DE102018211647A1 - Piston pump, in particular high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine - Google Patents

Piston pump, in particular high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Eine Kolbenpumpe (10), insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolben (22) und einem Arbeitsraum (24), der von dem Kolben (22) begrenzt wird, ist derart ausgestaltet und weitergebildet, dass der Kolben (22) in seinem Inneren einen nach außen hin verschlossenen Hohlraum (40) aufweist, der mit einem Medium (42) gefüllt ist, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Kolben (22) aufweist.A piston pump (10), in particular a high pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine, with a piston (22) and a working space (24), which is delimited by the piston (22), is designed and developed in such a way that the piston (22 ) has in its interior a cavity (40) which is closed to the outside and which is filled with a medium (42) which has a higher thermal conductivity than the piston (22).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston pump, in particular a high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Eine solche Kolbenpumpe ist aus der DE 10 2014 211 591 A1 bekannt. Diese umfasst einen in einem Pumpengehäuse laufenden Kolben zur Förderung und Verdichtung von Kraftstoff.Such a piston pump is from the DE 10 2014 211 591 A1 known. This comprises a piston running in a pump housing for the delivery and compression of fuel.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The problem underlying the invention is solved by a piston pump with the features of claim 1.

Der Kolben sorgt in der Saugphase der Kolbenpumpe (Kolben bewegt sich vom Arbeitsraum weg) dafür, dass das bereits auf Niederdruck geförderte Medium, bspw. Kraftstoff, bspw. aus einer Tankleitung in den Arbeitsraum (Förderraum) strömen kann. In der Förderphase (Kolben bewegt sich zum Arbeitsraum hin) wird das Medium verdichtet und so auf ein höheres Druckniveau gebracht. Das Medium kann dann unter hohem Druck in das Rail gefördert und der Einspritzeinheit zur Verfügung gestellt werden. Durch die hohe Kompression entstehen an der dem Arbeitsraum zugewandten Seite des Kolbens (Hochdruckseite) vergleichsweise hohe Temperaturen.In the suction phase of the piston pump (piston moves away from the work area), the piston ensures that the medium, e.g. fuel, which has already been pumped to low pressure, can flow into the work area (delivery chamber) from a tank line. In the delivery phase (piston moves towards the work area), the medium is compressed and brought to a higher pressure level. The medium can then be conveyed into the rail under high pressure and made available to the injection unit. The high compression causes comparatively high temperatures on the side of the piston (high-pressure side) facing the working area.

Auf Seiten der Anmelderin ist erkannt worden, dass durch die hohen Temperaturen bei Kompression der Kolben über seine Länge unterschiedlich erwärmt wird. Dies führt zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung entlang der Kolbenlängsachse. In thermisch höher beanspruchten Bereichen nimmt der Kolben aufgrund der Wärmeausdehnung im Querschnitt mehr zu als in thermisch geringer beanspruchten Bereichen. Dies hat Einfluss auf das Spiel zwischen Kolben und Führungselement, welches stets größer sein muss als die maximale thermische Ausdehnung des Kolbens an der thermisch belastetsten Stelle.On the part of the applicant it has been recognized that the pistons heat differently over their length due to the high temperatures during compression. This leads to a different thermal expansion along the longitudinal axis of the piston. In areas subject to higher thermal stress, the piston increases more in cross-section due to the thermal expansion than in areas subject to less thermal stress. This influences the play between the piston and the guide element, which must always be greater than the maximum thermal expansion of the piston at the most thermally stressed point.

Der Zielkonflikt zwischen einem möglichst geringen Spiel, welches positiv für die Reduktion von Leckage ist, und dem Klemmen des Kolbens wird durch einen optimierten Wärmetransport am Kolben gelöst. Hiermit kann die Ausdehnung des Kolbenquerschnitts in den thermisch höher belasteten Bereichen reduziert werden. Es wird vorgeschlagen, dass der Kolben in seinem Inneren einen nach außen hin verschlossenen Hohlraum aufweist, der mit einem Medium (Übertragungsmedium) gefüllt ist, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Kolben bzw. das Material aufweist, aus dem der Kolben ausgebildet ist.The conflict of objectives between the smallest possible play, which is positive for the reduction of leakage, and the pinching of the piston is solved by an optimized heat transfer on the piston. This can reduce the expansion of the piston cross-section in the areas subjected to higher thermal loads. It is proposed that the inside of the piston have a cavity which is closed to the outside and is filled with a medium (transmission medium) which has a higher thermal conductivity than the piston or the material from which the piston is formed.

Durch den Hohlraum im Kolbeninneren kann zunächst eine Gewichtsersparnis am Kolben erreicht werden. Die geringere Kolbenmasse wirkt sich positiv auf den Kolbenantrieb aus, da die zu beschleunigende und zu verzögernde Masse geringer ist. Durch die Auf- und Abbewegung des Kolbens bezogen auf den Arbeitsraum wird das Medium im Hohlraum des Kolbens trägheitsbedingt ebenfalls auf- und abbewegt (Relativbewegung des Mediums bezogen auf den Kolben). Dadurch wird der Wärmetransport beschleunigt. Durch die gleichmäßigere Temperaturverteilung über den gesamten Kolben dehnt sich der Kolben in seinem Querschnitt, insbesondere in seinem Durchmesser, gleichmäßiger und mit geringeren Beträgen aus. Dadurch kann das Kolbenspiel reduziert werden. Dies steigert den Wirkungsgrad und die Laufzeit der Kolbenpumpe, da am Kolben besonders große Ausdehnungen an den Stellen höchster thermischer Belastung vermieden werden können (Kolben hat weniger „Kantenträger“).The cavity in the interior of the piston can initially save weight on the piston. The lower piston mass has a positive effect on the piston drive, since the mass to be accelerated and decelerated is lower. Due to the up and down movement of the piston in relation to the working space, the medium in the cavity of the piston is also moved up and down due to the inertia (relative movement of the medium in relation to the piston). This accelerates the heat transfer. Due to the more uniform temperature distribution over the entire piston, the cross section of the piston, in particular its diameter, expands more evenly and with smaller amounts. The piston play can thereby be reduced. This increases the efficiency and the running time of the piston pump, since particularly large expansions at the points of highest thermal stress can be avoided on the piston (piston has fewer "edge supports").

Bei dem Medium kann es sich um ein unter Normalbedingungen festes oder flüssiges Material handeln, welches jedenfalls im Betrieb der Kolbenpumpe flüssig wird, bspw. infolge der Kolbenerwärmung. Das Medium ist derart ausgebildet, dass sich dieses durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens im Hohlraum des Kolbens ebenfalls hin- und herbewegt. Wie bereits angedeutet, weist das Medium eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, vorzugsweise mindestens 100 W/(m * K).The medium can be a solid or liquid material under normal conditions, which in any case becomes liquid when the piston pump is operating, for example as a result of the piston heating. The medium is designed in such a way that it also reciprocates in the cavity of the piston due to the reciprocating movement of the piston. As already indicated, the medium has a high thermal conductivity, preferably at least 100 W / (m * K).

Bei dem Kolben der Kolbenpumpe kann es sich um einen Hubkolben zur Verdichtung eines Mediums (Fluid), bspw. Kraftstoff, handeln. Bei der Kolbenpumpe kann es sich um eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffdirekteinspritzung handeln.The piston of the piston pump can be a reciprocating piston for compressing a medium (fluid), for example fuel. The piston pump can be a high-pressure pump for direct fuel injection.

Der Kolben kann über seinen Laufflächenabschnitt, der auch als Lauffläche oder Führungsabschnitt bezeichnet werden kann, mittels des Führungselements am oder im Pumpengehäuse der Kolbenpumpe geführt werden.The piston can be guided on or in the pump housing of the piston pump via its tread portion, which can also be referred to as a tread or guide portion.

Der Kolben kann mehrere Kolbenabschnitte aufweisen. So kann der Kolben an dem dem Arbeitsraum zugewandten Ende einen Verdichtungsabschnitt zur Verdichtung des Kraftstoffes im Arbeitsraum aufweisen. Hieran kann sich der Laufflächenabschnitt (Lauffläche oder Führungsabschnitt) des Kolbens anschließen, über den der Kolben an einem Führungselement des Pumpengehäuses geführt ist. An der von dem Arbeitsraum abgewandten Ende kann der Kolben einen Betätigungsabschnitt aufweisen, über den der Kolben mittels einer Antriebseinrichtung (bspw. einer Nockenwelle) angetrieben werden kann. Der Verdichtungsabschnitt und/oder der Betätigungsabschnitt können einen gegenüber dem Laufflächenabschnitt reduzierten Querschnitt aufweisen. Der Kolben kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein (mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern). Der Kolben kann aus einem metallischen Material ausgebildet sein, bspw. aus einem geeigneten Stahl.The piston can have several piston sections. For example, at the end facing the working area, the piston can have a compression section for compressing the fuel in the working area. This can be followed by the running surface section (running surface or guide section) of the piston, via which the piston is guided on a guide element of the pump housing. At the end facing away from the working space, the piston can have an actuating section via which the piston can be driven by means of a drive device (for example a camshaft). The compression section and / or the The actuating section can have a reduced cross section compared to the tread section. The piston can be rotationally symmetrical (several sections with different diameters). The piston can be formed from a metallic material, for example from a suitable steel.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen.Advantageous further developments are specified in the subclaims. Features important to the invention can also be found in the following description and in the drawings.

Im Konkreten kann es sich bei dem verwendeten Medium um Natrium handeln. Auf Grund der hohen Wärmeleitfähigkeit und der positiven stofflichen Eigenschaften für den vorliegenden Einsatzzweck wird der Wärmetransport weiter optimiert. Natrium schmilzt bei 97,5 °C, hat eine Dichte von 0,97 g/cm3 und ist ein sehr guter Wärmeleiter. Im Betrieb wird das Natrium flüssig und wird durch die Massenkräfte im Hohlraum des Kolbens trägheitsbedingt hin- und herbewegt.Specifically, the medium used can be sodium. Due to the high thermal conductivity and the positive material properties for the present application, the heat transport is further optimized. Sodium melts at 97.5 ° C, has a density of 0.97 g / cm 3 and is a very good heat conductor. During operation, the sodium becomes liquid and is moved back and forth due to the inertia due to the inertial forces in the cavity of the piston.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann sich sich die Mittellängsachse des Hohlraums parallel zur Mittellängsachse des Kolbens erstrecken. Hiermit werden durch Wegfall von Querkraftkomponenten die Hin- und Herbewegung des Mediums im Hohlraum des Kolbens und damit auch der Wärmetransport begünstigt.In the context of a preferred embodiment, the central longitudinal axis of the cavity can extend parallel to the central longitudinal axis of the piston. The omission of shear force components hereby promotes the back and forth movement of the medium in the cavity of the piston and thus also the heat transfer.

Vorteilhafterweise kann die Mittellängsachse des Hohlraums kongruent zur Mittellängsachse des Kolbens angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der vorzugsweise rotationssymmetrische Hohlraum bezogen auf die Mittellängsachse des Kolbens zentrisch ausgebildet sein. Hiermit kann ein bezogen auf den Umfang gleichmäßiger Wärmetransport am Kolben erzielt werden.The central longitudinal axis of the cavity can advantageously be arranged congruent to the central longitudinal axis of the piston. In other words, the preferably rotationally symmetrical cavity can be formed centrally with respect to the central longitudinal axis of the piston. In this way, uniform heat transport on the piston can be achieved in relation to the circumference.

Zweckmäßigerweise kann sich der Hohlraum über alle Abschnitte des Kolbens hinweg erstrecken. Hiermit sind vergleichsweise große Wärmemengen transportierbar und eine über den gesamten Kolben hinweg gleichmäßige Erwärmung wird begünstigt. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Kolbenausdehnung. Der Hohlraum kann sich über den dem Arbeitsraum zugewandten Verdichtungsabschnitt, den sich daran anschließenden Laufflächenabschnitt (Führungsabschnitt) und über den Betätigungsabschnitt an der von dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Laufflächenabschnitts erstrecken.The cavity can expediently extend over all sections of the piston. In this way, comparatively large amounts of heat can be transported and uniform heating over the entire piston is promoted. This leads to a more even piston expansion. The cavity can extend over the compression section facing the working area, the adjoining tread section (guide section) and over the actuating section on the side of the tread section facing away from the working area.

Im Konkreten kann der Hohlraum teilweise mit dem Medium gefüllt sein, insbesondere zwischen 30 und 70 Prozent (Volumenanteil des Mediums am Volumen des Hohlraums). Hiermit wird bedingt durch die Kolbenbewegung eine hinreichende Hin- und Herbewegung des Mediums bei gleichzeitig hinreichender transportierter Wärmeenergiemenge erreicht. Dies begünstigt den Wärmetransport.Specifically, the cavity can be partially filled with the medium, in particular between 30 and 70 percent (volume fraction of the medium in the volume of the cavity). As a result of the piston movement, a sufficient back and forth movement of the medium is achieved with a sufficient amount of transported thermal energy. This favors heat transfer.

Vorteilhafterweise kann der Kolben durch ein generatives Fertigungsverfahren ausgebildet sein, bspw. durch ein 3D-Druckverfahren, ein Stereolithografieverfahren oder dergleichen. Hiermit kann der Kolben auch bei geringen Stückzahlen auf rentable Weise gefertigt werden, wobei auch Hinterschnitte möglich sind. In diesem Zusammenhang, aber auch unabhängig von dem gewählten Fertigungsverfahren, ist die Ausgestaltung der Innenwandung des Hohlraums des Kolbens mit einer Struktur denkbar, die die Oberfläche der Innenwandung des Hohlraums vergrößert, bspw. eine Struktur mit Rippen oder Wellen.The piston can advantageously be formed by a generative manufacturing process, for example by a 3D printing process, a stereolithography process or the like. This allows the piston to be manufactured in a profitable manner even with small quantities, undercuts are also possible. In this context, but also regardless of the selected manufacturing process, the configuration of the inner wall of the cavity of the piston with a structure is conceivable that increases the surface of the inner wall of the cavity, for example a structure with ribs or waves.

Alternativ hierzu kann der Kolben durch ein urformendes Fertigungsverfahren ausgebildet sein, bspw. durch Gießen. Somit lässt sich der Kolben mit bewährter Technologie in großen Stückzahlen zuverlässig fertigen. Dabei kann der Kolben einstückig ausgebildet sein und auch schon den Hohlraum im Kolbeninneren aufweisen. Dieser kann in der weiteren Herstellung mit dem Medium befüllt und anschließend verschlossen werden.As an alternative to this, the piston can be formed by an original manufacturing process, for example by casting. This means that the piston can be reliably manufactured in large quantities using proven technology. The piston can be formed in one piece and also have the cavity in the interior of the piston. This can be filled with the medium during further production and then closed.

Ebenfalls denkbar ist, dass der Kolben durch ein umformendes oder ein spanendes Fertigungsverfahren ausgebildet ist. Auch hiermit kann der Kolben mit bewährter Technologie zuverlässig gefertigt werden. Als umformendes Fertigungsverfahren kommt bspw. ein Schmieden des Kolbens infrage. Bei Anwendung eines spanenden Fertigungsverfahrens kann der Kolben durch Drehen gefertigt werden.It is also conceivable that the piston is formed by a forming or a machining manufacturing process. The piston can also be reliably manufactured using proven technology. For example, the piston can be forged as a forming manufacturing process. When using a cutting manufacturing process, the piston can be manufactured by turning.

Eine weitere Herstellungsmöglichkeit kann darin bestehen, dass der Kolben aus mehreren separaten Kolbenabschnitten (bspw. Hülsen) ausgebildet ist, wobei die benachbarten Kolbenabschnitte stoffschlüssig miteinander verbunden sind, insbesondere durch Kleben oder Schweißen, bspw. ein Reibschweißen. Der Kolben kann somit als gebauter Kolben ausgebildet sein, wobei die einzelnen Bestandteile des Kolbens vor einem Zusammenfügen durch gute Zugänglichkeit individueller ausgestaltet werden können als bei einstückiger Ausgestaltung.A further production possibility can consist in the piston being formed from a plurality of separate piston sections (for example sleeves), the adjacent piston sections being integrally connected to one another, in particular by gluing or welding, for example friction welding. The piston can thus be designed as a built-in piston, the individual components of the piston being able to be designed more individually before being joined together due to good accessibility than in the case of a one-piece design.

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine Ausführungsform einer Kolbenpumpe in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht;
  • 2 den Kolben und das Führungselement der Kolbenpumpe aus 1 in einer geschnittenen Seitenansicht;
  • 3 in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht den Kolben mit Hohlraum der Kolbenpumpe aus 1;
  • 4 in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht den Kolben mit Hohlraum der Kolbenpumpe aus 1 bei einer Bewegung zum Arbeitsraum der Kolbenpumpe hin; und
  • 5 in einer vergrößerten und geschnittenen Seitenansicht den Kolben mit Hohlraum der Kolbenpumpe aus 1 bei einer Bewegung vom Arbeitsraum der Kolbenpumpe weg.
Particularly preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. The drawing shows:
  • 1 an embodiment of a piston pump in a schematic and partially sectioned side view;
  • 2 the piston and the guide element of the piston pump 1 in a sectional side view;
  • 3 in an enlarged and sectioned side view of the piston with the cavity of the piston pump 1 ;
  • 4 in an enlarged and sectioned side view of the piston with the cavity of the piston pump 1 when moving towards the working area of the piston pump; and
  • 5 in an enlarged and sectioned side view of the piston with the cavity of the piston pump 1 when moving away from the working area of the piston pump.

In 1 trägt eine Kolbenpumpe, die als Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine ausgebildet ist, insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kolbenpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 und einen Befestigungsflansch 14 auf. Über den Befestigungsflansch 14 ist die Kolbenpumpe 10 an einem hier nur schematisch angedeuteten Zylinderkopf 16 einer Brennkraftmaschine befestigt.In 1 a piston pump, which is designed as a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine, not shown, bears the overall reference number 10 , The piston pump 10 has a pump housing 12 and a mounting flange 14 on. Via the mounting flange 14 is the piston pump 10 on a cylinder head indicated only schematically here 16 attached to an internal combustion engine.

Über einen am Pumpengehäuse 12 angeordneten Anschluss 18 kann die Kolbenpumpe 10 an einen Rail einer Einspritzeinheit angeschlossen werden (nicht dargestellt), so dass der Einspritzeinheit unter hohem Druck ein Medium, bspw. Kraftstoff, zur Verfügung gestellt werden kann. Der durch das Rechteck 20 gekennzeichnete Bereich kann als Hochdruckbereich der Kolbenpumpe 10 bezeichnet werden.Via one on the pump housing 12 arranged connection 18 can the piston pump 10 are connected to a rail of an injection unit (not shown), so that a medium, for example fuel, can be made available to the injection unit under high pressure. The one through the rectangle 20 area marked as high pressure area of the piston pump 10 be designated.

Die Kolbenpumpe 10 weist einen Kolben 22 und einen Arbeitsraum 24 auf, der an einer Seite von dem Kolben 22 begrenzt wird. Wandungen und Zugänge begrenzen den Arbeitsraum 24 an weiteren Seiten des Arbeitsraums 24. Durch eine - bezogen auf den Arbeitsraum 24 - Auf- und Abbewegung des Kolbens 22 kann ein Medium in den Arbeitsraum 24 angesaugt und verdichtet, somit auf ein höheres Druckniveau gebracht und dann einer Rail einer Einspritzeinheit zugeführt werden.The piston pump 10 has a piston 22 and a work space 24 on that on one side of the piston 22 is limited. Walls and entrances limit the work area 24 on further sides of the work space 24 , By - related to the work space 24 - Up and down movement of the piston 22 can be a medium in the work space 24 sucked in and compressed, thus brought to a higher pressure level and then fed to a rail of an injection unit.

Der Kolben 22 weist einen Laufflächenabschnitt 26 auf, über den der Kolben 22 mittels des Führungselements 28 am Pumpengehäuse 12 geführt ist. Das Führungselement 28 weist eine kreiszylindrische Innenfläche 30 auf, an der der Kolben 22 mit seinem Laufflächenabschnitt 26 geführt ist. Das Führungselement 28 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine im Gehäuse 12 der Kolbenpumpe 10 angeordnete, d.h. in das Gehäuse 12 eingesetzte, Buchse ausgebildet. Ebenfalls denkbar ist, dass das Führungselement 28 als eine im Gehäuse 12 der Kolbenpumpe 10 ausgebildete Bohrung ausgeführt ist (nicht dargestellt).The piston 22 has a tread portion 26 on which the piston 22 by means of the guide element 28 on the pump housing 12 is led. The guide element 28 has a circular cylindrical inner surface 30 on which the piston 22 with its tread section 26 is led. The guide element 28 is in the present embodiment as one in the housing 12 the piston pump 10 arranged, ie in the housing 12 inserted, socket trained. It is also conceivable that the guide element 28 than one in the case 12 the piston pump 10 trained bore is executed (not shown).

In 2 sind der Kolben 22 und das Führungselement 28 in Alleinstellung vergrößert dargestellt (der Übersichtlichkeit halber ohne Darstellung des Kolbenhohlraums). Das Führungselement 28 (Buchse) und der Kolben 22 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei sich zwischen der Außenfläche des Laufflächenabschnitts 26 und der Innenfläche 30 des Führungselements 28 ein Spiel S ergibt. Der im Betrieb thermisch hochbelastetste Bereich des Kolbens 22 ist durch den Kreis 29 gekennzeichnet.In 2 are the piston 22 and the guide element 28 shown enlarged on its own (for the sake of clarity, without showing the piston cavity). The guide element 28 (Socket) and the piston 22 are arranged coaxially to one another, being between the outer surface of the tread portion 26 and the inner surface 30 of the guide element 28 a game S results. The area of the piston which is subject to the greatest thermal stress during operation 22 is through the circle 29 characterized.

Der Kolben 22 weist an seinem dem Arbeitsraum 24 zugewandten Ende 32 (in 2 rechtes Ende) einen Verdichtungsabschnitt 34 auf. Der Verdichtungsabschnitt 34 grenzt an den Laufflächenabschnitt 26 an und weist einen geringeren Durchmesser als der Laufflächenabschnitt 26 auf. Zwischen dem Verdichtungsabschnitt 34 und dem Laufflächenabschnitt 26 befindet sich ein Absatz 42.The piston 22 points to the workspace 24 facing end 32 (in 2 right end) a compression section 34 on. The compression section 34 borders on the tread section 26 and has a smaller diameter than the tread portion 26 on. Between the compression section 34 and the tread portion 26 there is a paragraph 42 ,

An seinem von dem Arbeitsraum 24 abgewandten Ende 36 (in 2 linkes Ende) weist der Kolben 22 einen Betätigungsabschnitt 38 auf, über den der Kolben 22 betätigt und somit angetrieben kann, bspw. mittels einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Der Betätigungsabschnitt 38 grenzt an den Laufflächenabschnitt 26 an und weist einen geringeren Durchmesser als der Laufflächenabschnitt 26 auf. Zwischen dem Betätigungsabschnitt 38 und dem Laufflächenabschnitt 26 befindet sich ein Absatz 43. Der Kolben 22 ist rotationssymmetrisch ausgebildet (mehrere Kolbenabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern).At his by the work room 24 opposite end 36 (in 2 left end) has the piston 22 an operating section 38 on which the piston 22 can be actuated and thus driven, for example by means of a camshaft of an internal combustion engine. The operating section 38 borders on the tread section 26 and has a smaller diameter than the tread portion 26 on. Between the operating section 38 and the tread portion 26 there is a paragraph 43 , The piston 22 is rotationally symmetrical (several piston sections with different diameters).

Der Kolben 22 weist in seinem Inneren einen nach außen hin verschlossenen Hohlraum 40 auf, der mit einem Medium 42 gefüllt ist, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Kolbens 22 aufweist (siehe 3). Das Medium 42 kann auch als Transportmedium (Wärmetransportmedium) bezeichnet werden.The piston 22 has a cavity closed inside 40 on that with a medium 42 is filled, which has a higher thermal conductivity than the material of the piston 22 exhibits (see 3 ). The medium 42 can also be referred to as a transport medium (heat transport medium).

Als Medium 42 kann bspw. Natrium eingesetzt werden. Natrium weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und ist für den vorliegenden Einsatzzweck gut geeignet. Natrium schmilzt bei 97,5 °C. Im Betrieb wird das Natrium flüssig und wird durch die Massenkräfte im Hohlraum 40 des Kolbens 22 hin- und herbewegt (Relativbewegung des Mediums 42 bezogen auf den Kolben 22).As a medium 42 For example, sodium can be used. Sodium has a high thermal conductivity and is well suited for the present application. Sodium melts at 97.5 ° C. During operation, the sodium becomes liquid and is caused by the mass forces in the cavity 40 of the piston 22 back and forth (relative movement of the medium 42 based on the piston 22 ).

Die Mittellängsachse 44 des Hohlraums 40 kann sich parallel zur Mittellängsachse 46 des Kolbens 22 erstrecken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Mittellängsachse 44 des Hohlraums 40 kongruent zur Mittellängsachse 46 des Kolbens angeordnet 22. Mit anderen Worten ist der Hohlraum 40 bezogen auf die Mittellängsachse 46 des Kolbens 22 zentrisch ausgebildet.The central longitudinal axis 44 of the cavity 40 can be parallel to the central longitudinal axis 46 of the piston 22 extend. In the present exemplary embodiment, the central longitudinal axis is 44 of the cavity 40 congruent to the central longitudinal axis 46 arranged of the piston 22 , In other words, the cavity 40 related to the central longitudinal axis 46 of the piston 22 centered.

Der Hohlraum 40 erstreckt sich über alle Abschnitte des Kolbens 22. Der Hohlraum 40 erstreckt sich somit über den dem Arbeitsraum 24 zugewandten Verdichtungsabschnitt 34, den sich daran anschließenden Laufflächenabschnitt 26 und über den Betätigungsabschnitt 38 an der von dem Arbeitsraum 24 abgewandten Seite des Laufflächenabschnitts 26. The cavity 40 extends over all sections of the piston 22 , The cavity 40 thus extends over the work area 24 facing compression section 34 , the adjoining tread section 26 and over the operating section 38 at the of the work room 24 opposite side of the tread portion 26 ,

Der Hohlraum 40 ist teilweise mit dem Medium 42 gefüllt, insbesondere zwischen 30 und 70 Prozent (Volumenanteil des Mediums 42 am Volumen des Hohlraums 40). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum zu ca. 50 Prozent mit dem Medium 42 gefülltThe cavity 40 is partly with the medium 42 filled, especially between 30 and 70 percent (volume fraction of the medium 42 on the volume of the cavity 40 ). In the present embodiment, about 50 percent of the cavity is with the medium 42 filled

4 zeigt einen Zustand, in dem der Kolben 22 sich infolge seines Antriebs, bspw. mittels einer Nockenwelle oder einem zwischen Nockenwelle und Kolben 42 angeordneten Stößel, zu dem Arbeitsraum 24 hin bewegt (in 4 nach oben). Diese Bewegung ist durch den Pfeil 50 veranschaulicht. Dabei bewegt sich das Medium 42, welches am dem Arbeitsraum 24 zugewandten Ende 32 des Kolbens 22 Wäremeenergie aufgenommen hat, im Hohlraum 40 trägheitsbedingt zum dem Arbeitsraum 24 abgewandten Ende 36 des Kolbens 22 hin (in 4 nach unten). Es kommt also zu einer Relativbewegung des Mediums 42 bezogen auf den Kolben 22. Dabei gibt das Medium 42 Wärmeenergie an den Kolben 22 ab, und zwar an einen (unteren) Teil des Laufflächenabschnitts 26 und an den Betätigungsabschnitt 38. Diese sind im Betrieb der Kolbenpumpe 10 thermisch geringer belastet als der Verdichtungsabschnitt 34. Von dem Laufflächenabschnitt 26 und dem Betätigungsabschnitt 38 kann Wärmeenergie an das Pumpengehäuse 12 abgegeben werden, bspw. über das Führungselement 28. 4 shows a state in which the piston 22 due to its drive, for example by means of a camshaft or between the camshaft and piston 42 arranged plunger, to the work area 24 moved there (in 4 up). This movement is through the arrow 50 illustrated. The medium moves 42 which on the work room 24 facing end 32 of the piston 22 Has absorbed thermal energy in the cavity 40 due to inertia to the work area 24 opposite end 36 of the piston 22 there (in 4 downward). So there is a relative movement of the medium 42 based on the piston 22 , The medium gives 42 Thermal energy on the pistons 22 down to a (lower) part of the tread section 26 and to the operating section 38 , These are in operation of the piston pump 10 thermally less stressed than the compression section 34 , From the tread section 26 and the operating section 38 can transfer thermal energy to the pump housing 12 are delivered, for example, via the guide element 28 ,

5 zeigt einen Zustand, in dem der Kolben 22 sich infolge seines Antriebs von dem Arbeitsraum 24 weg bewegt (in 5 nach unten). Diese Bewegung ist durch den Pfeil 52 veranschaulicht. Dabei bewegt sich das Medium 42, welches am von dem Arbeitsraum 24 abgewandten Ende 36 des Kolbens 22 bereits Wäremeenergie abgegeben hat, im Hohlraum 40 trägheitsbedingt zum dem Arbeitsraum 24 zugewandten Ende 32 des Kolbens 22 hin (in 5 nach oben). Es kommt also zu einer Relativbewegung des Mediums 42 bezogen auf den Kolben 22. Dabei nimmt das Medium 42 Wärmeenergie von dem Kolben 22 auf, und zwar von dem Verdichtungsabschnitt 34 und ggf. von einem (oberen) Teil des Laufflächenabschnitts 26. Diese sind im Betrieb der Kolbenpumpe 10 thermisch höher belastet als ein unterer Teil des Laufflächenabschnitts 26 und als der Betätigungsabschnitt 38. 5 shows a state in which the piston 22 away from the work space due to its drive 24 moved away (in 5 downward). This movement is through the arrow 52 illustrated. The medium moves 42 which is from the work room 24 opposite end 36 of the piston 22 has already given off thermal energy in the cavity 40 due to inertia to the work area 24 facing end 32 of the piston 22 there (in 5 up). So there is a relative movement of the medium 42 based on the piston 22 , The medium takes 42 Thermal energy from the piston 22 on, from the compression section 34 and possibly from an (upper) part of the tread section 26 , These are in operation of the piston pump 10 thermally higher than a lower part of the tread section 26 and as the operating section 38 ,

Die durch das Medium 42 aufgenommende Wärmeenergie kann bei einer darauf folgenden Bewegung des Kolbens 22 zum Arbeitsraum 24 hin (in 5 nach oben) an den Kolben 22 abgegeben werden, und zwar an einen (unteren) Teil des Laufflächenabschnitts 26 und an den Betätigungsabschnitt 38, da sich das Medium 42 trägheitsbedingt zum dem Arbeitsraum 24 abgewandten Ende 36 des Kolbens 22 hinbewegt, wie im Zusammenhang mit 4 erläutert. Dieser optimierte Wärmetransport führt zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung über den gesamten Kolben 22 hinweg, so dass sich der Kolben 22 in seinem Durchmesser gleichmäßiger und mit geringerem Betrag ausdehnt, wie oben erläutert.The through the medium 42 absorbed heat energy can result in a subsequent movement of the piston 22 to the work room 24 there (in 5 upward) to the piston 22 are delivered to a (lower) part of the tread portion 26 and to the operating section 38 because the medium 42 due to inertia to the work area 24 opposite end 36 of the piston 22 moved as related to 4 explained. This optimized heat transfer leads to a more even temperature distribution over the entire piston 22 away so that the piston 22 expands in diameter more evenly and with a smaller amount, as explained above.

Zur weiteren Ausgestaltung des Kolbens 22, insbesondere in Bezug auf dessen Herstellung und das dabei zur Anwendung kommende Fertigungsverfahren, können die oben beschriebenen Maßnahmen dienen.For further configuration of the piston 22 The measures described above can serve, in particular with regard to its manufacture and the manufacturing process used here.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (10)

Kolbenpumpe (10), insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolben (22) und einem Arbeitsraum (24), der von dem Kolben (22) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) in seinem Inneren einen nach außen hin verschlossenen Hohlraum (40) aufweist, der mit einem Medium (42) gefüllt ist, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des Kolbens (22) aufweist.Piston pump (10), in particular high-pressure fuel pump for an injection system of an internal combustion engine, with a piston (22) and a working space (24), which is delimited by the piston (22), characterized in that the piston (22) inside has a cavity (40) which is closed to the outside and is filled with a medium (42) which has a higher thermal conductivity than the material of the piston (22). Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium (42) um Natrium handelt.Piston pump (10) after Claim 1 , characterized in that the medium (42) is sodium. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mittellängsachse (44) des Hohlraums (40) parallel zur Mittellängsachse (46) des Kolbens (22) erstreckt.Piston pump (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the central longitudinal axis (44) of the cavity (40) extends parallel to the central longitudinal axis (46) of the piston (22). Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachse (44) des Hohlraums (40) kongruent zur Mittellängsachse (46) des Kolbens (22) angeordnet ist.Piston pump (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the central longitudinal axis (44) of the cavity (40) is arranged congruent to the central longitudinal axis (46) of the piston (22). Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (40) über alle Abschnitte (26, 34, 38) des Kolbens (22) erstreckt.Piston pump (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity (40) extends over all sections (26, 34, 38) of the piston (22). Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (40) teilweise mit dem Medium (42) gefüllt ist, insbesondere zwischen 30 und 70 Prozent.Piston pump (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity (40) is partially filled with the medium (42), in particular between 30 and 70 percent. Kolbenpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) durch ein generatives Fertigungsverfahren ausgebildet ist.Piston pump (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (22) is formed by a generative manufacturing process. Kolbenpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) durch ein urformendes Fertigungsverfahren ausgebildet ist.Piston pump (10) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the piston (22) is formed by an original manufacturing process. Kolbenpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) durch ein umformendes oder ein spanendes Fertigungsverfahren ausgebildet ist.Piston pump (10) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the piston (22) is formed by a forming or a cutting manufacturing process. Kolbenpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) aus mehreren separaten Kolbenabschnitten ausgebildet ist, wobei die benachbarten Kolbenabschnitte stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Piston pump (10) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the piston (22) is formed from a plurality of separate piston sections, the adjacent piston sections being integrally connected to one another.
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