-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Vom Markt her bekannt sind Kolbenpumpen für Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, bei welchen ein Kolben mittels eines durch eine Nocke oder eine Exzenterscheibe gebildeten Antriebs axial bewegt werden kann. Eine erforderliche Rückstellkraft des Kolbens wird dabei mittels einer Druckfeder erzeugt. Durch den Betrieb wird die Kolbenpumpe teilweise stark erwärmt, wodurch die Eigenschaften der Kolbenpumpe und/oder deren Dauerfestigkeit nachteilig beeinflusst werden können.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kolbenpumpe nach Anspruch 1 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.
-
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Einlass, einem Einlassventil, einem Kolben und einem Arbeitsraum, der von dem Kolben begrenzt wird, wobei ein von dem Arbeitsraum weg weisender Abschnitt des Kolbens in einem Fluidraum (so genannter "Stufenraum") angeordnet ist. Erfindungsgemäß führt von dem Einlass oder einem zu diesem benachbarten Fluidbereich mindestens ein erster Verbindungskanal zu dem Fluidraum, und von dem Fluidraum mindestens ein zweiter Verbindungskanal zu dem Einlassventil, derart, dass im Betrieb das Fluid (Kraftstoff) vom Einlass zum Fluidraum und vom Fluidraum zum Einlassventil strömt. Vorzugsweise weist die Kolbenpumpe keine unmittelbare hydraulische Verbindung (also unter Umgehung des Fluidraums) zwischen dem Einlass einerseits und dem Einlassventil andererseits auf. Dadurch ist der gesamte von der Kolbenpumpe zu fördernde Kraftstoff zu dem Fluidraum geführt ("Zwangsdurchströmung") und kann daher zumindest wesentliche Teile des Fluidraums durchströmen und somit kühlen. Auf diese Weise kann eine Temperatur der Kolbenpumpe insbesondere im Bereich des Fluidraums einfach und wirkungsvoll gesenkt werden, wobei der Betrieb der Kolbenpumpe verbessert und eine Dauerfestigkeit erhöht werden können. Insbesondere ist ein Abkühlverhalten im Förderbetrieb der Kolbenpumpe verbessert. Weiterhin kann ein Verschleiß einer den Fluidraum nach außen abdichtenden Kolbendichtung vermindert werden. Außerdem kann dank der verminderten Temperatur der Kolbenpumpe ein hydraulischer Druck ("Vordruck") an dem Einlass gesenkt werden, wodurch gegebenenfalls eine Förderleistung einer stromaufwärts der Kolbenpumpe angeordneten so genannten "Vorförderpumpe" gesenkt werden kann.
-
In einer Ausgestaltung der Kolbenpumpe ist hydraulisch zwischen dem Einlass und dem ersten Verbindungskanal ein hydraulischer Druckdämpfer, insbesondere ein Membrandämpfer, angeordnet. Durch eine Arbeitsbewegung des (gestuft ausgeführten) Kolbens in dem Fluidraum entstehende Druckpulsationen können durch den Druckdämpfer gedämpft und der Betrieb der Kolbenpumpe somit verbessert werden.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der erste Verbindungskanal und/oder der zweite Verbindungskanal als Längs- und/oder Querbohrungen oder -nuten in einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse der Kolbenpumpe ausgeführt sind. Dadurch können die besagten Verbindungskanäle besonders einfach, sicher und kostengünstig hergestellt werden. Eventuelle externe hydraulische Verbindungen sind also entbehrlich.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der erste Verbindungskanal und der zweite Verbindungskanal mindestens bereichsweise als parallel zu einer Längsachse der Kolbenpumpe verlaufende und an unterschiedlichen radialen Stellen und/oder an in Umfangsrichtung gesehen unterschiedlichen Stellen ausgeführt sind. Dadurch kann die Kolbenpumpe besonders einfach und billig hergestellt werden. Allgemein können der erste und zweite Verbindungskanal auf nahezu beliebige Weise ausgeführt sein, sofern dadurch die oben beschriebene erfindungsgemäße Zwangsdurchströmung des Fluidraums ermöglicht wird.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Kolbenpumpe ist zwischen dem Druckdämpfer und einem unmittelbar stromaufwärts vom Einlassventil gelegenen Bereich eine Trennwand angeordnet. Durch die Trennwand kann es ermöglicht werden, dass der zweite hydraulische Kanal zumindest abschnittsweise als Nut, insbesondere als sich radial erstreckende Nut, an dem Gehäuse ausgeführt ist. Dadurch kann die Herstellung des zweiten hydraulischen Kanals vereinfacht und die Kolbenpumpe somit verbilligt werden.
-
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 ein vereinfachtes Schema für ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine; und
-
2 einen Längsschnitt durch eine Kolbenpumpe des Kraftstoffsystems von 1.
-
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
-
1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff ("Fluid") über eine Saugleitung 14 mittels einer Vorförderpumpe 16 über eine Niederdruckleitung 18 und über ein von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 ("Elektromagnet") betätigbares Einlassventil 22 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe – nachfolgend als Kolbenpumpe 24 bezeichnet – zugeführt. Stromabwärts ist die Kolbenpumpe 24 über eine Hochdruckleitung 26 an einen Hochdruckspeicher 28 ("Common Rail") angeschlossen.
-
Weiterhin sind eine Zylinderbuchse 32, ein in der Zylinderbuchse 32 angeordneter Kolben 30 und ein von der Zylinderbuchse 32 umschlossener Arbeitsraum 25, welcher von dem Kolben 30 begrenzt wird, sowie eine an einem axialen Endabschnitt 38 des Kolbens 30 angreifende Nockenscheibe 40 in der 1 schematisch dargestellt. Sonstige Elemente, wie beispielsweise Ventile der Kolbenpumpe 24, sind in der 1 nicht gezeichnet. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 20 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 42 angesteuert.
-
Es versteht sich, dass das Einlassventil 22 auch als Baueinheit mit der Kolbenpumpe 24 ausgebildet sein kann, wie in der nachfolgenden 2 noch gezeigt werden wird. Beispielsweise kann das Einlassventil 22 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kolbenpumpe 24 sein.
-
Beim Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Einlassventil 22 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die in den Hochdruckspeicher 28 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Der Kraftstoff ist beispielsweise Benzin oder Dieselkraftstoff.
-
2 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung die Kolbenpumpe 24 von 1. Die Kolbenpumpe 24 ist zumindest teilweise rotationsymmetrisch um eine Längsachse 44 ausgeführt.
-
Die Kolbenpumpe 24 umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches massives Gehäuse 46, welches mittels eines Flansches 48 an einem – nicht dargestellten – Motorblock der Brennkraftmaschine anschraubbar ist. Im in der 2 oberen Bereich umfasst die Kolbenpumpe 24 einen mit dem Gehäuse 46 hydraulisch dicht verbundenen Deckel 50. In einem zwischen dem Deckel 50 und dem Gehäuse 46 vorhandenen Bereich ist ein hydraulischer Druckdämpfer 52 zur Dämpfung von im Betrieb der Kolbenpumpe 24 auftretenden Druckpulsationen angeordnet. Vorliegend ist der Druckdämpfer 52 als Membrandämpfer ausgeführt. Ein den Druckdämpfer 52 umgebender Fluidbereich 54 ist zu einem allgemein einen Einlass bildenden Einlassstutzen 56 unmittelbar benachbart angeordnet. Der Einlassstutzen 56 ist an dem Deckel 50 angebracht, in Bezug auf die Längsachse 44 mittig angeordnet und mit der Niederdruckleitung 18 verbunden.
-
In einem in der 2 rechten Bereich ist das Einlassventil 22 teils innerhalb teils außerhalb des Gehäuses 46 angeordnet. In der Zeichnung rechts oben ist an dem Einlassventil 22 ein Steckverbinder 58 zum elektrischen Anschluss der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 vorhanden. Das Einlassventil 22 umfasst ein stiftförmiges Koppelelement 60, welches ein mit einem Ventilkörper 62 zusammenwirkendes scheibenförmiges Ventilelement 64 des Einlassventils 22 betätigen kann. Der Ventilkörper 62 und das Ventilelement 64 begrenzen einen Fluidbereich 66 des Einlassventils 22 an einem in der Zeichnung linken Abschnitt, wobei in dem Fluidbereich 66 auch das Koppelelement 60 teilweise angeordnet ist.
-
In einem in der 2 mittleren Bereich umfasst die Kolbenpumpe 24 die Zylinderbuchse 32, in welcher der Kolben 30 aufgenommen ist und in der Zeichnung vertikal bewegt werden kann. Der Kolben 30 weist in einem in der Zeichnung oberen Abschnitt einen Durchmesser entsprechend einem Innendurchmesser der Zylinderbuchse 32 auf. In einem in der Zeichnung unteren Abschnitt weist der Kolben 30 einen kleineren Durchmesser auf, bildet also einen Stufenkolben. Der Kolben 30 ist in der 2 jedoch nicht mit dargestellt.
-
An einem in der 2 unteren Abschnitt des Gehäuses 46 ist ein in etwa topfförmig ausgeführter Halterungsabschnitt 68 angeordnet und mit einem radial äußeren Abschnitt hydraulisch dicht mit dem Gehäuse 46 verbunden. Radial innerhalb des Halterungsabschnitts 68 ist eine den Kolben 30 radial außen umschließende Kolbendichtung 70 aufgenommen. Radial außen an dem Halterungsabschnitt 68 ist eine auf Druck beanspruchte und als Schraubenfeder ausgeführte Kolbenfeder 72 angeordnet. An einem in der Zeichnung unteren Endabschnitt des Kolbens 30 bzw. der Kolbenfeder 72 ist ein Federteller 74 angeordnet, welcher von der Nockenscheibe 40 mit einer Druckkraft beaufschlagt werden kann, vergleiche die 1.
-
Zwischen dem Gehäuse 46 und dem Halterungsabschnitt 68 sowie teilweise radial innerhalb des Halterungsabschnitts 68 ist ein Fluidraum 76 ("Stufenraum") vorhanden, in welchem ein von dem Arbeitsraum 25 weg weisender Abschnitt des Kolbens 30, nämlich der Übergangsbereich ("Stufe") zwischen dem Abschnitt mit größerem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist. Der Fluidraum 76 wird unter anderem durch die Kolbendichtung 70 nach außen abgedichtet.
-
Insbesondere umfasst das Gehäuse 46 einen ersten Verbindungskanal 78, welcher vorliegend als eine zu der Längsachse 44 parallele Bohrung ("Längsbohrung") ausgeführt ist und von dem Fluidbereich 54 zu dem Fluidraum 76 führt. Weiterhin umfasst das Gehäuse 46 einen zweiten Verbindungskanal 80, welcher vorliegend ebenfalls als eine zu der Längsachse 44 parallele Bohrung ausgeführt ist und von dem Fluidraum 76 zu dem Einlassventil 22 führt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Kolbenpumpe 24 ist der erste Verbindungskanal 78 und/oder der zweite Verbindungskanal 80 als Stufenbohrung ausgeführt.
-
Ein in der 2 oberer Endbereich des zweiten Verbindungskanals 80 ist von dem Fluidbereich 54 und dem Einlass 56 getrennt. Dies erfolgt vorliegend mittels einer Trennwand 82, welche an einem in der Zeichnung oberen Endabschnitt des Gehäuses 46 quer zu der Längsachse 44 angeordnet ist. Vorliegend ist die Trennwand 82 als separates Element (Trennscheibe, Dichtplatte) ausgeführt, welches zwischen dem Druckdämpfer 52 und einem unmittelbar stromaufwärts vom Einlassventil 22 gelegenen Bereich angeordnet ist.
-
Zwischen der Trennwand 82 und dem oberen Endabschnitt des Gehäuses 46 weist das Gehäuse 46 einen dritten Verbindungskanal 84 auf. Der dritte Verbindungskanal 84 erstreckt sich in einer Ebene quer zur Längsachse 44, beispielsweise radial (in der Zeichnung von links nach rechts) und ist an den Endbereich des zweiten Verbindungskanals 80 angeschlossen, wodurch dieser hydraulisch verlängert wird. Vorliegend ist der dritte Verbindungskanal 84 als Nut in dem durch eine ansonsten ebene Stirnfläche gebildeten oberen Endabschnitt des Gehäuses 46 ausgeführt, wodurch dieses besonders einfach hergestellt werden kann. Alternativ kann der dritte Verbindungskanal 84 auch als beispielsweise radiale Bohrung ("Querbohrung") in dem Gehäuse 46 ausgeführt sein.
-
Ein in der 2 rechter Endabschnitt des dritten Verbindungskanals 84 ist über einen in der Zeichnung vertikalen vierten Verbindungskanal 86 mit dem oben bereits beschriebenen Fluidbereich 66 verbunden. Der vierte Verbindungskanal 86 ist ebenfalls mittels der Trennwand 82 von dem Einlass 56 hydraulisch getrennt.
-
In der 2 sind entsprechend der obigen beschreibung zwecks besserer Unterscheidung ein erster, zweiter, dritter und vierter Verbindungskanal 78, 80, 84 und 86 bezeichnet. Weil der zweite, dritte und vierte Verbindungskanal 80, 84 und 86 lediglich einzelne hydraulisch in Reihe angeordnete Abschnitte sind, ist es nicht falsch, diese zusammen auch als "zweiten" Verbindungskanal 80, 84 und 86 zu bezeichnen, der funktional im Gegensatz zum ersten Verbindungskanal 78 steht.
-
Im Betrieb der Kolbenpumpe 24 ergibt sich eine Strömung des Kraftstoffs entlang von in der 2 gezeichneten Pfeilen (ohne Bezugszeichen) wie folgt: Von dem Einlassstutzen 56 zu dem Fluidbereich 54, danach über den ersten Verbindungskanal 78, danach mindestens bereichsweise durch den Fluidraum 76, danach durch den zweiten Verbindungskanal 80, danach durch den dritten Verbindungskanal 84, danach durch den vierten Verbindungskanal 86 und hin zu dem Fluidbereich 66 des Einlassventils 22. Dadurch kann insbesondere der Fluidraum 76 mittels des durchströmenden Kraftstoffs wirkungsvoll gekühlt werden.
-
In nicht dargestellten Ausführungsformen der Kolbenpumpe 24 sind der zweite Verbindungskanal 80 und/oder der vierte Verbindungskanal 86 in dem Gehäuse 46 jeweils als Sackbohrung ausgeführt. Dadurch ist die Trennwand 82 gegebenenfalls entbehrlich. Weiterhin versteht es sich, dass die beschriebenen Verbindungskanäle 78, 80, 84 und 86 auch anders als in der 2 gezeigt angeordnet sein können. Beispielsweise können der erste und der zweite Verbindungskanal 78 und 80 an unterschiedlichen radialen Stellen und/oder an in Umfangsrichtung gesehen unterschiedlichen Stellen ausgeführt sein.
-
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform weist die Kolbenpumpe 24 lediglich den ersten Verbindungskanal 78 und den zweiten Verbindungskanal 80 auf, wobei der zweite Verbindungskanal 80 im Unterschied zu der 2 entlang eines Pfeils 88 (in einem in der Zeichnung rechten unteren Bereich des Gehäuses 46) geführt ist. Darüber hinaus sind auch weitere Ausführungsformen der Verbindungskanäle 78, 80, 84 und/oder 86 erfindungsgemäß möglich, sofern der Kraftstoff dabei vollständig oder zumindest überwiegend von dem Einlass 56 bzw. dem Fluidbereich 54 zu dem Fluidraum 76, und von dem Fluidraum 76 zu dem Einlassventil 22 strömen kann.
