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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Anschlussstutzen für eine derartige Kraftstoffhochdruckpumpe.
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Vom Markt her bekannt sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, bei denen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Vorförderpumpe und einer mechanisch angetriebenen Kraftstoffhochdruckpumpe unter hohem Druck in einen in einem Hochdruckbereich befindlichen Hochdruckspeicher ("Rail") gefördert wird. In einem Pumpengehäuse einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe ist üblicherweise ein Kolbenraum angeordnet, in dem der Kraftstoff durch einen Kolben auf den hohen Druck verdichtet wird. An oder in dem Pumpengehäuse ist üblicherweise auch eine Dämpfervorrichtung angeordnet. Eine derartige Dämpfervorrichtung umfasst meist ein Deckelelement und einen zwischen Deckelelement und Pumpengehäuse angeordneten Membrandämpfer, der üblicherweise als gasgefüllte Membrandose ausgeführt ist. Die Dämpfervorrichtung dient zum Dämpfen von Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems, die beispielsweise durch Öffnungs- und Schließvorgänge von Ventilen, bspw. eines Einlassventils, in der Kraftstoffhochdruckpumpe hervorgerufen werden.
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Der Kolbenraum ist fluidisch mit einem Niederdruckbereich verbunden. Diese fluidische Verbindung umfasst üblicherweise einen durch einen Anschlussstutzen gebildeten Niederdruckanschluss der Kraftstoffhochdruckpumpe. Der Anschlussstutzen kann dabei bspw. an der Dämpfervorrichtung oder an dem Pumpengehäuse angeordnet sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und zuverlässig arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe sind Herstellung und Anbringung des Anschlussstutzens an der Kraftstoffhochdruckpumpe besonders kostengünstig möglich, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe zuverlässig arbeitet.
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Bevorzugt ist, wenn eine radiale Erweiterung, die vorzugsweise durch eine Stauchung der Außenwand hergestellt ist, an einen zylindrischen Abschnitt der Außenwand des Anschlussstutzens angrenzt, wobei vorzugsweise die radiale Erweiterung zwischen zwei zylindrischen Abschnitten der Außenwand des Anschlussstutzens angeordnet ist und an diese angrenzt. Die radiale Erweiterung bietet eine einfache Möglichkeit zur Befestigung einer Niederdruckleitung. An der radialen Erweiterung kann die Niederdruckleitung beispielsweise über einen handelsüblichen Quick-Connector befestigt werden.
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Vorzugsweise umfasst die Kraftstoffhochdruckpumpe eine Druckdämpfervorrichtung mit einem Deckelelement an dem der Anschlussstutzen angeordnet ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Anschlussstutzen an dem Deckelelement angelötet ist. Die Lötverbindung des Anschlussstutzens mit dem dünnwandigen Deckelelement der Druckdämpfervorrichtung ist auf kostengünstige Art und Weise implementierbar. Eine deckelseitige Anbringung des Anschlussstutzens bietet außerdem den Vorteil, dass der Anschlussstutzen leicht zugänglich ist und damit vorteilhaft mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems verbindbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein, vorzugsweise in einem Tiefziehprozess hergestellter, anschlussstutzenseitiger Befestigungsabschnitt, über den der Anschlussstutzen an dem Deckelelement oder dem Pumpengehäuse befestigt ist, insbesondere angelötet ist, an die Außenkontur des Deckelelements bzw. des Pumpengehäuses angepasst ausgebildet. Mit anderen Worten, der Befestigungsabschnitt des Anschlussstutzens ist derart ausgebildet, dass er der Außenkontur des Deckelelements oder des Pumpengehäuses folgt, je nachdem ob der Anschlussstutzen an dem Deckelelement oder dem Pumpengehäuse angeordnet befestigt ist. Mit "der Außenkontur folgen" ist gemeint, dass das Deckelelement bzw. das Pumpengehäuse keinen speziell geformten Bereich aufweist, an dem der Anschlussstutzen anzubringen ist. Stattdessen weist das Deckelelement bzw. das Pumpengehäuse lediglich eine Öffnung zur fluidischen Verbindung mit dem Anschlussstutzen auf. Der Anschlussstutzen ist im Bereich dieser Öffnung an dem Deckelelement bzw. dem Pumpengehäuse angebracht. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit beispielsweise ein Gewinde oder eine Vertiefung im Pumpengehäuse oder Deckelelement zum Anbringen des Anschlussstutzens vorzusehen. Hierdurch werden nicht nur die Kosten zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe gering gehalten, sondern die Anbringung des Anschlussstutzens bleibt auch flexibel. Damit ist gemeint, dass der Ort der Anbringung des Anschlussstutzens ohne großen Aufwand umkonstruiert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe weist die Außenwand des Anschlussstutzens einen Übergangsbereich zwischen dem zylindrischen Abschnitt und dem Befestigungsabschnitt auf, wobei der Übergangsbereich einen ersten Wandabschnitt aufweist, in dem die Außenwand einen ersten äußeren Krümmungsradius aufweist, und einen an den ersten Wandabschnitt angrenzenden zweiten Wandabschnitt, in dem die Außenwand auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfs liegt. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Außenwand des Anschlussstutzens einen, insbesondere an den zweiten Wandabschnitt angrenzenden, dritten Wandabschnitt aufweist, indem die Außenwand einen zweiten äußeren Krümmungsradius aufweist. Die eben beschriebene Ausgestaltung des Übergangsbereichs gewährleistet eine hohe Festigkeit des Anschlussstutzens, so dass dieser den Belastungen im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe auch bei dünnwandiger Ausbildung mit ausreichender Sicherheit standhalten kann. Da die Geometrie des Anschlussstutzens die Festigkeit des Anschlussstutzens erhöht kann die Wandstärke des Anschlussstutzens gering gehalten werden, wodurch niedrige Kosten für Material und Herstellung anfallen, da sich dünnes Material in dem Tiefziehprozess leichter bearbeiten lässt. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der erste äußere Krümmungsradius und der zweite äußere Krümmungsradius gleich sind. Mit äußerem Krümmungsradius ist dabei folgendes gemeint: bei Betrachtung des Anschlussstutzens geschnitten entlang einer Längsachse und von außen auf den Anschlussstutzen gesehen, ist die Außenwand des Anschlussstutzens in der Schnittebene mit dem äußeren Krümmungsradius um ein außerhalb des Anschlussstutzens liegendes Krümmungszentrum gekrümmt.
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Vorteilhafterweise verläuft die Mantelfläche des Kegelstumpfs, auf dem die Außenwand des Anschlussstutzens im zweiten Wandabschnitt liegt, in einem Winkel zwischen 15° und 25°, insbesondere zwischen 18° und 22°, vorzugsweise von 20°, zu einer Längsachse des Anschlussstutzens. Eine derartige Ausbildung des zweiten Wandabschnitts sorgt für eine erhöhte Versteifung und damit vorteilhafte Festigkeit des Anschlussstutzens. Die Kraftstoffhochdruckpumpe wird dadurch betriebssicherer bei gleichzeitig geringbleibenden Herstellungskosten.
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Vorteilhaft ist auch, wenn einlassöffnungsseitig ein Kraftstofffilter in dem Anschlussstutzen angeordnet ist, der vorzugsweise zwischen der Einlassöffnung und der radialen Erweiterung angeordnet ist. Ein externer Kraftstofffilter ist bei dieser Ausführungsform überflüssig und eine kompakte Bauform von Kraftstoffhochdruckpumpe samt Kraftstofffilter ist gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist die Außenwand des Anschlussstutzens einlassöffnungsseitig verrundet und zur Längsachse des Anschlussstutzens hin verlaufend ausgebildet. Mit verrundet ist gemeint, dass im Bereich der Anschlussöffnung die Außenwand des Anschlussstutzens, keine scharfen Kanten aufweist und abgerundet ist. Mit zur Längsachse des Anschlussstutzens hin verlaufend ist gemeint, dass der Verlauf der Außenwand jedenfalls teilweise zur Längsachse des Anschlussstutzens hin ist, mit anderen Worten, dass der Verlauf der Außenwand jedenfalls eine Komponente in Richtung der Längsachse des Anschlussstutzens aufweist. Der Anschluss einer Leitung an den Anschlussstutzen wird hierdurch vereinfacht. Außerdem besteht bei der eben beschriebenen Ausgestaltung kein Risiko sich bei der Handhabung der Kraftstoffhochdruckpumpe zu verletzen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Anschlussstutzen für eine Kraftstoffhochdruckpumpe, der die eben beschriebenen Merkmale, die den Anschlussstutzen betreffen, aufweist. Ein derartiger Anschlussstutzen ist kostengünstig, schnell, einfach und mit hoher Reproduzierbarkeit herstellbar und erfüllt dennoch die Anforderungen an seine Festigkeit, wenn er an eine Kraftstoffhochdruckpumpe angebracht wird.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnung erläutert wird, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Es zeigen:
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1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
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2 eine Schnittdarstellung eines oberen Bereichs einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe;
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3 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Deckelelements und eines Anschlussstutzens der Kraftstoffhochdruckpumpe aus 2;
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4 eine Draufsicht auf das Deckelelement aus 3;
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5 eine Draufsicht auf den Anschlussstutzen aus 4; und
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6 eine Schnittdarstellung des Anschlussstutzens aus 5 entlang der Linie VI-VI.
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1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16 und einer Niederdruckleitung 18 über einen Niederdruckanschluss 20 einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoffhochdruckpumpe 22 zugeführt.
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In der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist ein Einlassventil 24 angeordnet. Über den Niederdruckanschluss 20 und das Einlassventil 24 ist ein Kolbenraum 26 mit einem Niederdruckbereich 28, der die Vorförderpumpe 16, die Saugleitung 14, und den Kraftstofftank 12 umfasst, fluidisch verbindbar. Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich 28 können mittels einer Druckdämpfervorrichtung 29, an der der Niederdruckanschluss 20 angeordnet ist, gedämpft werden. Auf diesen Niederdruckanschluss 20 wird weiter unten noch stärker im Detail eingegangen werden. Das Einlassventil 24 kann über eine Betätigungseinrichtung 30 zwangsweise geöffnet werden. Die Betätigungseinrichtung 30 und damit das Einlassventil 24 sind über eine Steuereinheit 32 ansteuerbar. Über gezieltes Öffnen und Schließen des Einlassventils 24 zu bestimmten Zeitpunkten während eines Saughubs der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 lässt sich die geförderte Menge an Kraftstoff einstellen.
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Ein Kolben 34 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 kann mittels eines vorliegend als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 36 entlang einer Kolbenlängsachse 38 auf- und abbewegt werden, was durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 40 schematisch dargestellt ist. Hydraulisch zwischen dem Kolbenraum 26 und einem Auslassstutzen 42 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist ein Auslassventil 44 angeordnet, das zu einem Hochdruckbereich 45, der einen Hochdruckspeicher 46 ("Rail") umfasst, hin öffnen kann.
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Über ein Druckbegrenzungsventil 48, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckspeicher 46 öffnet, sind der Hochdruckspeicher 46 und der Kolbenraum 26 fluidisch verbindbar.
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Ein oberer Teilbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist in 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt. In der Darstellung von 2 ist ersichtlich, dass im oberen Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 die Druckdämpfervorrichtung 29 angeordnet ist. Die Druckdämpfervorrichtung 29 umfasst ein topfartiges Deckelelement 50, das mit einem Pumpengehäuse 52 in einem Verbindungsbereich 54 verbunden ist. Der Verbindungsbereich 54 läuft in einer Umfangsrichtung um das Pumpengehäuse 52 herum.
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Das Pumpengehäuse 52 und das Deckelelement 50 begrenzen einen Innenraum der Druckdämpfervorrichtung 29. In dem Innenraum der Druckdämpfervorrichtung 29 ist ein Membrandämpfer 55 angeordnet. Dieser umfasst eine erste und eine zweite Membran, die randseitig miteinander verschweißt sind. Die erste Membran und die zweite Membran umschließen ein Dämpfungsvolumen im Inneren des Membrandämpfers 55, das mit Gas gefüllt und kompressibel ist. Die Kompressibilität des Dämpfungsvolumens ist gegeben, da die beiden Membranen jeweils flexible Wände für das Dämpfungsvolumen darstellen.
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Wie bereits oben mit Blick auf 1 beschrieben ist der Niederdruckanschluss 20 an der Druckdämpfervorrichtung 29 angeordnet. Genauer gesagt ist der Niederdruckanschluss 20 durch einen Anschlussstutzen 56 gebildet. Der Anschlussstutzen 56 wiederum ist an dem Deckelelement 50 angeordnet. Über den Anschlussstutzen 56 ist der Kolbenraum 26 über die Dämpfervorrichtung 29 fluidisch mit dem Niederdruckbereich 28 verbunden. Zu fördernder Kraftstoff gelangt also aus dem Niederdruckbereich über den Anschlussstutzen 56 in die Dämpfervorrichtung 29 und von dort in den Kolbenraum 26.
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Der Anschlussstutzen 56 weist eine Längsachse 58 auf. Die Längsachse 58 erstreckt sich orthogonal zu der Kolbenlängsachse 38. Der Anschlussstutzen 56 umfasst eine Außenwand 60. Die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 ist durch einen Tiefziehprozess hergestellt. Damit bildet die gesamte Außenwand 60 einen Abschnitt 62, der in einem Tiefziehprozess hergestellt ist. Im Sinne der Erfindung ist jedoch auch, wenn lediglich ein einzelner Teil des Anschlussstutzens 56 den Abschnitt 62, der in einem Tiefziehprozess hergestellt ist, bildet.
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Die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 64 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 66 auf. Zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten 64 und 66 ist eine radiale Erweiterung 68 angeordnet, die an die beiden zylindrischen Abschnitte 64 und 66 jeweils angrenzt. Die radiale Erweiterung 68 ist durch eine Stauchung der Außenwand 60 hergestellt. An der radialen Erweiterung 68 kann beispielsweise ein üblicher Quick-Connector der Niederdruckleitung 18 in einfacher Art und Weise befestigt werden.
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An den ersten zylindrischen Abschnitt 64 angrenzend weist die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 einen Übergangsbereich 70 auf, auf den später noch weiter im Detail eingegangen wird. In Richtung der Längsachse 58 des Anschlussstutzens 56 gesehen folgt auf den Übergangsbereich 70 ein Befestigungsabschnitt 72. Über den Befestigungsabschnitt 72 ist der Anschlussstutzen 56 an dem Deckelelement 50 befestigt, wobei vorliegend der Anschlussstutzen 56 an dem Deckelelement 50 angelötet ist, wodurch die Befestigung des Anschlussstutzens 56 mit dem Deckelelement 50 ausgebildet ist.
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Da vorliegend der gesamte Anschlussstutzens 56 in einem Tiefziehprozess hergestellt ist, ist auch der anschlussstutzenseitige Befestigungsabschnitt 72, über den der Anschlussstutzen 56 an dem Deckelelement 50 angelötet ist, in einem Tiefziehprozess hergestellt. Der Befestigungsabschnitt 72 ist dabei an die Außenkontur des Deckelelements 50 angepasst ausgebildet. Mit anderen Worten, der Befestigungsabschnitt 72 des Anschlussstutzens 56 ist derart ausgebildet, dass er der Außenkontur des Deckelelements 50 folgt. Mit "der Außenkontur folgen" ist gemeint, dass das Deckelelement 50 keinen speziell geformten Bereich aufweist, an dem der Anschlussstutzen 56 angebracht ist. Das Deckelelement 50 weist lediglich eine Öffnung 73 zur fluidischen Verbindung mit dem Anschlussstutzen 56 auf. Der Anschlussstutzen 56 ist im Bereich dieser Öffnung 73 an dem Deckelelement 50 angelötet.
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Der Anschlussstutzen 56 weist eine Einlassöffnung 74 auf, die an dem dem Befestigungsabschnitt 72 gegenüberliegenden Ende des Anschlussstutzens 56 angeordnet ist. Einlassöffnungsseitig ist die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 verrundet und zur Längsachse 58 hin verlaufend ausgebildet.
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Einlassöffnungsseitig ist in dem Anschlussstutzen 56 ein Kraftstofffilter 76 angeordnet. Wie aus 2 ersichtlich, ist der Kraftstofffilter 76 zwischen der Einlassöffnung 74 und der radialen Erweiterung 68 angeordnet. Der Kraftstofffilter 76 erstreckt sich also vorliegend nicht bis in den ersten zylindrischen Abschnitt 64.
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Der Übergangsbereich 70 wird im Folgenden anhand von 6 näher erläutert. 6 zeigt den Anschlussstutzen 56, der in 5 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist, in einer Schnittdarstellung entlang der Längsachse 58 beim Blick entlang der Linie VI-VI, die entlang der Längsachse 58 verläuft. Der Übergangsbereich 70 weist einen ersten Wandabschnitt 78 auf. Der erste Wandabschnitt 78 grenzt an einen zweiten Wandabschnitt 80 an, der wiederum an einen dritten Wandabschnitt 82 angrenzt.
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In dem ersten Wandabschnitt 78 weist die Außenwand 60 einen ersten äußeren Krümmungsradius 84 auf. In dem dritten Wandabschnitt 82 weist die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 einen zweiten äußeren Krümmungsradius 86 auf. Der erste äußere Krümmungsradius 84 und der zweite äußere Krümmungsradius 86 sind bei der vorliegenden Ausführungsform gleich. Mit den äußeren Krümmungsradien 84, 86 ist dabei folgendes gemeint: bei Betrachtung des Anschlussstutzens 56 geschnitten entlang seiner Längsachse 58 (also entsprechend der in 6 gezeigten Schnittdarstellung) und von außen auf den Anschlussstutzen 56 gesehen, ist die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 in der Schnittebene mit dem jeweiligen äußeren Krümmungsradius 84, 86 um ein außerhalb des Anschlussstutzens 56 liegendes Krümmungszentrum gekrümmt.
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In dem zweiten Wandabschnitt 80 liegt die Außenwand 60 des Anschlussstutzens 56 auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfs. Die Mantelfläche des Kegelstumpfs verläuft in einem Winkel 88 von 20° zur Längsachse 58. Durch die Kombination des ersten, zweiten und dritten Wandabschnitts 78, 80, 82 mit Ihren oben beschriebenen Verläufen erhält die Außenwand 60 in dem Übergangsbereich 70 eine vorteilhafte Festigkeit und Versteifung, so dass der Anschlussstutzen 56 auch bei dünnwandiger Ausführung den im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 auftretenden Belastungen Stand halten kann.
