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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, in dem eine zylinderförmige Führung für einen Stößel eingelassen ist, der zwischen einer unteren Totpunktstellung (UT-Stellung) und einer oberen Totpunktstellung (OT-Stellung) bewegbar ist, und wobei der Stößel zumindest einen Überlaufkanal zur Verbindung eines oberhalb des Stößels in der Hochdruckpumpe angeordnetem fluidbeaufschlagten Stößelraums mit einem unterhalb des Stößels angeordneten fluidbeaufschlagten Triebwerkraums aufweist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der
DE 10 2009 054 944 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffhochdruckpumpe fördert aus einem Niederdrucksystem zugeführten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher, aus dem der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem eine zylinderförmige Führung für einen Stößel eingelassen ist. Der Stößel weist einen Überlaufkanal auf, der einen oberhalb des Stößels in der Hochdruckpumpe angeordneten fluidbeaufschlagten Stößelraum mit einem unterhalb des Stößels angeordneten fluidbeaufschlagten Triebwerkraum verbindet. Dabei erfolgt durch den Überlaufkanal während des Betriebs der Hochdruckpumpe, bei dem der Stößel zwischen einer unteren Totpunktstellung und einer oberen Totpunktstelle hin und her bewegt wird, ein kontinuierlicher Druckausgleich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, deren Betriebsverhalten gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Überlaufkanal eine Einrichtung zur Rückförderung von Fluid aus dem Stößelraum in den Triebwerkraum aufweist. Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abbau eines Fluidpolsters in dem Stößelraum unterstützt, um das Risiko zu reduzieren, dass ein Fluidpolster aus dem Stößelraum unter hohem Druck in dem Triebwerkraum verdrängt werden muss. Dadurch wird in Ergebnis das Betriebsverhalten der so ausgestalteten Hochdruckpumpe verbessert und letztendlich eine Wirkungsgradverbesserung gegenüber einer herkömmlich ausgestalteten Hochdruckpumpe erreicht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung ein Rückschlagventil. Das Rückschlagventil ist dabei so in den Überlaufkanal eingesetzt, dass bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels von der unteren Totpunktstellung in die obere Totpunktstellung ein Überströmen von in dem Stößelraum befindlichen Fluid in den Triebraum möglich ist. Dagegen ist bei einer Abwärtsbewegung des Stößels von der oberen Totpunktstellung in die untere Totpunktstellung das Rückschlagventil geschlossen, so dass letztendlich in dem Stößelraum ein geringerer Unterdruck entsteht, der dem Aufbau eines Fluidpolsters bei der anschließenden Aufwärtsbewegung des Stößels in dem Stößelraum entgegenwirkt. Im Übrigen ist der Triebwerkraum nicht vollständig mit dem Fluid gefüllt, sondern es befindet sich in dem Triebwerkraum ein Fluidsumpf, in den eine Antriebswelle der Hochdruckpumpe beispielsweise periodisch eintaucht und eine geringere Menge Fluid und Fluidnebel (mit Luft durchsetztes Fluid) in den Stößelraum zur Schmierung und Kühlung der Komponenten fördert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Rückschlagventil ein Kugelventil, ein Klappenventil oder ein Membranventil. Dies sind die gängigen Ausgestaltungsmöglichkeiten des Rückschlagventils, wobei aber auch noch andere Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung umsetzbar sind. Die derart ausgestalteten Rückschlagventile sind aus einem geeigneten Werkstoff, der beispielsweise ein metallischer Werkstoff oder ein Kunststoffwerkstoff oder eine Kombination aus verschiedenen Werkstoffen sein kann, gefertigt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein Rückschlagventil in zumindest einem Überlaufkanal von mehreren Überlaufkanälen angeordnet. Diese Ausgestaltung legt die Erkenntnis zu Grunde, dass es für einen zuverlässigen Betrieb der Hochdruckpumpe vermieden werden muss, das sich beim Betrieb der Hochdruckpumpe in den Stößelraum bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels ein unzulässig hoher Unterdruck erzeugt wird, der eine Abwärtsbewegung des Stößels behindert. Sind beispielsweise bei einer Ausgestaltung des Stößels insgesamt vier Überlaufkanäle auf dem Umfang des Stößels verteilt angeordnet, ist es beispielsweise ausreichend, wenn in einem, zwei oder maximal drei der Überlaufkanäle ein Rückschlagventil eingesetzt ist/sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung eine Drossel oder eine Düse. Die Drossel bzw. die Düse ist wiederum so ausgestaltet, dass bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels ein Überströmen von Fluid von dem Stößelraum in den Triebwerkraum weniger behindert wird, als bei einer Abwärtsbewegung des Stößels.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Drossel oder Düse eine strömungsrichtungsoptimierte obere Einlaufkontur auf, die zu dem Stößelraum ausgerichtet ist. Dadurch wird bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels der Einlauf von in dem Stößelraum befindlichen Fluid in die Drossel oder Düse weniger behindert, als umgekehrt bei einer Abwärtsbewegung des Stößels von dem Triebwerkraum in den Stößelraum.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die strömungsrichtungsoptimierte Einlaufkontur einen Strömungswiderstandswert ζ von 0,1 bis 0,05 auf. Dadurch ist sichergestellt, dass das einströmende Fluid nahezu ungestört einströmen kann.
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In weiterer Ausgestaltung weist die Drossel oder Düse eine strömungshindernde untere Einlaufkontur auf, die zu dem Triebwerksraum ausgerichtet ist. Dadurch wird bei einer Abwärtsbewegung des Stößels der Einlauf von in dem Stößelraum befindlichen Fluid in die Drossel oder Düse mehr behindert, als umgekehrt bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels von dem Triebwerkraum in den Stößelraum.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Drossel oder Düse zu dem Triebwerkraum blendenförmig ausgebildet und weist einen Strömungswiderstandswert ζ von 0,25 bis 0,5 auf. Dadurch ist der gewünschte Effekt der Strömungsbeeinflussung des Fluids durch den Überlaufkanal besonders vorteilhaft umgesetzt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Fluid ein Schmieröl. Insbesondere bei Verwendung von Schmieröl zur Schmierung und Kühlung der bewegten Komponenten einer Hochdruckpumpe ist beispielsweise aus Gründen der Viskosität des verwendeten Schmieröls der Gegenstand der Erfindung besonders vorteilhaft umsetzbar. Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass es im Rahmen der Erfindung ausdrücklich auch möglich ist, unterschiedliche Ausgestaltungen der Einrichtung bei einem Stößel zu kombinieren. So ist es insbesondere möglich, einen Überlaufkanal mit einem Rückschlagventil auszugestalten und einen weiteren Überlaufkanal mit einer Drossel oder einer Düse zu versehen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe mit einem herkömmlich ausgestaltete Überlaufkanäle aufweisenden Stößel,
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2a, 2b eine Schnittdarstellung eines Stößels mit einem in einem Überlaufkanal eingesetzten Rückschlagventil während einer Abwärtsbewegung des Stößels (2a) und einer Aufwärtsbewegung des Stößels (2b), und
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3a, 3b eine Schnittdarstellung eines Stößels mit einer in einem Überlaufkanal eingesetzten Drossel oder Düse während einer Abwärtsbewegung des Stößels (3a) und einer Aufwärtsbewegung des Stößels (3b).
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Die in 1 dargestellte Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem ein Triebwerkraum 2 ausgebildet ist, in dem eine Nockenwelle 3 drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle 3 weist in dem Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegende Nocken 4a, 4b auf. Die Nockenwelle 3 wird in geeigneter Weise von einer Welle, beispielsweise einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, an der die Hochdruckpumpe verbaut ist, angetrieben. Die Hochdruckpumpe wird zur Förderung von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff in einen Hochdruckspeicher der mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgestatteten selbstzündenden Brennkraftmaschine eingesetzt. Der Kraftstoff wird der Hochdruckpumpe aus einem Kraftstofftank von einer Niederdruckpumpe gesteuert beispielsweise über eine Zumesseinheit oder einem elektrisch betätigten Saugventil zugeführt. Der von der Hochdruckpumpe in den Hochdruckspeicher geförderte Kraftstoff wird von Kraftstoffinjektoren aus dem Hochdruckspeicher entnommen, wobei die Kraftstoffinjektoren den Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher beträgt beispielsweise bis zu 3000 bar oder mehr.
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In das Pumpengehäuse 1 ist angrenzend an den Triebwerkraum 2 eine zylinderförmige Führung 5 eingelassen, in die ein Stößel 6 eingesetzt ist, der in der zylinderförmigen Führung 5 axial bewegbar ist. In die Führung 5 ragt weiterhin ein mit einem Pumpenzylinderkopf 7 einstückig ausgebildeter Pumpenzylinder 8 hinein, der eine Pumpenzylinderbohrung 9 aufweist. In der Pumpenzylinderbohrung 9 ist ein Pumpenkolben 10 eingesetzt, der mit dem Stößel 6 zusammenwirkt und bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 3 auf und ab bewegt wird. Die Pumpenzylinderbohrung 9 geht pumpenzylinderkopfseitig in einen Pumpenarbeitsraum 11 über, in den über einen Einlass bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 10 Kraftstoff eingeführt wird, der bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 10 über einen Auslass letztendlich in den Hochdruckspeicher gefördert wird.
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Der Stößel 6 weist ein Stößelhemd 12 auf, das den Pumpenzylinder 8 umfasst und mit diesem einen Stößelraum 13 bildet. In dem Stößelraum 13 ist eine Stößelfeder 14 angeordnet, die unter Einbezug einer Scheibe 15 einen Pumpenkolbenfuß 27 des Pumpenkolbens 10 gegen einen Stößelboden 16 drückt. In dem Stößelboden 16 ist eine Zylinderausnehmung 17 eingelassen, in die eine Laufrolle 18 eingesetzt ist. Die Laufrolle 18 läuft auf der Nockenwelle 3 beziehungsweise den Nocken 4a, 4b bei Betrieb der Hochdruckpumpe ab und setzt die Drehbewegung der Nockenwelle 3 in eine translatorische Auf und Ab Bewegung des Stößels 6 und des Pumpenkolbens 10 zwischen einer oberen Totpunktstellung (OT-Stellung) und einer unteren Totpunktstellung (UT-Stellung) um.
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Der Triebwerkraum 2 ist beispielsweise bis zu einer Füllhöhe 19 mit einem Fluid, insbesondere einem Schmieröl gefüllt, wobei die Nocken 4a, 4b bei der Drehbewegung der Nockenwelle 3 vorzugsweise geringfügig in das Schmieröl eintauchen und Schmieröl zur Schmierung der zuvor beschriebenen Komponenten mitführen beziehungsweise aufschleudern. Damit auch Schmieröl bzw. Schmierölnebel in den Stößelraum 13 gelangt, sind in den Stößel 6 beispielsweise zwei oder vier Überlaufkanäle 20 eingelassen, die den Triebwerkraum 2 mit dem Stößelraum 13 verbinden.
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In zumindest einen der Überlaufkanäle 20 des Stößels 6 ist eine Einrichtung eingesetzt, die eine Rückförderung von Schmieröl aus dem Stößelraum 13 in den Triebwerkraum 2 unterstützt bzw. bewirkt. Diese Einrichtung ist bei der in den 2a, 2b dargestellten Ausgestaltung als Rückschlagventil 21 und bei der Ausgestaltung nach den 3a, 3b als Drossel oder Düse 22 ausgebildet. Der Stößel 6 gemäß den 2a, 2b und 3a, 3b weist gegenüber dem Stößel 6 der 1 konstruktive Unterschiede auf, die aber für den Gegenstand der Erfindung belanglos sind. Grundsätzlich ist der Gegenstand der Erfindung bei allen gängigen Ausführungen eines Stößels 6 anwendbar.
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Das in den 2a, 2b dargestellte Rückschlagventil 21, das in zumindest einen Überlaufkanal 20 – nicht aber in allen vorhandenen Überlaufkanälen 20 – eingesetzt ist, ist beispielsweise als Kugelventil mit einer Ventilkugel 23 und einer Ventilfeder 24 ausgestaltet, wobei die Ventilfeder 24 die Ventilkugel 23 im Ruhezustand in einen Ventilsitz 25 drückt. Wird der Stößel 6 – wie in 2a durch einen Abwärtspfeil dargestellt, abwärts bewegt, wird die Ventilkugel 23 von der Ventilfeder 24 in den Ventilsitz 25 gedrückt. Der Überlaufkanal 20 ist folglich verschlossen. Dadurch wird in dem Stößelraum 13 ein definierter Unterdruck erzeugt, der bei einer anschließenden in 2b dargestellten und durch den Aufwärtspfeil dargestellten Aufwärtsbewegung des Stößels 6 den Aufbau eines Ölpolsters in dem Stößelraum 13 verhindert beziehungsweise das Risiko eines solchen Aufbaus eines Ölpolsters verringert. Dabei ist das Rückschlagventil 21 während der Aufwärtsbewegung des Stößels 6 geöffnet und in dem Stößelraum 13 befindliches Schmieröl bzw. Schmierölnebel kann auch über den Überlaufkanal 20 mit dem eingebauten Rückschlagventil 21 von dem Stößelraum 13 in den Triebwerkraum 2 strömen.
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Die gleiche Funktion ergibt sich sinngemäß bei der in den 3a und 3b dargestellten Ausführung mit der Drossel oder der Düse 22. Die Drossel 22 oder Düse 22 weist eine strömungsrichtungsoptimierte obere Einlaufkontur 26 auf, die zu dem Stößelraum 13 hin ausgerichtet ist und für aus dem Stößelraum 13 eintretendes Schmieröl einen Strömungswiderstandswert ζ von 0,1 bis 0,05 aufweist, während die strömungshindernde untere Einlaufkontur 28 für von dem Triebwerkraum 2 in die Drossel oder Düse 22 eintretendes Schmieröl einen Widerstandsbeiwert ζ von 0,25 bis 0,5 aufweist. Da bei dieser Ausgestaltung die Strömung durch die Drossel oder Düse 22 auch bei einer Abwärtsbewegung des Stößels 6 nicht vollständig unterbunden ist, kann eine Drossel oder Düse 22 maximal in allen Überlaufkanälen 20 angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054944 A1 [0002]
