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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe aufweisend einen Pumpenzylinderkopf und ein Pumpenzylinder, wobei in einer Zylinderbohrung der Hochdruckpumpe ein Pumpenkolben translatorisch auf und ab bewegbar ist und mit einem Pumpenarbeitsraum zusammenwirkt, und wobei zwischen dem Pumpenkolben und der Zylinderbohrung eine Dichtung vorgesehen ist, die eine zwischen der Zylinderbohrung und dem Pumpenzylinder gebildete Ringspaltdichtung und eine zusätzliche von einem Dichtelement gebildete Hochdruckdichtung umfasst.
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Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der
DE 10 2012 218 122 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist einen Pumpenzylinder mit einer Zylinderbohrung auf, in der ein Pumpenkolben translatorisch auf und ab bewegbar ist. Im unteren Bereich des Pumpenzylinders weist der Pumpenzylinder eine zylinderförmige gegenüber der Zylinderbohrung zurückgesetzte Ausnehmung auf, in die eine von einem Dichtelement gebildete Hochdruckdichtung einsetzbar ist. Oberhalb dieser Dichtungsanordnung ist zwischen der Zylinderbohrung und dem Pumpenzylinder eine Ringspaltdichtung gebildet, die in einem unteren Bereich von einer Ringnut in zwei Teilbereiche aufgeteilt ist. Die Ringnut ist mit einer Leckageleitung verbunden, die zur Abführung einer Leckagemenge eines Fluids dient, das von dem Pumpenarbeitsraum entlang der Zylinderbohrung zu der Ringnut gelangt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, bei der die Abdichtung zwischen einem Pumpenkolben und einer den Pumpenkolben aufnehmenden Zylinderbohrung verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ringspaltdichtung eine durchgehende Überdeckungslänge l1 aufweist, die sich von dem pumpenarbeitsraumseitigen Wirkende des Pumpenkolbens bis zu der Hochdruckdichtung erstreckt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Ringspaltdichtung die gesamte Überdeckungslänge l1 zur Abdichtung des Pumpenkolbens gegenüber der Zylinderbohrung nutzt und dadurch die Hochdruckpumpe kürzer bauen kann, als dies beim Stand der Technik möglich ist. Dadurch ist insgesamt die Abdichtung zwischen dem Pumpenkolben und der Zylinderbohrung verbessert. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass die Hochdruckdichtung sich direkt an die Ringspaltdichtung anschließt oder aber, dass direkt zwischen der Ringspaltdichtung und der Hochdruckdichtung ein kleiner Spalt zur Abführung einer eventuellen Leckagemenge von Fluid vorgesehen ist. Dieser eventuelle vorhandene kleine Spalt ist aber in jedem Fall so ausgebildet und angeordnet, dass zumindest keine nennenswerte Beeinflussung der Ringspaltdichtung und/oder der Hochdruckdichtung insbesondere in Bezug auf deren Längenausdehnungen erfolgt. Die Überdeckungslänge l1 an der Ringspaltdichtung erstreckt sich in einer ersten Ausführung von dem pumpenarbeitsraumseitigen Wirkende des Pumpenkolbens an der unteren Begrenzung des Pumpenarbeitsraum bis zu der Hochdruckdichtung. Dies gilt für den Fall, dass der Pumpenarbeitsraum eine größeren Außendurchmesser als die Zylinderbohrung aufweist. Weist der Pumpenarbeitsraum keinen größeren Durchmesser als die Zylinderbohrung auf, und/oder ist der obere Totpunkt des Pumpenkolbens unterhalb des durchmesservergrößerten Pumpenarbeitsraums gelegen, ist in einer weiteren Ausführung das pumpenarbeitsraumseitige Wirkende des Pumpenkolbens von einer oberen Stirnfläche des Pumpenkolbens gebildet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist Ringspaltdichtung von einer engen metallischen Passung zwischen der Zylinderbohrung und dem Pumpenkolben gebildet. Diese Ausgestaltung ist fertigungstechnisch bei der Herstellung der Komponenten der Hochdruckpumpe problemlos umsetzbar. Dabei können insbesondere der Pumpenzylinder mit der Zylinderbohrung und der Pumpenkolben beispielsweise bei einer Herstellung aus einem metallischen Werkstoff ähnliche oder gleiche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, um auch bei unterschiedlichen sich einstellenden Arbeitstemperaturen und somit Komponententemperaturen ein möglichst konstantes Spiel zwischen der Zylinderbohrung und dem Pumpenkolben zu gewährleisten.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Hochdruckdichtung ein Elastomeredichtelement. Entsprechende Elastomeredichtelemente beziehungsweise Werkstoffe zur Herstellung aus beispielsweise einem Gummiwerkstoff oder Kunststoffwerkstoff stehen zur Verfügung und können entsprechend der gestellten Anforderungen ausgewählt werden. Beispielsweise ist die Hochdruckdichtung aus PEEK gefertigt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hochdruckdichtung in einem an dem Pumpenkolben angeordneten Ringspalt angeordnet. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Ringspalt an dem Pumpenzylinder anzuordnen beziehungsweise in diesen einzulassen, wobei aber die bevorzugte Anordnung an dem Pumpenkolben ist. Dabei ist der Ringspalt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in den Pumpenkolben eingelassen, beispielsweise bei der Herstellung des Pumpenkolbens in diesen beispielsweise mit einem spanabhebenden Werkzeug eingedreht. Diese Ausgestaltung ist fertigungstechnisch problemlos umsetzbar, wobei dann allerdings die Hochdruckdichtung soweit elastisch reversibel verformbar sein muss, dass diese über den Pumpenkolben bis zum Eingreifen in den Ringspalt aufgeschoben werden kann und dann sich reversibel zurückverformend auf der Grundfläche des Ringspalts anliegt. Dabei ist der Außendurchmesser der Hochdruckdichtung so ausgelegt, dass dieser in der Zylinderbohrung unter Bildung einer Presspassung gleitet. Dabei ist die Vorspannung der Hochdruckdichtung über der Lebensdauer der Hochdruckpumpe so groß, dass sich ein denkbarer Verschleiß der Hochdruckdichtung auch über der Lebensdauer der Hochdruckpumpe die notwendige Anpressung der Hochdruckdichtung in der Zylinderbohrung nicht in Frage stellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ringspalt von beziehungsweise zwischen dem Pumpenkolben und einem damit zusammenwirkenden Pumpenkolbenfuss gebildet. Der Pumpenkolbenfuss ist in geeigneter Weise an dem Pumpenkolben befestigt und während der Befestigung wird die Hochdruckdichtung in den zwischen den Bauteilen gebildeten Ringspalt eingesetzt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Hochdruckdichtung während des Montagevorgangs in keiner Form geweitet werden muss und somit aus einem Werkstoff gefertigt sein kann, der nicht oder weniger reversibel verformt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Pumpenkolbenfuss mit dem Pumpenkolben mechanisch verbunden, beispielsweise verpresst. Hierzu weist der Pumpenkolbenfuss beispielsweise einen Dorn auf, der in eine Zylinderausnehmung des Pumpenkolbens unter Bildung einer dauerhaft haltenden Presspassung eingepresst wird. Denkbar ist aber beispielsweise auch, den Dorn mit einem Außengewinde zu versehen, das in eine in die Zylinderausnehmung eingelassenes Innengewinde eingeschraubt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der Pumpenkolben und/oder der Pumpenkolbenfuss unterhalb des Ringspaltes einen geringeren Außendurchmesser als der Pumpenkolben oberhalb des Ringspalts auf. Dieser Bereich mit dem verringerten Außendurchmesser kann zur Gewährleistung einer kurzen Baulänge der Hochdruckpumpe kurz bemessen sein. Dabei ist die Mindestlänge dieses Bereiches mit dem verringerten Außendurchmesser durch den unteren Totpunkt des Pumpenkolbens bei der translatorischen Auf- und Abbewegung festgelegt, indem sichergestellt ist, dass die Hochdruckdichtung auch im Bereich des unteren Totpunkts des Pumpenkolbens noch vollständig in der Zylinderbohrung angeordnet ist. Insbesondere die Ausgestaltung des Pumpenkobens mit einem geringeren Außendurchmesser ermöglicht eine leichtere Montage der Hochdruckdichtung, wenn diese von unten aufgeschoben wird und nur wenig geweitet werden muss. Insbesondere beim Vorhandensein dieses Bereichs mit dem geringeren Außendurchmessers an dem separaten Pumpenkolbenfuss ist sichergestellt, dass kleinere Fluchtfehler zwischen dem Pumpenkolbenfuss und dem Pumpenkolben nicht zu einer Berührung des Pumpenkolbenfusses in der Zylinderbohrung und der damit verbundenen möglichen Reibung oder Verschleiß führen können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Innendurchmesser der Zylinderbohrung über deren gesamte Länge zwischen dem Pumpenarbeitsraum und einem stößelkörperseitigen Ende konstant. Diese Ausgestaltung vereinfacht die Herstellung des Pumpenzylinders mit der Zylinderbohrung.
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Wenn auch der Gegenstand der Erfindung bei einer beliebigen Hochdruckpumpe zur Förderung eines beliebigen Mediums – auch umfassend gegebenenfalls ein gasförmiges Medium – eingesetzt werden kann, ist die bevorzugte Anwendung bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe zur Förderung eines Kraftstoffs gegeben. Eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe ist insbesondere bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe dann wiederum insbesondere Teil eines Common-Rail-Einspritzsystems zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine ist.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe mit einer Darstellung einer Ringspaltdichtung und einer Hochdruckdichtung,
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2 eine Detailansicht einer Anordnung einer Hochdruckdichtung in einem an einem Pumpenkolben angeordneten Ringspalt und
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3 eine Detailansicht einer Anordnung einer Hochdruckdichtung in einem Ringspalt, der zwischen einem Pumpenkolben und einem damit verbundenen Pumpenkolbenfuss gebildet ist.
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In 1 ist ein Längsschnitt durch eine als Steckpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe 1 in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem gezeigt. Die dargestellte Hochdruckpumpe 1 wird bevorzugt in einem Common-Rail-Einspritzsystem verwendet, wobei mittels der Hochdruckpumpe 1 von einem Kraftstoffniederdrucksystem zugeführter Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher gefördert wird, aus dem der dort unter einem Druck von bis zu 3.000 bar gespeicherte Kraftstoff von Injektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Hochdruckpumpe 1 weist einen einstückig mit einem Pumpenzylinderkopf 2 ausgebildeten Pumpenzylinder 3 auf, in dem eine sich bis in den Pumpenzylinderkopf 2 erstreckende Zylinderbohrung 4 eingelassen ist. Die Zylinderbohrung 4 setzt sich im Bereich des Pumpenzylinderkopfs 2 in einen Pumpenarbeitsraum 5 fort, wobei der Pumpenarbeitsraum 5 einen geringfügig größeren Durchmesser als die Zylinderbohrung 4 aufweisen kann. Die Hochdruckpumpe 1 ist insbesondere mit dem Pumpenzylinder 3 in ein Gehäuse 6, das ein Brennkraftmaschinengehäuseteil oder auch ein eigenständiges Pumpengehäuse sein kann, eingesetzt und unter Anlage eines Pumpenzylinderkopfflansches 7 auf dem Gehäuse 6 in geeigneter Weise befestigt. Zur Abdichtung der Hochdruckpumpe 1 gegenüber dem Gehäuse 6 ist eine Pumpendichtung 8 vorgesehen.
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In dem beispielsweise ölführenden Gehäuse 6 ist eine einen Nocken 9 aufweisende Nockenwelle (oder aber gegebenenfalls auch eine Exzenterwelle) drehbar gelagert. Die Nockenwelle beziehungsweise der Nocken 9 wirkt mit einer Laufrolle 10 eines Rollenstößels 11 als Bestandteil der Hochdruckpumpe 1 zusammen. Der Rollenstößel 11 weist einen Rollenstößelkörper 12 auf, in den eine Ausnehmung eingelassen ist, in die die Laufrolle 10 hineinragt. Die Laufrolle 10 ist mit dem Rollenstößelkörper 12 über einen Bolzen 13 unter Einfügung eines Lagerrings 14 drehbar befestigt. Bei einer Drehbewegung der Nockenwelle mit dem Nocken 9 wird diese Drehbewegung in eine translatorische Auf- und Abbewegung des Rollenstößels 11 und eines damit zusammenwirkenden Pumpenkolbens 15, der in der Zylinderbohrung 4 ebenfalls translatorisch angeordnet ist, umgesetzt. Unter Anderem für eine einfache Fertigung ist der Innendurchmesser der Zylinderbohrung 4 über deren gesamte Länge zwischen dem Pumpenarbeitsraum 5 und einem stößelkörperseitigen Ende 33 des Pumpenzylinders 3 konstant. Der Pumpenkolben 15 weist gemäß der Ausgestaltung nach 1 eine Pumpenkolbenfußfläche 16 auf, die mit dem Rollenstößelkörper 12 zusammenwirkt und die den gleichen oder einen größeren Durchmesser als der restliche Pumpenkolben 15 aufweisen kann. Durch eine Stößelfeder 17, die in geeigneter Weise zwischen einer Stützfläche 18 in dem Pumpenzylinderkopf 2 oder dem Pumpenzylinder 3 und einem Halteblech 19, das in eine Ringnut in dem Pumpenkolben 15 oberhalb der Pumpenkolbenfußfläche 16 eingreift und gleichzeitig mit dem Rollenstößelkörper 12 zusammenwirkt, eingespannt ist, ist sichergestellt, dass bei der Drehbewegung der Nockenwelle der Pumpenkolben 15 mitsamt dem Rollenstößel 11 beziehungsweise dessen Laufrolle immer in Kontakt mit der Nockenwelle beziehungsweise deren Nocken 9 steht.
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In den Pumpenzylinderkopf 2 ist ein Einlassventil 20 eingebaut, über das insbesondere bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 15 Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 5 eingelassen werden kann. Das Einlassventil 20 ist beispielsweise als gesteuertes oder ungesteuertes Saugventil ausgebildet. Bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 15 wird der in den Pumpenarbeitsraum 5 zugemessene Kraftstoff über ein Auslassventil 21 in einen Hochdruckauslass 22 und einer damit zusammenwirkenden Hochdruckleitung, die mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist, gefördert.
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Um sicherzustellen, dass während des Betriebs der Hochdruckpumpe 1 kein Kraftstoff entlang der Zylinderbohrung 4 von dem Pumpenarbeitsraum 5 in einen die Stößelfeder 17 aufnehmenden Stößelfederraum 23 und von diesem weiter entlang des Rollenstößels 11 in einen die Nockenwelle aufnehmenden Nockenraum 24, der – wie ausgeführt – ölführend ist, gelangt, ist eine Abdichtung des Pumpenkolbens 15 gegenüber der Zylinderbohrung 4 mittels einer Dichtung vorgesehen. Diese Dichtung wird von einer Ringspaltdichtung 25 und einer Hochdruckdichtung 26 gebildet. Die Ringspaltdichtung 25 weist eine durchgehende Überdeckungslänge l1 auf, die sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von dem pumpenarbeitsraumseitigen Wirkende des Pumpenkolbens 15 an der unteren Begrenzung des Pumpenarbeitsraum 5 bis zu der Hochdruckdichtung 26 erstreckt. Weist der Pumpenarbeitsraum 5 keinen größeren Durchmesser als die Zylinderbohrung 4 auf, und/oder ist der obere Totpunkt des Pumpenkolbens 15 unterhalb des durchmesservergrößerten Pumpenarbeitsraums 5 gelegen, ist das pumpenarbeitsraumseitige Wirkende des Pumpenkolbens 15 von einer oberen Stirnfläche 32 des Pumpenkolbens 15 gebildet. Die Ringspaltdichtung 25 ist von einer engen metallischen Passung zwischen der Zylinderbohrung 4 und dem Pumpenkolben 15 gebildet. Die Hochdruckdichtung 26, die insbesondere von einem Elastormerdichtelement gebildet ist und aus einem elastischen Material, beispielsweise PEEK gefertigt ist, ist in einen Ringspalt 27 (siehe hierzu auch die 2 und 3) eingesetzt, der in den Pumpenkolben 15 im Bereich oberhalb der Pumpenkolbenfußfläche 16 eingelassen ist. Im Bereich unterhalb des Ringspalts 27 weist der Pumpenkolben 15 einen geringeren Außendurchmesser auf als oberhalb des Ringspalts 27. Dadurch, dass die Abdichtung zwischen dem Pumpenkolben 15 und der Zylinderbohrung 4 die Ringspaltdichtung 25 mit der zuvor definierten durchgehenden Überdeckungslänge l1 und die daran direkt angrenzende Hochdruckdichtung 26, aufweist, kann die Baulänge der Hochdruckpumpe 1 gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen verringert werden.
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2 zeigt neben der teilweise dargestellten Ringspaltdichtung 25 eine mögliche Ausgestaltung der Hochdruckdichtung 26 und einer Anordnung in dem Ringspalt 27, der in den Pumpenkolben 15 eingelassen ist. Der Ringspalt 27 ist stufenförmig ausgebildet und bildet in seinem oberen Bereich ein Reservoir 28, in dem sich Leckagekraftstoff sammeln kann. Dieser hier gesammelte Kraftstoff kann in geeigneter Weise beispielsweise über eine in den Pumpenzylinder 3 eingearbeitete Ringnut und damit zusammenwirkende Leckageleitung abgeführt werden. Das Reservoir 28 ist so ausgebildet, dass die Hochdruckdichtung 26 mit der Überdeckungslänge l1 sich bis zu dem oberen Ende der Hochdruckdichtung 26 erstreckt. In der Zeichnung ist hier ein kleiner Spalt dargestellt, der nur deutlich machen soll, dass durch diesen Spalt in dem Reservoir 28 befindlicher Leckagekraftstoff abgeführt werden kann. Die Hochdruckdichtung 26 weist in dem mit der Zylinderbohrung 4 zusammenwirkenden Bereich eine gegenüber dem in den Ringspalt 27 eingreifenden Bereich vergrößerte Gleitfläche auf, die mit der Zylinderbohrung 4 zusammenwirkt. Diese Gleitfläche der Hochdruckdichtung 26 ist so ausgelegt, dass diese über die Lebensdauer der Hochdruckpumpe 1 zuverlässig in der Zylinderbohrung 4 dichtend gleitet. Unterhalb des Ringspalts 27 weist der Pumpenkolben 15 einen geringeren Außendurchmesser auf als im Bereich oberhalb des Ringspalts 27.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 dadurch, dass hier ein Pumpenkolbenfuss 29 vorhanden ist, der einen Dorn 30 aufweist, der in eine Zylinderausnehmung 31 in dem Pumpenkolben 15 vorzugsweise eingepresst ist. Der Pumpenkolbenfuss 29 kann – wie in 1 dargestellt – eine hier nicht dargestellte Pumpenkolbenfußfläche 16 aufweisen. Der von dem Pumpenkolben 15 getrennte Pumpenkolbenfuss 29 erleichtert die Montage der Hochdruckdichtung 26, die während des Verpressvorgangs zwischen die zu verpressenden Bauteile eingefügt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218122 A1 [0002]
