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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine derartige Hochdruckpumpe besitzt wenigstens ein Pumpenelement mit einem Pumpenarbeitsraum, dem im Saugbetrieb der Pumpe über ein Saugventil Kraftstoff zugeführt wird, der nachfolgend im Förderbetrieb der Pumpe auf Hochdruck verdichtet und über ein Hochdruckventil einem Hochdruckspeicher zugeführt wird.
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Stand der Technik
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Eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe mit einem Saugventil geht aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 627 A1 hervor. Das Saugventil umfasst eine Ventilplatte mit einer Axialbohrung, welche von einem axial beweglich geführten Ventilelement verschließbar und freigebbar ist. In der freigebenden Stellung des Ventilelementes wird eine ebenfalls in der Ventilplatte ausgebildete und als Kraftstoffzulauf dienende Radialbohrung mit einem Förderraum der Hochdruckpumpe verbunden. Um die Ermüdungsfestigkeit des Saugventils zu erhöhen und um die Druckverluste im Betrieb der Hochdruckpumpe gering zu halten, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, die Ventilplatte mit einer umlaufenden Ringnut zu versehen, die vorzugsweise auf Höhe der Radialbohrung angeordnet ist. Weiterhin vorzugsweise ist in die Ringnut ein Siebelement eingesetzt.
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Als nachteilig bei dem bekannten Konzept erweist sich die komplexe Bauform der Ventilplatte des Saugventils, welche zur Sicherstellung einer ausreichenden Festigkeit zudem aus einem hochwertigen Material zu fertigen ist. Dadurch steigen die Kosten zur Fertigung der Hochdruckpumpe.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die als Kraftstoffzulauf dienende Radialbohrung die Steifigkeit der Ventilplatte verringert. Hohe Kraftstoffdrücke können demnach zu Relativbewegungen der Ventilplatte gegenüber einer Dichtscheibe führen, über welche die Ventilplatte an einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe abgestützt ist. Dabei kann es zu Verschleißerscheinungen an der Dichtscheibe, dem sogenannten „Fretting“, kommen, so dass die Dichtigkeit nicht mehr gewährleistet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe anzugeben, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Ferner sollen die vorstehend genannten Nachteile im Betrieb der Hochdruckpumpe nicht oder zumindest in deutlich verringertem Maße auftreten.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem besitzt einen Pumpenarbeitsraum, der über ein in die Hochdruckpumpe integriertes Saugventil mit einem Kraftstoffzulauf verbindbar ist. Das Saugventil umfasst hierzu ein in einer Bohrung der Hochdruckpumpe aufgenommenes, hubbewegliches und mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied. Erfindungsgemäß ist in die Bohrung, in welcher das Ventilglied aufgenommen ist, eine Führungshülse zur Führung des Ventilgliedes eingesetzt. Die Führungshülse kann dabei unmittelbar oder mittelbar über einen Ventilträger in die Bohrung eingesetzt sein. Ferner erfindungsgemäß besitzt die Führungshülse in einer Führungsfläche wenigstens eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse A des Ventilgliedes verlaufende Zulaufnut. Über die wenigstens eine Zulaufnut in der Führungsfläche der Führungshülse erfolgt der Kraftstoffzulauf. Die Führungshülse erfüllt demnach mehrere Funktionen, nämlich die Führung des Ventilgliedes und die Versorgung mit Kraftstoff. Die Anordnung der wenigstens einen Zulaufnut in der Führungsfläche der Führungshülse ist in einfach herstellbar, so dass insgesamt die Fertigung der Hochdruckpumpe kostengünstiger wird. Zumindest kann eine Ventilplatte mit aufwendig gestalteter Radialbohrung als Kraftstoffzulauf vollständig entfallen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Zulaufnuten in der Führungsfläche der Führungshülse in gleichem Winkelabstand zueinander ausgebildet. Mit zunehmender Zahl an Zulaufnuten, kann die Nuttiefe und/oder Nutbreite der Zulaufnuten verringert werden, was sich günstig auf die Steifigkeit der Führungshülse auswirkt. Vorteilhafterweise besitzen alle Zulaufnuten die gleiche Form, Tiefe und/oder Breite, so dass die Führungshülse einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. Alternativ können aber auch unterschiedlich gestaltete Zulaufnuten vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Querschnitt der Zulaufnuten teilkreisförmig, rechteckig, keilförmig und/oder trapezförmig gewählt sein. Der gleiche Winkelabstand der Zulaufnuten zueinander bewirkt eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung des Ventilgliedes, da der Strömungsweg des Kraftstoffs am Ventilglied vorbei führt.
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Bevorzugt ist die Führungshülse in die Bohrung der Hochdruckpumpe oder den Ventilträger eingepresst. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Achsversatz zwischen der Führungshülse und dem Ventilsitz minimal ist. Die Führungshülse ist vorzugsweise ein Sinterteil oder ist nach einem Metallpulver-Sintergieß-Verfahren (MIM) hergestellt.
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Zur Abstützung der Führungshülse oder eines die Führungshülse aufnehmenden Ventilträgers in axialer Richtung ist die Bohrung der Hochdruckpumpe als Stufenbohrung ausgeführt.
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Der Ventilsitz kann in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe oder im Ventilträger ausgebildet sein und ist vorzugsweise konisch geformt. Sofern kein Ventilträger vorgesehen und die Führungshülse unmittelbar in die Bohrung der Hochdruckpumpe eingesetzt ist, erfolgt die Ausbildung des Ventilsitzes vorzugsweise in einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe, wobei es sich weiterhin vorzugsweise um dasselbe Gehäuseteil handelt, in welcher auch die Bohrung ausgebildet ist. Sofern die Führungshülse in einen Ventilträger eingesetzt ist, bildet bevorzugt der Ventilträger den Ventilsitz aus. Der Ventilträger ist hierzu von einer Bohrung durchsetzt, in welcher auch die Führungshülse aufgenommen ist. Vorzugsweise ist diese Bohrung als Stufenbohrung ausgeführt und die Führungshülse an einem radialen Absatz der Stufenbohrung abgestützt.
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Das Ventilglied besitzt vorzugsweise einen Ventilteller mit einer ventilsitzseitigen, konisch geformten Dichtfläche. Auf diese Weise ist ein optimales Zusammenwirken von Ventilsitz und Ventilglied gewährleistet.
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Die wenigstens eine Zulaufnut der Führungshülse mündet in Strömungsrichtung des Kraftstoffs in einen Ringraum, welcher von einer ringförmigen Dichtkontur des Ventilsitzes begrenzt wird. Der Ringraum kann Teil der Bohrung der Hochdruckpumpe sein, in welcher die Führungshülse unmittelbar eingesetzt ist, oder Teil der Bohrung des Ventilträgers. Radial innen wird der Ringraum von dem Ventilglied begrenzt. Über den Ringraum ist die wenigstens eine Zulaufnut mit dem Pumpenarbeitsraum verbindbar, wenn das Saugventil geöffnet ist.
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Sämtliche vorstehend genannten Maßnahmen tragen allein oder in einer Kombination zur Vereinfachung der Integration des Saugventils in die Hochdruckpumpe bei. Als besonders einfache und kostengünstige Lösung ist die unmittelbar in die Bohrung der Hochdruckpumpe eingesetzte, vorzugsweise eingepresste Führungshülse anzusehen. Dennoch werden die Vorteile der Erfindung auch durch die alternativ angegebene Lösung erzielt, bei welcher die Führungshülse mittelbar über einen Ventilträger in die Bohrung der Hochdruckpumpe eingesetzt ist. Denn auch hier vereinfacht die in den Ventilträger eingesetzte und wenigstens eine Zulaufnut aufweisende Führungshülse die Versorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff.
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Sofern die Führungshülse mittelbar über einen Ventilträger in die Bohrung der Hochdruckpumpe eingesetzt ist, ist dieser bevorzugt unmittelbar oder mittelbar über eine Dichtscheibe an einem radialen Absatz der Bohrung der Hochdruckpumpe abgestützt. Daraus folgt, dass die Bohrung vorzugsweise als Stufenbohrung ausgeführt ist. Der Ventilträger wird ferner bevorzugt mittels einer Verschlussschraube mit einer Dichtkraft in Richtung des radialen Absatzes beaufschlagt. Indem vorliegend der Kraftstoffzulauf über die wenigstens eine Zulaufbohrung der Führungshülse gewährleistet ist, so dass auf eine den Ventilträger durchdringende Radialbohrung verzichtet werden kann, wird ein Ventilträger geschaffen, der eine hohe Steifigkeit besitzt. Die Steifigkeit des Ventilträgers verringert die Gefahr, dass sich der Ventilträger und die Dichtscheibe bei hohen Kraftstoffdrücken im Dichtkraftübertragungsbereich relativ zueinander bewegen. Auf diese Weise wird dem so genannten Fretting entgegengewirkt.
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Um bei Einsatz einer Verschlussschraube zur Erzeugung einer Dichtkraft weiterhin den Zulauf von Kraftstoff sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass die Verschlussschraube im Bereich einer am Ventilträger anliegenden Stirnfläche wenigstens eine als Zulaufkanal dienende Nut besitzt. Diese ist dann bevorzugt über die Bohrung der Hochdruckpumpe mit der wenigstens einen Zulaufnut der Führungshülse hydraulisch verbunden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils,
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2 einen schematischen Querschnitt durch das Saugventil der Hochdruckpumpe der 1,
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3 die einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils und
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4 einen schematischen Querschnitt durch das Saugventil der Hochdruckpumpe der 3.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckpumpe besitzt einen Pumpenarbeitsraum 1, welcher über ein Saugventil 2 mit einem Kraftstoffzulauf 3 verbindbar ist. Der Pumpenarbeitsraum 1 erweitert sich in eine Bohrung 4, in welcher das Saugventil 2 aufgenommen ist. Dabei wird ein radialer Absatz 17 ausgebildet, an welchem das Saugventil 2 mittelbar über eine Dichtscheibe 16 abgestützt ist. Der Pumpenarbeitsraum 1, der Kraftstoffzulauf 3 und die Bohrung 4 sind in einem Gehäuseteil 11 der Hochdruckpumpe ausgebildet, welches auch Zylinderkopf genannt wird.
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Das Saugventil 2 umfasst einen Ventilträger 8, in dem zur Aufnahme eines hubbeweglichen Ventilgliedes 6 eine Stufenbohrung ausgebildet ist, wobei der Querschnitt der Stufenbohrung an seinem dem Pumpenarbeitsraum 1 abgewandten Ende zur Aufnahme einer Führungshülse 7 größer ausgebildet ist. Die Führungshülse 7 dient der Führung des hubbeweglichen Ventilgliedes 6. An seinem dem Pumpenarbeitsraum 1 zugewandten Ende bildet der Ventilträger 8 einen konisch geformten Ventilsitz 5 aus, dessen ringförmige Dichtkontur 15 die Stufenbohrung des Ventilträgers 8 sowie einen Ringraum 14 innerhalb der Stufenbohrung begrenzt. Das mit dem Ventilsitz 5 zusammenwirkende hubbewegliche Ventilglied 6 weist an seinem ventilsitzseitigen Ende einen Ventilteller 12 mit einer konisch geformten Dichtfläche 13 auf, welche in Schließstellung des Saugventils 2 den Ringraum 14 bzw. die Stufenbohrung des Ventilträgers 8 verschließt. In der Führungshülse 7 sind in einer Führungsfläche 9 drei in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete, axial verlaufende Zulaufnuten 10 ausgebildet (siehe 2), welche in den Ringsraum 14 münden. Über die Bohrung 4 im Gehäuseteil 11 der Hochdruckpumpe sowie Nuten 22 in einer Stirnfläche einer Verschlussschraube 18, welche den Ventilträger 8 mit einer Axialkraft in Richtung der Dichtscheibe 16 beaufschlagt, sind die Zulaufnuten 10 der Führungshülse 7 mit dem Kraftstoffzulauf 3 der Hochdruckpumpe verbunden. Die einfach ausgebildeten Nuten 10 und 22 gewährleisten somit während der Saugphase die Versorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff und ersetzen aufwendig gestaltete Zulaufbohrungen, wie sie bekannte Hochdruckpumpen aufweisen.
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Zum Öffnen des Saugventils 2 bewegt sich das Ventilglied 6 entgegen der Federkraft einer Feder 19, welche über einen Federhalter 20 am Ventilglied 6 abgestützt ist, in Richtung des Pumpenarbeitsraums 1, wobei der Ventilteller 12 vom Ventilsitz 5 abhebt. Der Pumpenarbeitsraum 1 ist mit dem Kraftstoffzulauf 3 verbunden. Endet die Saugphase stellt die Federkraft der Feder 19 das Ventilglied in seine Ausgangslage zurück. Das Saugventil schließt und der im Pumpenarbeitsraum 1 vorhandene Kraftstoff kann auf Hochdruck gefördert werden.
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Die in der 3 dargestellte weitere erfindungsgemäße Hochdruckpumpe unterscheidet sich von der der 1 im Wesentlichen dadurch, dass auf die Anordnung eines Ventilträgers 8 verzichtet wurde. Die Führungshülse 7 ist hier unmittelbar in die Bohrung 4 des Gehäuseteils 11 der Hochdruckpumpe eingesetzt bzw. eingepresst. Die Bohrung 4 weist wiederum einen radialen Absatz 17 auf, an welcher nunmehr die Führungshülse 7 abgestützt ist. Aufgrund des Wegfalls des Ventilträgers 8 werden der Ventilsitz 5 und der Ringraum 14 von dem Gehäuseteil 11 der Hochdruckpumpe ausgebildet. Durch Einpressen der Führungshülse 7 in die Bohrung 4, ist ferner die Anordnung einer Dichtscheibe 16 entbehrlich. Des Weiteren wird die Verschlussschraube 18 durch einen einfachen Verschlussdeckel 21 ersetzt. Der Aufbau der Hochdruckpumpe wird demnach weiter vereinfacht. Der Verschlussdeckel 21 ist vorliegend derart gestaltet, dass der Kraftstoffzulauf 3 und die in der Führungshülse 7 ausgebildeten Zulaufnuten 10 über einen im Verschlussdeckel 21 ausgebildeten Hohlraum verbunden werden. Es bedarf demnach keiner Nuten 22.
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Wie der 4 zu entnehmen ist, weist die Führungshülse 7 der Hochdruckpumpe gemäß der 3 ebenfalls drei in gleichem Winkelabstand α zueinander angeordnete Zulaufnuten 10 auf. Der Winkelabstand α beträgt demnach 120°. Es können jedoch auch mehr oder weniger als drei Zulaufnuten 10 in der Führungsfläche 9 der Führungshülse 7 ausgebildet werden. Ferner ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Zulaufnuten 10 einen teilkreisförmigen Querschnitt besitzen, wie beispielhaft in den 2 und 4 dargestellt. In den dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die Zulaufnuten 10 zudem schnaubenartige Erweiterungen an dem ventilsitzabgewandten Ende der Führungshülse 7 auf. Auch diese Ausgestaltung der Zulaufnuten 10 ist optional.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042627 A1 [0003]
