DE102012201240B4 - Seal for fuel pump - Google Patents

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Abstract

Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung, mit einem Kolben (2), der auf einer ersten Seite einen Kraftstoffbereich (3) und auf einer zweiten Seite einen Ölbereich (4) aufweist, wobei der Kraftstoffbereich (3) von dem Ölbereich (4) mittels einer Dichtung (5) getrennt ist und die Dichtung (5) in axialer Richtung eine Vielzahl von Dichtlippen (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Dichtlippen (7) mindestens eine axiale Unterbrechung (8) aufweist.

Figure DE102012201240B4_0000
Fuel pump, in particular a high-pressure fuel pump for internal combustion engines with direct fuel injection, having a piston (2) which has a fuel area (3) on a first side and an oil area (4) on a second side, the fuel area (3) being separated from the oil area (4 ) is separated by a seal (5) and the seal (5) has a plurality of sealing lips (7) in the axial direction, characterized in that at least one of the sealing lips (7) has at least one axial interruption (8).
Figure DE102012201240B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen mit Brennstoffdirekteinspritzung, mit einem Kolben, der auf einer ersten Seite einen Kraftstoffbereich und auf einer zweiten Seite einen Ölbereich aufweist, wobei der Kraftstoffbereich von dem Ölbereich mittels einer Dichtung getrennt ist und die Dichtungen in axialer Richtungen eine Vielzahl von Dichtlippen aufweist.The invention relates to a fuel pump, in particular a high-pressure fuel pump for internal combustion engines with direct fuel injection, having a piston which has a fuel area on a first side and an oil area on a second side, the fuel area being separated from the oil area by means of a seal and the seals in the axial direction Directions has a plurality of sealing lips.

Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffpumpen und Kraftstoffhochdruckpumpen bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2004 063 075 A1 sowie die DE 10 322 603 A1 eine Kolbenpumpe zur Verwendung als Hochdruckkolbenpumpe für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung, bei denen der den Kraftstoff fördernde Kolben mittels Kolbendichtung abgedichtet wird.Fuel pumps and high-pressure fuel pumps are known from the prior art. For example, the DE 10 2004 063 075 A1 as well as the DE 10 322 603 A1 a piston pump for use as a high-pressure piston pump for internal combustion engines with direct injection, in which the fuel-delivering piston is sealed by means of a piston seal.

Die DE 196 27 757 A1 offenbart eine Lösung für eine Kolbenpumpe zum Fördern von Kraftstoff, die das Eindringen von Kraftstoff im Bereich der Wellenlagerung verhindern soll.The DE 196 27 757 A1 discloses a solution for a piston pump for pumping fuel, which is intended to prevent the ingress of fuel in the area of the shaft bearing.

Bei Kraftstoffpumpen, insbesondere bei Kraftstoffhockdruckpumpen für Verbrennungskraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, werden üblicherweise Verdrängerpumpen eingesetzt, bei denen der Kraftstoff mittels einer Kolbenbewegung gefördert wird. Die Trennung des Kraftstoffbereichs von dem Ölbereich des Verbrennungsmotors wird durch eine Kolbendichtung erzielt, die zur Erhöhung der Dichtleistung eine Vielzahl von Dichtlippen aufweisen kann. Aufgrund der unterschiedlichen Drücke im Kraftstoffbereich (üblicherweise etwa 5 - 7 bar absolut) und dem Ölbereich des Verbrennungsmotors, der näherungsweise drucklos ist, kommt es über die Kolbendichtung zu einem nicht beabsichtigten Austausch der Medien, d.h. ein Eindringen des Kraftstoffs in den Ölbereich sowie ein Eindringen von Motoröl in den Kraftstoffbereich und somit in den Kraftstoff selbst. Hierbei kann insbesondere die Vermischung von Öl mit dem Kraftstoff im Kraftstoffbereich nachteilig sein, da es im Kraftstoffsystem zu unerwünschten chemischen Reaktionen führen kann.In the case of fuel pumps, in particular high-pressure fuel pumps for internal combustion engines for motor vehicles, displacement pumps are usually used in which the fuel is conveyed by means of a piston movement. The separation of the fuel area from the oil area of the internal combustion engine is achieved by a piston seal, which can have a multiplicity of sealing lips to increase the sealing performance. Due to the different pressures in the fuel area (usually about 5 - 7 bar absolute) and the oil area of the internal combustion engine, which is approximately pressureless, an unintentional exchange of media occurs via the piston seal, i.e. the fuel penetrates into the oil area as well as penetration of engine oil in the fuel area and thus in the fuel itself. Here, the mixing of oil with the fuel in the fuel area can be particularly disadvantageous, since it can lead to undesired chemical reactions in the fuel system.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffpumpe bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Dichtwirkung dahingehend verbessert ist, dass der Eintritt von Öl in den kraftstoffführenden Bereich minimiert wird.Against this background, the object of the invention is to provide a fuel pump which is improved with regard to its sealing effect in such a way that the ingress of oil into the fuel-carrying area is minimized.

Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffpumpe gemäß Anspruch 1 gelöst, die einen Kolben aufweist, der auf einer ersten Seite einen Kraftstoffbereich und auf einer zweiten Seite einen Ölbereich aufweist bzw. mit diesen in Kontakt steht, wobei der Kraftstoffbereich von dem Ölbereich mittels einer Dichtung getrennt ist und die Dichtung in axialer Richtung eine Vielzahl von Dichtlippen aufweist, wobei mindestens eine der Dichtlippen mindestens eine axiale Unterbrechung aufweist.This object is achieved with a fuel pump according to claim 1, which has a piston which has or is in contact with a fuel area on a first side and an oil area on a second side, the fuel area being separated from the oil area by means of a seal and the seal has a plurality of sealing lips in the axial direction, at least one of the sealing lips having at least one axial interruption.

Durch die Hubbewegung des Kolbens kann ein Austausch der gegenüberliegenden Medien (Öl, Kraftstoff) der Kraftstoffpumpe bzw. der Dichtung nicht vollständig ausgeschlossen werden. Erfindungsgemäß wird die Dichtung dahingehend verbessert, dass ein Leckagepfad in Richtung des Ölbereichs vorgesehen wird, der das sich innerhalb der Dichtung angesammelte Öl in den Ölbereich zurückführt. Die derart ausgebildete Dichtung sieht somit eine vorbestimmte Leckage von dem Kraftstoffbereich zu dem Ölbereich vor, die durch die mindestens eine Unterbrechung mindestens einer Dichtlippe bereitgestellt wird. In einer bevorzugten Ausführung weisen eine Vielzahl der Dichtlippen jeweils mindestens eine Unterbrechung auf, sodass der Leckagefluss in Richtung des ÖIbereichs und eine damit einhergehende Spülwirkung der Dichtung, bei der das angesammelte Öl mit beseitigt wird, erzielt wird.Due to the stroke movement of the piston, an exchange of the opposite media (oil, fuel) of the fuel pump or the seal cannot be completely ruled out. According to the invention, the seal is improved in that a leakage path is provided in the direction of the oil area, which returns the oil collected inside the seal to the oil area. The seal designed in this way thus provides a predetermined leakage from the fuel area to the oil area, which is provided by the at least one interruption of at least one sealing lip. In a preferred embodiment, a large number of the sealing lips each have at least one interruption, so that the leakage flow in the direction of the oil area and an associated flushing effect of the seal, in which the accumulated oil is also removed, is achieved.

In einer vorteilhaften Ausführung ist zumindest die sich dem Kraftstoffbereich unmittelbar anschließende Dichtlippe ohne Unterbrechung ausgebildet, sodass Öl aus dem Ölbereich, das sich bereits durch mehrere Dichtlippen der Dichtung in Richtung des Kraftstoffbereichs voranbewegt hat, weitgehend am Eindringen in den Kraftstoffbereich gehindert wird. Durch das Vorsehen von Unterbrechungen in den übrigen Dichtlippen oder zumindest einigen der übrigen Dichtlippen, die nicht unmittelbar in den Kraftstoffbereich anschließen, wird die Leckage in Richtung des Ölbereichs gefördert. Die Ausführung ist jedoch nicht auf eine Dichtlippe ohne Unterbrechung begrenzt, vielmehr können auch mehrere sich vorzugsweise an den Kraftstoffbereich anschließende Dichtlippen ohne Unterbrechung ausgebildet sein, wobei die Anzahl der Dichtlippen ohne Unterbrechung in Abhängigkeit von dem tolerierten Leckagefluss steht.In an advantageous embodiment, at least the sealing lip directly adjoining the fuel area is designed without interruption, so that oil from the oil area, which has already moved through several sealing lips of the seal in the direction of the fuel area, is largely prevented from penetrating the fuel area. By providing interruptions in the remaining sealing lips or at least some of the remaining sealing lips that do not directly adjoin the fuel area, leakage in the direction of the oil area is promoted. However, the design is not limited to one sealing lip without a break, rather several sealing lips preferably adjoining the fuel area can be formed without a break, the number of sealing lips without a break depending on the tolerated leakage flow.

In einer ebenfalls günstigen Ausführung nimmt die Anzahl der Unterbrechungen je Dichtlippe in Richtung des Ölbereichs zu, sodass die Spülwirkung nahe des Ölbereichs besonders stark in Richtung des Ölbereichs ausgebildet ist.In a likewise favorable embodiment, the number of interruptions per sealing lip increases in the direction of the oil area, so that the rinsing effect near the oil area is particularly strong in the direction of the oil area.

In einer bevorzugten Ausführung sind die axialen Unterbrechungen der einzelnen Dichtlippen zueinander versetzt angeordnet. Hierbei ist günstig, dass der durch die Dichtung in axialer Richtung von Dichtlippe zu Dichtlippe laufende Leckagepfad nicht geradlinig ist, sondern auf der jeweiligen Dichtlippe auch jeweils in Umfangsrichtung läuft und somit die sich dort angesammelten Ölleckagen mit aufnimmt und in den Ölbereich zurückführt. Der Versatz der axialen Unterbrechungen ist im Bereich 0 - 180 Grad ausführbar.In a preferred embodiment, the axial interruptions of the individual sealing lips are offset from one another. It is favorable here that the leakage path running through the seal in the axial direction from sealing lip to sealing lip is not straight, but also runs in the circumferential direction on the respective sealing lip and thus absorbs the oil leakages that have accumulated there and leads them back into the oil area. The offset of axial interruptions can be carried out in the range of 0 - 180 degrees.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung mit bevorzugtem Verhältnis zwischen Abdichtungen und Leckage ist pro Dichtlippe jeweils nur eine einzige Unterbrechung vorgesehen, die zu der in axialer Richtung nachfolgenden Unterbrechung der axial nachfolgenden Dichtlippe versetzt angeordnet ist, vorzugsweise um im Wesentlichen 180 Grad. Auch bei dieser Ausführung ist die dem Kraftstoffbereich nächstliegende Dichtlippe vorzugsweise ohne Unterbrechung ausgebildet.In an advantageous embodiment of the invention with a preferred relationship between seals and leakage, only a single interruption is provided per sealing lip, which is offset from the following interruption in the axial direction of the axially following sealing lip, preferably by essentially 180 degrees. In this embodiment, too, the sealing lip closest to the fuel area is preferably designed without a break.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die jeweiligen Unterbrechungen als Einschnitt oder Aussparung gebildet, wobei Einschnitte beispielsweise mittels Laserschneiden oder mechanischen Klingen, Aussparungen im Spritzvorgang der Dichtung bereits in der Form vorgesehen werden können. In a further advantageous embodiment of the invention, the respective interruptions are formed as incisions or recesses, with incisions, for example by means of laser cutting or mechanical blades, recesses being able to be provided in the mold during the injection molding process of the seal.

Die oben genannten Merkmale können alternativ oder kumulativ in beliebigen Variationen zu weiteren Ausführungen verwendet werden, soweit dies technisch möglich ist. Weitere Vorteile werden nachstehend in der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung der Kraftstoffpumpe; und
  • 2 eine schematisch Darstellung der Dichtung im größeren Detail.
The features mentioned above can be used alternatively or cumulatively in any variations to further versions, as far as this is technically possible. Further advantages are presented in more detail below in the description of a preferred exemplary embodiment. Show it:
  • 1 a schematic representation of the fuel pump; and
  • 2 a schematic representation of the seal in greater detail.

Die Darstellung in den beigefügten Figuren erfolgt beispielhaft schematisch. In den Figuren sind jeweils gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ferner sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.The representation in the accompanying figures is a schematic example. In the figures, the same components are provided with the same reference numbers. Furthermore, only the elements essential for understanding the invention are shown.

In 1 ist die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe 1, insbesondere ausgebildet als Kraftstoffdruckhochpumpe für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung, schematisch dargestellt, bei der in einem Gehäuse angeordneter Kolben 2 durch Vertikalbewegung den Kraftstofffluss bewirkt. Der Kolben 2 ist in den oberen Bereichen (Bezugszeichenbereiche 10, 2, und 3) kraftstoffumspült und fördert diesen über den Förderraum 10 in Richtung der Einspritzdüsen. Die dargestellte Kraftstoffpumpe 1 wird auf einem nicht dargestellten Zylinderkopf befestigt, wobei der Kolben 2 über die nicht dargestellte Nockenwelle antreibbar ist. In dem Ölbereich 4 der Kraftstoffpumpe 1 ist der Kolben 2 dem Motoröl bzw. einem Ölnebel ausgesetzt. Der Kraftstoffbereich 3 ist von dem Ölbereich 4 mittels einer den Kolben 2 umgreifenden Dichtung 5 getrennt, um ein Eindringen des Öls in den Kraftstoff und Kraftstoff in Öl zu verhindern.In 1 The fuel pump 1 according to the invention, in particular designed as a high-pressure fuel pump for internal combustion engines with direct fuel injection, is shown schematically, in which the piston 2 arranged in a housing causes the fuel flow by vertical movement. The piston 2 is surrounded by fuel in the upper areas (reference numeral areas 10, 2, and 3) and promotes this via the delivery chamber 10 in the direction of the injection nozzles. The fuel pump 1 shown is mounted on a cylinder head, not shown, with the piston 2 being drivable via the camshaft, not shown. In the oil area 4 of the fuel pump 1, the piston 2 is exposed to the engine oil or an oil mist. The fuel area 3 is separated from the oil area 4 by means of a seal 5 surrounding the piston 2 in order to prevent the oil from penetrating into the fuel and the fuel into the oil.

In 2 ist die in 1 schematisch dargestellte Dichtung 5 in größerem Detail als eine mögliche Ausführung wiedergegeben, wobei die Dichtung 5 im Schnitt dargestellt ist. Die Dichtung 5 weist eine Vielzahl von Dichtlippen 7 auf, die in axialer Richtung übereinander angeordnete Dichtkammern 6 bilden. Die Dichtlippen 7 sind in Richtung des Kolbens spitz zulaufend ausgebildet, wobei die dem Kraftstoffbereich 3 zugewandte, in der Zeichnung oberste Dichtlippe 7 ohne Unterbrechung und die in Richtung des Ölbereichs 4 nachfolgenden Dichtlippen 7 jeweils mit Unterbrechungen 8 ausgeführt sind. Die Unterbrechungen 8 in den Dichtlippen 7 sind in den gezeichneten Ausführungen eingeschnitten, um einen vorbestimmten Leckagefluss über den eingezeichneten Leckagepfad 9 in Richtung des Ölbereichs 4 zu gewährleisten. Pro Dichtlippe 7 ist in der gezeigten Ausführung je nur eine Unterbrechung 8 vorgesehen, die gegenüber der jeweils nachfolgenden Unterbrechung 8 um 180 Grad versetzt angeordnet ist. Der Leckagepfad 9 verläuft somit sowohl in axialer Richtung als auch innerhalb der Dichtkammern 6 jeweils in Umfangsrichtung und nimmt das in Richtung des Kraftstoffbereichs 3 durch die Dichtlippen 7 vorgedrungene Öl mit zurück in den Ölbereich 4. Durch die um 180 Grad versetzte Anordnung sind der Leckagepfad 9 und damit die Spülwirkung maximiert.In 2 is the in 1 schematically represented seal 5 in greater detail as a possible embodiment, wherein the seal 5 is shown in section. The seal 5 has a multiplicity of sealing lips 7 which form sealing chambers 6 arranged one above the other in the axial direction. The sealing lips 7 taper in the direction of the piston, the uppermost sealing lip 7 facing the fuel area 3 being executed without interruption and the following sealing lips 7 in the direction of the oil area 4 each having interruptions 8 . The interruptions 8 in the sealing lips 7 are cut in the illustrated designs in order to ensure a predetermined leakage flow via the illustrated leakage path 9 in the direction of the oil region 4 . In the embodiment shown, only one interruption 8 is provided for each sealing lip 7, which is arranged offset by 180 degrees with respect to the respective subsequent interruption 8. The leakage path 9 thus runs both in the axial direction and within the sealing chambers 6 in the circumferential direction and takes the oil that has penetrated in the direction of the fuel area 3 through the sealing lips 7 back into the oil area 4. Due to the arrangement offset by 180 degrees, the leakage path 9 and thus maximizes the rinsing effect.

Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtung wird die Ölkonzentration in den Dichtkammern 6 in Richtung des Kraftstoffbereichs 3 stets verringert. Die durch die Unterbrechungen 8 in Kauf genommene höhere Leckagerate erzeugt einen vorteilhaften Spüleffekt in Richtung des Ölbereichs 4, der die Leckagemenge an Öl in Richtung des Kraftstoffbereichs 3 bei Weitem übertrifft. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung wird die ölabstreifende Wirkung der Dichtlippen aufrecht erhalten und ein Einbringen von Öl in den Kraftstoffbereich 3 reduziert.Due to the advantageous configuration of the seal according to the invention, the oil concentration in the sealing chambers 6 in the direction of the fuel area 3 is always reduced. The higher leakage rate accepted by the interruptions 8 produces an advantageous scavenging effect in the direction of the oil area 4, which far exceeds the amount of oil leakage in the direction of the fuel area 3. With the embodiment according to the invention, the oil-wiping effect of the sealing lips is maintained and the introduction of oil into the fuel area 3 is reduced.

Claims (10)

Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung, mit einem Kolben (2), der auf einer ersten Seite einen Kraftstoffbereich (3) und auf einer zweiten Seite einen Ölbereich (4) aufweist, wobei der Kraftstoffbereich (3) von dem Ölbereich (4) mittels einer Dichtung (5) getrennt ist und die Dichtung (5) in axialer Richtung eine Vielzahl von Dichtlippen (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Dichtlippen (7) mindestens eine axiale Unterbrechung (8) aufweist.Fuel pump, in particular a high-pressure fuel pump for internal combustion engines with direct fuel injection, having a piston (2) which has a fuel area (3) on a first side and an oil area (4) on a second side, the fuel area (3) being separated from the oil area (4 ) is separated by a seal (5) and the seal (5) has a plurality of sealing lips (7) in the axial direction, characterized in that at least one of the sealing lips (7) has at least one axial interruption (8). Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die sich dem Kraftstoffbereich (3) anschließende Dichtlippe (7) ohne Unterbrechung (8) ausgebildet ist.fuel pump after claim 1 , characterized in that at least the sealing lip (7) adjoining the fuel area (3) is designed without a break (8). Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Unterbrechungen (8) je Dichtlippe (7) in Richtung des Ölbereichs (4) zunimmt.fuel pump after claim 1 or 2 , characterized in that the number of interruptions (8) per sealing lip (7) increases in the direction of the oil area (4). Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Unterbrechung (8) ausgebildeten Dichtlippen (7) jeweils eine einzige Unterbrechung (8) aufweisen, die zu der in axialer Richtung nachfolgenden Unterbrechung (8) der axial nachfolgenden Dichtlippe (7) versetzt angeordnet ist.Fuel pump according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the sealing lips (7) formed with an interruption (8) each have a single interruption (8) which is arranged offset to the interruption (8) of the axially following sealing lip (7) following in the axial direction. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Dichtlippen (7) jeweils mindestens eine axiale Unterbrechung (8) aufweisen.fuel pump after claim 1 or 3 , characterized in that all sealing lips (7) each have at least one axial interruption (8). Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Unterbrechungen (8) der einzelnen Dichtlippen (7) zueinander versetzt angeordnet sind.Fuel pump according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the axial interruptions (8) of the individual sealing lips (7) are arranged offset to one another. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Unterbrechungen (8) der einzelnen Dichtlippen (7) zueinander jeweils um 0 bis 180 GRAD versetzt angeordnet sind.Fuel pump according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the axial interruptions (8) of the individual sealing lips (7) are offset from one another by 0 to 180 degrees. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Unterbrechung (8) als Einschnitt oder Aussparung ausgebildet ist.Fuel pump according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the at least one interruption (8) is designed as an incision or recess. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils angrenzenden Dichtlippen (7) Dichtkammern (6) gebildet sind.Fuel pump according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that sealing chambers (6) are formed between respectively adjoining sealing lips (7). Verbrennungsmotor umfassend einen Zylinderkopf mit daran direkt oder indirekt oder an anderer Stelle des Motors angeordneter Kraftstoffpumpe nach zumindest einem der vorigen Ansprüche.Internal combustion engine comprising a cylinder head with a fuel pump according to at least one of the preceding claims arranged thereon directly or indirectly or at another point of the engine.
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