DE102018221702A1

DE102018221702A1 - Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102018221702A1
Application number: DE102018221702.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hartweg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: ES2976573T3; KR20210099585A; EP3894687A1; EP3894687B1; CN113167202A; WO2020120075A1; CN113167202B

Abstract

Eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine umfasst ein Pumpengehäuse (12), welches einen antriebsseitigen Stirnbereich (44) aufweist, einen Hochdruckauslass (24) und ein Druckbegrenzungsventil (58), welches in geöffnetem Zustand Kraftstoff vom Hochdruckauslass (24) abführt. Es wird vorgeschlagen, dass das Druckbegrenzungsventil (58) in einem Abführ-Strömungsweg (52) im Pumpengehäuse (12) angeordnet ist, der in den antriebsseitigen Stirnbereich (44) des Pumpengehäuses (12) mündet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist aus der DE 10 2005 007 806 A1 bekannt und umfasst ein Pumpengehäuse und ein Druckbegrenzungsventil. Dieses ist in einer Ausnehmung im Pumpengehäuse aufgenommenen. Das Druckbegrenzungsventil verbindet in einem geöffneten Zustand einen Hochdruckauslass mit einem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckauslass und dem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil wird also verhindert, dass der Druck in dem Hochdruckauslass unzulässig hoch ist. Somit hat das Druckbegrenzungsventil im Wesentlichen zwei Funktionen: zum einen die Absteuerung des Drucks vom Hochdruckauslass bei Überschreitung eines maximal zulässigen Drucks, und zum anderen eine Abdichtung des Hochdruckauslasses und der an diesen angeschlossenen Komponenten (beispielsweise ein Kraftstoffrail) gegenüber dem Förderraum bei einem Druck unterhalb des maximal zulässigen Drucks.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe dient zum Fördern von Kraftstoff in einem Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Als Kraftstoff kommt vorzugsweise Benzin oder Diesel zum Einsatz. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe verdichtet den Kraftstoff auf einen hohen Druck und fördert ihn beispielsweise zu einem Kraftstoffrail, an das Einspritzvorrichtungen angeschlossen sind, die den Kraftstoff direkt in jeweils zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ein Druckbegrenzungsventil. Durch das Druckbegrenzungsventil wird der Druck an bzw. in einem Hochdruckauslass der Kraftstoff-Hochdruckpumpe auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Überschreitet der dort herrschende Druck den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils, öffnet das Druckbegrenzungsventil, so dass Kraftstoff vom Hochdruckauslass abgeführt wird.
Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe gehört auch ein Pumpengehäuse, welches einen antriebsseitigen Stirnbereich aufweist. Dabei versteht sich, dass sich aus der Verwendung des Begriffs „Stirnbereich“ keineswegs ergibt, dass das Pumpengehäuse eine rotationssymmetrische Form haben muss. Gleichwohl weist das Pumpengehäuse insgesamt eine Längsachse auf, die parallel zu einem Förderkolben verläuft. Der antriebsseitige Stirnbereich ist insoweit jener Endbereich des Pumpengehäuses, der zu einem Antrieb des Förderkolbens hin zeigt. Ein solcher Antrieb umfasst meist eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Druckbegrenzungsventil in einem Abführ-Strömungsweg im Pumpengehäuse angeordnet ist, der in den gerade erwähnten antriebsseitigen Stirnbereich des Pumpengehäuses mündet. Auf diese Weise werden verschleißrelevante Druckpulsationen aus einem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe vermieden, wie sie dann auftreten können, wenn der Abführ-Strömungsweg in den Förderraum mündet. Außerdem wird das Totvolumen in dem Förderraum der Kraftstoff-Hochdruckpumpe gegenüber einem in den Förderraum mündenden Abführ-Strömungsweg erheblich reduziert, wodurch der Liefergrad der Kraftstoff-Hochdruckpumpe gesteigert werden kann. Auch kann die Gehäuse-Festigkeit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe an kritischen Stellen durch eine Neuanordnung des Druckbegrenzungsventils im Pumpengehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe gesteigert werden. Insgesamt wird so die Effizienz der Kraftstoff-Hochdruckpumpe gesteigert und deren Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöht.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sie einen gestuften Förderkolben aufweist, und dass der Abführ-Strömungsweg in einen Stufenraum mündet, in dem die Stufe des Förderkolbens angeordnet ist und der am antriebsseitigen Stirnbereich des Pumpengehäuses ausgebildet ist. Der Stufenraum ist gegenüber dem Antrieb und den dort vorhandenen Schmierstoffen meist durch einen Dichtungshalter und eine Kolbendichtung abgedichtet und über einen Strömungsweg mit einem Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbunden. Durch die Mündung des Abführ-Strömungswegs in den Stufenraum wird im Falle eines öffnenden Druckbegrenzungsventils eine zuverlässige Entlastungsmöglichkeit für den Hochdruckauslass geschaffen, ohne dass die Gefahr eines Eintrags von Kraftstoff zum Antrieb und den dort vorhandenen Schmierstoffen hin zu befürchten ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil als ein federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet ist. Ein solches ist preiswert herstellbar und arbeitet zuverlässig. Zudem weist es eine geringe Baugröße auf.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Längsachse des Druckbegrenzungsventils parallel zu einer Längsachse eines Förderkolbens angeordnet ist. Dies gestattet im Vergleich zu bisherigen Anordnungen des Druckbegrenzungsventils (beispielsweise solchen Anordnungen, bei denen das Druckbegrenzungsventil radial oder tangential zur Längsachse des Förderkolben und somit auch zum Pumpengehäuse angeordnet ist) eine Reduktion der Bauhöhe der Kraftstoff-Hochdruckpumpe, so dass diese auch in Einbausituationen mit beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil von der Mündung am antriebsseitigen Stirnbereich her in den Abführ-Strömungsweg eingesetzt ist. Hierdurch wird die Montage des Druckbegrenzungsventils erheblich vereinfacht, da der antriebsseitige Stirnbereich üblicherweise sehr gut zugänglich ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil im Abführ-Strömungsweg im Presssitz gehalten ist. Auf diese Weise kann das Druckbegrenzungsventil einfach und zuverlässig montiert und gehalten werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Druckbegrenzungsventils, insbesondere ein Ventilkörper, durch einen Abschnitt des Ventilgehäuses gebildet wird. Beispielsweise kann der Ventilkörper direkt aus dem Gehäusematerial hergestellt bzw. direkt in das Gehäuse eingearbeitet sein. Hierdurch wird die Anzahl der herzustellenden und zu fügenden bzw. zu Verpressen Komponenten reduziert, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hochdruckauslass in einer axialen Richtung (also in Richtung der Längsachse) des Pumpengehäuses gesehen seitlich am Pumpengehäuse angeordnet ist, und dass ein Auslass-Strömungsweg, der von einem Förderraum zu dem Hochdruckauslass führt, in axialer Richtung des Pumpengehäuses gesehen seitlich von einem in den Hochdruckanschluss mündenden Abschnitt des Abführ-Strömungswegs angeordnet ist. Auch hierdurch kann die Bauhöhe der Kraftstoff-Hochdruckpumpe nochmals reduziert werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abführ-Strömungsweg zwei wenigstens in etwa orthogonale und sich schneidende Sacklochbohrungen umfasst, von denen die eine vom Hochdruckauslass aus in einer im Wesentlichen radialen oder tangentialen Richtung des Pumpengehäuses verläuft, und von denen die andere vom antriebsseitigen Stirnbereich aus in einer im Wesentlicher axialen Richtung des Pumpengehäuses verläuft. Derartige Sacklochbohrungen können einfach realisiert werden, wodurch die Herstellkosten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe niedrig gehalten werden können.
Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen teilweisen Schnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Druckbegrenzungsventil;
2 eine perspektivische Seitenansicht auf einen Hochdruckauslasses der Kraftstoff-Hochdruckpumpe von 1; und
3 Komponenten des Druckbegrenzungsventils von 1.

In 1 trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 10 ein Einlass-/Mengensteuerventil 14, einen mit einem ersten Endbereich 16 in einen Förderraum 18 hinein ragenden und an einem zweiten Endbereich 20 durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzbaren Förderkolben 22 auf.
Seitlich am Pumpengehäuse 12 ist eine Abflachung vorhanden, die einen Hochdruckauslass 24 bildet. Dieser ist über ein außerhalb der Schnittebene von 1 liegendes und daher in 1 nicht sichtbares Auslassventil mit dem Förderraum 18 verbindbar. Am Hochdruckauslass 24 ist ein Auslassstutzen 26 befestigt. Dieser ist fluidisch mit einem Hochdruckbereich 28 verbunden, bei dem es sich beispielsweise um ein Kraftstoffrail handeln kann, an das eine Mehrzahl von Einspritzvorrichtungen angeschlossen ist, die den Kraftstoff direkt in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen.
Obgleich das Pumpengehäuse 12 nicht exakt rotationssymmetrisch ist, hat es gleichwohl eine Längsachse 30. Ein in 1 oberer Stirnbereich 31 des Pumpengehäuses 12 trägt einen haubenartigen Gehäusedeckel 32, an dem ein Einlassstutzen 34 befestigt ist, der mit einem Niederdruckbereich 36 verbunden ist. Der Niederdruckbereich 36 kann beispielsweise eine elektrische Vorförderpumpe umfassen. Zwischen dem oberen Stirnbereich 31 des Pumpengehäuses 12 und dem Gehäusedeckel 32 ist ein Fluidraum (ohne Bezugszeichen) gebildet, in dem ein Membran-Druckdämpfer 38 aufgenommen ist.
Der Förderkolben 22 ist als Stufenkolben ausgebildet mit einem in 1 oberen Abschnitt mit größerem Durchmesser und einem in 1 unteren Abschnitt mit kleinerem Durchmesser. Eine Stufe bzw. ein Absatz zwischen den beiden Abschnitten trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 40. Wie aus 1 ersichtlich ist, befindet sich bei der 1 dargestellten Position des Förderkolbens 22 die Stufe 40 knapp außerhalb von dem Pumpengehäuse 12, und zwar in einem sogenannten „Stufenraum“ 42, der zwischen einem in 1 unteren antriebsseitigen Stirnbereich 44 des Pumpengehäuses 12 und einem als Blechformteil hergestellten Dichtungshalter 46 gebildet ist, der in einem rohrförmigen Befestigungsstutzen 48 des Pumpengehäuses 12 an dessen antriebsseitigem Stirnbereich 44 im Presssitz gehalten ist. Der Dichtungshalter 46 trägt eine Kolbendichtung 50, welche den Stufenraum 42 gegenüber dem nicht gezeigten Antrieb, der unterhalb vom zweiten Endbereich 20 des Förderkolbens 22 angeordnet ist, abdichtet.
In dem Pumpengehäuse 12 ist ein Abführ-Strömungsweg 52 vorhanden, der vorliegend beispielhaft durch zwei zueinander orthogonale und sich schneidende Sacklochbohrungen 54 und 56 gebildet wird. Die Sacklochbohrung 54 erstreckt sich in einer im Wesentlichen radialen Richtung des Pumpengehäuses 12 vom Hochdruckauslass 24 aus, und die Sacklochbohrung 56 erstreckt sich vom antriebsseitigen Stirnbereich 44 aus in einer im Wesentlichen axialen Richtung des Pumpengehäuses 12. Die axiale Sacklochbohrung 56 ist dabei als Stufenbohrung ausgeführt mit einem vom antriebsseitigen Stirnbereich 44 ausgehenden Abschnitt (ohne Bezugszeichen) mit größerem Durchmesser. In diesem ist ein Druckbegrenzungsventil 58 angeordnet, welches zum antriebsseitigen Stirnbereich 44 hin öffnet.
Das Druckbegrenzungsventil 58 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgeführt. Es umfasst (siehe 3) ein als Ventilkugel ausgeführtes Ventilelement 60, wobei selbstverständlich auch andere Ventilelemente eingesetzt werden können, beispielsweise ein kegelförmige Ventilelement. Eine Ventilfeder 62, die vorliegend beispielhaft als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, trägt an ihrem in 1 oberen und in 3 linken Ende einen Kugelhalter 64 und beaufschlagt das Ventilelement 60 gegen einen Ventilkörper 66, an dem ein bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 58 mit dem Ventilelement 60 dichtend zusammenwirkender Ventilsitz 68 ausgebildet ist. Das vom Ventilkörper 66 abgewandte Ende der Ventilfeder 62 stützt sich an einer Hülse 70 ab, die, ebenso wie der Ventilkörper 66, in die Sacklochbohrung 56 eingepresst ist, dort also im Presssitz gehalten ist.
Man erkennt aus 1, dass eine Längsachse (nicht gezeichnet) des Druckbegrenzungsventils 58 parallel zu der Längsachse 30 des Pumpengehäuses 12 verläuft. Man erkennt ebenfalls aus 1, dass die Komponenten des Druckbegrenzungsventils 58 von der Mündung am antriebsseitigen Stirnbereich 44 her in die axiale Sacklochbohrung 56 des Abführ-Strömungswegs 52 eingesetzt sind.
Aus 2 geht hervor, dass ein Auslass-Strömungsweg 72, der von dem Förderraum 18 über das bereits oben erwähnte Auslassventil zu dem Hochdruckauslass 24 führt, in axialer Richtung des Pumpengehäuses 12 gesehen seitlich von dem in den Hochdruckauslass 24 mündenden Abschnitt, nämlich die radiale Sacklochbohrung 54, des Abführ-Strömungswegs 52 angeordnet ist. Der seitliche Versatz trägt in 1 das Bezugszeichen 74. Vom Auslassventil ist im Übrigen in 2 eine speichenförmig ausgebildete Endplatte 76 sichtbar. Man erkennt aus 2 auch, dass in den insgesamt kreisförmigen Hochdruckauslass 24 der Auslass-Strömungsweg 72 seitlich mittig jedoch nach unten versetzt mündet, wohingegen der Abführ-Strömungsweg 52 mit der radialen Sacklochbohrung 54 in 2 seitlich außermittig links und etwas oberhalb der Mitte mündet. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch andere Anordnungen der Mündungen des Auslass-Strömungswegs 72 sowie des Abführ-Strömungswegs 52 möglich sind.
Im Betrieb wird vom Förderkolben 18 bei einem Saughub Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, über das Einlass- und Mengensteuerventil 14 in den Förderraum 18 angesaugt. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 18 befindliche Kraftstoff verdichtet und über das Auslassventil und den Auslassstutzen 26 in den Hochdruckbereich 28 ausgestoßen. Die Kraftstoffmenge, die bei einem Förderhub ausgestoßen wird, wird dabei durch das elektromagnetisch betätigte Einlass- und Mengensteuerventil 14 eingestellt.
Bei einem unzulässigen Überdruck im Hochdruckbereich 28 öffnet das Druckbegrenzungsventil 58, wodurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 28 in den Stufenraum 42 strömen kann. Der Stufenraum 42 kann über vorliegend nicht gezeichnete Strömungswege beispielsweise mit einem stromaufwärts vom Förderraum 18 liegenden Bereich verbunden sein, der wiederum mit dem Niederdruckbereich 36 verbunden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005007806 A1 [0002]

Claims

Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (12), welches einen antriebsseitigen Stirnbereich (44) aufweist, einem Hochdruckauslass (24) und einem Druckbegrenzungsventil (58), welches in geöffnetem Zustand Kraftstoff vom Hochdruckauslass (24) abführt, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (58) in einem Abführ-Strömungsweg (52) im Pumpengehäuse (12) angeordnet ist, der in den antriebsseitigen Stirnbereich (44) des Pumpengehäuses (12) mündet.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen gestuften Förderkolben (22) aufweist, und dass der Abführ-Strömungsweg (52) in einen Stufenraum (42) mündet, in dem die Stufe (40) des Förderkolbens (22) angeordnet ist und der am antriebsseitigen Stirnbereich (44) des Pumpengehäuses (12) ausgebildet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (58) als ein federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse des Druckbegrenzungsventils (58) parallel zu einer Längsachse (30) eines Förderkolbens (22) angeordnet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach (10) wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (58) oder wenigstens ein Teil hiervon von der Mündung am antriebsseitigen Stirnbereich (44) her in den Abführ-Strömungsweg (52) eingesetzt ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (58) oder wenigstens ein Teil hiervon im Abführ-Strömungsweg (52) im Presssitz gehalten ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Druckbegrenzungsventils, insbesondere ein Ventilkörper, durch einen Abschnitt des Ventilgehäuses gebildet wird.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckauslass (24) in einer axialen Richtung des Pumpengehäuses (12) gesehen seitlich am Pumpengehäuse (12) angeordnet ist, und dass ein Auslass-Strömungsweg (72), der von einem Förderraum (18) zu dem Hochdruckauslass (24) führt, in axialer Richtung des Pumpengehäuses (12) gesehen seitlich von einem in den Hochdruckauslass (24) mündenden Abschnitt des Abführ-Strömungswegs (52) angeordnet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abführ-Strömungsweg (52) zwei orthogonale und sich schneidende Sacklochbohrungen (52, 54) umfasst, von denen die eine vom Hochdruckauslass (24) aus in einer im Wesentlichen radialen oder tangentialen Richtung des Pumpengehäuses (12) verläuft, und von denen die andere vom antriebsseitigen Stirnbereich (44) aus in einer im Wesentlicher axialen Richtung des Pumpengehäuses (12) verläuft.