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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Pumpe in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die
DE 10 2009 000 859 A1 bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das wiederum einen einen in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweist. Der Pumpenkolben ist in einer Zylinderbohrung eines Gehäuseteils der Pumpe verschiebbar geführt und begrenzt in der Zylinderbohrung einen Pumpenarbeitsraum. Der Pumpenkolben ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum abgewandten Ende aus dem dem Pumpenarbeitsram abgewandten Ende der Zylinderbohrung heraus. Auf dem aus der Zylinderbohrung ragenden Endbereich des Pumpenkolbens ist ein ringförmiges Dichtelement angeordnet. Das Dichtelement dient dazu eine Vermischung von dem durch den Pumpenkolben geförderten Kraftstoff mit dem außerhalb der Zylinderbohrung des Gehäuseteils vorhandenen Medium zu vermeiden. Das außerhalb der Zylinderbohrung des Gehäuseteils vorhandene Medium ist insbesondere Schmieröl zur Schmierung eines Antriebsbereichs, beispielsweise einem Rollenstößel und dessen Abstützung an einem Nocken. Das Dichtelement weist an seinem Innenumfang wenigstens eine Dichtlippe auf, die mit radialer Vorspannung am Pumpenkolben anliegt. Die radiale Vorspannung wird durch ein im Dichtelement angeordnetes Federelement erzeugt. Vorzugsweise weist das Dichtelement mehrere in Richtung der Längsachse des Pumpenkolbens zueinander versetzt angeordnete Dichtlippen auf. Die zum Pumpenarbeitsraum hin angeordnete Dichtlippe oder Dichtlippen dienen insbesondere dazu einen Austritt von Kraftstoff aus der Zylinderbohrung zu verhindern während die dem Pumpenarbeitsraum abgewandt angeordnete Dichtlippe dazu dient einen Eintrag von Schmieröl in die Zylinderbohrung zu verhindern. Da der geförderte Kraftstoff und das Schmieröl unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche Viskositäten, aufweisen ist entsprechend eine Abstimmung der Dichtlippen, insbesondere auch der radialen Vorspannung mit der diese am Pumpenkolben anliegen, erforderlich. Wenn die Dichtlippen dabei an einem einzigen Dichtelement angeordnet sind, so ist es schwierig unterschiedliche radiale Vorspannungen der Dichtlippen zu erreichen, da sich diese gegenseitig beeinflussen und somit eine Änderung der Vorspannung einer Dichtlippe auch zu einer Änderung der Vorspannung der anderen Dichtlippen führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die wenigstens zwei separaten Dichtelemente und die separaten Federelemente eine individuelle optimale Auslegung der radialen Vorspannung der Dichtlippen erreicht werden kann.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine Verbesserung der Abdichtung gegenüber dem außerhalb der Zylinderbohrung vorhandenen Medium. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine weitere Verbesserung der Abdichtung gegenüber dem aus der Zylinderbohrung austretenden Medium.
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Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Pumpe in einem Längsschnitt, 2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Pumpe in vergrößerter Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und 3 den Ausschnitt II gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 bis 3 ist in vereinfachter Darstellung eine Pumpe gezeigt, die insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ist. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle 14 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung bezüglich der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 angetrieben wird. Die Antriebswelle 14 kann Teil der Pumpe sein oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Pumpe keine eigene Antriebswelle aufweist und die Antriebswelle 14 Teil der Brennkraftmaschine ist. Die Antriebswelle 14 kann dabei beispielsweise eine Welle der Brennkraftmaschine sein durch die auch die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt werden. Die Antriebswelle 14 weist für den Antrieb des Pumpenkolbens 12 einen Nocken 16 oder Exzenter auf.
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Die Pumpe weist ein Pumpengehäuse auf, das mehrteilig ausgebildet sein kann. Der Pumpenkolben 12 ist in einer Zylinderbohrung 18 eines Gehäuseteils 20 der Pumpe dicht geführt wobei das Gehäuseteil 20 nachfolgend als Zylinderkopf bezeichnet wird. Mit seinem der Antriebswelle 14 abgewandten Ende begrenzt der Pumpenkolben 12 in der Zylinderbohrung 18 einen Pumpenarbeitsraum 22. Der Pumpenarbeitsraum 22 weist über ein Einlassventil 24, das ein in den Pumpenarbeitsraum 22 hinein öffnendes Einlassrückschlagventil sein kann, eine Verbindung mit einem Zulauf 26 auf, über den der Pumpenarbeitsraum 22 beim radial nach innen zur Drehachse 15 der Antriebswelle 14 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 12 mit Kraftstoff befüllt wird. Der Pumpenarbeitsraum 22 weist außerdem über ein Auslassventil 28, das beispielsweise ein aus dem Pumpenarbeitsraum 22 heraus öffnendes Auslassrückschlagventil ist, eine Verbindung mit einem Ablauf 30 auf, der zu einem Hochdruckspeicher 32 führen kann und über den beim radial nach außen von der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 weg gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 22 verdrängt wird.
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Der Pumpenkolben 12 stützt sich über einen Rollenstößel 40 am Nocken 16 der Antriebswelle 14 ab. Der Rollenstößel 40 weist einen Stößelkörper 42 auf, in dem eine auf dem Nocken 16 abrollende Rolle 44 drehbar gelagert ist. Der Stößelkörper 42 wird durch eine Feder 46 zum Nocken 16 hin beaufschlagt, so dass die Rolle 44 auch beim Saughub des Pumpenkolbens 12 in Anlage am Nocken 16 bleibt. Der Pumpenkolben 12 ragt mit seinem dem Pumpenarbeitsraum 22 abgewandten Ende aus der Zylinderbohrung 18 heraus und ist an seinem Ende mit dem Stößelkörper 42 gekoppelt, so dass der Pumpenkolben 12 ebenfalls durch die Feder 46 beaufschlagt ist. Der Zylinderkopf 20 weist im Bereich der Zylinderbohrung 18 zum Nocken 16 hin einen die Zylinderbohrung 18 umgebenden zumindest annähernd zylinderförmigen Abschnitt 50 auf. Die Feder 46 ist als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet, umgibt den Abschnitt 50 des Zylinderkopfs 20 und stützt sich am Zylinderkopf 20 ab.
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Erfindungsgemäß sind mehrere, beispielsweise zwei ringförmige Dichtelemente 52, 62 vorgesehen, die den aus der Zylinderbohrung 18 ragenden Endbereich des Pumpenkolbens 12 auf dessen Umfang umgeben. Ein erstes Dichtelement 52 ist dabei näher zum Pumpenarbeitsraum 22 hin angeordnet und ein zweites Dichtelement 62 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 22 abgewandten Seite des ersten Dichtelements 52 angeordnet. Der Zylinderkopf 20 weist im Abschnitt 50 eine an die Zylinderbohrung 18 anschließende Bohrung 72 mit größerem Durchmesser als die Zylinderbohrung 18 auf. Die Bohrung 72 bildet eine Aufnahme für die beiden Dichtelemente 52, 62 in die die Dichtelemente 52, 62 eingesetzt sind.
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Das erste Dichtelement 52 weist wenigstens eine, vorzugsweise mehrere in Richtung der Längsachse 13 des Pumpenkolbens 12 zueinander versetzt angeordnete Dichtlippen 53, 54 auf, die jeweils unter radialer Vorspannung am Außenmantel des Pumpenkolbens 12 anliegen. Eine erste Gruppe von Dichtlippen 53 ist in dem dem Pumpenarbeitsraum 22 zugewandten Endbereich des ersten Dichtelements 52 angeordnet und umfasst beispielsweise drei Dichtlippen 53. In dem dem zweiten Dichtelement 62 zugewandten Endbereich des ersten Dichtelements 52 ist eine Dichtlippe 54 vorgesehen, wobei auch mehrere Dichtlippen 54 vorgesehen sein können. Im Dichtelement 52 ist im Bereich der ersten Gruppe von Dichtlippen 53 ein ringförmiges Federelement 56 angeordnet, das im Querschnitt u-förmig ausgebildet ist, wobei die Enden der Schenkel zum axialen Ende des Dichtelements 52 weisen. Durch die radiale Federwirkung des Federelements 56 wird die radiale Vorspannung der Dichtlippen 53 am Pumpenkolben 12 bewirkt. Entsprechend ist am anderen Ende des Dichtelements 52 ebenfalls ein ringförmiges Federelement 57 angeordnet, durch das die radiale Vorspannung der Dichtlippe 54 am Pumpenkolben 12 bewirkt wird. Die Federelemente 56, 57 können mit gleicher oder unterschiedlicher Vorspannung ausgeführt sein. Auf der radialen Außenseite des ersten Dichtelements 52 ist nahe den axialen Enden jeweils eine nach außen ragende Dichtlippe 59 angeordnet, die unter radialer Vorspannung in der Aufnahme 72 anliegt. Das erste Dichtelement 52 ist beispielsweise aus PTFE, Polythetrafluorethylen, hergestellt. Die Federelemente 56, 57 können aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein. Die Dichtlippen 53, 54 sind hinsichtlich ihrer Geometrie zur Erzielung der erforderlichen Dichtwirkung und einer ausreichenden Verschleißbeständigkeit ausgelegt. Das erste Dichtelement 52 dient vor allem zur Abdichtung der Zylinderbohrung 18, so dass aus dieser kein Kraftstoff in die Aufnahme 72 austritt.
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Das zweite Dichtelement 62 weist wenigstens eine Dichtlippe 64 auf, die unter radialer Vorspannung am Pumpenkolben 12 anliegt, wobei die Vorspannung durch ein im Dichtelement 62 angeordnetes ringförmiges Federelement 66 bewirkt wird. Vorzugsweise weist das zweite Dichtelement 62 nur eine einzige Dichtlippe 64 auf, die hinsichtlich ihrer Geometrie zur Erzielung der erforderlichen Dichtwirkung und Verschleißbeständigkeit ausgelegt ist. Das zweite Dichtelement 62 dient vor allem zur Abdichtung der Aufnahme 72 gegenüber dem außerhalb von dieser vorhandenen Schmieröl, so dass dieses nicht in die Aufnahme 72 gelangen kann. Die Vorspannung des Federelements 66 des zweiten Dichtelements 62 kann völlig unabhängig von der Vorspannung der Federelemente 56, 57 des ersten Dichtelements 52 ausgelegt werden. Vorzugsweise weist das Federelement 66 des zweiten Dichtelements 62 eine stärkere Vorspannung auf als die Federelemente 56, 57 des ersten Dichtelements 52, so dass die Dichtlippe 64 entsprechend mit einer stärkeren radialen Vorspannung am Pumpenkolben 12 anliegt als die Dichtlippen 53, 54 des ersten Dichtelements 52. Dies ist für die Funktion einer Abstreifung des an dem außerhalb der Aufnahme 72 angeordneten Bereichs des Pumpenkolbens 12 anhaftendem Schmieröl vorteilhaft.
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Auf der radialen Außenseite des zweiten Dichtelements 62 ist wenigstens eine nach außen ragende Dichtlippe 69 angeordnet, die unter radialer Vorspannung in der Aufnahme 72 anliegt. Das zweite Dichtelement 62 ist beispielsweise ebenfalls aus PTFE hergestellt. Das Federelement 66 des zweiten Dichtelements 62 kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein. An der dem ersten Dichtelement 52 zugewandten Stirnseite des zweiten Dichtelements 62 ist ein aus der Stirnseite hervorstehender Ringsteg 74 angeordnet, über den das zweite Dichtelement 62 an der Stirnseite des ersten Dichtelements 52 zur Anlage kommt. Der Ringsteg 74 verläuft vorzugsweise nahe dem radial äußeren Rand des Dichtelements 62. Alternativ kann der Ringsteg 74 auch an der Stirnseite des ersten Dichtelements 52 angeordnet sein. Durch den Ringsteg 74 ist sichergestellt, dass zwischen den beiden Dichtelementen 52 und 62 in der Aufnahme 72 ein Zwischenraum 76 gebildet ist, der ein ausreichend großes Volumen besitzt um Druckspitzen durch eingeschlepptes Medium (Kraftstoff und/oder Schmieröl) zu vermeiden.
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Die beiden Dichtelemente 52, 54 sind in der Aufnahme 72 in Richtung der Längsachse 13 des Pumpenkolbens 12 durch eine Befestigungsanordnung 78 gehalten. Die Befestigungsanordnung 78 kann beispielsweise einen sich an der dem ersten Dichtelement 52 abgewandten Stirnseite des zweiten Dichtelements 62 abstützende Stützscheibe 80 und einen die Stützscheibe 80 auf deren dem zweiten Dichtelement 62 abgewandter Seite übergreifenden Sicherungsring 82 gebildet sein, der in eine Nut 84 im Innenmantel der Aufnahme 72 eingerastet ist. Die Stützscheibe 80 liegt vorzugsweise nur im radial äußeren Randbereich des zweiten Dichtelements 62 an, so dass der radial innere Bereich des Dichtelements 62 mit der Dichtlippe 64 in Richtung der Längsachse 13 des Pumpenkolbens 12 nicht belastet ist. Durch die Befestigungsanordnung 78 werden die beiden Dichtelemente 52, 54 in der Aufnahme 72 gegen eine am Übergang von der Aufnahme 72 zur Zylinderbohrung 18 im Abschnitt 50 des Zylinderkopfs 20 gebildete Ringschulter 86 verspannt.
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Alternativ oder zusätzlich zum zweiten Dichtelement 62 kann gemäß einem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ein drittes ringförmiges Dichtelement 92 vorgesehen sein, das in der Aufnahme 72 auf der dem Pumpenarbeitsraum 22 zugewandten Seite des ersten Dichtelements 52 angeordnet ist. Das dritte Dichtelement 92 weist eine oder mehrere unter radialer Vorspannung am Pumpenkolben 12 anliegende Dichtlippen 94 auf, wobei die Vorspannung durch wenigstens ein im Dichtelement 92 angeordnetes Federelement 96 bewirkt wird. Am dritten Dichtelement 92 oder am ersten Dichtelement kann ein Ringsteg 98 als Abstandhalter zwischen dem ersten Dichtelement 52 und dem dritten Dichtelement 92 angeordnet sein. Am Außenmantel des dritten Dichtelements 92 ist eien Dichtlippe 99 angeordnet, die am Innenumfang der Aufnahme 72 anliegt. Das dritte Dichtelement 92 kann ebenfalls aus PTFE hergestellt sein und das Federelement 96 aus Metall oder Kunststoff. Das dritte Dichtelement 92 kann beispielsweise eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen als das erste Dichtelement 52, da dieses dichter an der Zylinderbohrung 18 angeordnet ist und der aus der Zylinderbohrung 18 austretende erhitzte Kraftstoff auf das dritte Dichtelement 92 trifft.
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Beim Betrieb der Pumpe wird durch den Pumpenkolben 12 Kraftstoff gefördert, der im Pumpenarbeitsraum 22 vorhanden ist und der infolge des erforderlichen Spiels zwischen dem Pumpenkolben 12 und der Zylinderbohrung 18 und des im Pumpenarbeitsraum 22 herrschenden hohen Drucks auch aus der Zylinderbohrung 18 zum Nocken 16 hin austreten kann. Im Bereich des Nockens 16 ist Schmieröl vorhanden, das im Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine zirkuliert. Durch die Dichtelemente 52, 62, 92 wird sowohl die Leckage von Kraftstoff aus der Zylinderbohrung 18 in den Schmierölkreislauf als auch die Leckage von Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf in die Zylinderbohrung 18 verhindert oder zumindest gering gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000859 A1 [0002]
