DE102013216978A1

DE102013216978A1 - Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem sowie Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102013216978A1
Application number: DE201310216978
Authority: DE
Inventors: Markus Majer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2015028195A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein Gehäuseteil (1) mit einer Zylinderbohrung (2), die in einen Elementraum (3) mündet, ferner umfassend einen in der Zylinderbohrung (2) axialbeweglich aufgenommenen Pumpenkolben (4), der zur Förderung einer im Elementraum (3) vorhandenen Kraftstoffmenge auf Hochdruck über einen Nocken- oder Exzentertrieb in einer Hubbewegung antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Abschnitt des Elementraums (3) als ein den Pumpenkolben (4) endseitig umgebender Ringraum (5) ausbildet, von dem ein Hochdruckabgang (6) abzweigt und der eine Längsachse (A2) besitzt, die zu einer Längsachse (A1) der Zylinderbohrung (2) um ein Maß (e) versetzt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 057 089 A1 geht eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Pumpeneinheit hervor, welche ein Zylindergehäuse mit einem Zylinderraum umfasst, in dem ein Pumpenkolben axialbeweglich gelagert ist. Dem Zylinderraum ist über ein Saugventil Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich zuführbar, der nach der Förderung auf Hochdruck über ein Druckventil in einen Hochdruckbereich abgeleitet wird. Das Druckventil ist in einem Hochdruckkanal angeordnet, der in den Zylinderraum mündet. Um das Totvolumen im Zylinderraum und den angrenzenden Strömungsbereichen zu verringern, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, den Hochdruckkanal nahe der Stirnseite bzw. der Stirnfläche des Zylinderraums in einer Richtung quer zur Zylinderraumlängsachse abgehen zu lassen und den Strömungsquerschnitt und/oder die Länge des Hochdruckkanals derart zu reduzieren, dass dieser weniger als 50% zum Totvolumen der Pumpeneinheit beiträgt. Die Verringerung des Totvolumens soll zur Steigerung des Wirkungsgrades der Pumpeneinheit beitragen. Denn das Totvolumen bestimmt die Kraftstoffmenge, die zwar auf Hochdruck gefördert, aber nicht über das Druckventil abgeleitet wird.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Totvolumen weiter zu verringern und somit eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, die einen sehr hohen Wirkungsgrad besitzt.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, die in einen Elementraum mündet, sowie einen in der Zylinderbohrung axialbeweglich aufgenommenen Pumpenkolben, der zur Förderung einer im Elementraum vorhandenen Kraftstoffmenge auf Hochdruck über einen Nocken- oder Exzentertrieb in einer Hubbewegung antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Abschnitt des Elementraums als ein den Pumpenkolben endseitig umgebender Ringraum ausbildet, von dem ein Hochdruckabgang abzweigt und der eine Längsachse A₂ besitzt, die zu einer Längsachse A₁ der Zylinderbohrung um ein Maß e versetzt ist. Das heißt, dass der Elementraum exzentrisch in Bezug auf die Zylinderbohrung angeordnet ist.
Durch die zumindest abschnittsweise Ausbildung des Elementraums als Ringraum wird das Elementraumvolumen bereits deutlich reduziert. Zugleich ist über den als Ringraum ausgebildeten Abschnitt die erforderliche hydraulische Verbindung des Elementraums mit dem Hochdruckabgang sichergestellt. Dadurch, dass der Elementraum exzentrisch angeordnet ist, kann das Elementraumvolumen weiter reduziert werden. Denn der als Ringraum ausgebildete Abschnitt muss lediglich im Bereich des abzweigenden Hochdruckabgangs einen gewissen Strömungsquerschnitt besitzen. Die dadurch erreichte Reduzierung des Totvolumens führt zu einem erhöhten Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe.
Idealerweise ist der Strömungsquerschnitt des Ringraums im Bereich des abzweigenden Hochdruckabgangs maximal. Bevorzugt ist daher die Längsachse A₂ gegenüber der Längsachse A₁ in Richtung des Hochdruckabgangs um das Maß e versetzt. Dadurch ist sichergestellt, dass ein ausreichender Strömungsquerschnitt zur Herstellung der hydraulischen Verbindung des Elementraums mit dem Hochdruckabgang verbleibt.
Weiterhin bevorzugt ist der Hochdruckabgang als Radialbohrung ausgeführt und nimmt ein Hochdruckventil auf. Der Strömungsquerschnitt und/oder die Länge der Radialbohrung sollte möglichst klein gewählt werden, um das Totvolumen weiter zu verringern. Über das in dem Hochdruckabgang aufgenommene Hochdruckventil ist die Hochdruckpumpe mit einem Hochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems verbindbar.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Elementraum über ein Saugventil mit Kraftstoff befüllbar ist, das axial an den Elementraum angesetzt ist. Das heißt, dass der Kraftstoff parallel zu den Längsachsen A₁ und A₂ in den Elementraum eingebracht wird, wodurch eine optimale Befüllung des Elementraums mit Kraftstoff sichergestellt ist.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass eine Ventilplatte des Saugventils den Elementraum in axialer Richtung begrenzt. Das Saugventil öffnet demnach unmittelbar in den Elementraum, wodurch das Elementraumvolumen weiter reduziert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hochdruckpumpe als Steckpumpe, insbesondere als Steckpumpe mit ölseitiger Dichtung, ausgeführt. Bei einer Steckpumpe mit ölseitiger Dichtung ist es für die Montage erforderlich, dass der Pumpenkolben durch die Dichtung geschoben wird. Um die Dichtung nicht zu beschädigen, wird der Pumpenkolben an seinem dem Elementraum zugewandten Ende daher häufig mit einem Radius versehen. Diese Maßnahme führt jedoch zu einer unerwünschten Erhöhung des Totvolumens. Bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Elementraums erübrigt sich diese Maßnahme, so dass das Totvolumen nicht erhöht wird. Die Vorteile der Erfindung kommen daher insbesondere bei Ausbildung der Hochdruckpumpe als Steckpumpe zum Tragen.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, wobei die herzustellende Hochdruckpumpe ein Gehäuseteil mit einer in einen Elementraum mündenden Zylinderbohrung sowie einen in der Zylinderbohrung axialbeweglich aufgenommenen Pumpenkolben umfasst. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird erfindungsgemäß der Elementraum um ein Maß e exzentrisch zur Zylinderbohrung gebohrt. Dadurch kann das Volumen des Elementraums bzw. das Totvolumen verringert werden, was eine Erhöhung des Wirkungsgrads der nach diesem Verfahren hergestellten Hochdruckpumpe zur Folge hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Elementraum um das Maß e in Richtung einer Radialbohrung versetzt gebohrt, die als Hochdruckabgang dient und in den Elementraum mündet. Auf diese Weise wird die erforderliche hydraulische Verbindung des Elementraums mit dem Hochdruckabgang sichergestellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe, die als Steckpumpe ausgeführt ist,
2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des Elementraums der Hochdruckpumpe,
3 einen Querschnitt durch den Elementraum der Hochdruckpumpe der 1 und
4 einen Querschnitt durch einen zentrisch angeordneten Elementraum einer nicht erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe ist als Steckpumpe ausgeführt und umfasst ein Gehäuseteil 1 mit einer Zylinderbohrung 2, in der ein Pumpenkolben 4 axialbeweglich aufgenommen ist. Der Pumpenkolben 4 weist einen Kolbenfuß 10 auf, der aus der Zylinderbohrung 2 herausragt und mit einer Stößelbaugruppe 11 zur Abstützung an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle verbunden ist. Das andere Ende des Pumpenkolbens 4 erstreckt sich in einen Elementraum 3 hinein, der im Anschluss an die Zylinderbohrung 2 im Gehäuseteil 1 ausgebildet ist. Der den Pumpenkolben 4 umgebende Abschnitt des Elementraums 3 bildet demnach einen Ringraum 5 aus. Von dem als Ringraum 5 ausgebildeten Abschnitt des Elementraums 3 zweigt ein Hochdruckabgang 6 ab.
Im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe wird der Elementraum 3 über ein Saugventil 8 mit Kraftstoff befüllt. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe wird der im Elementraum 3 vorhandene Kraftstoff über den Hub des Pumpenkolbens 4 verdichtet und über den Hochdruckabgang 6 einem Hochdruckventil 7 zugeführt. Über das Hochdruckventil 7 ist die Hochdruckpumpe mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) verbindbar, an den wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil (nicht dargestellt) zum Einspritzen des auf Hochdruck geförderten Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
Der das Hochdruckventil 7 aufnehmende Hochdruckabgang 6 ist als Radialbohrung ausgeführt, während das Saugventil 8 axial angesetzt ist, so dass eine Ventilplatte 9 des Saugventils 8 den Elementraum 3 in axialer Richtung begrenzt. Das Saugventil 8 öffnet demnach unmittelbar in den Elementraum 3. Die Zuführung des Kraftstoffs erfolgt über einen Niederdruckanschluss 12.
Die angestrebte Verringerung des Totvolumens zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Hochdruckpumpe wird vorliegend zum Einen dadurch erzielt, dass sich der Pumpenkolben 4 tief in den Elementraum 3 hinein erstreckt. Zum Anderen dadurch, dass eine Längsachse A₂ des Elementraums 3 um ein Maß e versetzt zu einer Längsachse A₁ der Zylinderbohrung 2 angeordnet ist (siehe 3). Das heißt, dass der Elementraum 3 exzentrisch in Bezug auf die Längsachse A₁ der Zylinderbohrung 2 und damit auch in Bezug auf die Längsachse des Pumpenkolbens 4 angeordnet ist, die mit der Längsachse A₁ der Zylinderbohrung 2 zusammenfällt. Denn der Pumpenkolben 4 ist in der Zylinderbohrung 2 geführt aufgenommen. Der den Pumpenkolben 4 umgebende Ringraum 5 des Elementraums 3 weist dementsprechend einen sich verändernden Strömungsquerschnitt auf (siehe 3). Dabei ist die Lage des Elementraums 3 derart gewählt, dass der Strömungsquerschnitt des als Ringraum 5 ausgebildeten Abschnitts im Bereich des Hochdruckabgangs 6 am größten ist, um die erforderliche hydraulische Verbindung des Elementraums 3 mit dem Hochdruckabgang 6 sicherzustellen. In einem Bereich, der dem Hochdruckabgang 6 diametral gegenüber liegt ist der Strömungsquerschnitt des Ringraums 5 dagegen minimal. Gegenüber einem Elementraum 3, der konzentrisch zur Längsachse A₁ der Zylinderbohrung 2 angeordnet ist (siehe 4), kann demnach der Durchmesser des Elementraums 3 reduziert werden, was ferner eine Reduzierung des Totvolumens zur Folge hat. Denn selbst bei einem verringerten Durchmesser des Elementraums 3, wenn dieser exzentrisch gemäß der 3 angeordnet ist, verbleibt ein ausreichender Strömungsquerschnitt des Ringraums 5 im Bereich des Hochdruckabgangs 6, um die erforderliche hydraulische Verbindung des Elementraums 3 mit dem Hochdruckabgang 6 herzustellen.
Idealerweise ist die Längsachse A₂ des Elementraums 3 in Richtung des Hochdruckabgangs 6 um das Maß e versetzt zur Längsachse A₁ der Zylinderbohrung 2 angeordnet. Denn auf diese Weise kann eine maximale Volumenverkleinerung des Elementraums 3 und damit des Totvolumens erzielt werden.
Da durch die vorgeschlagenen Maßnahmen das nicht genutzte Volumen im Elementraum reduziert wird, wirken sich diese positiv auf den Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe aus.
Die Erfindung kann bei allen Hochdruckpumpen umgesetzt werden, die als Radialkolbenpumpen ausgeführt sind. Besonders vorteilhaft wirken sich die vorgeschlagenen Maßnahmen bei einer Hochdruckpumpe mit Medientrennung aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008057089 A1 [0002]

Claims

Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein Gehäuseteil (1) mit einer Zylinderbohrung (2), die in einen Elementraum (3) mündet, ferner umfassend einen in der Zylinderbohrung (2) axialbeweglich aufgenommenen Pumpenkolben (4), der zur Förderung einer im Elementraum (3) vorhandenen Kraftstoffmenge auf Hochdruck über einen Nocken- oder Exzentertrieb in einer Hubbewegung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Elementraums (3) als ein den Pumpenkolben (4) endseitig umgebender Ringraum (5) ausbildet ist, von dem ein Hochdruckabgang (6) abzweigt und der eine Längsachse (A₂) besitzt, die zu einer Längsachse (A₁) der Zylinderbohrung (2) um ein Maß (e) versetzt ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des Ringraums (5) im Bereich des abzweigenden Hochdruckabgangs (6) maximal ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckabgang (6) als Radialbohrung ausgeführt ist und ein Hochdruckventil (7) aufnimmt.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementraum (3) über ein Saugventil (8) mit Kraftstoff befüllbar ist, das axial an den Elementraum (3) angesetzt ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilplatte (9) des Saugventils (8) den Elementraum (3) in axialer Richtung begrenzt.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe als Steckpumpe, vorzugsweise als Steckpumpe mit ölseitiger Dichtung, ausgeführt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend ein Gehäuseteil (1) mit einer Zylinderbohrung (2), die in einen Elementraum (3) mündet, sowie einen in der Zylinderbohrung (2) axialbeweglich aufgenommenen Pumpenkolben (4), der zur Förderung einer im Elementraum (3) vorhandenen Kraftstoffmenge auf Hochdruck über einen Nocken- oder Exzentertrieb in einer Hubbewegung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elementraum (3) um ein Maß (e) exzentrisch zur Zylinderbohrung (2) gebohrt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Elementraum (3) um das Maß (e) in Richtung einer Radialbohrung versetzt gebohrt wird, die als Hochdruckabgang (6) dient und in den Elementraum (3) mündet.