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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem dient der Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck. Hierzu weist die Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement mit einem Hochdruck-Elementraum auf, in dem der Kraftstoff komprimiert und anschließend über einen Hochdruckabgang einem Hochdruckspeicher, dem so genannten Rail, zugeführt wird. Die Befüllung des Hochdruck-Elementraums mit Kraftstoff erfolgt in der Regel über ein Saugventil, das als mechanisches Saugventil oder als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein kann. Das elektromagnetisch betätigbare Saugventil ist in der Weise ansteuerbar, dass eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit zur Mengenzumessung entfallen kann.
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Saugventile der vorstehend genannten Art sind anfällig gegenüber im Kraftstoff enthaltene Partikel. Denn diese können zu einem Verklemmen der beweglichen Ventilbauteile führen, so dass das Saugventil nicht vollständig schließt. In der Folge kommt es zu Undichtigkeiten und/oder zu Fehlfunktionen, die insbesondere bei einer Einstempelpumpe, d. h. bei einer Hochdruckpumpen mit nur einem Pumpenelement, zum sofortigen Abstellen des Motors führen können. Um derartige Fehlfunktionen zu verhindern, sind aus dem Stand der Technik Saugventile bekannt, die mit einem Sieb ausgestattet sind.
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Ein mit einem Sieb bzw. Siebelement ausgestattetes Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 617 A1 hervor. Das Siebelement ist ringförmig ausgebildet und in der Weise in eine außenumfangseitige Ringnut einer Ventilplatte eingesetzt, dass in der Ventilplatte ausgebildete und als Zulaufbohrungen dienende Radialbohrungen von dem Siebelement abgedeckt werden. Das Siebelement verhindert somit, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Saugventil eingetragen werden.
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Die Anordnung eines Siebs am Saugventil ist jedoch nicht immer möglich. Dies gilt insbesondere wenn es sich bei dem Saugventil um ein in die Hochdruckpumpe integriertes Saugventil handelt und eine Ventilplatte fehlt. Ein solches Saugventil ist beispielhaft in der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 210 107 A1 offenbart. Bei einem integrierten Saugventil wird der Ventilsitz durch ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet, so dass eine separate Ventilplatte entfallen kann.
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Ein Sieb am Saugventil ist verzichtbar, wenn dem Saugventil eine Zumesseinheit vorgeschaltet ist. Denn auch diese gilt es vor Partikeln zu schützen, so dass die Zumesseinheit in der Regel mit einem Sieb ausgestattet ist. Entfällt jedoch die Zumesseinheit, da es sich beispielsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handelt, müssen die schädlichen Partikel auf andere Weise entfernt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, die derart weiterentwickelt ist, dass ein Saugventil der Hochdruckpumpe, wobei es sich insbesondere um ein in die Hochdruckpumpe integriertes und/oder elektromagnetisch betätigbares Saugventil handeln kann, wirksam vor im Kraftstoff enthaltenen Partikeln geschützt ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe weist ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuse auf.
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Das Gehäuse umfasst ein Grundgehäuse, in dem ein Triebwerksraum ausgebildet ist, und einen mit dem Grundgehäuse verbundenen Zylinderkopf, in dem eine Zylinderbohrung zur hubbeweglichen Aufnahme eines Pumpenkolbens ausgebildet ist. Der Pumpenkolben begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung einen Hochdruck-Elementraum, der über ein Saugventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Erfindungsgemäß ist im Bereich einer Schnittstelle zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf in einer als Zulauf für das Saugventil dienenden Bohrung des Grundgehäuses ein Siebelement angeordnet und über Rastmittel in axialer Richtung lagefixiert.
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Das in der Bohrung angeordnete und lagefixierte Siebelement verhindert, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel aus dem Zulaufbereich der Hochdruckpumpe in das Saugventil gelangen. Auf diese Weise wird verhindert, dass es zu Undichtigkeiten und/oder Fehlfunktionen des Saugventils kommt. Die Anordnung des Siebelements im Grundgehäuse, und zwar im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf, erleichtert die Montage des Siebelements, da das Einsetzen des Siebelements in die Bohrung vor der Montage des Pumpengehäuses erfolgen kann.
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Um die Funktion des Siebelements möglichst dauerhaft sicherzustellen, ist das in die Bohrung eingesetzte Siebelement innerhalb der Bohrung über Rastmittel lagefixiert. Die Rastmittel verhindern eine Bewegung des Siebelements in axialer Richtung, so dass im Zulaufbereich der Hochdruckpumpe auftretende Druckpulsationen das Siebelement nicht austreiben können. Im Zulaufbereich der Hochdruckpumpe auftretende Druckpulsationen sind vorrangig auf die Hubbewegungen des Pumpenkolbens und/oder auf den Betrieb des Saugventils zurückzuführen. Dies gilt im Besonderen, wenn es sich um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handelt, das zur Regelung der Fördermenge der Hochdruckpumpe über die Saugphase hinweg geöffnet bleibt, um eine überschüssige Menge Kraftstoff aus dem Hochdruck-Elementraum zurück in den Zulaufbereich zu schieben. Die zurückgeschobene Kraftstoffmenge bewirkt eine Druckwelle, die zur Folge haben kann, dass sich das Siebelement löst und in den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe auswandert. In diesem Fall bestünde die Gefahr eines Totalausfalls der Hochdruckpumpe. Diese Gefahr wird durch die vorgeschlagene Lagefixierung des Siebelements eliminiert oder zumindest minimiert.
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Die vorgeschlagene Lagefixierung über Rastmittel besitzt ferner den Vorteil, dass ein Formschluss erzielt wird. Der Formschluss bewirkt eine sichere Verbindung, insbesondere im Vergleich zu einer Pressverbindung, die lediglich zu einem Kraftschluss führt. Wird nur ein Kraftschluss erreicht, können Temperaturänderungen bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zur Aufhebung des Kraftschlusses führen, so dass das Siebelement nicht mehr lagefixiert ist. Druckpulsationen im Zulaufbereich können dann zu den bereits vorstehend genannten Problemen führen.
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Gegenüber eine Pressverbindung weist die vorgeschlagene Rastverbindung zudem den Vorteil auf, dass sie besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Denn die Herstellung der Rastverbindung erfordert keine zusätzlichen Werkzeuge. Beim Einpressen bedarf es in der Regel einer Einpressstation, die im Werk zur Montage des Siebelements vorgehalten werden muss.
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Bevorzugt umfassen die Rastmittel eine außenumfangseitig angeordnete umlaufende Geometrie des Siebelements, die in eine die Bohrung des Grundgehäuses erweiternde Ringnut verrastend eingreift. Die Rastmittel sind in diesem Fall einstückig mit dem Siebelement ausgebildet, so dass die Montage des Siebelements besonders einfach ist, da nur das Siebelement in die Bohrung des Grundgehäuses in der Weise eingesetzt werden muss, dass die Geometrie in verrastendem Eingriff mit der Ringnut gelangt.
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Vorzugsweise ist die umlaufende Geometrie an einem Siebträger des Siebelements ausgebildet. Um die Rastverbindung herzustellen, muss die umlaufende Geometrie eine gewisse elastische Verformbarkeit aufweisen. Die Geometrie sollte daher an einem Körper ausgebildet sein, der eine gewisse Formsteifigkeit besitzt, um die Geometrie zu stützen. Diese Voraussetzung ist bei dem Siebträger gegeben.
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Ferner bevorzugt weist die umlaufende Geometrie einen teilkreisförmigen, dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt auf. Das heißt, dass vorzugsweise die Geometrie als umlaufender Wulst, umlaufender Steg oder umlaufende Lippe ausgebildet ist, wobei weiterhin vorzugsweise die Querschnittsfläche nach radial außen abnimmt, um die erforderliche elastische Verformbarkeit der Geometrie zu gewährleisten. Zugleich wird über die Geometrie eine Art Rampe ausgeformt, die das Einsetzen des Siebelements in die Bohrung und das Eindrücken der Geometrie in die Ringnut erleichtert.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Rastmittel einen Sprengring umfassen, der an einer dem Zylinderkopf zugewandten Stirnfläche des Siebelements anliegt. Der Sprengring vermag eine am Siebelement ausgebildete umlaufende Geometrie als Rastmittel zu ersetzen, da auch der Sprengring in Eingriff mit der die Bohrung erweiternden Ringnut des Grundgehäuses bringbar ist, so dass ein Formschluss zur Lagefixierung des Siebelements erreicht wird. In diesem Fall wird zunächst das Siebelement in die Bohrung des Grundgehäuses eingesetzt, anschließend der Sprengring, und zwar in der Weise, dass der Sprengring in die Ringnut verrastend eingreift. Die Lagefixierung mittels Sprengring ist besonders einfach herstellbar.
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Der Sprengring kann aber auch – ergänzend zur umlaufenden Geometrie des Siebelements – als weiteres Rastmittel vorgesehen sein und in eine weitere Ringnut innerhalb der Bohrung des Grundgehäuses eingreifen.
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Vorteilhafterweise ist innerhalb der Bohrung des Grundgehäuses ein ringförmiger Absatz zur axialen Abstützung des Siebelements ausgebildet. Der Absatz ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Lagefixierung des Siebelements allein über einen Sprengring bewirkt werden soll. Denn dann kann der Sprengring dazu eingesetzt werden, das Siebelement gegenüber dem Absatz axial vorzuspannen. Vorzugsweise erfolgt die Abstützung des Siebelements am Absatz über den Siebträger. Denn dieser weist die zur Abstützung erforderliche Formsteifigkeit auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Siebelement zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgebildet und umfasst ein Siebgewebe, das radial durchströmbar ist. Das heißt, dass das Siebgewebe in einem Umfangsbereich des rohrförmigen Abschnitts angeordnet ist, so dass es radial durchströmt werden kann. In dieser Ausgestaltung kann eine – im Vergleich zu einer lediglich stirnseitigen Anordnung des Siebgewebes – größere Siebgewebefläche realisiert werden, so dass die Gefahr eines Zusetzens des Siebelements verringert wird. Unterstützend kommt hinzu, dass der zulaufende Kraftstoff das Siebgewebe nicht nur durchströmt, sondern auch umströmt, so dass am Siebgewebe anhaftende Partikel schneller weggespült werden.
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Vorzugsweise ist das Siebgewebe aus einem Drahtgewebe gefertigt, da dieses besonders robust ist.
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Weiterhin vorzugsweise besitzt das Siebgewebe eine Maschenweite von 60 µm bis 250 µm, insbesondere von 100 µm bis 200 µm. Das Siebgewebe bildet auf diese Weise eine für im Kraftstoff enthaltene Partikel undurchdringliche Barriere aus.
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Vorteilhafterweise ist der Bohrung im Bereich der Schnittstelle eine Ausnehmung vorgelagert, in die ein Dichtring eingesetzt ist. Der Dichtring dichtet den Kontaktbereich zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf ab.
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Bevorzugt zweigt die das Siebelement aufnehmende Bohrung von einer Bohrung ab, die im Grundgehäuse ausgebildet ist und den Triebwerksraum mit einem Stößelraum verbindet. Zur Verbindung von Triebwerksraum und Stößelraum weist die Bohrung bevorzugt einen henkelförmigen Verlauf auf, so dass diese Bohrung auch als Henkelbohrung bezeichnet werden kann. Im Stößelraum ist vorzugsweise eine mit dem Pumpenkolben verbundene Stößelbaugruppe zur Abstützung des Pumpenkolbens an einer Nockenwelle hubbeweglich aufgenommen. Über den über die Henkelbohrung zuströmenden Kraftstoff kann demnach eine Schmierung und/oder Kühlung der Stößelbaugruppe bewirkt werden.
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Des Weiteren bevorzugt ist das Siebelement in der Weise in der von der Henkelbohrung abzweigenden Bohrung angeordnet, dass ein das Siebgewebe aufweisender Abschnitt in die Henkelbohrung hineinragt. Die in der Henkelbohrung vorhandene Kraftstoffströmung bewirkt, dass etwaige am Siebelement anhaftende Partikel mitgerissen werden, so dass die Gefahr eines Zusetzens des Siebelements weiter gemindert wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Saugventil in den Zylinderkopf integriert ist und/oder elektromagnetisch betätigbar ist.
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Durch die Integration des Saugventils in die Hochdruckpumpe kann das Pumpengehäuse, insbesondere der Zylinderkopf des Pumpengehäuses, einfacher gestaltet werden. Ferner reduziert sich der Bauraumbedarf des Saugventils, so dass eine kompakt bauende Anordnung erzielbar ist. Damit einher geht auch eine reduzierte Länge der als Zulauf dienenden Bohrung im Zylinderkopf.
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Sofern das Saugventil elektromagnetisch betätigbar ist, kann die Mengenzumessung des Kraftstoffs über das Saugventil erfolgen. Das heißt, dass eine Zumesseinheit entbehrlich ist, wodurch der Aufbau der Hochdruckpumpe weiter vereinfacht wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,
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2 eine vergrößerte Darstellung des Siebelements der Hochdruckpumpe der 1 und
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3 eine vergrößerte Darstellung eines abgewandelten Siebelements für eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckpumpe umfasst ein Grundgehäuse 1, in dem ein Triebwerksraum 2 ausgebildet ist. Im Triebwerksraum 2 ist eine Nockenwelle 24 angeordnet, über welche ein Pumpenkolben 5 in einer Hubbewegung antreibbar ist. Der Pumpenkolben 5 ist hierzu über eine in einem Stößelraum 22 hubbeweglich aufgenommene Stößelbaugruppe 23 an der Nockenwelle 24 abgestützt. Eine Feder 25 spannt die Stößelbaugruppe 23 gegen die Nockenwelle 24 vor.
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Andernends ist der Pumpenkolben 5 in einer Zylinderbohrung 4 eines Zylinderkopfes 3 aufgenommen, der mit dem Grundgehäuse 1 über eine Schnittstelle 8 verbunden ist. Der Pumpenkolben 5 begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung 4 einen Hochdruck-Elementraum 6, der über ein Saugventil 7 mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Saugventil 7 ist vorliegend als integriertes Saugventil 7 ausgebildet. Das heißt, dass der Zylinderkopf 4 einen Ventilsitz 26 für ein hubbewegliches Ventilglied 27 des Saugventils 7 ausbildet.
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Der Triebwerksraum 2 und der Stößelraum 22 sind über eine im Grundgehäuse 1 ausgebildete henkelförmige Bohrung 21 verbunden. Von der Bohrung 21 zweigt eine weitere Bohrung 9 ab, die sich vom Grundgehäuse 1 bis zur Schnittstelle 8 erstreckt und als Zulauf für das Saugventil 7 dient. In die Bohrung 9 ist ein Siebelement 10 eingesetzt, das dazu dient, im Kraftstoff enthaltene Partikel vom Saugventil 7 fernzuhalten. Das Siebelement 10 ist derart in das Grundgehäuse 1 eingebaut, dass es in die henkelförmige Bohrung 21 hineinragt.
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Um zu verhindern, dass das Siebelement 10 durchrutscht und über die henkelförmige Bohrung 21 in den Triebwerksraum 2 gelangt, ist das Siebelement 10 lagefixiert. Die Lagefixierung wird über Rastmittel 11 bewirkt, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Siebelement 10 und dem Grundgehäuse 1 besteht.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, weist das Siebelement 10 der Hochdruckpumpe der 1 eine umlaufende wulstartige Geometrie 12 auf, die in verrastendem Eingriff mit einer Ringnut 13 des Grundgehäuses 1 steht. Die Geometrie 12 ist an einem Siebträger 14 des Siebelements 10 ausgebildet, über den das Siebelement 10 an einem ringförmigen Absatz 17 des Grundgehäuses 1 zugleich axial abgestützt ist. An den der Abstützung dienenden Abschnitt des Siebträgers 14 schließt sich ein rohrförmiger Abschnitt mit einem Siebgewebe 18 an, der bis tief in die henkelförmige Bohrung 21 hineinragt.
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Der Bohrung 9 ist im Bereich der Schnittstelle 8 eine Ausnehmung 19 vorgelagert, in die ein Dichtring 20 eingesetzt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der Zulaufbereich der Hochdruckpumpe nach außen abgedichtet ist.
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In der 3 ist eine alternative Möglichkeit der Lagefixierung des Siebelements 10 über Rastmittel 11 dargestellt. Die Rastmittel 11 umfassen hier einen Sprengring 15, der in die Ringnut 13 des Grundgehäuses 1 verrastend eingreift. Dabei stützt sich der Sprengring 15 an einer Stirnfläche 16 des Siebelements 10 bzw. des Siebträgers 14 ab, so dass dieser gegen den Absatz 17 axial vorgespannt wird. Der Sprengring 15 besitzt den Vorteil, dass die Montage des Siebelements 10 weiter vereinfacht wird. Ferner kann die umlaufende Geometrie 12 am Siebträger 14 entfallen, so dass zugleich die Herstellung des Siebelements 10 vereinfacht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042617 A1 [0004]
- DE 102012210107 A1 [0005]
