DE102016213333A1

DE102016213333A1 - Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102016213333A1
Application number: DE102016213333.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Kleindl; Edmund-Arnold Lienert; Peter Ropertz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25
Also published as: WO2018015047A1

Abstract

Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (12) und einem Druckbegrenzungsventil, welches in einer Ausnehmung (26) im Pumpengehäuse (12) aufgenommenen ist, wobei ein Endabschnitt (56) einer Ventilfeder (54) des Druckbegrenzungsventils (22) in einem zylindrischen Endbereich (58) der Ausnehmung (26) angeordnet ist, wobei der Endbereich (58) eine zylindrische Innenwand (60) und eine stirnseitige Endwand (62) aufweist, und wobei sich der Endabschnitt (56) der Ventilfeder (54) an der Endwand (62) abstützt. Es wird vorgeschlagen, dass zwischen der Innenwand (60) und der Endwand (62) ein gekrümmter Übergangsabschnitt (64) vorhanden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist aus der DE 10 2005 007 806 A1 bekannt und umfasst ein Pumpengehäuse und ein Druckbegrenzungsventil. Dieses ist in einer Ausnehmung im Pumpengehäuse aufgenommenen. Ein Endabschnitt einer Ventilfeder des Druckbegrenzungsventils ist in einem zylindrischen Endbereich der Ausnehmung angeordnet, wobei der Endbereich eine zylindrische Innenwand und eine stirnseitige Endwand aufweist. Der Endabschnitt der Ventilfeder stützt sich an der Endwand der Ausnehmung ab.
Das Druckbegrenzungsventil verbindet in einem geöffneten Zustand einen auslassseitigen Hochdruckbereich mit einem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem auslassseitigen Hochdruckbereich und dem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil wird also verhindert, dass der Druck in dem auslassseitigen Hochdruckbereich unzulässig hoch ist.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung. Die Merkmale können dabei sowohl in Alleinstellung als auch in ganz unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es bei einem scharfkantigen Übergang zwischen der zylindrischen Innenwand der Ausnehmung und der stirnseitigen Endwand der Ausnehmung bei höheren Betriebsdrücken zu einer Rissbildung im Pumpengehäuse kommen kann. Indem erfindungsgemäß zwischen der Innenwand des zylindrischen Endbereichs der Ausnehmung und der Endwand ein gekrümmter Übergangsabschnitt anstelle eines scharfkantigen Übergangs vorhanden ist, werden Spannungsspitzen bei höheren Betriebsdrücken der Kraftstoff-Hochdruckpumpe in diesem Bereich reduziert, und hierdurch wird die Gefahr der Bildung von Rissen in diesem Bereich im Pumpengehäuse verringert. Letztlich werden durch diese Maßnahme die Lebensdauer und die Betriebszuverlässigkeit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbessert.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass ein Außendurchmesser der Endwand mindestens 99,9% eines Außendurchmessers des Endabschnitts der Ventilfeder beträgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Endabschnitt der Ventilfeder nicht in einem unzulässigen oder zumindest ungünstigen Maß im Bereich des gekrümmten Übergangsabschnitts aufliegt. Letztendlich wird hierdurch eine zuverlässige Funktion des Druckbegrenzungsventil gewährleistet.
Vorgeschlagen wird ferner, dass ein Verhältnis eines Innendurchmessers der Innenwand des Endbereichs der Ausnehmung zu dem Außendurchmesser des Endabschnitts der Ventilfeder im Bereich von 1,042 bis 1,082 liegt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die zylindrische Innenwand der Ausnehmung eine Führungsfunktion für die Ventilfeder haben und daher zwar in einem Abstand, der jedoch möglichst gering sein sollte, zur Ventilfeder angeordnet sein sollte. Mit den angegebenen Werten wird eine ausreichende Führung der Ventilfeder durch die zylindrische Innenwand der Ausnehmung gewährleistet, gleichzeitig aber trotz des gekrümmten Übergangsabschnitts eine ausreichend große Auflagefläche des Endabschnitts der Ventilfeder auf der Endwand sichergestellt.
Besonders bewährt hat sich bei einer typischen Kraftstoff-Hochdruckpumpe, wenn ein Krümmunsradius des Übergangsabschnitts im Bereich von ungefähr 1 bis 2 % des Innendurchmessers der Innenwand des Endbereichs der Ausnehmung liegt.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Ventilfeder eine Spiralfeder aus einem Federdraht ist, und dass eine Abmessung eines letzten Federgangs der Ventilfeder, mit dem sich die Ventilfeder an der Endwand abstützt, in einer Längsrichtung der Ventilfeder gesehen bis auf ungefähr 50% eines Durchmessers des Federdrahts reduziert, vorzugsweise abgeschliffen ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Auflagefläche der Ventilfeder an der Endwand maximal ist.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass durch die Reduktion der Abmessung des letzten Federgangs auf einer der Endwand zugewandten Seite des Federgangs eine ebene Ringfläche gebildet wird, mit der sich die Ventilfeder an der Endwand abstützt, wobei die Ringfläche durch eine scharfe Kante begrenzt wird, deren Krümmungsradius vorzugsweise kleiner ist als 1% des Durchmessers des Federdrahts. Dies verhindert, dass sich die Ventilfeder im Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe schief stellt und sich, wenn anstelle einer scharfen Kante ein Radius vorhanden wäre, in den Radius „eingräbt“. Dies würde nämlich zu einer unzulässigen Änderung des Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventil zu führen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse, einem Druckbegrenzungsventil, und einer Ausnehmung, in dem das Druckbegrenzungsventil aufgenommen ist;
2 eine vergrößerte Detaildarstellung der Ausnehmung und des Druckbegrenzungsventils von 1; und
3 ein Detail III aus 2.
Elemente und Bereiche, welche in den nachfolgenden Figuren äquivalente Funktionen aufweisen, tragen die gleichen Bezugszeichen.
In 1 trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 ein Einlass-/Mengensteuerventil 14, einen in einem Förderraum 16 angeordneten, durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzbaren Förderkolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf.
In dem Gehäuse 12 ist ein erster Kanal 24 vorhanden, der sich koaxial zum Förderraum 16 und zum Förderkolben 18 erstreckt und der vom Förderraum 16 zu einem zweiten Kanal 26 in Form einer insgesamt im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung führt, die in einem Winkel von 90° zum ersten Kanal 24 angeordnet ist und in der das Druckbegrenzungsventil 22 aufgenommen ist. Eine Längsachse des Pumpengehäuses 12 trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 28, eine Längsachse der Ausnehmung 26 das Bezugszeichen 29. In 1 oben ist in dem Pumpengehäuse 12 ein Druckdämpfer 30 angeordnet.
Im Betrieb wird vom Förderkolben 18 bei einem Saughub Kraftstoff über das Einlass- und Mengensteuerventil 14 in den Förderraum 16 angesaugt. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 16 befindliche Kraftstoff verdichtet und über das Auslassventil 20 beispielsweise in einen Hochdruckbereich 32, beispielsweise zu einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen, wo der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Der Hochdruckbereich 32 ist über einen Auslassstutzen 34 mit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 verbunden. Die Kraftstoffmenge, die bei einem Förderhub ausgestoßen wird, wird dabei durch das elektromagnetisch betätigte Einlass- und Mengensteuerventil 14 eingestellt. Bei einem unzulässigen Überdruck im Hochdruckbereich öffnet das Druckbegrenzungsventil 22, wodurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Förderraum 16 strömen kann.
Das Druckbegrenzungsventil 22 verbindet, wie gesagt, in einem geöffneten Zustand den Hochdruckbereich 32 mit dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil 22 dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 und dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil 22 wird also verhindert, dass der Druck in dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 unzulässig hoch ist.
Die Komponenten des Druckbegrenzungsventils 22 werden nun insbesondere unter Bezugnahme auf 2 stärker im Detail erläutert. Zu dem Druckbegrenzungsventil 22 gehört zunächst ein hülsenartiger Ventilsitzkörper 38, der in die Ausnehmung 26 eingepresst ist und in dem ein in Längsrichtung 29 des Ventilsitzkörpers 38 verlaufender Kanal 40 vorhanden ist. Am in 2 rechten Ende des Kanals 40 ist an dem Ventilsitzkörper 38 ein Ventilsitz 42 ausgebildet, der mit einem Ventilelement 44 in Form einer Ventilkugel zusammenwirkt. Auf der vom Ventilsitz 42 abgewandten Seite des Ventilelements 44 ist ein Haltestück 46 angeordnet, in dem eine Durchgangsöffnung 48 vorhanden ist, die in Längsrichtung des Haltestücks 46, also wiederum parallel zur Längsachse 29, läuft.
Auf der vom Ventilelement 44 abgewandten Seite des Haltestücks 46 weist das Haltestück 46 einen zapfenartigen Fortsatz 50 auf. Auf diesen ist ein in 2 linker erster Endabschnitt 52 einer als Spiralfeder ausgebildeten Ventilfeder 54 aufgeschoben. Ein in 2 rechter zweiter Endabschnitt 56 der Ventilfeder 54 des Druckbegrenzungsventils 22 ist in einem zylindrischen Endbereich 58 der Ausnehmung 26 angeordnet. Der Endbereich 58 hat einen etwas geringeren Innendurchmesser DZ als der Rest der Ausnehmung 26 und weist eine zylindrische Innenwand 60 und eine zu dieser benachbarte stirnseitige Endwand 62 auf. Der zweite Endabschnitt 56 der Ventilfeder 54 stützt sich an der Endwand 62 ab. Zwischen der Innenwand 60 und der Endwand 62 ist, wie aus 3 hervorgeht, ein gekrümmter Übergangsabschnitt 64 vorhanden. Die Endwand 62 ist vorliegend eben und flach ausgeführt.
Der gekrümmte Übergangsabschnitt 64 hat vorliegend im Querschnitt die Form eines Viertelkreises, der einen Radius R von aufweist, der im Bereich von 1 bis 2% des Innendurchmessers DZ des zylindrischen Endbereichs 58 der Ausnehmung 26 liegt. Der Übergang von der Endwand 62 zur Innenwand 60 ist also gerade nicht mehr scharfkantig. Ein Außendurchmesser des zweiten Endabschnitts 56 der Ventilfeder 54 ist in der Zeichnung mit DF bezeichnet, und ein Außendurchmesser der Endwand 62 ist in der Zeichnung mit DE bezeichnet. Ein Verhältnis des Innendurchmessers DZ der zylindrischen Innenwand 60 des Endbereichs 58 der Ausnehmung 26 zu dem Außendurchmesser DF des zweiten Endabschnitts 56 der Ventilfeder 54 liegt im Bereich von ungefähr 1,042–1,082.
Ein Spalt S zwischen der zylindrischen Innenwand 60 und dem zweiten Endabschnitt 56 der Ventilfeder 54 ist so ausgelegt, dass eine ausreichende Führung des zweiten Endabschnitts 56 der Ventilfeder 54 durch die zylindrische Innenwand 60 des zylindrischen Endbereichs 58 der Ausnehmung 26 gewährleistet ist. Ein Überstand der Ventilfeder 54 in den Übergangsabschnitt 64 hinein ist mit U bezeichnet.
Wenn der Außendurchmesser DF des zweiten Endabschnitts 56 der Ventilfeder 54 und der Außendurchmesser DE der Endwand 62 richtig ausgelegt sind, bedeutet dies beispielhaft, dass der Außendurchmesser DE der ebenen Endwand 62 99,9 % des Außendurchmessers DF der Ventilfeder 54 beträgt. Mit anderen Worten: der Überstand U der Ventilfeder 54 in den Übergangsabschnitt 64 hinein ist gerade noch so ausreichend klein, dass die Ventilfeder 54 noch ausreichend an der Endwand 62 abgestützt wird. Bevorzugt ist es jedoch, wenn ein solcher Überstand überhaupt nicht vorliegt, also der Außendurchmesser DE der Endwand 62 größer ist als der Außendurchmesser DF des zweiten Endabschnitts 56 der Ventilfeder 54.
Wie oben bereits erwähnt, handelt es sich bei der Ventilfeder 54 um eine Spiralfeder aus einem Federdraht, wobei der Federdraht einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser DD hat. Wie aus 3 ersichtlich ist, ist eine Abmessung eines letzten Federgangs 68 der Ventilfeder 54, mit dem sich die Ventilfeder 54 an der Endwand 62 abstützt, in der Längsrichtung 29 der Ventilfeder 54 gesehen bis auf ungefähr 50% des Durchmessers DD des Federdrahts reduziert, vorzugsweise abgeschliffen. Durch die Reduktion der Abmessung des letzten Federgangs 68 auf der der Endwand 62 zugewandten Seite des Federgangs 68 wird eine ebene Ringfläche 70 gebildet, mit der sich die Ventilfeder 54 an der Endwand 62 abstützt. Die Ringfläche 70 wird dabei zu beiden Seiten durch eine scharfe Kante 72 begrenzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005007806 A1 [0002]

Claims

Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (12) und einem Druckbegrenzungsventil (22), welches in einer Ausnehmung (26) im Pumpengehäuse (12) aufgenommenen ist, wobei ein Endabschnitt (56) einer Ventilfeder (54) des Druckbegrenzungsventils (22) in einem zylindrischen Endbereich (58) der Ausnehmung (26) angeordnet ist, wobei der Endbereich (58) eine zylindrische Innenwand (60) und eine stirnseitige Endwand (62) aufweist, und wobei sich der Endabschnitt (56) der Ventilfeder (54) an der Endwand (62) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwand (60) und der Endwand (62) ein gekrümmter Übergangsabschnitt (64) vorhanden ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (DE) der Endwand (62) mindestens 99,9% eines Außendurchmessers (DF) des Endabschnitts (56) der Ventilfeder (54) beträgt.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Innendurchmessers (DZ) der Innenwand (60) des Endbereichs (58) der Ausnehmung (26) zu dem Außendurchmesser (DF) des Endabschnitts (56) der Ventilfeder (54) im Bereich von 1,042 bis 1,082 liegt.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmunsradius (R) des Übergangsabschnitts (64) im Bereich von ungefähr 1 bis 2 % des Innendurchmessers (DZ) der Innenwand (60) des Endbereichs (58) der Ausnehmung (26) liegt.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (54) eine Spiralfeder aus einem Federdraht ist, und dass eine Abmessung eines letzten Federgangs (68) der Ventilfeder (54), mit dem sich die Ventilfeder (54) an der Endwand (62) abstützt, in einer Längsrichtung (29) der Ventilfeder (54) gesehen bis auf ungefähr 50% eines Durchmessers (DD) des Federdrahts reduziert, vorzugsweise abgeschliffen ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Reduktion der Abmessung des letzten Federgangs (68) auf einer der Endwand (62) zugewandten Seite des Federgangs (68) eine ebene Ringfläche (70) gebildet wird, mit der sich die Ventilfeder (549 an der Endwand (62) abstützt, wobei die Ringfläche (70) durch mindestens eine scharfe Kante (72) begrenzt wird, deren Krümmungsradius vorzugsweise kleiner ist als 1% des Durchmessers (DD) des Federdrahts.