrungsquerschnitt als der in den Stößelraum
mündende Abschnitt der Ausgleichsbohrung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungform ist vorgesehen, dass
der Zulauf eine Bohrung des Gehäuses umfasst, die mit der
Ausgleichsbohrung in Verbindung steht, so dass hierüber
die Ausgleichsbohrung eine Erweiterung erfährt. Vorzgusweise
ist hierzu die als Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung
des Zulaufs senkrecht oder schräg zur Ausgleichsbohrung angeordnet.
Vorzugsweise ist die als Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbare
Gehäusebohrung des Zulaufs parallel zur Bohrung angeordnet,
in welcher der Stößel aufgenommen ist. Weiterhin
vorzugsweise mündet die Ausgleichsbohrung in die als Erweiterung
der Ausgleichsbohrung nutzbare Bohrung des Zulaufs. Durch eine Erweiterung
der Ausgleichsbohrung steht ein größeres Volumen
zur Aufnahme von Kraftstoff zwecks Mengenausgleichs zur Verfügung, so
dass ein Staudruck im Stößelraum sicher vermieden
wird.
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Vorteilhafterweise
ist weiterhin vorgesehen, dass der Zulauf wenigstens eine Bohrung
des Gehäuses umfasst, die mit der Ausgleichsbohrung und zugleich
mit einer Gehäuseausnehmung in Verbindung steht, in der
die Antriebswelle aufgenommen ist, so dass hierüber die
Ausgleichsbohrung eine Erweiterung erfährt. Die als Erweiterung
der Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung des Zulaufes
stellt somit zugleich eine Verbindung des Stößelraumes
mit einem weiteren vom Stößel begrenzten Niederdruckraum
sicher, so dass mittels eines Mengenausgleichs der Hubbewegung des
Stößels in beiden Niederdruckräumen Rechnung
getragen werden kann.
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Sowohl
die Stößelbewegung, als auch ein mengenausgleichender
und/oder leckagebedingter Kraftstoffstrom können zu Druckschwankungen
führen, die im Zulaufbereich unerwünscht sind.
Daher ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zwischen
dem Zulauf und der Ausgleichsbohrung und/oder einer die Ausgleichsbohrung
erweiternden Bohrung ein Rückschlagventil angeordnet, das
den Zulauf vor Druckschwankungen sichert.
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Um
den Aufbau des Gehäuses und damit der Hochdruckpumpe weiter
zu vereinfachen, sind vorzgusweise die Ausgleichsbohrung und/oder
wenigstens eine weitere die Ausgleichsbohrung erweiternde Bohrung
in einem den Zulauf zumindest teilweise aufnehmenden Gehäuseteil
ausgebildet. Somit wird zudem lediglich das Gehäuseteil
durch die Ausbildung der Ausgleichsbohrung und etwaiger die Ausgleichsbohrung
erweiternder Bohrungen geschwächt, in welchem bereits zumindest
eine Bohrung für den Zulauf vorgesehen ist.
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Der
Durchmesser der Ausgleichsbohrung ist auf die jeweilige Länge
der Ausgleichsborhung abzustimmen. Insgesamt sollte der Durchmesser
der Ausgleichsbohrung derart bemessen sein, dass ein Staudruck in
dem vom Stößel begrenzten Niederdruckraum wirksam
verhindert wird. Umfasst der Zulauf eine Bohrung, die zur Erweiterung
der Ausgleichsbohrung nutzbar ist, kann der Durchmesser der Ausgleichsbohrung
entsprechend kleiner ausgelegt sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist gehäsueseitig
eine Ausgleichsbohrung vorgesehen, deren Durchmesser über
die gesamte axiale Erstreckung gleich bleibend ist. Eine solche
Bohrung ist besonders einfach herzustellen, so dass das Pumpengehäuse
kostengünstig produzierbar ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließlich
einer Weiterbildung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein Pumpenelement einer erfindungsgemäßen
Hochdruckpumpe und
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2 einen
den Bereich des Zulaufs darstellenen Ausschnitt aus einem Längsschnitt
durch ein Pumpenelement einer erfindungsgemäßen
Hochdruckpumpe.
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Die
in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst ein mehrteiliges
Gehäuse 1, das zumindest ein erstes Gehäuseteil 1.1 und
einen als Zylinderkopf ausgebildetes zweites Gehäuseteil 1.2 zur Aufnahme
eines Pumpenelementes 3 besitzt. Das Pumpenelement 3 umfasst
einen Pumpenkolben 4, der in einer Bohrung des Zylinderkopfes 1.2 axial
verschiebbar geführt und mittels eines Stößels 6 an
einem Nocken 7 einer Anztriebswelle 2 abgestützt
ist. Der Stößel 6 ist hierzu in einer
Bohrung 5 des ersten Gehäuseteiles 1.1 axial
verschiebbar geführt. Antriebswellenseitig ist der Stößel 6 zudem
mit einer Rolle 16 als Abgriffselement verbunden. Eine
gehäuseseitig am Zylinderkopf 1.2 abgestützte
Druckfeder 17 hält den Stößel 6 bzw.
die mit dem Stößel verbundene Rolle 16 in
Anla ge mit dem Nocken 7 der Antriebswelle 2. Bei
einer Rotation der Antriebswelle 2 wird der Stößel 6 über
die auf dem Nocken 7 der Antriebswelle 2 ablaufende
Rolle 16 in eine Hubbewegung versetzt, die den Pumpenkolben 4 mitführt.
Dabei führt der Pumpenkolben 4 abwechslend einen Saug-
und einen Förderhub aus. Beim Saughub des Pumpenkolbens 4 wird
Kraftstoff aus einem Zulauf 8 in einen Pumpenarbeitsraum 9 angesaugt.
Beim Förderhub des Pumpenkolbens 4 wird der im
Pumpenarbeitsraum 9 befindliche Kraftstoff auf Hochdruck
verdichtet und danach über einen Ablauf einem Kraftstoffhochdruckspeicher
(nicht dargestellt) zugeführt.
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Die
Bohrung 5 des Gehäuseteils 1.1, in welcher
der Stößel 6 aufgenommen ist, bildet
zugleich einen vom Stößel 6 begrenzten
Niederdruckraum 10 aus. Bei einer Hubbewegung des Stößels 6 verändert sich
das Volumen des Niederdruckraumes 10, so dass ein Kraftstoffmengenausgleich
erforderlich ist. Hierzu ist bei der in 1 dargestellten
erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe eine Ausgleichsbohrung 11 vorgesehen,
die den Niederdruckraum 10 direkt mit dem Zulauf 8 verbindet,
so dass Kraftstoff in die Ausgleichsbohrung 11 strömen
kann. Um einen Staudruck in dem Niederdruckraum 10 zu vermeiden,
ist die Ausgleichsbohrung 11 mit einem ausreichend großen
Durchmesser auszustatten. Alternativ oder ergänzend kann – wie
in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
gezeigt – der Zulauf 8 eine Bohrung 12, 13 des
Gehäuseteils 1.1 umfassen, durch welche die Ausgleichsbohrung 11 eine
Erweiterung erfährt. Die als Erweiterung nutzbare Bohrung 12, 13 ist
in dem vorliegenden Beispiel zudem mit einer Gehäuseausnehmung 14 verbunden,
in welcher die Antriebswelle 2 aufgenommen ist. Dadurch
kann die Gehäuseausnehmung 14 zusätzlich
zur Erweiterung der Ausgleichsbohrung 11 nutzbar gemacht werden.
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2 zeigt
einen Auschnitt im Bereich eines Zulaufes 8 einer erfindungsgemäßen
Hochdruckpumpe. Um die Übertragung von Druckschwankungen
auf den Zulauf 8 zu verhindern, ist der Zulauf gegenüber
der Ausgleichsbohrung 11 und den Bohrungen 12, 13 über
ein Rückschlagventil 15 absperrbar. Das Rückschlagventil 15 weist
vorliegend ein kugelförmiges Ventilglied auf, das mit einem
kegelflörmigen Ventilsitz zusammenwirkt. Über
den jeweils in der Ausgleichsbohrung 11 und/oder den Bohrungen 12, 13 herrschenden
Kraftstoffdruck wird das Ventilglied entweder in Anlage mit dem
Ventilsitz gehalten oder in eine Öffnungnsstellung bewegt,
um den Niederdruckraum 10 zwecks Mengenausgleichs mit dem Zulauf 8 zu
verbinden. Der Zulauf 8 weist zur Ausbildung des Rückschlagventiles 15 eine
Bohrung 12 auf, die zu einer ersten Erweiterung der Ausgleichsbohrung 11 führt.
Darüber hinaus setzt sich die Bohrung 12 in eine
Bohrung 13 geringeren Durchmessers fort, die in Verbindung
mit der Gehäuseausnehmung 14 zur Aufnahme der
Antriebswelle 2 steht, so dass die Ausgleichsbohrung 11 über
die Bohrung 13 sowie die Gehäuseausnehmung 14 eine
zusätzliche Erweiterung erfährt. Ein Staudruck
im Niederdruckraum 10 kann somit wirkungsvoll verhindert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007008261
A1 [0003]