DE102014209217A1 - High pressure pump for a fuel injection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend ein Gehäuseteil (1) mit einer Zylinderbohrung (2), in der ein Pumpenkolben (3) abschnittsweise aufgenommenen und hubbeweglich geführt ist, wobei ein Ende des Pumpenkolbens (3) einen an die Zylinderbohrung (2) angrenzenden Pumpenarbeitsraum (4) begrenzt und das andere Ende mit einer Stößelbaugruppe (5) zur Abstützung des Pumpenkolbens (3) an einer Nocken- oder Exzenterwelle gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Pumpenkolben (3) und der Stößelbaugruppe (5) oder zwischen mehreren Teilen (3.1, 3.2) des Pumpenkolbens (3) eine Dämpfungsfeder (6) angeordnet, so dass die Stößelbaugruppe (5) relativ gegenüber dem Pumpenkolben (3) oder einem Teil (3.1) des Pumpenkolbens (3) in axialer Richtung verschiebbar ist.The invention relates to a high-pressure pump for a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, comprising a housing part (1) with a cylinder bore (2), in which a pump piston (3) is received in sections and moved in a stroke, one end of the pump piston ( 3) one adjacent to the cylinder bore (2) adjacent pump working space (4) and the other end with a plunger assembly (5) for supporting the pump piston (3) is coupled to a cam or eccentric shaft. According to the invention, a damping spring (6) is arranged between the pump piston (3) and the plunger assembly (5) or between several parts (3.1, 3.2) of the pump piston (3), so that the plunger assembly (5) relative to the pump piston (3) or a part (3.1) of the pump piston (3) is displaceable in the axial direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a high-pressure pump for a fuel injection system having the features of the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
Während des Saughubes des Pumpenkolbens kommt es im Pumpenarbeitsraum zu einem Druckabfall, der die Bildung von Gasblasen zur Folge haben kann. Während des Förderhubes wird dann das Zweiphasengemisch komprimiert, wobei sich die Gasblasen auflösen. Da sich Gas leichter als Kraftstoff komprimieren lässt, kann es dabei zu einem Überschwingen des Pumpenkolbens bzw. zu einem schlagartigen Auftreffen des Pumpenkolbens auf die im Pumpenarbeitsraum vorhandene Kraftstoffsäule kommen (so genannter Wasserschlageffekt). Dabei steigt der Druck im Pumpenarbeitsraum auf Werte an, die bis zu 400 bar über dem Druck im Hochdruckspeicher liegen können. Entsprechend hoch ist die Bauteilfestigkeit auszulegen, um eine gewisse Lebensdauer der Hochdruckpumpe zu gewährleisten.During the suction stroke of the pump piston, a pressure drop occurs in the pump working space, which can result in the formation of gas bubbles. During the delivery stroke, the two-phase mixture is then compressed, with the gas bubbles dissolving. Since gas can be compressed more easily than fuel, an overshoot of the pump piston or a sudden impact of the pump piston on the fuel column present in the pump working space can occur (so-called water hammer effect). The pressure in the pump working chamber rises to values that can be up to 400 bar above the pressure in the high-pressure accumulator. The component strength is correspondingly high in order to guarantee a certain service life of the high-pressure pump.
Der so genannte Wasserschlageffekt kann ferner auftreten, wenn eine vom Pumpenkolben während des Förderhubs bewegte Kraftstoffsäule auf eine annähernd stehende Kraftstoffsäule im Hochdruckspeicher bzw. der Hochdruckleitung trifft.The so-called water hammer effect can also occur if a fuel column moved by the pump piston during the delivery stroke encounters an approximately stationary fuel column in the high-pressure accumulator or the high-pressure line.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, die eine hohe Lebensdauer besitzt. Insbesondere soll eine Hochdruckpumpe mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben angegeben werden, der weniger zum Überschwingen neigt.The present invention has for its object to provide a high-pressure pump for a fuel injection system, which has a long service life. In particular, a high-pressure pump with a liftable pump piston is to be specified, which is less prone to overshoot.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the high-pressure pump with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Pumpenkolben abschnittsweise aufgenommenen und hubbeweglich geführt ist, wobei ein Ende des Pumpenkolbens einen an die Zylinderbohrung angrenzenden Pumpenarbeitsraum begrenzt und das andere Ende mit einer Stößelbaugruppe zur Abstützung des Pumpenkolbens an einer Nocken- oder Exzenterwelle gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Pumpenkolben und der Stößelbaugruppe oder zwischen mehreren Teilen des Pumpenkolbens eine Dämpfungsfeder angeordnet, so dass die Stößelbaugruppe relativ gegenüber dem Pumpenkolben oder einem Teil des Pumpenkolbens in axialer Richtung verschiebbar ist. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe führt die Stößelbaugruppe zunächst einen Freihub gegenüber dem Pumpenkolben bzw. einem Teil des Pumpenkolbens aus, so dass dessen Hub verzögert wird. Die Verzögerung wirkt dem eingangs beschriebenen Wasserschlageffekt entgegen, so dass ein schlagartiger Druckanstieg im Pumpenarbeitsraum vermieden und die Belastung der den Pumpenarbeitsraum begrenzenden Bauteile verringert wird. Ferner vermag die Dämpfungsfeder Druckschwingungen während des Kolbenhubes aufzunehmen, so dass ein Überschwingen des Pumpenkolbens sowie damit einhergehende schädliche Druckspitzen wirksam verhindert werden. Folglich steigt die Lebensdauer der vorgeschlagenen Hochdruckpumpe.The high-pressure pump proposed for a fuel injection system, in particular a common-rail injection system, comprises a housing part with a cylinder bore in which a pump piston is accommodated in sections and is movable in a stroke, one end of the pump piston delimiting a pump work space adjacent to the cylinder bore and the other end with a plunger assembly for supporting the pump piston is coupled to a cam or eccentric shaft. According to the invention, a damping spring is arranged between the pump piston and the plunger assembly or between several parts of the pump piston, so that the plunger assembly is displaceable relative to the pump piston or a part of the pump piston in the axial direction. In the delivery mode of the high-pressure pump, the plunger assembly initially executes a free stroke with respect to the pump piston or a part of the pump piston, so that its stroke is delayed. The delay counteracts the Wasserschlageffekt described above, so that a sudden increase in pressure in the pump working space is avoided and the burden of the pump working space limiting components is reduced. Furthermore, the damping spring is able to absorb pressure oscillations during the piston stroke, so that overshooting of the pump piston and associated harmful pressure peaks are effectively prevented. Consequently, the life of the proposed high-pressure pump increases.
Vorteilhafterweise ist die Dämpfungsfeder koaxial in Bezug auf die Längsachse des Pumpenkolbens und/oder der Stößelbaugruppe angeordnet. Diese Anordnung fördert eine gleichmäßige Kraftübertragung von der Stößelbaugruppe auf den Pumpenkolben bzw. von einem Teil des Pumpenkolbens auf ein weiteres Teil.Advantageously, the damping spring is arranged coaxially with respect to the longitudinal axis of the pump piston and / or the plunger assembly. This arrangement promotes a uniform force transmission from the plunger assembly to the pump piston or from one part of the pump piston to another part.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dämpfungsfeder einerseits an dem Pumpenkolben oder einem mit dem Pumpenkolben verbundenen Stützelement, andererseits an einem Stützelement der Stößelbaugruppe abgestützt. Bei dem Stützelement der Stößelbaugruppe kann es sich beispielsweise um einen Rollenschuh zur drehbaren Lagerung einer Rolle handeln, über welche die Stößelbaugruppe am Nocken abgestützt ist. Über das wenigstens eine Stützelement wird eine gleichmäßige Kraftverteilung bewirkt. Ergänzend kann an wenigstens einem der Stützelemente ein Anschlagelement ausgebildet sein, das den Freihub der Stößelbaugruppe gegenüber dem Pumpenkolben begrenzt. Das Anschlagelement kann ferner zur Führung der Dämpfungsfeder eingesetzt werden, wenn beispielsweise das Anschlagelement in eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Dämpfungsfeder eingreift.According to a first preferred embodiment of the invention, the damping spring is supported on the one hand on the pump piston or a support member connected to the pump piston, on the other hand on a support member of the plunger assembly. The support element of the plunger assembly may be, for example, a roller shoe for rotatably supporting a roller, via which the plunger assembly is supported on the cam. About the at least one support element a uniform force distribution is effected. In addition, at least one of the Supporting elements may be formed a stop element which limits the free lift of the plunger assembly relative to the pump piston. The stop element can also be used to guide the damping spring, for example, when the stop element engages in a trained as a helical compression spring damping spring.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Dämpfungsfeder in einem hohlzylinderförmigen Abschnitt eines ersten Teils des Pumpenkolbens aufgenommen, das ein zweites Teil des Pumpenkolbens zumindest abschnittsweise umgibt. Die Dämpfungsfeder ermöglicht somit eine Relativbewegung des zweiten Teils gegenüber dem ersten Teil des Pumpenkolbens. Das zweite Teil kann demnach derart mit der Stößelbaugruppe gekoppelt werden, dass das zweite Teil im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe von der Stößelbaugruppe mitgeführt wird und gemeinsam mit der Stößelbaugruppe einen Freihub gegenüber dem ersten Teil ausführt. Ferner vermag die Kopplung der beiden Teile des Pumpenkolbens über die Dämpfungsfeder Druckspitzen während des Kolbenhubes auszugleichen, so dass ein Überschwingen des Pumpenkolbens wirksam verhindert wird.According to an alternative embodiment of the invention, the damping spring is received in a hollow cylindrical portion of a first part of the pump piston, which surrounds a second part of the pump piston at least in sections. The damping spring thus enables a relative movement of the second part relative to the first part of the pump piston. Accordingly, the second part can be coupled to the plunger assembly such that the second part is carried along by the plunger assembly during the delivery operation of the high-pressure pump and carries out a free lift with respect to the first part together with the plunger assembly. Furthermore, the coupling of the two parts of the pump piston via the damping spring pressure peaks during the piston stroke can compensate, so that overshoot of the pump piston is effectively prevented.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass der hohlzylinderförmige Abschnitt des ersten Teils des Pumpenkolbens, in dem die Dämpfungsfeder aufgenommen ist, einen Dämpfungsraum ausbildet, der im Betrieb der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt ist. Über den im Dämpfungsraum vorhandenen Kraftstoff kann zugleich eine hydraulische Dämpfung bewirkt werden, welche die Dämpfungswirkung der Dämpfungsfeder unterstützt. Dies setzt voraus, dass ein Ringspalt zwischen den beiden Teilen des Pumpenkolbens derart bemessen ist, dass der Abfluss von Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum gedrosselt wird.In addition, it is proposed that the hollow cylindrical portion of the first part of the pump piston, in which the damping spring is accommodated, forms a damping chamber, which is filled with fuel during operation of the high-pressure pump. At the same time a hydraulic damping can be effected via the existing in the damping chamber fuel, which supports the damping effect of the damping spring. This assumes that an annular gap between the two parts of the pump piston is dimensioned such that the outflow of fuel from the damping chamber is throttled.
Vorteilhafterweise ist die Dämpfungsfeder an wenigstens einem Teil des Pumpenkolbens unmittelbar abgestützt und/oder mit dem Teil fest verbunden. Die Abstützung erfolgt vorzugsweise über eine Stirnfläche des zweiten Teils, welche dem ersten Teil zugewandt ist, und/oder über eine Bodenfläche des ersten Teils, welche dem zweiten Teil zugewandt ist. An der Stirnfläche des zweiten Teils und/oder an der Bodenfläche des ersten Teils kann ein zylinderförmiger Ansatz zur Führung der Dämpfungsfeder ausgebildet sein. Dies wirkt sich insbesondere bei einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Dämpfungsfeder als vorteilhaft aus, wenn der zylinderförmige Ansatz in diese eingreift. Eine feste Verbindung der Dämpfungsfeder mit wenigstens einem Kolbenteil stellt sicher, dass im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe, das jeweilige Teil und die Dämpfungsfeder gekoppelt bleiben. Vorzugsweise ist die Dämpfungsfeder an beiden Enden jeweils fest mit einem Teil des Pumpenkolbens verbunden.Advantageously, the damping spring is directly supported on at least one part of the pump piston and / or firmly connected to the part. The support preferably takes place via an end face of the second part, which faces the first part, and / or over a bottom face of the first part, which faces the second part. At the end face of the second part and / or on the bottom surface of the first part may be formed a cylindrical projection for guiding the damping spring. This has an advantage, in particular in the case of a damping spring embodied as a helical compression spring, when the cylindrical projection engages in it. A firm connection of the damping spring with at least one piston part ensures that remain coupled in the suction operation of the high-pressure pump, the respective part and the damping spring. Preferably, the damping spring is fixedly connected to a part of the pump piston at both ends.
Bevorzugt ist die Federrate der Dämpfungsfeder größer als die Federrate einer Feder der Stößelbaugruppe, deren Federkraft den Pumpenkolben in Richtung der Nockenoder Exzenterwelle beaufschlagt. Die Stößelfeder hält demnach den Pumpenkolben in Anlage mit der Stößelbaugruppe bzw. die Stößelbaugruppe in Anlage mit dem Nocken, wenn die Hochdruckpumpe vom Förderbetrieb in den Saugbetrieb umschaltet. Würde man die Federrate der Stößelfeder größer als die der Dämpfungsfeder wählen, wäre die gewünschte Dämpfungswirkung weitgehend aufgehoben. Weiterhin bevorzugt ist die Federrate der Dämpfungsfeder an den maximalen Druck der Hochdruckpumpe angepasst, so dass bei maximalem Druck weder die Dämpfungsfeder auf Block geht, noch ein Anschlag erreicht wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Dämpfungswirkung der Dämpfungsfeder über den gesamten Arbeitsbereich der Hochdruckpumpe erhalten bleibt.Preferably, the spring rate of the damping spring is greater than the spring rate of a spring of the plunger assembly whose spring force acts on the pump piston in the direction of the cam or eccentric shaft. The plunger spring thus holds the pump piston in contact with the plunger assembly or the plunger assembly in contact with the cam when the high pressure pump switches from the pumping mode to the suction mode. If one were to choose the spring rate of the plunger spring greater than that of the damping spring, the desired damping effect would be largely eliminated. Further preferably, the spring rate of the damping spring is adapted to the maximum pressure of the high pressure pump, so that at maximum pressure neither the damping spring goes to block, nor a stop is reached. In this way it is ensured that the damping effect of the damping spring over the entire working range of the high-pressure pump is maintained.
Die Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen. Die vorgeschlagene Dämpfungsfeder bewirkt einen sanften Druckaufbau, wenn die Hochdruckpumpe vom Saugbetrieb in den Förderbetrieb umschaltet. Das heißt, dass das Antriebsspitzenmoment reduziert und dem Wasserschlageffekt entgegen gewirkt wird. Damit einher geht eine geringere Druckbelastung der Antriebskomponenten, insbesondere der Komponenten der Stößelbaugruppe. Die Bauteilfestigkeit muss demnach nicht mehr so hohen Anforderungen genügen, so dass die Hochdruckpumpe kostengünstiger hergestellt werden kann. Ferner können die Anforderungen an die mechanische Festigkeit des in der Regel als Zylinderkopf ausgebildeten Gehäuseteils gesenkt werden, in welchem der Pumpenarbeitsraum ausgebildet ist, da Drucküberschwinger vermieden werden. Schließlich lassen sich unerwünschte Geräusche beim Betrieb der Hochdruckpumpe verhindern, die regelmäßig mit dem sogenannten Wasserschlageffekt einher gehen.The advantages of the invention can be summarized as follows. The proposed damping spring causes a gentle pressure build-up when the high-pressure pump switches from the suction mode to the conveying mode. This means that the drive peak torque is reduced and the water hammer effect is counteracted. This is accompanied by a lower pressure load of the drive components, in particular the components of the plunger assembly. The component strength therefore does not have to meet such high requirements, so that the high-pressure pump can be produced more cheaply. Furthermore, the demands on the mechanical strength of the generally formed as a cylinder head housing part can be lowered, in which the pump working space is formed, since pressure overshooters are avoided. Finally, unwanted noise during operation of the high-pressure pump can prevent that regularly go with the so-called water hammer effect.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Die in der
Bei dem Stützelement
Die Dämpfungsfeder
Die Dämpfungsfeder
Im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe der
Der Freihub H des zweiten Teils
Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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