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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe (4).
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Kraftstoffpumpen werden insbesondere zur Förderung von Kraftstoff für Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet. Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, so zum Beispiel in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die Hochdruckpumpe soll eine zu fördernde Kraftstoffmenge einem Verbrauch der Brennkraftmaschine bei einem entsprechenden Lastarbeitspunkt anpassen.
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Eine gattungsgemäße Kraftstoffpumpe ist beispielsweise aus der Europäischen Offenlegungsschrift
EP 2 236 809 A2 bekannt. Die dort gezeigt Kraftstoffpumpe weist insbesondere ein Einlassventil auf, das fest mit dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe verbunden wird. Um eine möglichst feste Verbindung mit dem Pumpengehäuse zu ermöglichen, erfolgt die Verbindung über eine Verschweißung des Einlassventils mit dem Gehäuse. Da das Einlassventil eine Einheit bildet und als solche in das Gehäuse der Kraftstoffpumpe eingesetzt wird und im schwierig zugänglichen Gehäuseinneren verschweißt wird, ist eine sichere Verbindung durch Schweißen fertigungstechnisch jedoch nur sehr schwierig zu bewerkstelligen. Auch können innen-liegende Schweißstellen zu Verunreinigungen des Kraftstoffs führen, die nachfolgend Ausfälle der Pumpe oder der nachgeschalteten Speichereinheit (Rail) oder der Injektoren im Motorblock verursachen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Kraftstoffpumpe bereitzustellen, die vergleichsweise einfacher zu fertigen ist und deren Ausfallwahrscheinlichkeit während der Betriebszeit eines Kraftfahrzeugs möglichst gering ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe wird insbesondere für Kraftstoff-Direkteinspritzsysteme in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie weist ein Pumpengehäuse auf sowie ein niederdruckseitiges Einlassventil, dass an dem Pumpengehäuse angebracht ist.
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Diese Kraftstoffpumpe umfasst einen beweglichen Verschlusskörper, ein Betätigungselement für diesen Verschlusskörper und eine Ventilsitzeinrichtung. Die Ventilsitzeinrichtung umfasst mindestens eine Durchgangsöffnung, durch welche das Betätigungselement, beispielsweise ein Stößel, der durch einen Aktor hin- und herbewegbar ist, auf den Verschlusskörper einwirken kann. Des Weiteren weist die Ventilsitzeinrichtung mindestens eine weitere Durchgangsöffnung auf, vorzugsweise mehrere, durch die bei geöffnetem Einlassventil Kraftstofffluss von einem Einlasskanal der Kraftstoffpumpe in einen Arbeitsraum der Kraftstoffpumpe ermöglicht wird.
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Der Verschlusskörper kann insbesondere als Federplatte ausgebildet sein, die bei geschlossenem Einlassventil auf der dem Stößel abgewandten Seite der Ventilplatte auf der Ventilplatte aufliegt und dabei die mindestens eine weitere Durchgangsöffnung verschließt, so dass kein Kraftstoff durch die Ventilsitzeinrichtung fließen kann, und die bei geöffneten Einlassventil durch den Stößel von der Ventilsitzeinrichtung beabstandet wird, so dass der Kraftstofffluss durch die Ventilsitzeinrichtung ermöglicht wird.
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Die Ventilsitzeinrichtung ist mit dem Gehäuse verschweißt. Erfindungsgemäß ist die Schweißverbindung jedoch so angeordnet, dass sie im Betrieb der Kraftstoffpumpe nicht von Kraftstoff umflossen wird. Dadurch sind beispielsweise auch unsauber ausgeführte Schweißstellen nicht dauerhaft der aggressiven Kraftstoffumgebung ausgesetzt; insbesondere werden sie im Betrieb des Fahrzeugs nicht von Kraftstoff wie Benzin oder Diesel umspült. Da solche unsauber ausgeführten Schweißstellen, insbesondere Schweißspritzer, die insbesondere dann entstehen, wenn an relativ unzugänglichen Stellen geschweißt wird, in der Regel nicht dauerhaft anhaften, können sich Partikel im Betrieb des Kraftfahrzeugs lösen und dadurch ggf. zu einem Ausfall der Kraftstoffpumpe und der nachfolgenden kraftstoffführenden Teile eines Motors, insbesondere der Injektoren, führen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Ventilsitzeinrichtung zwei Abschnitte auf:
Zum einen ist dies ein Ventilsitzabschnitt, der die Durchgangsöffnung(en) umfasst und einen Befestigungsabschnitt. Dieser erstreckt sich vom Ventilsitzabschnitt durch eine den Einlasskanal begrenzende Wandung des Gehäuses der Kraftstoffpumpe hin in Richtung der Außenseite des Gehäuses. Im Bereich der Außenseite des Gehäuses, vorzugsweise an der Außenseite des Gehäuses, ist der der Außenseite zugewandte Endabschnitt des Befestigungsabschnitts mit dem Gehäuse verschweißt. Dies hat den Vorteil, dass die Schweißstelle von außen leichter zugänglich ist im Vergleich zu einer vertieft im Gehäuse der Kraftstoffpumpe liegende Schweißstelle. Die Zugänglichkeit für eine Schweißvorrichtung, beispielsweise einer Laserschweißvorrichtung, sowie für das zum Schweißen erforderliche Schutzgas ist im Bereich der Außenseite des Gehäuses erheblich erleichtert. Dadurch wird das Herstellungsverfahren insgesamt vereinfacht und daher die Herstellungskosten reduziert. Zudem führt die einfache Zugänglichkeit der Schweißstelle zu einer besseren Ausführung der Schweißnahten. Insbesondere Schweißspritzer und dergleichen können weitgehend vermieden werden. Dadurch wird die Verbindung des Einlassventils zum Gehäuse der Hochdruckpumpe weniger anfällig für eine Materialermüdung oder gar für einen Bruch der Schweißstelle, was ebenfalls zu einer Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit der Kraftstoffpumpe über die gesamte Betriebszeit im Kraftfahrzeug beiträgt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Ventilsitzabschnitt und der Befestigungsabschnitt einteilig ausgebildet sein. Dies ermöglicht die Fertigung einer Ventilsitzeinrichtung in einem Stück, beispielsweise als Drehteil.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der Ventilsitzabschnitt und der Befestigungsabschnitt jedoch zweiteilig ausgebildet. Auf diese Art können der Ventilsitzabschnitt und der Befestigungsabschnitt aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Daher kann beispielsweise der Befestigungsabschnitt aus einem besser schweißbaren Material mit vergleichsweise weniger Kohlenstoffgehalt hergestellt sein und daher zu einem qualitativ hochwertigen Produkt mit längerer Lebensdauer führen kann.
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Gleichzeitig kann der Ventilsitzabschnitt aus Material mit vergleichsweise hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt werden. Solche Materialien weisen zwar eine vergleichsweise größere Härte auf, was insbesondere gegen Materialermüdungserscheinungen durch die dauernde Wechselwirkung mit einem Betätigungselement des Einlassventils, insbesondere eines Stößels, von Vorteil sein kann.
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Vorteilhafterweise wirkt der Befestigungsabschnitt, beispielsweise eine Distanzhülse oder ein Distanzring, der an seinem einen Ende im Bereich der Außenseite des Gehäuses mit dem Gehäuse verschweißt ist, an seinem gegenüberliegenden Ende mit der Ventilplatte formschlüssig zusammen. Dadurch wird einer eine Bewegung des Ventilsitzabschnittes in Richtung des Einlasskanals 17 unter Krafteinwirkung durch den Kraftstoffdruck in der Arbeitskammer der Kraftstoffpumpe entgegen gewirkt. Des Weiteren kann der Ventilsitzabschnitt, der beispielsweise als Ventilplatte ausgebildet sein kann, vorteilhafterweise mit dem Gehäuse zusätzlich durch eine kraftschlüssige Verbindung zusammenwirken, so dass der Ventilsitzabschnitt aus zwei Richtungen sicher gehalten wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffpumpe,
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2 eine schematische Querschnittsdarstellung des Verbindungsbereichs des Einlassventils und dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe gemäß dem Stand der Technik,
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3 eine schematische Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe,
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4 eine schematische Querschnittsdarstellung des Gegenstandes der 3.
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1 zeigt eine Kraftstoffpumpe
4 gemäß dem Stand der Technik, offenbart in der Europäischen Offenlegungsschrift
EP 2 236 809 A2 . Die Kraftstoffpumpe
4 umfasst einen Pumpenkörper
12 mit einer Längsachse
13 und einen Arbeitsraum
14. Ein Pumpenkolben
15 ist in der Arbeitskammer
14 angeordnet und entlang der Längsachse
13 hin- und herbeweglich, wobei er zyklisch eine Änderung des Volumens der Pumpenkammer
14 hervorruft. Ein unterer Teil des Kolbens ist einerseits mit einer Feder
16 verbunden, die den Pumpenkolben
15 in Richtung eines maximalem Arbeitskammervolumens bewegt, und andererseits mit einer nicht dargestellten Nockenwelle, die durch eine Antriebswelle des Motors gedreht wird und den Kolben zyklisch nach oben bewegt, wodurch die Feder
16 komprimiert wird.
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Ein Einlasskanal 17 erstreckt sich von einer Seitenwand der Arbeitskammer 14 und ist mit einem nicht dargestellten Niederdruckzulauf verbunden, der durch eine nicht dargestellte Niederdruckpumpe gespeist wird. Das Einlassventil 18 weist eine Scheibe 19 als Ventilsitzeinrichtung auf, mit mehreren als Bohrungen ausgeführten Durchführungsöffnungen, durch die der Kraftstoff bei geöffnetem Ventil fließen kann; und eine verformbare kreisförmige Federplatte 21, die auf der der Arbeitskammer 14 zugewandten Seite der Scheibe 19 aufliegt.
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Bei geschlossenem Einlassventil 18 verschließt die Federplatte die Durchführungsöffnungen 20. Das Einlassventil 18 wird einerseits durch die Druckdifferenz zwischen Einlasskanal 17 und Arbeitsraum 14 der Kraftstoffpumpe 4 gesteuert, weshalb ohne anderweitige Einwirkung auf das Einlassventil 18, dieses geschlossen wird, wenn der Kraftstoffdruck in dem Arbeitsraum 14 höher als der Kraftstoffdruck im Einlasskanal 17 ist. Analog ist das Einlassventil offen, wenn der Kraftstoffdruck im Arbeitsraum 14 niedriger ist als der Kraftstoffdruck im Einlasskanal 17.
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Neben einer hydraulischen Ansteuerung ist auch eine elektrische Ansteuerung des Einlassventils 18 möglich: Das Einlassventil 18 weist einen Stößel 27 auf, der mit der Federplatte durch eine Durchlassöffnung 20 der Scheibe 19 kontaktiert ist. Stößel 27 kann durch Ansteuerung des Elektromagneten 30 durch den Anker 31 in Richtung des Einlasskanals 17 bewegt werden, entgegen der durch die Feder 29 bewirkten Vorspannrichtung in Richtung des Arbeitsraums 14. Ohne Einwirken des Elektromagneten 30 drückt der Stößel durch die Federkraft der Feder 29 auf die Federplatte 21. Ist der Kraftstoffdruck in dem Arbeitsraum 24 entsprechend gering, so wird das Einlassventil 18 geöffnet. Wird der Elektromagnet 30 bestromt, zieht der Anker 31 den Stößel 27 zurück und die Federplatte verschließt – bei entsprechender hydraulischer Druckdifferenz – die Durchgangsöffnungen der Scheibe 19: das Einlassventil 18 ist geschlossen.
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Mit einem Kreis 50 hervorgehoben ist der Verbindungsbereich zwischen dem Einlassventil 18 und dem Gehäuse 1 des Einlassventils 18. Zu erkennen ist Schweißnaht 51, die die Scheibe 19 mit dem im Gehäuse 1 verbindet, so dass durch Krafteinwirkung durch den Fluiddruck der Kammer 14 die Scheibe 19 nicht bewegt wird.
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2 zeigt eine leicht geänderte Ausführungsform eines Einlassventils 18, die Kraftstoffpumpe jedoch insgesamt gleich aufgebaut ist wie die Kraftstoffpumpe 4 aus 1. Insbesondere sind die wesentlichen Bestandteile gleich und auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ebenso ist auch die Verbindung der Scheibe 19 mit dem Gehäuse 1 der Kraftstoffpumpe 4 über eine Schweißnaht 51 bewerkstelligt, wobei auch hier die Schweißnaht 51 von Kraftstoff durch den Kraftstoffkanal 43 umspült ist.
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Wie bereits eingangs beschrieben, ist die innenliegende Stelle der Schweißnaht mit den üblichen Schweißverfahren schwer zugänglich, weshalb die Schweißnaht 51 ggf. über die Einsatzzeit der Kraftstoffpumpe 4 Mängel aufweisen kann, insbesondere auch Schweißspritzer. Solche Schweisspritzer können sich lösen und nachfolgend zu einer Beschädigung der Pumpe und/oder der nachfolgend kraftstoffführenden Hydraulikteile führen, insbesondere der Injektoren.
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3 zeigt grundsätzlich das gleiche Einlassventil wie das in 2 dargestellte. Allerdings ist die Scheibe 19 kraftschlüssig durch den Distanzring gehalten, nicht mit dem Gehäuse 1 verschweißt, wodurch eine Bewegung in Richtung des Einlasskanals 17 verhindert wird, insbesondere durch Einwirken einer Kraft durch unter Hochdruck stehenden Kraftstoff der Arbeitskammer 14. Der Distanzring 2 ist ausgehend von seiner formschlüssigen Verbindung mit der Scheibe 19 bis an die Außenwand des Gehäuses 1 geführt. Dort ist er über eine Schweißstelle 53 mit der Außenwand des Gehäuses 1 verschweißt. Die Schweißstelle ist daher nun nicht mit dem Einlasskanal 17 in hydraulischer Verbindung stehend, weshalb die in Bezug auf 2 genannten Nachteile, beispielsweise durch Ablösungen von der Schweißnaht, hier nicht bestehen. Des Weiteren kann bei der Herstellung der Hochdruckpumpe 4 vor Aufsetzen des Mittelteils des Einlassventils 18 der Distanzring 2 mit dem Gehäuse 1 mit sehr geringem technischen Aufwand verschweißt werden.
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Ein Vergleich der 2 und 3 zeigt, dass die weitere Schweißverbindung 52 des Gehäuses-Mittelteils des Einlassventils 18 nun in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit dem Distanzring 2 erfolgt und nicht, wie in der 2, direkt mit dem Gehäuse. Allerdings, wie in der 3 zu erkennen ist, ragt die Hülse 54 des Mittelteils des Einlassventils 18 in den Einlasskanal 17 hinein, über die Schweißnaht 52 hinweg. Vorteilhafterweise besteht hier ebenfalls Kraftschluss zwischen dem Distanzring 2 und der Hülse 54, weshalb eine direkte Umspülung mit Kraftstoff, die ebenfalls nachteilig sein könnte, auszuschließen ist.
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Zusätzlich zu der kraftschlüssigen Verbindung der Hülse 54 zum Distanzring 2 hin ist der Distanzring 2 außerdem kraftschlüssig mit dem Gehäuse 1 verbunden.
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Neben der formschlüssigen Halterung durch den Distanzring 2 besteht des Weiteren eine kraftschlüssige Verbindung der Scheibe 19 mit dem Gehäuse 1.
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Ebenfalls im Vergleich der 2 und 3 erkennbar, wurde für das Einsetzen des Distanzrings 2 zwischen Hülse 54 und Gehäuse 1 eine Stufe in der Hülse 54 von einer bisherigen Stufenhöhe D1 auf eine jetzige Stufenhöhe D2 (3) erniedrigt worden.
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4 zeigt eine Querschnittdarstellung der Anordnung gemäß 3 entlang der Schnittachse J-J. Zu erkennen sind zwei Verbindungskanäle 43 sowie eine Verjüngung des Innendurchmessers des Distanzrings 2 in Form einer schrägen Stufe. Die Stufe setzt in etwas auf Höhe der Verbindungskanäle 43 ein. Auf der entsprechend gegenüberliegenden Außenseite des Rings beginnt im Bereich des Einsetzen der schrägen Stufe eine Einkerbung 55, die sich bis hin zur Scheibe 19 erstreckt. Ein solcher Absatz am Distanzringaußendurchmesser dient zur Vermeidung eines Linienkontakts zwischen Distanzring 2 und Scheibe 19 unter Einfluss des Hochdruckes in der Arbeitskammer.
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Durch diese Aussparung wird die Steifigkeit des Distanzrings 2 verringert. Um dem entgegenzuwirken, wurde in diesem Bereich die Wandung ab der Stufe hin zur Scheibe 2 verstärkt, wie gerade beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2236809 A2 [0003, 0021]
