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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In Kraftstoffsystemen werden Kraftstoffhochdruckpumpen eingesetzt, um Kraftstoff von einem Vordruck auf einen für die Kraftstoffeinspritzung erforderlichen Einspritzdruck zu verdichten. Derartige Kraftstoffhochdruckpumpen weisen üblicherweise mindestens einen Kolben auf, der mittels eines Antriebs, der bspw. durch eine Nocke oder eine Exzenterscheibe gebildet ist, axial bewegt werden kann. Eine radial außen an dem Kolben angeordnete Niederdruckdichtung, die von einem üblicherweise als tiefgezogenes Element ausgeführten Dichtungsträger gehalten ist, trennt eine Kraftstoffseite von einer Ölseite, wodurch eine Vermischung von Kraftstoff und Öl minimiert wird. Eine derartige Vermischung beeinflusst das Betriebsverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe negativ. Dringt Kraftstoff zur Ölseite durch, so verdünnt sich das Öl und und dessen Viskosität wird gesenkt. Dringt Öl zur Kraftstoffseite durch, so erhöht sich die Viskosität des Kraftstoffs in unerwünschter Weise. Die Niederdruckdichtung dichtet statisch gegen den Dichtungsträger und dynamisch gegen den Kolben ab. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Niederdruckdichtungen über eine so genannte Anschlagshülse gegenüber dem Dichtungsträger zu fixieren bzw. zu befestigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, bei der die Abdichtung zwischen Kraftstoffseite und Ölseite einfach zu fertigen ist und effizient arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe werden Kraftstoffseite und Ölseite zuverlässig gegeneinander abgedichtet, während die Dichtung einfach herzustellen ist und zuverlässig arbeitet.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe ist also eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Kolben, der sich entlang einer Kolbenlängsachse erstreckt, und mit einer Dichtung, die den Kolben radial umschließt, zwischen dem Kolben und einem Dichtungsträger angeordnet ist und eine Ölseite gegenüber einer Kraftstoffseite abdichtet, wobei die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe sich dadurch auszeichnet, dass die Dichtung auf ihrer dem Dichtungsträger zugewandten Seite eine, vorzugsweise umlaufende, Vertiefung aufweist in die sich ein nach radial innen abragender Halteabschnitt des Dichtungsträgers derart erstreckt, dass der Halteabschnitt in Richtung der Kolbenlängsachse einen formschlüssigen Anschlag für die Dichtung bildet. Der Halteabschnitt erstreckt sich also derart in die Vertiefung der Dichtung, dass über Formschluss einen Anschlag für die Dichtung gebildet ist, der die Beweglichkeit der Dichtung entlang der Richtung der Kolbenlängsachse begrenzt. Hierdurch ist die Dichtung ohne weitere Komponenten sicher im Dichtungsträger gehalten.
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Zwar ist bevorzugt, wenn die Vertiefung umlaufend, besonders bevorzugt sich um den kompletten Umfang der Dichtung erstrecked, um die Dichtung ausgebildet ist, jedoch ist ebenso denkbar, dass die Vertiefung bzw. mehrere Vertiefungen jeweils muldenartig ausgebildet ist bzw. sind. Zu den muldenartigen Vertiefungen können dann am Dichtungsträger entsprechende in die Vertiefungen eingreifende Vorsprünge vorhanden sein, die die jeweiligen Halteabschnitt bilden. Die Vertiefungen und entsprechenden Halteabschnitte können entlang der Kolbenlängsachse gesehen in einer Ebene angeordnet sein, sie können jedoch auch entlang der Kolbenlängsachse gesehen versetzt zueinander angeordnet sein.
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Bevorzugt ist auch, wenn der Halteabschnitt des Dichtungsträgers sich derart in die Vertiefung der Dichtung erstreckt, dass die Dichtung durch den Halteabschnitt in Richtung der Kolbenlängsachse unverschieblich gegenüber dem Dichtungsträger gehalten ist. Damit ist sichergestellt, dass zwischen Dichtung und Dichtungsträger stets lediglich eine statische Abdichtung vorliegt. Die Dichtung dichtet dann lediglich gegenüber dem Kolben dynamisch ab. Hierdurch wird das Dichtvermögen der Dichtung bzw. die Effizienz der Dichtung weiter erhöht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Dichtung stoffschlüssig unverschieblich gegenüber dem Dichtungsträger befestigt. Hierzu kann die Dichtung beispielsweise mit dem Dichtungsträger verklebt ausgebildet sein. Denkbar ist ebenso, dass die Dichtung in den Dichtungsträger eingespritzt ist. Dies wird weiter unten noch im Detail erläutert.
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Von Vorteil ist auch, wenn die Vertiefung der Dichtung im entlang der Kolbenlängsachse gesehen mittleren Bereich der Dichtung angeordnet ist. Hierdurch wird die Dichtung zentral und damit besonders effizient am Dichtungsträger gehalten. Außerdem ermöglicht diese Anordnung der Vertiefung eine räumlich große Erstreckung der Vertiefung, was eine sichere Befestigung gewährleistet.
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Von Vorteil ist auch, wenn die Vertiefung der Dichtung einen Querschnitt mit zwei aufeinander zulaufenden Seitenflächen aufweist, vorzugsweise einen kreissegmentförmigen oder dreiecksförmigen Querschnitt aufweist. Hierdurch lässt sich die Dichtung zum einen besonders einfach herstellen und zum anderen kann die Dichtung quasi zwischen Kolben und Dichtungsträger eingespannt sein. Insbesondere der eben genannte kreissegmentförmige Querschnitt der Vertiefung ergibt eine besonders stabile Dichtung, da keinerlei scharfe Kanten vorhanden sind, die eventuell eine Sollbruchstelle bilden könnten.
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Bevorzugt ist auch, wenn die Dichtung mit ihrer dem Dichtungsträger zugewandten Seite vollflächig am Dichtungsträger anliegt. Damit steht besonders viel Fläche zur statischen Dichtung gegenüber dem Dichtungsträger zur Verfügung, wodurch die dichtenden Eigenschaften der Dichtung verbessert werden.
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Vorteilhaft ist auch, wenn die Dichtung in einem Spritzgussverfahren in den Dichtungsträger eingebracht ist. Zum einen ist dies eine kostengünstige Variante der Herstellung und zum anderen liegt die Dichtung hierdurch bereits herstellungsbedingt stets dichtend am Dichtungsträger an. Außerdem lässt sich die Gesamtheit aus Dichtung und Dichtungsträger hierdurch mit dem radial nach innen abragenden Halteabschnitt auf einfache Art und Weise herstellen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es auch, wenn die Dichtung an den Dichtungsträger angeformt ist, wobei mit dem Begriff angeformt gemeint ist, dass der Formgebungsprozess der Dichtung innerhalb des Dichtungsträgers erfolgt, dass die Dichtung also ihre finale Form im Dichtungsträger annimmt. Ein Beispiel hierfür ist das Einbringen einer verformbaren Masse in den Dichtungsträger, welche dann im Dichtungsträger zu ihrer endgültigen Form, der gewünschten Form der Dichtung, erstarrt bzw. in diese ausgehärtet. Ein Beispiel für einen derartigen Prozess des Anformens ist das Einbringen der Dichtung in dem oben genannten Spritzgussverfahren. Bevorzugt ist auch, wenn die Dichtung in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, vorzugsweise in einem Zweikomponenten- Spritzgussverfahren, in den Dichtungsträger eingebracht bzw. an diesen angeformt ist. Hierzu können beispielsweise derart verschiedene Spritzkomponenten verwendet werden, dass unterschiedliche Bereiche der Dichtung unterschiedliche Härten bzw. Elastizitäten aufweisen. Auch ist es hierdurch möglich, Dichtungen zu realisieren, die aufgrund von verschiedenen Materialeigenschaften bzw. Materialien bzw. Zusammensetzungen in verschiedenen Bereichen der Dichtung unterschiedliche Beständigkeit gegenüber Öl und Kraftstoff aufweisen. Entsprechend kann der ölseitige Bereich der Dichtung aus einem eher ölbeständigen Material hergestellt sein und der kraftstoffseitige Bereich der Dichtung aus einem eher kraftstoffbeständigen Material hergestellt sein. Denkbar ist auch, dass der kolbenseitige Bereich der Dichtung weicher und/oder elastischer ausgeführt ist als der dichtungsträgerseitige Bereich der Dichtung. Hierdurch haftet die Dichtung gut gegenüber dem Dichtungsträger und bleibt jedoch flexibel gegenüber dem Kolben bzw. robust gegenüber dessen Relativbewegung zur Dichtung.
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Von Vorteil ist weiterhin, wenn der Dichtungsträger sich entlang der Kolbenlängsachse gesehen weiter erstreckt als eine Anschlagshülse. Hierdurch baut die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe in Richtung der Kolbenlängsachse gesehen besonders klein, da kein zusätzlicher Raum für ein Hinausstehen der Anschlagshülse über den Dichtungsträger bereitgestellt werden muss, wie dies bei herkömmlichen Kraftstoffhochdruckpumpen häufig der Fall ist. Das Vorsehen einer derartigen Konfiguration zwischen Dichtungsträger und Anschlagshülse ist direkt auf die quasi selbstständige Befestigung der Dichtung am Dichtungsträger zurückzuführen bzw. durch diese ermöglicht.
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Bevorzugt ist auch, wenn die Anschlagshülse kreisringscheibenförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann diese besonders einfach hergestellt werden und platzsparend verbaut werden, wobei dennoch ausreichende Betriebssicherheit der Kraftstoffhochdruck gewährleistet ist. Eine derart einfache Ausbildung der Anschlagshülse wird durch die selbstständige Befestigung der Dichtung am Dichtungsträger ermöglicht, durch die die Anschlagshülse die Dichtung nicht in der gewünschten Position halten muss.
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Da die Dichtung bei der erfindungsgemäßen Ausführung quasi selbständig im Dichtungsträger gehalten ist, muss sie nicht mehr durch die Anschlagshülse an einem verrutschen gehindert werden. Die Anschlagshülse dient dem Schutz der Dichtung vor einem Kontakt mit dem Kolben im Auslieferungszustand der Pumpe. In diesem Zustand ist der Kolben in Richtung der Dichtung federgespannt. Durch einen Kontakt im Kolben könnte die Dichtung beschädigt werden. Dies wird durch die Anschlagshülse verhindert. Sobald die Pumpe montiert ist, ist der Kolben nicht mehr komplett zur Dichtung hin bewegbar und kann auch nicht mehr auf die Dichtung stoßen, sodass die Anschlagshülse bei der vorliegenden Erfindung wesentlich einfacher als Stand der Technik ausgeführt werden kann. Mit anderen Worten bei der vorliegenden Erfindung ist es nicht mehr nötig Dichtung über die Anschlagshülse bezüglich des Dichtungsträgers zu fixieren. Die Anschlagshülse dient lediglich zur Verhinderung eines schädigenden Kontakts zwischen Kolben und Dichtung.
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Vorteilhaft ist auch, wenn entlang der Kolbenlängsachse gesehen auf die Anschlagshülse eine radiale Verjüngung des Dichtungsträgers folgt und auf die radiale Verjüngung des Dichtungsträgers die Dichtung. Die radiale Verjüngung kann damit einen Anschlag für die Anschlagshülse bilden und diese in ihrer Position festlegen.
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Bevorzugt ist auch, wenn die Dichtung auf Ihrer dem Kolben zugewandten Seite wenigstens zwei Dichtlippen aufweist, die voneinander weg geneigt ausgebildet sind, vorzugsweise dass die Dichtung auf Ihrer dem Kolben zugewandten Seite wenigstens zwei Gruppen von Dichtlippen aufweist, wobei die Dichtlippen der jeweiligen Gruppen von den Dichtlippen der anderen Gruppe weg geneigt ausgebildet sind. Durch die Neigung der Dichtlippen voneinander weg bzw. von der Mitte der Dichtung weg, dichten die Dichtlippen besonders effizient ab, da sie quasi ähnlich einem Abstreifer am Kolben wirken. Das Vorsehen von Gruppen von mehreren Dichtlippen führt zu einer quasi mehrstufigen Dichtung, was die Effizienz der Abdichtung positiv beeinflusst. Da die Dichtung über die Vertiefung und den Halteabschnitt quasi selbstständig statisch am Dichtungsträger gehalten ist, wirken diese Ausbildungen der Dichtlippen besonders effizient mit dem Kolben zusammen.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
- 2 einen Ausschnitt einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einer Schnittdarstellung;
- 3 eine teilweise Schnittdarstellung einer einzeln gezeigten Dichtung; und
- 4 eine teilweise Schnittdarstellung einer weiteren einzeln gezeigten Dichtung.
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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 Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16 und einer Niederdruckleitung 18 über einen Einlass 20 einem Förderraum 26 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 28 zugeführt. Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 22 dient zur Betätigung eines Mengensteuerventils 24, das fluidisch vor dem Förderraum 26 der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 angeordnet ist und über das die Menge an Kraftstoff, die dem Förderraum 26 zugeführt wird, gesteuert werden kann.
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Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 sein.
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Vorliegend ist die Kraftstoffhochdruckpumpe 28 als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Kolben 30 mittels eines als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 32 entlang einer Kolbenlängsachse 33 auf- und abbewegt werden kann, was durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 34 schematisch dargestellt ist. Hydraulisch zwischen dem Förderraum 26 und einem Auslass 36 der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 ist ein in der 1 als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet gezeigtes Auslassventil 40 angeordnet, welches zu dem Auslass 36 hin öffnen kann.
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Der Auslass 36 ist an eine Hochdruckleitung 44 und über diese an einen Hochdruckspeicher 46 („Common Rail“) angeschlossen. Weiterhin ist hydraulisch zwischen dem Auslass 36 und dem Förderraum 26 ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet gezeigtes Druckbegrenzungsventil 42 angeordnet, welches zum Förderraum 26 hin öffnen kann.
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Im Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 22 wird hierzu durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 48 angesteuert.
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Ein unterer Bereich 50 der Kraftstoffhochdruckpumpe 28 ist in 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der Antrieb 32 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 nicht gezeigt.
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Eine Kraftstoffseite 52 ist gegenüber einer Ölseite 54 über eine Dichtung 56 abgedichtet. Die Dichtung 56 umschließt den Kolben 30 radial. Die Dichtung ist zwischen dem Kolben 30 und einem Dichtungsträger 64 angeordnet. Der Dichtungsträger 64 umschließt die Dichtung 56 radial. Die Dichtung 56 ist durch den Dichtungsträger 64 gehalten. Eine Anschlagshülse 66 ist in 2 oberhalb von der Dichtung 56 angeordnet. Die Anschlagshülse 66 ist ebenfalls von dem Dichtungsträger 64 radial umschlossen. Die Anschlagshülse 66 ist in den Dichtungsträger 64 eingepresst und in diesem gehalten.
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Die Dichtung 56 weist einen mittleren Bereich 58 auf, und sie umfasst einen Dichtungskörper 60 der unter Verwendung von PTFE (Polytetrafluorethen) hergestellt ist. Der Dichtungskörper kann aber auch unter Verwendung eines spritzgussfähigen Werkstoffs und/oder eines fluorinierten Polymers, welches auch thermoplastisch und/oder spritzgussfähig sein kann, jedoch nicht sein muss, hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist PTFE (Polytetrafluorethylen) und/oder PFA (Perfluoroalkoxy), da diese Werkstoffe besonders hohe Widerstandsfähigkeit aufweisen.
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In der Dichtung 56 sind jeweils kraftstoffseitig und ölseitig Federn 62 angeordnet. Die Federn 62 geben der Dichtung eine gewisse strukturelle Stabilität und weiten die Dichtung in radialer Richtung derart auf, dass ein sicherer Kontakt zwischen Dichtung 56 und Dichtungsträger 64 sowie zwischen Dichtung 56 und Kolben 30 stets zuverlässig gewährleistet ist.
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Die Dichtung 56 weist auf ihrer dem Dichtungsträger 64 zugewandten, also radial außen liegenden, Seite eine umlaufende Vertiefung 68 auf. Die umlaufende Vertiefung 68 ist in dem mittleren Bereich 58 der Dichtung 56 angeordnet. In die umlaufende Vertiefung 68 erstreckt sich ein nach radial innen abragender Halteabschnitt 70 des Dichtungsträgers 64. Der Halteabschnitt 70 erstreckt sich derart in die Vertiefung 68, dass der Halteabschnitt 70 in Richtung der Kolbenlängsachse 33 einen formschlüssigen Anschlag 72 für die Dichtung 56 bildet. Damit ist gemeint, dass der Halteabschnitt 70 über Formschluss einen Anschlag 72 für die Dichtung 56 bildet, der die Beweglichkeit der Dichtung 56 entlang der Richtung der Kolbenlängsachse 33 begrenzt. Vorliegend erstreckt sich der Halteabschnitt 70 des Dichtungsträgers 64 derart in die Vertiefung 68 der Dichtung 56, dass die Dichtung 56 durch den Halteabschnitt 70 in Richtung der Kolbenlängsachse 33 unverschieblich gegenüber dem Dichtungsträger 64 gehalten ist. Mit anderen Worten, die Dichtung 56 ist durch den Eingriff des Halteabschnitts 70 in die Vertiefung 68 gegenüber dem Dichtungsträger 64 unverschieblich angeordnet.
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Die Dichtung 56 liegt mit ihrer dem Dichtungsträger 64 zugewandten Seite vollflächig am Dichtungsträger 64 an. Die Dichtung 56 ist in einem Spritzgussverfahren in den Dichtungsträger 64 eingebracht. Die Dichtung 56 wurde also in einem Spritzgussverfahren direkt in den Dichtungsträger 64 eingespritzt. Andere Herstellungs- bzw. Anbringungsverfahren der Dichtung 56 sind ebenso im Sinne der Erfindung. Auf Ihrer dem Kolben 30 zugewandten Seite weist die Dichtung 56 zwei Dichtlippen 74 auf, die voneinander weg geneigt ausgebildet sind.
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Die Anschlagshülse 66 ist vorliegend kreisringscheibenförmig ausgebildet. Entlang der Kolbenlängsachse 33 gesehen folgt auf die Anschlagshülse 66 eine radiale Verjüngung 76 des Dichtungsträgers 64 und auf die radiale Verjüngung 76 des Dichtungsträgers 64 die Dichtung 56. Die Anschlagshülse 66 ist in dem Dichtungsträger 64 derart angeordnet, dass der Dichtungsträger 64 sich entlang der Kolbenlängsachse 33 gesehen weiter erstreckt als die Anschlagshülse 66.
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In den 3 und 4 sind weitere mögliche Ausgestaltungen der Dichtung 56 in einer halbgeschnittenen Darstellung gezeigt.
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Die Vertiefungen 68 der Dichtungen 56 weisen jeweils einen Querschnitt mit zwei aufeinander zulaufenden Seitenflächen 78 auf. Bei der Dichtung 56 von 3 weist die Vertiefung 68 einen dreiecksförmigen Querschnitt auf (ähnlich der Dichtung von 2). Bei der Dichtung 56 von 4 weist die Vertiefung 68 einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf. Die entsprechenden Dichtungsträger 64 sind in den 3 und 4 nicht gezeigt. Diese weisen jedoch komplementär zu den Vertiefungen 68 ausgebildete Halteabschnitte 70 auf.
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Auf Ihren dem Kolben 30 zugewandten Seiten weisen die Dichtungen 56, die in den 3 und 4 gezeigt sind, je zwei Gruppen 80 von Dichtlippen 74 auf, wobei die Dichtlippen 74 der jeweiligen Gruppen 80 von den Dichtlippen 74 der jeweils anderen Gruppe 80 weg geneigt ausgebildet sind. Hierdurch wird eine mehrstufige Dichtung gegenüber dem Kolben 30 erreicht. Die Dichtlippen 74 der einzelnen Gruppen 80 sind dabei jeweils von der Mitte der Dichtung 56 weg geneigt, wodurch die Dichtlippen 74 besonders effizient dichten.
