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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
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Kraftstoffhochdruckpumpen in Kraftstoffeinspritzsystemen werden dazu verwendet, einen Kraftstoff mit einem hohen Druck zu beaufschlagen, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen im Bereich von 150–400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen im Bereich von 1500–2500 bar liegt. Je höher der Druck, der in dem jeweiligen Kraftstoff erzeugt werden kann, desto geringer sind Emissionen, die während der Verbrennung des Kraftstoffes in einer Brennkammer entstehen, was insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft ist, dass eine Verringerung von Emissionen immer stärker gewünscht wird.
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Um die hohen Drücke in dem jeweiligen Kraftstoff erzielen zu können, wird die Kraftstoffhochdruckpumpe typischerweise als Kolbenpumpe ausgeführt, bei der ein Pumpenkolben eine translatorische Bewegung ausführt und den Kraftstoff dabei periodisch komprimiert und entspannt.
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Zur Führung des Pumpenkolbens während seiner translatorischen Bewegung ist dieser für gewöhnlich in einer Führungshülse angeordnet, welche sich in einem Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe befindet. Der Pumpenkolben bewegt sich axial innerhalb dieser Führungshülse, wobei der Kraftstoff in einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe komprimiert wird.
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Beim Komprimieren des Kraftstoffes besteht die Möglichkeit, dass sog. Leckagekraftstoff in einen Bereich zwischen dem Gehäuse und der Führungshülse fließt, insbesondere dann, wenn die Verbindung zwischen Gehäuse und Führungshülse nicht absolut dicht ist. Es kann dann vorkommen, dass sich zwischen Gehäuse und Führungshülse ein Druck aufbaut, welcher zu einer Verformung der Führungshülse und damit zu einer Reduzierung des Kolbenspiels des Pumpenkolbens bis hin zu einem Klemmen des Pumpenkolbens führen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftstoffhochdruckpumpe vorzuschlagen, die in dieser Hinsicht verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes in einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Hochdruck weist einen in einem Gehäuse angeordneten Pumpenkolben, der im Betrieb eine translatorische Bewegung in einem in dem Gehäuse angeordneten Druckraum ausführt, um einen in dem Druckraum angeordneten Kraftstoff mit Hochdruck zu beaufschlagen, sowie eine Führungshülse auf, die in einer Aufnahmebohrung des Gehäuses angeordnet ist und zum Führen des Pumpenkolbens während seiner translatorischen Bewegung ausgebildet ist. Die Führungshülse weist eine einen Umfang der Führungshülse definierende Hülsenaußenwand auf, und die Aufnahmebohrung weist eine Bohrungswand auf. In der Hülsenaußenwand und/oder in der Bohrungswand ist wenigstens eine sich wenigstens teilweise um den Umfang der Führungshülse spiralförmig erstreckende Spiralnut angeordnet.
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Um einen zwischen dem Gehäuse und der Führungshülse auftretenden Druck durch Leckagekraftstoff abbauen zu können, könnte beispielsweise ein Teil des Umfangs der Führungshülse abgefräst sein, sodass der Kraftstoff aus dem Bereich zwischen Gehäuse und Führungshülse über den durch das Abfräsen entstehenden Spalt abfließen kann. Dies würde jedoch dazu führen, dass es zu einer ungleichmäßigen Verteilung einer Flächenpressung kommt, insbesondere wenn die Führungshülse über einen Pressverband in dem Gehäuse befestigt ist. Eine ungleichmäßige Verteilung der Flächenpressung an einem Umfang dieses Pressverbandes führt zu einem relativ hohen Rundheitsfehler. Dieser kann sich durch die Querkräfte des Kolbens im Betrieb weiter verstärken. Daher wird stattdessen nun vorgeschlagen, eine sich um den Umfang der Führungshülse spiralförmig erstreckende Spiralnut vorzusehen, die entweder in der Hülsenaußenwand oder in der Bohrungswand oder auch in beiden angeordnet sein kann.
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Somit wird ein Abfließen des Leckagekraftstoffes aus dem Bereich zwischen Gehäuse und Führungshülse ermöglicht, wobei gleichzeitig eine gleichmäßige Abstützung der Führungshülse in dem Gehäuse ermöglicht wird, sodass eine bessere Rundheit der Führungshülse erzeugt werden kann. Um den Leckagekraftstoff besonders effektiv aus dem Bereich zwischen Gehäuse und Führungshülse ableiten zu können, erstreckt sich die Spiralnut zumindest teilweise über den Umfang der Führungshülse.
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Dabei erstreckt sich die Spiralnut in besonders bevorzugter Ausgestaltung wenigstens einmal um den Umfang der Führungshülse, um so eine besonders gelichmäßige Flächenpressung in dem Pressverband zu erzielen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Druckraum durch eine Verengung der Aufnahmebohrung gebildet, wobei die Führungshülse direkt benachbart zu dem Druckraum in der Aufnahmebohrung angeordnet ist. Die Spiralnut ist dabei in einem zu dem Druckraum beabstandet angeordneten Teilbereich der Hülsenaußenwand bzw. der Bohrungswand angeordnet. Besonders vorteilhaft ist dabei die Spiralnut in einem entgegengesetzt zu dem Druckraum angeordneten Drittel der Aufnahmebohrung angeordnet.
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Erstreckt sich die Spiralnut in diesem unteren Bereich der Führungshülse entweder in der Bohrungswand oder in der Hülsenaußenwand, dann leitet die Spiralnut insbesondere dann, wenn sie sich bis zu einem Ende der Führungshülse erstreckt, den Leckagekraftstoff aus dem Raum zwischen Gehäuse und Führungshülse in einen Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe ab, der von der Führungshülse aus gesehen gegenüberliegend zu dem Druckraum angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist zum Befestigen der Führungshülse in der Aufnahmebohrung wenigstens ein Pressverbandsbereich vorgesehen, in dem die Hülsenaußenwand und die Bohrungswand in einem Presskontakt sind. Dabei ist die Spiralnut in diesem Pressverbandsbereich angeordnet. Da ein Pressverband normalerweise eine relativ dichte Verbindung zwischen zwei Elementen bildet, ist es schwierig, Leckagekraftstoff abzuleiten, was beispielsweise über das Abfräsen eines unteren Bereiches des Pressverbandes erfolgen könnte. Stattdessen wird nun die Spiralnut so vorgesehen, dass sie sich über den Pressverband erstreckt, und somit gleichmäßig den Leckagekraftstoff über den Pressverband hinweg aus dem Bereich zwischen Gehäuse und Führungshülse ableiten kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung erstreckt sich die Spiralnut zumindest einseitig über den Pressverbandsbereich hinaus. Beispielsweise erstreckt sich die Spiralnut weiter Richtung Druckraum hin, und kann dann noch effizienter Leckagekraftstoff aus dem Bereich zwischen Gehäuse und Führungshülse aufnehmen und in den Niederdruckbereich ableiten.
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Vorzugsweise sind zum Befestigen der Führungshülse in der Aufnahmebohrung zwei Pressverbandsbereiche vorgesehen, in denen die Hülsenwand und die Bohrungswand in einem Presskontakt sind, wobei ein erster Pressverbandsbereich in direkter Nachbarschaft zu dem Druckraum angeordnet ist, wobei ein zweiter Pressverbandsbereich derart beabstandet zu dem ersten Pressverbandsbereich angeordnet ist, dass sich ein von den beiden Pressverbandsbereichen, der Hülsenaußenwand und der Bohrungswand definierter Hohlraum, wobei sich die Spiralnut in den Hohlraum hinein erstreckt. Je weiter sich dabei die Spiralnut in den Hohlraum hinein erstreckt, desto effizienter kann Kraftstoff über die Spiralnut aus dem Hohlraum abgeleitet werden.
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Es ist auch möglich, statt einer Spiralnut mehrere Spiralnuten vorzusehen, die sich über den Umfang der Führungshülse entweder in der Hülsenaußenwand oder in der Bohrungswand oder in beiden erstrecken. Es ist auch möglich, eine oder mehrere Spiralnuten vorzusehen, die sich teilweise oder einmal oder auch mehrfach um den Umfang der Führungshülse erstrecken je nach Menge des abzuleitenden Kraftstoffes.
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Vorzugsweise ist die Spiralnut an wenigstens einem Ende in ihrer Breite und in ihrer Tiefe auslaufend ausgebildet und erweitert sich von diesem einen Ende ausgehend kontinuierlich auf eine vordefinierte Endbreite bzw. Endtiefe. Eine auslaufende Spiralnut hat den Vorteil, dass der Leckagekraftstoff gezielt in den Bereich der Spiralnut geführt werden kann.
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Vorzugsweise weist die Spiralnut in dem Pressverbandsbereich die vordefinierte Endbreite bzw. Endtiefe auf. Damit weist die Spiralnut in dem Pressverbandsbereich überall die gleiche Tiefe und Breite auf, sodass sich eine gleichmäßige Verteilung der Flächenpressung innerhalb des Pressverbandsbereichs am Umfang der Führungshülse ergibt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
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1 eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Pumpenkolben, der in einem Gehäuse in einer Führungshülse geführt ist;
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2 eine erste perspektivische Darstellung der Führungshülse aus 1;
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3 eine zweite perspektivische Darstellung der Führungshülse aus 1; und
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4 eine dritte perspektivische Darstellung der Führungshülse aus 1.
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1 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe 10, bei der sich im Betrieb ein Pumpenkolben 12 in einem Gehäuse 14 translatorisch auf- und ab bewegt und dabei einen in einem Druckraum 16 angeordneten Kraftstoff periodisch mit Druck beaufschlagt und wieder entspannt.
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Zum Führen des Pumpenkolbens 12 in seiner translatorischen Bewegung ist eine Führungshülse 18 in einer Aufnahmebohrung 20 des Gehäuses 14 befestigt. Die Aufnahmebohrung 20 weist zu einem Bereich oberhalb Führungshülse 18 eine Verengung 22 auf, die den Druckraum 16 bildet, in dem der Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt wird.
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Gegenüberliegend zu dem Druckraum 16 in Bezug auf die Führungshülse 18 gesehen ist ein Niederdruckbereich 24 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 angeordnet, in dem sich der hier nicht gezeigte Antrieb für den Pumpenkolben 12 befindet.
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Die Führungshülse 18 ist über zwei Pressverbandsbereiche 26 in der Aufnahmebohrung 20 befestigt, wobei in den beiden Pressverbandsbereichen 26 eine Hülsenaußenwand 28 in einem Presskontakt mit einer Bohrungswand 30 der Aufnahmebohrung 20 ist. Ein erster Pressverbandsbereich 26A ist dabei in direkter Nachbarschaft zu dem Druckraum angeordnet, und ein zweiter Pressverbandsbereich 26B ist beabstandet von diesem ersten Pressverbandsbereich 26A angeordnet, und zwar derart, dass sich zwischen der Führungshülse 18 und dem Gehäuse 14 ein Hohlraum 32 bildet, in dem die Hülsenaußenwand 28 und die Bohrungswand 30 nicht in Kontakt miteinander sind. Der Hohlraum 32 ist demgemäß durch die Hülsenaußenwand 28, die Bohrungswand 30 sowie die beiden Pressverbandsbereiche 26A, 26B definiert.
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Bewegt sich nun der Pumpenkolben 12 im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 translatorisch auf und ab, erhöht sich der Druck in dem Druckraum 16, und es kann vorkommen, dass sich durch den ersten Pressverbandsbereich 26A hindurch Leckagekraftstoff in dem Hohlraum 32 sammelt. Dadurch kann sich in dem Hohlraum ein Druck aufbauen, was zu einer Verformung der Führungshülse 18 und damit zu einer Reduzierung des Kolbenspiels bis hin zum Klemmen des Pumpenkolbens 12 führen kann.
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Um dies zu verhindern wäre es beispielsweise möglich, an der Führungshülse in dem zweiten Pressverbandsbereich 26B einen Teil des Umfangs 36 der Führungshülse 18 abzufräsen, sodass der Pressverband nicht 360 Grad umlaufend ist, sodass der Leckagekraftstoff aus dem Hohlraum 32, das heißt dem Bereich zwischen den beiden Pressverbänden 26A, 26B über den so entstehenden Spalt in den Niederdruckbereich 24 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 abfließen kann. Eine solche Lösung würde jedoch zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Flächenpressung am Pressverbandsbereich 26B führen, welche zu einem relativ hohen Rundheitsfehler führt. Dieser Rundheitsfehler kann sich durch die Querkräfte des Pumpenkolbens 12 im Betrieb weiter verstärken.
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Daher wird als alternative Lösung vorgeschlagen, eine Spiralnut 34 vorzusehen, die sich um einen Umfang 36 der Führungshülse 18 erstreckt, und über die Leckagekraftstoff aus dem Hohlraum 32 in den Niederdruckbereich 24 abgeführt werden kann.
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Eine solche Spiralnut 34 ist beispielhaft in der in den 2–4 gezeigten Ausführungsformen der Führungshülse 18 gezeigt. Die Spiralnut 34 kann dabei entweder wie in den Figuren gezeigt in der Hülsenaußenwand 28 der Führungshülse 18 angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, sie in der Bohrungswand 30 der Aufnahmebohrung 20 anzuordnen, oder in beiden Elementen.
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2, 3 und 4 zeigen dabei jeweils eine perspektivische Darstellung der Führungshülse 18 aus 1, wobei die Spiralnut 34 vorteilhaft in einem unteren Drittel der Führungshülse 18 angeordnet ist, das heißt in dem Bereich, der beabstandet zu dem Druckraum 16 angeordnet ist, und in dem sich später im Zusammenwirken mit der Aufnahmebohrung 20 der zweite Pressverbandsbereich 26B bildet.
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Die Spiralnut 34 erstreckt sich dabei wenigstens einmal um den Umfang 36 der Führungshülse 18. Es ist jedoch auch möglich, eine Spiralnut 34 vorzusehen, die sich nur teilweise oder auch mehrfach über den Umfang 36 erstreckt. Weiter wäre auch denkbar, statt einer einzigen Spiralnut 34 mehrere Spiralnuten 34 vorzusehen.
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Demgemäß wird vorzugsweise im Bereich des zweiten Pressverbandsbereiches 26B die Spiralnut 34 angebracht, um somit ein Abfließen des Kraftstoffes aus dem Bereich zwischen den beiden Pressverbandsbereichen 26A, 26B zu ermöglichen.
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Alternativ kann diese Spiralnut 34 auch in der Aufnahmebohrung 20 des Gehäuses 14 vorgesehen werden. Es ist auch denkbar, diese Spiralnut 34 nicht nur im Bereich des zweiten Pressverbandsbereiches 26B, sondern auch über weitere Bereiche der Führungshülse 18 bzw. des Gehäuses 14 vorzusehen. Die Form der Spiralnut 34 und die Anzahl der Gewindegänge kann entsprechend den Anforderungen variiert werden.
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In 2 ist zu sehen, dass die sich die Spiralnut 34 nicht nur im zweiten Pressverbandsbereich 26B erstreckt, sondern darüber hinaus in Richtung auf den Druckraum 16 zu. Dabei ist die Spiralnut 34 an einem Ende 38 in ihrer Breite B und ihrer Tiefe T auslaufend ausgebildet und erweitert sich kontinuierlich von diesem Ende 38 ausgehend bis auf eine vordefinierte Endbreite BE bzw. Endtiefe TE. Diese Endbreite BE bzw. Endtiefe TE weist die Spiralnut 34 jedoch mindestens in dem Bereich auf, in dem sie sich über den zweiten Pressverbandsbereich 26B erstreckt, um so ein schnelles Ableiten des Kraftstoffes in den Niederdruckbereich 24 zu ermöglichen. In der vorliegenden Ausführungsform, die in den 2 bis 4 gezeigt ist, entspricht das in etwa 80% ihrer Gesamtlänge.
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Gewöhnlich werden Führungshülsen 18 größtenteils über einen Dreh-Prozess hergestellt. Ein Abfräsen eines Teiles des Umfangs 36 der Führungshülse 18 würde jedoch mittels einer Fräsbearbeitung hergestellt. Wird nun jedoch eine Führungshülse 18 mit einer Spiralnut 38 verwendet, kann nun das gesamte Bauteil mit demselben Prozess, nämlich dem Drehprozess, hergestellt werden, was zu einer Kostenersparnis in der Herstellung der Führungshülse 18 führt.
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Die Spiralnut kann so ausgeführt werden, dass über die gesamte Höhe des zweiten Pressverbandsbereiches 26B eine Abstützung sichergestellt werden kann, zumindest partiell. Damit ist eine relativ gleichmäßige Flächenpressung über den gesamten Umfang 36 der Passung gewährleistet. Damit wird die Rundheitsabweichung der Führung des Pumpenkolbens 12 kaum erhöht, wodurch sowohl ein konstanterer Querschnitt der Führung als auch das Risiko gegen Klemmen des Pumpenkolbens 12 reduziert werden kann.
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Weiter ist es möglich, die Führungshülse 18 spitzenlos zu bearbeiten, was bei der Herstellung einer Drainagefläche durch Abfräsen nicht möglich wäre. Dadurch kann mehr Flexibilität in der Wahl des Fertigungsverfahrens bereitgestellt werden.
