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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Kolbensteckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie Sätze von Kraftstoff-Kolbensteckpumpen nach dem nebengeordneten Patentanspruch.
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Vom Markt her bekannt sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, welche u.a. eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe aufweisen, mittels welcher eine jeweils benötigte Kraftstoffmenge in einen Kraftstoffspeicher bzw. Kraftstoffverteiler unter einem jeweils gewünschten Druck gefördert werden kann. Beispielsweise sind solche Kraftstoff-Hochdruckpumpen als Steckpumpen ausgeführt. Hierbei wird durch einen radial auf einer Nocken- oder Ausgleichswelle sitzenden Kolben eine Rotationsbewegung in eine Hubbewegung gewandelt. Durch den Hub des Kolbens kann der Kraftstoff in einem Arbeitsraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe komprimiert und auf eine Hochdruckseite der Kraftstoff-Hochdruckpumpe bzw. des Kraftstoffsystems gefördert werden. Dabei sitzt die Kraftstoff-Hochdruckpumpe vergleichsweise steif auf einer Anbaustruktur, beispielsweise einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Kolbensteckpumpe nach Anspruch 1, sowie durch Sätze von Kraftstoff-Kolbensteckpumpen nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein Gesamtgewicht einer Kraftstoff-Kolbensteckpumpe vermindert werden kann, wobei Abschnitte eines vergleichsweise dickwandigen Gehäuses der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe durch ein vergleichsweise dünnwandiges Blech-Tiefziehelement ersetzt sind. Ebenfalls können Kosten gesenkt werden, da ein Materialeinsatz und ein Zerspanungsaufwand für das Gehäuse der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe reduziert werden können. Ebenfalls können bei der Herstellung der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe Konzentrizitätsfehler zwischen einer Kolbenführung in dem Gehäuse und einem Aufnahmebereich einer Kolbendichtung in einem Koppelabschnitt (Dichtungsträger) der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ausgeglichen werden. Dabei kann eine mittels der Kolbendichtung auf einen Kolben der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe übertragene Querkraft reduziert werden. Dadurch kann ein Verschleiß zwischen dem Kolben und der Kolbenführung in dem Gehäuse reduziert werden. Ebenso kann ein Verschleiß der Kolbendichtung vermindert werden.
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Kolbensteckpumpe mit einem Gehäuse, mindestens einem in dem Gehäuse angeordneten axial bewegbaren Kolben, und einem Koppelabschnitt, der im Betrieb in eine Einbauöffnung einer Anbaustruktur einsteckbar ist und der eine Gehäusedichtung zur Abdichtung zwischen Koppelabschnitt und Anbaustruktur trägt. Die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ist beispielsweise ein Element eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die an sich vorbekannte Aufgabe der Gehäusedichtung ist es, eine Leckage von flüssigen Medien (beispielsweise Motorenöl) aus der Anbaustruktur in übrige Bereiche der Brennkraftmaschine zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Erfindungsgemäß ist der besagte Koppelabschnitt ein vom Gehäuse separates Element. Durch diese besondere Bauweise kann der Koppelabschnitt in verschiedenen Ausführungsformen und dennoch vergleichsweise einfach ausgeführt sein. Dabei können auch toleranzbedingte radiale Unsymmetrien in Bezug auf den Kolben minimiert werden.
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Die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ist besonders einfach herstellbar, wenn der Koppelabschnitt ein Blech-Tiefziehelement ist. Dadurch können das Gewicht der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe reduziert und Kosten gespart werden.
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In einer Ausgestaltung der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ist der Koppelabschnitt mit dem Gehäuse fluiddicht verschweißt oder verpresst. Dadurch kann eine besonders dauerhafte kraftstoffdichte Verbindung zwischen dem Koppelabschnitt und dem Gehäuse hergestellt werden. Vorzugsweise kann in einem ersten Herstellschritt die Verpressung und in einem anschließenden zweiten Herstellschritt die Verschweißung erfolgen.
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Insbesondere kann vorgesehen sei, dass der Koppelabschnitt einen Halteabschnitt zum Halten der Kolbendichtung aufweist. Die Kolbendichtung umschließt einen radial äußeren Abschnitt des Kolbens, so dass eine Leckage von Kraftstoff aus der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe in die Anbaustruktur bzw. umgekehrt eine Leckage von flüssigen Medien (beispielsweise Motorenöl) aus der Anbaustruktur in die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe verhindert oder zumindest minimiert werden kann. Mittels des in den Koppelabschnitt integrierten Halteabschnitts ist die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe besonders einfach und somit kostengünstig herstellbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ist der Koppelabschnitt zweiteilig ausgeführt, mit einem ersten Abschnitt, der die Gehäusedichtung trägt, und dem Halteabschnitt als zweitem Abschnitt. Dadurch kann der Koppelabschnitt besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei es möglich ist, jedes der beiden Teile mit vergleichsweise wenigen Durchmesserstufen auszuführen. Gegebenenfalls kann auch eine Gesamtlänge des Koppelabschnitts verkürzt werden.
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In einer nochmals weiteren Ausgestaltung der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe weist der Koppelabschnitt einen Führungsabschnitt zur Führung einer Kolbenfeder auf. Beispielsweise ist die Kolbenfeder eine auf Druck beanspruchte Schraubenfeder, welche im Betrieb der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe den Kolben axial gegen eine die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe antreibende Nocke der Brennkraftmaschine presst. Durch die Integration des Führungsabschnitts in dem Koppelabschnitt können Kosten gespart werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Koppelabschnitt über einen sich axial erstreckenden Kragen mit dem Gehäuse verbunden ist. Mittels des Kragens kann der Koppelabschnitt an dem Gehäuse – wie oben teilweise schon erläutert – zuerst verpresst und danach verschweißt werden. Dadurch wird eine besonders einfache und zugleich dauerhafte Verbindung ermöglicht.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Koppelabschnitt über einen sich radial erstreckenden Flansch mit dem Gehäuse verbunden ist. Weil – im Gegensatz zu dem oben beschriebenen sich axial erstreckenden Kragen – kein radialer Formschluss zwischen dem Koppelabschnitt und dem Gehäuse vorhanden ist, kann bei der Herstellung der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe der Koppelabschnitt, welcher zunächst mittels des Halteabschnitts und der Kolbendichtung radial an dem Kolben positioniert ist, optimal in Bezug auf das Gehäuse der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe radial positioniert werden. Dadurch können insbesondere die weiter oben beschriebenen Konzentrizitätsfehler minimiert werden.
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Die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe wird verbessert, wenn die Gehäusedichtung an einem Absatz des Koppelabschnitts anliegt und durch ein Abdeckelement am Koppelabschnitt axial gesichert ist. Dabei bildet der Absatz des Koppelabschnitts einen ersten Teil einer radial außen an dem Koppelabschnitt angeordneten Ringnut und das Abdeckelement einen zugehörigen zweiten Teil. Durch das Abdeckelement kann eine axiale Extrusion der Gehäusedichtung aus der Ringnut des Koppelabschnitts verhindert werden. Dadurch wird eine besonders sichere Montage bzw. Betrieb der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ermöglicht. Weiterhin ist es denkbar, die Ringnut vollständig an dem Koppelabschnitt auszuführen, wodurch auf das Abdeckelement gegebenenfalls verzichtet werden kann.
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Wenn die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe in mehreren Sätzen (Ausführungsformen, Bauarten) ausgeführt wird, so kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sich die Kraftstoff-Kolbensteckpumpen eines Satzes von den Kraftstoff-Kolbensteckpumpen eines anderen Satzes im Wesentlichen lediglich durch die Ausgestaltung des Koppelabschnitts unterscheiden. Dadurch werden zum einen besonders vielgestaltige Ausführungsformen der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe ermöglicht, wenn diese in der Serie in verschiedenen Bauarten hergestellt wird.
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Zum andern können diese Ausführungsformen besonders kostengünstig ausgeführt werden, weil jeweils nur der Koppelabschnitt unterschiedlich ist.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein vereinfachtes Schema einer Kraftstofffördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine;
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2 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Anbaustruktur und eines Abschnitts einer ersten Ausführungsform einer Kraftstoff-Kolbensteckpumpe;
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3 die Schnittansicht der 2 in einem anderen Maßstab und mit zusätzlichen Einzelheiten gezeichnet;
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4 eine Schnittansicht des Abschnitts der Anbaustruktur und eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe; und
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5 eine Schnittansicht des Abschnitts der Anbaustruktur und eines Abschnitts einer dritten Ausführungsform der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine Kraftstofffördereinrichtung 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, und über ein von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 ("Elektromagnet") betätigbares Mengensteuerventil 22 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe – nachfolgend als Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 bezeichnet – zugeführt. Stromabwärts ist die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 über eine Hochdruckleitung 26 an einen Hochdruckspeicher 28 ("Common Rail") angeschlossen.
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Weiterhin sind ein Kolben 23, ein Arbeitsraum 25 und ein Gehäuse 27 der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24, sowie eine an einem axialen Endabschnitt 29 des Kolbens 23 angreifende Nockenscheibe 31 in der 1 schematisch dargestellt. Sonstige Elemente, wie beispielsweise Ventile der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24, sind in der 1 nicht gezeichnet. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 20 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 angesteuert.
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Es versteht sich, dass das Mengensteuerventil 22 auch als Baueinheit mit der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 22 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 sein.
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Beim Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Dabei steuert das Mengensteuerventil 22 die dem Arbeitsraum 25 der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 zugeführte Kraftstoffmenge. Das Mengensteuerventil 22 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Der Kraftstoff ist beispielsweise Benzin oder Dieselkraftstoff.
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2 zeigt einen Abschnitt der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 in einer Schnittdarstellung. Dabei ist der dargestellte Abschnitt der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 im Wesentlichen rotationsymmetrisch um eine Längsachse 33 ausgeführt.
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Die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 umfasst das Gehäuse 27, welches vorliegend als massiver Gehäuseblock ausgebildet ist und eine Kolbenführung 36 aufweist, in welcher der Kolben 23 axial bewegbar angeordnet ist. Insbesondere umfasst die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 einen – vorliegend einteiligen – Koppelabschnitt 38 in einem mittleren Bereich von 2. Der Koppelabschnitt 38 ist vorliegend als Blech-Tiefziehelement ausgeführt.
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Die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 ist mit dem Koppelabschnitt 38 in einer Einbauöffnung 40 einer Anbaustruktur 32, beispielsweise einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, eingesteckt. Die Einbauöffnung 40 ist vorliegend im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und umfasst zwei Durchmesserstufen (ohne Bezugszeichen). An einem radial äußeren Absatz 41 des Koppelabschnitts 38 ist eine in Umfangsrichtung umlaufende Gehäusedichtung 42 angeordnet, welche vorliegend als O-Ring ausgeführt ist.
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Der Koppelabschnitt 38 ist ebenfalls im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt und weist in der dargestellten Schnittansicht näherungsweise eine T-Form auf. In einem in der Zeichnung unteren mittleren Bereich der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 weist der Koppelabschnitt 38 einen Halteabschnitt 44 auf, in welchem eine Kolbendichtung 46 angeordnet ist. Zum Gehäuse 27 hin ist die Kolbendichtung 46 durch eine vorliegend als Ringscheibe ausgeführte Verschlussscheibe 47 gehalten, welche radial innerhalb des Koppelabschnitts 38 angeordnet, beispielsweise mit diesem verclipst ist. Die Kolbendichtung 46 umschließt einen radial äußeren Abschnitt des Kolbens 23, welcher vorliegend in einem in der Zeichnung unteren Bereich mit einem verminderten Durchmesser ausgeführt ist. Der Endabschnitt 29 des Kolbens 23 kann auf der Nockenscheibe 31 aufsitzen (siehe die 1).
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In einem mittleren Bereich der 2 ist an dem Koppelabschnitt 38 und an der Gehäusedichtung 42 ein vorliegend als Ringscheibe ausgeführtes Abdeckelement 48 angeordnet. Dabei ergänzt das Abdeckelement 48 den Koppelabschnitt 38 zu einer radial umlaufenden Nut (Ringnut 49), so dass die Gehäusedichtung 42 formschlüssig darin angeordnet ist und deren Extrusion aus der Ringnut 49 somit verhindert wird.
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In einem Bereich des in der Figur unteren Endabschnitts 29 des Kolbens 23 ist ein Federteller 50 fest mit diesem verbunden. Axial zwischen einem in der Zeichnung oberen axialen Endabschnitt des Federtellers 50 und einer in der Zeichnung unteren Stirnfläche des scheibenförmigen Abdeckelements 48 ist eine als Schraubenfeder ausgeführte Kolbenfeder 52 angeordnet. Dabei umschließt ein axialer Abschnitt der Kolbenfeder 52 einen radial äußeren Bereich des Koppelabschnitts 38, wodurch an dem Koppelabschnitt 38 ein Führungsabschnitt 54 zur Führung der Kolbenfeder 52 gebildet ist.
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In der 2 weist der Koppelabschnitt 38 an seinem in der Figur oberen Ende einen sich axial erstreckenden und radial umlaufenden Kragen 58 auf. Mittels des sich axial erstreckenden Kragens 58 ist der Koppelabschnitt 38 mit dem Gehäuse 27 verbunden. Hierzu weist in der 2 der in der Zeichnung untere Endabschnitt des Gehäuses 27 eine Durchmesserstufe (ohne Bezugszeichen) auf, an welcher der sich axial erstreckende Kragen 58 des Koppelabschnitts 38 angeordnet ist. In einem in der Zeichnung oberen Bereich ist ein mit dem Gehäuse 27 gekoppelter Pumpenflansch 56 dargestellt, welcher bei der 3 noch näher erläutert werden wird.
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Die Verbindung des Kragens 58 mit dem Gehäuse 27 ist mittels Verpressen (axialer Kraftschluss bzw. radialer Formschluss) und Verschweißen ("Stoffschluss") hergestellt, wodurch sich eine fluiddichte Verbindung ergibt. Dies ist in der 2 durch einen Pfeil 59 gekennzeichnet.
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Im Betrieb der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 wird der Endabschnitt 29 des Kolbens 23 durch die sich drehende Nockenscheibe 31 (siehe 1) periodisch axial bewegt. Dadurch kann die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 in an sich bekannter Weise Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 28 fördern (siehe 1).
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3 zeigt die Ausführungsform der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 gemäß 2 in einem anderen Maßstab. Insbesondere ist nun ein radial äußerer Randabschnitt des zumindest teilweise rotationssymmetrisch ausgeführten Pumpenflansches 56 sichtbar, mit welchem der Pumpenflansch 56 auf der Anbaustruktur 32 aufliegt. Weiterhin sind Bohrungen 57 des Pumpenflansches 56 sichtbar, mittels welchen der Pumpenflansch 56 und somit die Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 an der Anbaustruktur 32 verschraubt werden kann.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 in einer zu der 2 vergleichbaren Schnittdarstellung. Vorliegend weist der Koppelabschnitt 38 in einem in der Zeichnung oberen Bereich einen sich radial erstreckenden Flansch 60 auf, mittels welchem er mit dem Gehäuse 27 verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Entsprechend ist ein in der Zeichnung unterer Endabschnitt des Gehäuses 27 im Wesentlichen plan ausgeführt. Anders als bei der Ausführungsform gemäß 2 ist in der 4 keine kraftschlüssige Pressverbindung zwischen dem Koppelabschnitt 38 und dem Gehäuse 27 vorhanden.
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Bei der Montage der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 erfolgt zunächst eine radiale Positionierung des Koppelabschnitts 38 in Bezug auf das Gehäuse 27 über das Ausrichten der Kolbendichtung 46 an dem Kolben 23. Nach erfolgter radialer Positionierung des Koppelabschnitts 38 an dem Gehäuse 27 wird bei der Ausführungsform gemäß 4 das Gehäuse 27 mit dem sich radial erstreckenden Flansch 60 – und dadurch mit dem Koppelabschnitt 38 – lediglich fluiddicht verschweißt.
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5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24. Vorliegend ist der Koppelabschnitt 38 zweiteilig ausgeführt, mit einem in der Zeichnung oberen ersten Abschnitt 38a und einem in der Zeichnung unteren zweiten Abschnitt 38b. Dabei ist der zweite Abschnitt 38b derart ausgeführt, dass er die Funktion des Abdeckelements 48 (siehe 2 bis 4) mit übernimmt. Die Gehäusedichtung 42 ist überwiegend an dem ersten Abschnitt 38a angeordnet. Der zweite Abschnitt 38b umfasst den Halteabschnitt 44 und den Führungsabschnitt 54.
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Die Anordnung der Gehäusedichtung 42 an dem ersten Abschnitt 38a und dem zweiten Abschnitt 38b entspricht im Wesentlichen den Ausführungsformen nach den 2 bis 4. Entsprechend ist die durch das Tiefziehen des ersten bzw. zweiten Abschnitts 38a bzw. 38b erfolgte Ausformung zu der Ringnut 49 vergleichbar. Ebenfalls ist der erste Abschnitt 38a an der Durchmesserstufe des Gehäuses 27 in einer zu der 2 vergleichbaren Weise verpresst und verschweißt.
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Weiterhin weist der erste Abschnitt 38a an seinem in der Zeichnung unteren Ende eine nach radial einwärts gerichtete Einbiegung (Pfeil 62) auf, welche den für die Kolbendichtung 46 zur Verfügung stehenden Raum axial in der Zeichnung nach oben begrenzt. Dadurch kann im Betrieb der Kraftstoff-Kolbensteckpumpe 24 ein axiales Verrutschen der Kolbendichtung 46 verhindert werden. Der erste Abschnitt 38a ist mit dem zweiten Abschnitt 38b vorliegend fluiddicht verpresst. Alternativ oder ergänzend ist eine Schweißverbindung zwischen dem ersten Abschnitt 38a und dem zweiten Abschnitt 38b des Koppelabschnitts 38 möglich.
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Man erkennt, dass der zweiteilige Koppelabschnitt 38 mittels der Abschnitte 38a und 38b jeweils weniger Durchmesserstufen aufweist, als die einteiligen Ausführungsformen nach den 2 bis 4. Dadurch können die jeweils vergleichsweise einfachen Abschnitte 38a und 38b als Blech-Tiefziehelemente besonders kostengünstig hergestellt werden. Gegebenenfalls ermöglichen es die derart ausgeführten Abschnitte 38a und 38b auch, eine axiale Gesamtlänge des Koppelabschnitts 38 im Vergleich zu den Ausführungsformen der 2 bis 4 zu vermindern.
