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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse und einem Pumpenzylinder, der von einem Pumpenzylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckt ist, wobei in dem Pumpenzylinder ein Pumpenkolben translatorisch bewegbar ist und der Arbeitsraum über ein in dem Pumpenzylinderkopf angeordnetes und federbelastetes Saugventil mit einem Kraftstoffniederdrucksystem sowie über ein in dem Pumpenzylinderkopf angeordnetes Rückschlagventil mit einem Kraftstoffhochdrucksystem verschaltet ist.
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Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der
DE 10 2008 057 089 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist einen Pumpenzylinderkopf auf, der einstückig mit einem Pumpenzylinder ausgebildet ist. In dem Pumpenzylinderkopf ist ein als Tellerventil ausgebildetes Saugventil eingebaut, das einen Ventilschaft aufweist, der direkt oder indirekt in dem Pumpenzylinderkopf geführt ist. An dem Ventilschaft greift eine Rückstellfeder an, die das Saugventil im Ruhezustand in einer geschlossenen Position hält. Dabei ist die Rückstellfeder in einem Federraum entfernt zu einem Arbeitsraum der Hochdruckpumpe angeordneten Bereich des Pumpenzylinderkopfs angeordnet, der zur Umgebung von einem Verschlussdeckel abgedeckt ist.
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Eine weitere Hochdruckpumpe ist aus der
DE 10 2008 043 839 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist ein rückstellfederloses Saugventil auf, das ebenfalls in dem Pumpenzylinderkopf angeordnet ist und das von den Pumpenkolben betätigt ist. Diese Betätigung erfolgt durch eine Fluidreibung. Dabei wird das Saugventil bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens in die geöffnete Position bewegt und bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens wieder in die geschlossene Position verstellt.
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Diese Ausgestaltung soll es ermöglichen, dass die Hochdruckpumpe auch bei hohen Drehzahlen einen günstigen Wirkungsgrad aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, die hinsichtlich eines Saugventils verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die das Ventilelement des Saugventils belastende Rückstellfeder in dem Arbeitsraum angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung wird der nötige Bauraum des Saugventils verringert, indem für die Rückstellfeder kein eigener Federraum vorhanden ist. Durch diese Ausgestaltung werden weiterhin der Herstellungsaufwand und auch die Herstellungskosten des so ausgebildeten Saugventils verringert.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Rückstellfeder auf einen in dem Pumpenzylinder eingelassenen und den Pumpenkolben umfassenden Ringabsatz abgestützt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, eine kurze Rückstellfeder zu verbauen, so dass das Totvolumen in dem Arbeitsraum – wenn überhaupt – nur unbedeutend vergrößert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Saugventil ein als Saugventilkugel ausgebildetes Ventilelement auf. Ein mit einer Saugventilkugel ausgestattetes Saugventil ist besonders kostengünstig herstellbar. Alternativ kann das Ventilelement aber auch als Saugventilkolben ausgebildet sein. Ein Saugventilkolben hat hinsichtlich der exakten Führung eines Ventiltellers für ein dichtes und schnelles Verschließen des Saugventils Vorteile.
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In weiterer Ausgestaltung wirkt die Rückstellfeder direkt oder indirekt mit dem Ventilelement zusammen. Während die Rückstellfeder bei Ausbildung des Ventilelements als Saugventilkolben normalerweise mit diesem direkt zusammenwirkt, ist bei einer Ausbildung des Ventilelements als Saugventilkugel vorzugsweise ein Kugelhalter vorgesehen, der einerseits zur Anlage der Rückstellfeder dient und andererseits die genaue Ausrichtung der Saugventilkugel zu dem Ventilsitz des Saugventils sicherstellt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Rückstellfeder direkt mit der Saugventilkugel zusammenwirken zu lassen. Auch kann vorgesehen sein, dass die Saugventilkugel auf der der Rückstellfeder zugewandten Seite eine zur Führung der Rückstellfeder ausgebildete Ausgestaltung mit einer Federaufnahmenut aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wirkt das Ventilelement mit einem Ventilelementträger zusammen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Ventilelementträger als separates Bauteil mit den nötigen Kanälen, Bohrungen und dem Ventilsitz gefertigt werden kann und der so gefertigte Ventilelementträger dann zumindest teilweise vormontiert zusammen mit dem Ventilelement und der Rückstellfeder in dem Pumpenzylinderkopf montiert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, den Ventilelementträger einstückig mit einem Deckelteil und gegebenenfalls auch zusammen mit einer Verschlussschraube auszubilden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Teilezahl weiter reduziert wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist es aber auch möglich, dass das Ventilelement direkt mit dem Pumpenzylinderkopf zusammen wirkt und folglich auf einen separaten Ventilelementträger, ein Deckelteil und eine Verschlussschraube verzichtet wird. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Saugventil noch kompakter mit noch weniger Bauteilen ausgestaltet ist.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Pumpenzylinder eine Zylinderhülse auf. Diese Ausgestaltung ist besonders dann vorteilhaft anwendbar, wenn das Ventilelement direkt in dem Pumpenzylinderkopf eingesetzt ist. In diesem Fall wird die Bearbeitung und Montage der einzelnen Bauteile deutlich vereinfacht, da keine aufwendige Herstellung des Arbeitsraums durch beispielsweise Innendrehen erforderlich ist.
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Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Saugventils einer Hochdruckpumpe,
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2 eine Detailvariante zu 1,
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3 eine erste Variante eines Saugventils,
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4 eine Detailansicht zu 3,
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5a, 5b Detailvarianten gemäß einer Schnittdarstellung A-A aus 4,
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6 eine weitere Variante eines Saugventils,
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7 eine Detailvariante zu 6,
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8 eine weitere Variante eines Saugventils mit einem separatem Deckel,
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9 eine weitere Variante eines Saugventils mit direkt in den Pumpenzylinderkopf eingesetztem Ventilelement,
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9a eine Detailansicht zur 9,
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10 eine Variante eines Saugventils zu der Ausführungsform gemäß 9,
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10a eine Detailansicht einer Zylinderhülse aus 10,
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11 eine Detailvariante zu 10,
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12 eine Variante eines Saugventils zu 9 und 10 und
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12a, 12b Detailansichten einer Federplatte zu 12.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Das in 1 dargestellte Saugventil 1 einer Hochdruckpumpe wird bei Common-Rail-Einspritzsystemen verbaut, wobei die Hochdruckpumpe den von einer in einem Kraftstoffniederdrucksystem angeordneten Vordruckpumpe über das Saugventil 1 in einen Arbeitsraum 2 der Hochdruckpumpe eingebrachten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher des Einspritzsystems fördert. Das Saugventil 1 ist in einen Pumpenzylinderkopf 3 der Hochdruckpumpe eingebaut, der einstückig mit einem Pumpenzylinder ausgebildet ist. In dem Pumpenzylinder ist ein Pumpenkolben 5 auf und ab bewegbar, wobei diese Bewegung von einer Pumpennockenwelle bewirkt wird, die über einen Rollenstößel mit dem Pumpenkolben 5 zusammenwirkt. Der Pumpenkolben 5 verdichtet in den Arbeitsraum 2 über das Saugventil 1 eingebrachten Kraftstoff und fördert diesen über eine Hochdruckleitung 6, in die ein in 6 dargestelltes Rückschlagventil 7 eingesetzt ist, in den Hochdruckspeicher. Der Hochdruckspeicher ist mit Kraftstoffinjektoren verschaltet, die den Kraftstoff gesteuert in zugehörige Brennräume der Brennkraftmaschine mit einem Druck von bis zu 3000 bar einspritzen.
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Das Saugventil 1 weist ein Ventilelementträger 8 auf, der einen Ventilsitz 9 und einen in den Ventilsitz 9 einmündenden Kraftstoffzufuhrkanal 10 aufweist. Der Kraftstoffzufuhrkanal 10 steht mit einem Kraftstoffraum 11 in Verbindung, der mit einem seitlich angeordneten Zulauf 12 in Verbindung steht. Der Kraftstoffraum 11 ist angrenzend zu einem Deckelteil 13 in den Ventilelementträger 8 und/oder das Deckelteil 13 eingearbeitet, das von einer Verschlussschraube 14 gegen den Ventilelementträger 8 gepresst wird. Das Deckelteil 13 ist zur Vermeidung des Austretens von Kraftstoff in geeigneter Weise gegenüber dem Pumpenzylinderkopf 3 und der Verschlussschraube 14 abgedichtet.
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Der Ventilsitz 9 wirkt mit einem als Saugventilkugel 15 ausgebildeten Ventilelement zusammen, wobei die Saugventilkugel 15 von einer Rückstellfeder 16 unter Zwischenschaltung eines Kugelhalters 17 in den Ventilsitz 9 gedrückt wird. In den Kugelhalter 17 sind Bohrungen 18 zur Kraftstoffdurchführung eingelassen. Die Rückstellfeder 16 ist auf einen in den Pumpenzylinder 4 eingelassenen und den Pumpenkolben 5 umgebenden Ringabsatz 19 abgestützt. Der Kugelhalter 17 ist zur exakten Ausrichtung der Saugventilkugel 15 wannenförmig ausgebildet und mit einem solchen Außendurchmesser ausgestaltet, dass er in der Bohrung des Arbeitsraums 2 axial frei beweglich ist.
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Bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 5 wird in dem Arbeitsraum 2 ein Unterdruck erzeugt, der unterstützt von einer Vordruckpumpe und den von dieser geförderten Kraftstoff die Saugventilkugel 15 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 16 von dem Ventilsitz 9 in Richtung abhebt und zu dem Pumpenkolben 5 hin bewegt und somit ein Einströmen von Kraftstoff in den Arbeitsraum 2 ermöglicht wird.
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Die Detailvariante gemäß 2 zeigt eine Saugventilkugel 15a mit einer Federaufnahmenut 20 zur direkten Festlegung der Rückstellfeder 16 an der Saugventilkugel 15a. Die Aufnahmenut 20 ist direkt in die Saugventilkugel 15a eingearbeitet beziehungsweise an diese angeformt. Durch diese Ausgestaltung wird die Teilezahl und somit der Montageaufwand reduziert.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist das Ventilelement als Saugventilkolben 21 ausgebildet, während der grundsätzliche Aufbau des Saugventils 1 dem zu 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel weitgehend entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist der Kraftstoffraum 11 direkt in den einteilig mit dem Deckelteil 13 und der Verschlussschraube 14 ausgebildeten Ventilelementträger 8 eingelassen. Diese Baueinheit ist mittels einer Dichtung, gegenüber dem Pumpenzylinderkopf 3 abgedichtet.
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4 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung des Saugventilkolbens 21 mit dem umgebenden Ventilelementträger 8. Der Saugventilkolben 21 weist einen Ventilschaft 22 und einen Ventilteller 23 auf. Der Ventilschaft 22 ist in dem Kraftstoffzufuhrkanal geführt, während der Ventilteller 23 einerseits mit dem Ventilsitz 9 zusammenwirkt und andererseits eine Ringnut zur Führung der Rückstellfeder 16 aufweist. Ausweislich den 5a und 5b kann entweder der Ventilschaft 22 mit beispielsweise drei Abflachungen 24 versehen sein, um bei geöffneten Saugventilkolben 21 Kraftstoff von dem Kraftstoffraum 11 in den Arbeitsraum 2 zu führen. Die Führungsbereiche neben den Abflachungen 24 sorgen für eine sichere Führung des Saugventilkolbens 21 in den Kraftstoffzufuhrkanal 10. Alternativ sind in den Ventilelementträger 8 Strömungsnuten 25 eingelassen. Anstelle der dargestellten vier Strömungsnuten 25 kann auch eine andere Anzahl realisiert werden. Eine Auswahl der Ausgestaltung gemäß den 5a und 5b erfolgt insbesondere nach dem jeweiligen Herstellungsaufwand.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 zeigt einen ähnlichen Aufbau gemäß der Ausführung von 3, wobei hier das Ventilelement wieder als Saugventilkugel 15 ausgebildet ist. Auch hier wird die Saugventilkugel 15 wie bei der Ausbildungsform gemäß 1 von einem wannenförmig ausgebildeten Kugelhalter 17 gehalten.
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Im Unterschied hierzu ist bei der Detailvariante gemäß 7 der Kugelhalter 17 flachringförmig (mit einer Ausnehmung zur Aufnahme der Saugventilkugel 15) ausgebildet. Wesentlich bei beiden Ausführungen gemäß den 6 und 7 ist es, dass zwecks der Darstellung genau abgestimmter Öffnungs- und Schließzeiten des Saugventils 1 durch eine Feingeometrie des Pumpenzylinderkopfs 3 im Bereich der Saugventilkugel 15 zusammen mit dem Kugelhalter 17 eine hydraulische Führung der Saugventilkugel 15 realisiert wird. Diese Feingeometrie muss die Saugventilkugel 15 daran hindern, zu rotieren und den Ventilsitz 9 nicht schnell genug zu finden.
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Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilelementträger 8 weiterhin einstückig mit dem Deckelteil 13 unter Aufnahme des Kraftstoffraums 11 zur Zuführung von Kraftstoff ausgebildet, ist aber von einer Verschlussschraube 14a in eine in den Pumpenzylinderkopf 3 wie auch bei den vorherigen Ausführungen eingelassene Ausnehmung 26 eingesetzt und gehalten.
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Die Ausführungen der folgenden Figuren zeichnen sich dadurch aus, dass das Ventilelement – gleichgültig ob es als Saugventilkugel 15 oder Saugventilkolben 21 ausgebildet ist – direkt in den Pumpenzylinderkopf 3 – also ohne Ventilelementträger 8 und einer Verschlussschraube 14 – eingesetzt ist.
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9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Kraftstoffzufuhrkanal 10 zusammenwirkend mit dem Kraftstoffraum 11 und dem Zulauf 12 direkt in den Pumpenzylinderkopf 3 jeweils als Bohrung eingearbeitet sind. In den gleichzeitig als Führung für den Ventilschaft 22 des Saugventilkolbens 21 dienenden Kraftstoffzufuhrkanal 10 wird der Ventilschaft 22 bei der Montage eingeführt und anschließend wird unter Einfügung der Rückstellfeder 16 eine Zylinderhülse 27 in den Zylinderkopf 3 eingepresst. Die Zylinderhülse 27 bildet die Führung für den Pumpenkolben 5 und ist als Teil des Pumpenzylinders 4 anzusehen. Dabei bildet die Zylinderhülse 27 den Ringabsatz 19, auf dem die Rückstellfeder 16 abgestützt ist.
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Analog zu der Ausführungsform gemäß der 5a ist ausweislich der 9a auch hier der Ventilschaft 22 mit Abflachungen 24 zur Kraftstoffdurchführung versehen.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 10 und 11 ist im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 wieder eine Saugventilkugel 15 mit oder ohne Kugelhalter 17 verbaut. 10 zeigt eine Ausführungsform ohne Kugelhalter, während die Detailvariante gemäß 11 eine Ausführungsform mit einem Kugelhalter 17 zeigt. Ansonsten sind Aufbau und Montage analog zu der 9. 10a zeigt eine perspektivische Ansicht der Zylinderhülse 27 mit einer Bohrung 28, die mit der Hochdruckleitung 6 korrespondiert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 ist in Unterschied zu den Ausführungen der 9 und 10 keine Zylinderhülse verbaut. Hier ist der für die Aufnahme der Rückstellfeder 16 benötigte erweiterte Durchmesser des Arbeitsraums 2 beispielsweise durch ein Innendrehen hergestellt. Die Saugventilkugel 15 weist einen solchen Durchmesser auf, dass die Saugventilkugel 15 durch die Pumpenzylinderbohrung hindurchgeführt werden kann. Weiterhin ist der Kugelhalter 17 ausweislich den 12a und 12b als elastisches Bauteil ausgebildet, das in der in 12b dargestellten Form durch die Pumpenzylinderbohrung hindurch geschoben werden kann und das in dem Arbeitsraum 2 die in den 12 und 12a dargestellte Form annimmt. Die Rückstellfeder 16 wird durch ein spezielles Montagewerkzeug tordiert montiert. Durch die Torsion längt sich die Feder und verringert sich im Durchmesser, so dass sie durch die Pumpenkolbenbohrung montierbar ist. Sobald die Rückstellfeder 16 in dem Arbeitsraum 2 ihre Endposition erreicht hat, wird das Montagewerkzeug abgezogen und die Feder findet durch Ihre Endtorsion und damit Durchmessererweiterung ihren Sitz in dem Arbeitsraum 2.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008057089 A1 [0002]
- DE 102008043839 A1 [0003]
