DE102011087701A1

DE102011087701A1 - Niederdruckeinheit für eine Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE102011087701A1
Application number: DE201110087701
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-06
Also published as: CN103975159A; CN103975159B; WO2013083517A1

Abstract

Eine Niederdruckeinheit für eine Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, weist ein Gehäuse (38) auf, in dem wenigstens einer Fördermengenzumesseinrichtung (40) und ein Überströmventil (70) aufgenommen sind. Im Gehäuse (38) sind ein Verbindungskanal (68) zwischen einem Zulauf (67) zur Niederdruckeinheit und der Fördermengenzumesseinrichtung (40), ein Verbindungskanal (69) zwischen dem Zulauf (67) und dem Überströmventil (70), ein Verbindungskanal (62) zwischen der Fördermengenzumesseinrichtung (40) und der Saugseite der Pumpe und ein Rücklaufkanal (71) zwischen dem Überströmventil (70) und einem Rücklauf ausgebildet. Die Fördermengenzumesseinrichtung (40) ist als ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil ausgebildet und die Magnetspule (42) sowie eine diese umgebende Magnethülse (44) des Elektromagneten des Steuerventils sind direkt von dem Material des Gehäuses (38) der Niederdruckeinheit umspritzt oder umgossen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Niederdruckeinheit für eine Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Niederdruckeinheit ist durch die DE 10 2007 057 503 A1 bekannt. Diese Niederdruckeinheit weist ein Gehäuse auf, in dem eine Fördermengenzumesseinrichtung aufgenommen ist, durch die die von der Pumpe angesaugte und geförderte Kraftstoffmenge variabel eingestellt werden kann. Im Gehäuse der Niederdruckeinheit ist außerdem ein Überströmventil angeordnet, durch das überschüssiger Kraftstoff in einen Rücklauf abgesteuert werden kann. Im Gehäuse der Niederdruckeinheit sind Verbindungskanäle ausgebildet zwischen einem in das Gehäuse mündenden Zulauf und der Zumesseinrichtung, dem Zulauf und dem Überströmventil, zwischen der Zumesseinrichtung und einem Ablauf zur Saugseite der Pumpe und zwischen dem Überströmventil und einem Rücklauf, der in das Gehäuse mündet. Die Fördermengenzumesseinrichtung und das Überströmventil weisen üblicherweise eigene Gehäuse auf, wodurch die Herstellung der Niederdruckeinheit aufwendig und teuer ist und die Niederdruckeinheit einen großen Bauraum erfordert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Niederdruckeinheit mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Zumesseinrichtung vollständig in das Gehäuse integriert ist und für diese keine zusätzlichen Gehäuseteile erforderlich sind. Hierdurch ist die Niederdruckeinheit einfach und kostengünstig mit kompakter Baugröße herstellbar.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Niederdruckeinheit angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 wird eine Führung des Ventilglieds der Zumesseinrichtung mit geringem Verschleiß ermöglicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 3 wird eine Führung des Ventilglieds des Überströmventils mit geringem Verschleiß ermöglicht. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 oder 7 ermöglicht auf einfache Weise eine Ableitung einer möglichen Leckage durch die Zumesseinrichtung, so dass diese nicht von der Pumpe angesaugt wird. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 9 wird eine Schmierung und/oder Kühlung des Antriebsbereichs der Pumpe erreicht.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Pumpe in vereinfachter Darstellung in einem Längsschnitt mit einer dieser zugeordneten Niederdruckeinheit und 2 die Niederdruckeinheit in vergrößerter Darstellung in einem Schnitt entlang Linie II-II in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist eine Pumpe dargestellt, die insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ist. Die Pumpe weist ein Gehäuse 10 auf, das mehrteilig ausgebildet sein kann und in dem eine rotierend angetriebene Antriebswelle 12 um eine Drehachse 13 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 12 weist wenigstens einen Nocken 14 auf. Die Pumpe weist wenigstens ein oder mehrere Pumpenelemente 16 mit jeweils einem Pumpenkolben 18 auf, der durch den Nocken 14 der Antriebswelle 12 zumindest mittelbar in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 kann sich beispielsweise über einen Rollenstößel 20 am Nocken 14 der Antriebswelle 12 abstützen, wobei im Rollenstößel 20 eine auf dem Nocken 14 abrollende Rolle 22 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 12 mit ihrer Lagerung und der Rollenstößel 20 bilden einen Antriebsbereich der Pumpe, der in einem Innenraum 24 des Gehäuses 10 angeordnet ist.
Der Pumpenkolben 18 ist in einer Zylinderbohrung 26 eines Gehäuseteils der Pumpe geführt und begrenzt in dieser einen Pumpenarbeitsraum 28, der über ein Einlassventil 30 mit einem Niederdruckzulauf zur Pumpe und über ein Auslassventil 32 mit einem Hochdruckablauf verbindbar ist, der beispielsweise zu einem Hochdruckspeicher 34 führt. Der Pumpe ist eine Niederdruckeinheit 36 zugeordnet, die ein separates Gehäuse 38 aufweist und die hydraulisch und mechanisch mit der Pumpe verbunden ist. Das Material, aus dem das Gehäuse 38 der Niederdruckeinheit 36 besteht kann beispielsweise Kunststoff sein, wobei das Gehäuse 38 durch Spritzgießen hergestellt ist. Alternativ kann das Material des Gehäuses 38 der Niederdruckeinheit 36 auch Aluminium oder eine Leichtmetalllegierung sein, wobei das Gehäuse 38 durch ein Gießverfahren hergestellt ist.
Die in 2 im Detail dargestellte Niederdruckeinheit 36 weist eine im Gehäuse 38 aufgenommene Fördermengenzumesseinrichtung 40 auf, mittels die der Saugseite, also dem wenigstens einen Einlassventil 30 der Pumpe, zugeführte Kraftstoffmenge variabel eingestellt werden kann. Die Zumesseinrichtung 40 ist als elektromagnetisch betätigtes Ventil ausgebildet und weist eine etwa hohlzylinderförmige Magnetspule 42, eine diese umgebende topfförmige Magnethülse 44 und einen das offene Ende der Magnethülse 44 abdeckenden scheibenförmigen Magnetkern 46 auf. Innerhalb der Magnetspule 42 ist ein beweglicher Anker 48 angeordnet, der abhängig von der Bestromung der Magnetspule 42 in Richtung der Längsachse 43 der Magnetspule 42 bewegbar ist. Der Anker 48 weist eine Stange 50 auf, auf der im Bereich der Magnetspule 42 ein zylindrischer Körper 52 aus magnetischem oder magnetisierbarem Werkstoff angeordnet ist. Die Stange 50 ist einerseits in einer Lagerbuchse 53 im Boden der Magnethülse 44 und andererseits in einer Lagerbuchse 54 im Magnetkern 46 verschiebbar gelagert. Die Stange 50 ragt durch die Lagerbuchse 54 hindurch aus dem Magnetkern 46 auf dessen der Magnetspule 42 abgewandter Seite heraus. Die Magnethülse 44 mit den in dieser angeordneten Teilen Magnetspule 42 und Anker 48 ist mit dem Material des Gehäuses 38 direkt umspritzt oder umgossen. Elektrische Anschlüsse 41 der Magnetspule 42 sind durch das Material des Gehäuses 38 nach außen geführt und können dort mit Steckkontakten verbunden sein, über die elektrische Leitungen angeschlossen werden können.
Die Stange 50 liegt mit ihrem auf dem Magnetkern 46 ragenden Ende an einem Ventilglied 56 der Zumesseinrichtung 40 an. Das Ventilglied 56 ist in einer im Gehäuse 38 angeordneten, vom Material des Gehäuses 38 umspritzten oder umgossenen Führungshülse 57 verschiebbar geführt. Das Ventilglied 56 ist topfförmig ausgebildet, wobei dessen offenes Ende der Stange 50 abgewandt ist und die Stange 50 am Boden des Ventilglieds 56 anliegt. Die Führungshülse 57 ist von einer umlaufenden Ringnut 58 umgeben und weist im Bereich der Ringnut 58 in ihrem Umfang wenigstens eine oder mehrere Öffnungen 59 auf. Das Ventilglied 56 weist in seinem Umfang wenigstens eine oder mehrere Steueröffnungen 60 auf, die mit den Öffnungen 59 der Führungshülse 57 zusammenwirken und einen Durchflussquerschnitt der Zumesseinheit 40 bestimmen. Die Ringnut 58 ist über einen im Gehäuse 38 ausgebildeten Ablaufkanal 62 mit dem wenigstens einen Einlassventil 30 der Pumpe und damit der Saugseite der Pumpe verbunden. Die Öffnungen 59 der Führungshülse 57 und die Steueröffnungen 60 des Ventilglieds 56 können beliebig geformt sein, um abhängig von der Hubstellung des Ventilglieds 56 einen Durchflussquerschnitt definierter Größe freizugeben. Die Führungshülse 57 besteht aus einem Material, das zumindest annähernd denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Ventilglied 56 aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei Temperaturänderungen das Spiel zwischen dem Ventilglied 56 und der Führungshülse 57 zumindest annähernd konstant bleibt. Das Ventilglied 56 und die Führungshülse 57 können beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium hergestellt sein.
Das Gehäuse 38 weist eine zur Führungshülse 57 zumindest annähernd koaxiale Öffnung 63 auf, die an der Außenseite des Gehäuses 38 auf der dem Anker 48 abgewandten Seite des Ventilglieds 56 mündet und die mittels eines Verschlusselements 64 verschlossen ist. Im Inneren des topfförmigen Ventilglieds 56 ist zwischen dessen Boden und einem in die Führungshülse 57 eingesetzten, beispielsweise in diese eingepressten Stützelement 65 eine Feder 66 eingespannt. Das Stützelement 65 ist ringförmig ausgebildet und weist eine zentrale Öffnung auf. Durch die Feder 66 wird das Ventilglied 56 in Anlage an der Stange 50 gehalten. Das Ventilglied 56, die Feder 66 und das Stützelement 65 werden durch die Öffnung 63 in das Gehäuse 38 eingesetzt und anschließend wird die Öffnung 63 mit dem Verschlusselement 64 verschlossen. Zwischen der Öffnung 63 im Gehäuse 38 und dem Verschlusselement 64 kann wenigstens ein Dichtelement eingespannt sein.
Im Gehäuse 38 verläuft ein Zulaufkanal 67, in den beispielsweise durch eine Förderpumpe Kraftstoff zugeführt wird. Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 67 gelangt über einen Verbindungskanal 68 durch die Öffnung im Stützelement 65 in das Innere des Ventilglieds 56 und aus diesem über den durch die Steueröffnungen 60 im Ventilglied 56 und die Öffnungen 59 in der Führungshülse 57 definierten Durchflussquerschnitt zur Saugseite der Pumpe. Vom Zulaufkanal 67 führt außerdem ein Verbindungskanal 69 zu einem im Gehäuse 38 angeordneten Überströmventil 70 ab. Durch das Überströmventil 70 wird überschüssiger Kraftstoff, der dem Zulaufkanal 68 zugeführt, jedoch nicht durch die Zumesseinrichtung 40 zur Saugseite der Pumpe durchgelassen wird, in einen Rücklaufkanal 71 abgesteuert. Das Überströmventil 70 ist als Druckventil ausgebildet und weist ein gegen die Kraft einer Schließfeder 72 in Öffnungsrichtung bewegliches Ventilglied 73 auf. Für das Ventilglied 73 des Überströmventils 70 ist im Gehäuse 38 eine vom Material des Gehäuses 38 umspritzte oder umgossene Führungshülse 74 vorgesehen. Die Führungshülse 74 besteht aus einem Material, das zumindest annähernd denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Ventilglied 73 aufweist. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei Temperaturänderungen das Spiel zwischen dem Ventilglied 73 und der Führungshülse 74 zumindest annähernd konstant bleibt. Das Ventilglied 73 und die Führungshülse 74 können beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium hergestellt sein.
Die Führungshülse 74 weist in ihrem Umfang wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Öffnungen 75 auf, die von einer Ringnut 76 umgeben sind, wobei die Ringnut 76 mit dem Rücklaufkanal 71 verbunden ist. Das Ventilglied 73 ist kolbenförmig ausgebildet und an dessen Ende ist eine Steuerkante 77 gebildet. Wenn das Ventilglied 73 die Öffnungen 75 der Führungshülse 74 vollständig überdeckt ist das Überströmventil 70 geschlossen und es strömt kein Kraftstoff vom Zulaufkanal 68 in den Rücklaufkanal 71 ab. Wenn der Druck im Zulaufkanal 68 und im Verbindungskanal 69 den Öffnungsdruck des Überströmventils 70 erreicht so wird das Ventilglied 73 in der Führungshülse 74 gegen die Kraft der Schließfeder 72 bewegt und gibt mit seiner Steuerkante 77 die Öffnungen 75 in der Führungshülse 74 frei, so dass Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 68 über den Verbindungskanal 69 und die Öffnungen 75 in den Rücklaufkanal 71 abströmen kann.
Das Gehäuse 38 weist eine zur Führungshülse 74 zumindest annähernd koaxiale Öffnung 78 auf, die an der Außenseite des Gehäuses 38 auf der dem Verbindungskanal 69 abgewandten Seite des Ventilglieds 73 mündet und die mittels eines Verschlusselements 79 verschlossen ist. Die Schließfeder 72 ist zwischen dem Verschlusselement 79 oder einem separaten Stützelement 80 und dem Ventilglied 73 angeordnet. Das Ventilglied 73, die Schließfeder 72 und gegebenenfalls das Stützelement 80 werden durch die Öffnung 78 in das Gehäuse 38 eingesetzt und anschließend wird die Öffnung 78 mit dem Verschlusselement 79 verschlossen. Zwischen der Öffnung 78 im Gehäuse 38 und dem Verschlusselement 79 kann wenigstens ein Dichtelement eingespannt sein.
Im Verbindungskanal 69 vom Zulaufkanal 67 zum Überströmventil 70 kann eine Drosselstelle 82 vorgesehen sein, die vorzugsweise durch ein vom Material des Gehäuses 38 umspritztes oder umgossenes Drosselelement gebildet ist, das eine Drosselöffnung mit definiertem Querschnitt aufweist. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass zwischen dem Ablaufkanal 62 und dem Rücklaufkanal 71 eine Bypassverbindung vorhanden ist, in der eine Drosselstelle 84 angeordnet ist. Die Drosselstelle 84 ist vorzugsweise durch ein vom Material des Gehäuses 38 umspritztes oder umgossenes Drosselelement gebildet, das eine Drosselöffnung mit definiertem Querschnitt aufweist. Das Ventilglied 56 der Zumesseinrichtung 40 mit seinen Steueröffnungen 60 bildet mit der Führungshülse 57 und deren Öffnungen 59 ein Schieberventil, bei dem auch in der geschlossenen Stellung des Ventilglieds 56, in der sich dessen Steueröffnungen 60 nicht mit den Öffnungen 59 der Führungshülse 57 überdecken, eine Leckage von Kraftstoff vom Zulaufkanal 68 zum Ablaufkanal 62 auftreten kann. Durch das Drosselelement 84 ist sichergestellt, dass diese Leckage in den Rücklaufkanal 71 abströmt und nicht über den Ablaufkanal 62 zur Saugseite der Pumpe gelangt.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Drosselelement 84 wie in 2 gestrichelt dargestellt zwischen einem Hohlraum 85 des Gehäuses 38, in den das Ventilglied 56 der Zumesseinrichtung 40 bei dessen Hubbewegung in Schließrichtung eintaucht, und dem Rücklaufkanal 71 angeordnet ist. In der Schließstellung des Ventilglieds 56 befinden sich dessen Steueröffnungen 60 nicht mehr in Überdeckung mit den Öffnungen 59 der Führungshülse 57 und ragen aus der Führungshülse 57 heraus in den Hohlraum 85. Somit ist in der Schließstellung des Ventilglieds 56 über dessen Steueröffnungen 60 eine Verbindung des Zulaufkanals 67 über das Drosselelement 84 mit dem Rücklaufkanal 71 vorhanden, so dass keine Leckage in den Ablaufkanal 62 vorhanden ist.
Vom Verbindungskanal 69 des Überströmventils 70 mit dem Zulaufkanal 67 kann stromabwärts des Drosselelements 82 ein Zweigkanal 86 abführen, der zum Innenraum 24 der Pumpe führt. Durch den über den Zweigkanal 86 in den Innenraum 24 geführten Kraftstoff wird eine Schmierung und Kühlung des Antriebsbereichs der Pumpe sichergestellt.
Am Gehäuse 38 können eine oder mehrere Befestigungslaschen 88 mit Öffnungen 89 angeformt sein, über die die Niederdruckeinheit 36 beispielsweise mittels Schrauben am Gehäuse 10 der Pumpe befestigt werden kann. Die Niederdruckeinheit 36 kann an verschiedenen Pumpentypen verwendet werden, wenn diese die erforderlichen standardisierten Anschlüsse für den Ablaufkanal 62 und den Zweigkanal 86 aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007057503 A1 [0002]

Claims

Niederdruckeinheit für eine Pumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit einem Gehäuse (38), in dem wenigstens einer Fördermengenzumesseinrichtung (40) und ein Überströmventil (70) aufgenommen sind, wobei im Gehäuse (38) ein Verbindungskanal (68) zwischen einem Zulauf (67) zur Niederdruckeinheit und der Fördermengenzumesseinrichtung (40), ein Verbindungskanal (69) zwischen dem Zulauf (67) und dem Überströmventil (70), ein Verbindungskanal (62) zwischen der Fördermengenzumesseinrichtung (40) und der Saugseite der Pumpe und ein Rücklaufkanal (71) zwischen dem Überströmventil (70) und einem von der Niederdruckeinheit abführenden Rücklauf ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermengenzumesseinrichtung (40) ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil ist und dass die Magnetspule (42) sowie eine diese umgebende Magnethülse (44) des Elektromagneten des Steuerventils direkt von dem Material des Gehäuses (38) der Niederdruckeinheit umspritzt oder umgossen sind.
Niederdruckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Fördermengenzumesseinrichtung (40) bildende Steuerventil ein bewegliches Ventilglied (56) aufweist und dass im Gehäuse (38) eine Führungshülse (57) für das Ventilglied (56) aufgenommen ist, die direkt vom Material des Gehäuses (38) umspritzt oder umgossen ist.
Niederdruckeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (70) ein bewegliches Ventilglied (73) aufweist und dass im Gehäuse (38) eine Führungshülse (74) für das Ventilglied (73) aufgenommen ist, die direkt vom Material des Gehäuses (38) umspritzt oder umgossen ist.
Niederdruckeinheit einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Führungshülse (57; 74) für das Ventilglied (56; 73) aus einem Material mit zumindest annähernd demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das jeweilige Ventilglied (56; 73) besteht, vorzugsweise aus demselben Material wie das jeweilige Ventilglied (56; 73).
Niederdruckeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) wenigstens eine Öffnung (63; 78) aufweist, durch die das Ventilglied (56) des die Fördermengenzumesseinrichtung (40) bildenden Steuerventils und/oder das Ventilglied (73) des Überströmventils (70) in das Gehäuse (38) einsetzbar ist.
Niederdruckeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Verbindungskanal (62) zwischen der Fördermengenzumesseinrichtung (40) und der Saugseite der Pumpe eine Bypassverbindung zu einem Rücklauf abführt und dass in der Bypassverbindung ein Drosselelement (84) angeordnet ist, das vom Material des Gehäuses (70) umspritzt oder umgossen ist.
Niederdruckeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schließstellung des Ventilglieds (56) des die Fördermengenzumesseinrichtung (40) bildenden Steuerventils durch das Ventilglied (56) eine Bypassverbindung des Verbindungskanals (68) zwischen der Fördermengenzumesseinrichtung (40) und dem Zulaufkanal (67) mit einem Rücklauf geöffnet wird und dass in der Bypassverbindung ein Drosselelement (84) angeordnet ist, das vom Material des Gehäuses (38) umspritzt oder umgossen ist.
Niederdruckeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungskanal (69) zwischen dem Zulauf (67) und dem Überströmventil (70) ein Drosselelement (82) angeordnet ist, das vom Material des Gehäuses (38) umspritzt oder umgossen ist.
Niederdruckeinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (38) ein Verbindungskanal (86) vom Verbindungskanal (69) zwischen dem Zulauf (67) und dem Überströmventil (70) zu einem Innenraum (24) der Pumpe abführt, in dem ein Antriebsbereich der Pumpe angeordnet ist.
Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit einer Niederdruckeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckeinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.