DE102020206035A1 - High pressure fuel pump - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer Ventileinrichtung deren Ventilsitz (68) über eine Verstemmung (70) gegenüber einem Pumpengehäuse (52) befestigt ist und der Ventilsitz (68) auf einer einem Ventiltopf gegenüberliegenden Seite, die einem Einlassbereich zugewandt ist, einen Anschlag () in einer axialen Richtung aufweist, mittels dem er gegenüber dem Pumpengehäuse (52) in der axialen Richtung festgelegt ist.The invention relates to a high-pressure fuel pump with a valve device, the valve seat (68) of which is fastened to a pump housing (52) via a caulking (70) and the valve seat (68) has a stop () on a side opposite a valve pot and facing an inlet area. in an axial direction, by means of which it is fixed in relation to the pump housing (52) in the axial direction.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a high-pressure fuel pump according to the preamble of claim 1.
In Kraftstoffsystemen einer Brennkraftmaschine werden Kraftstoffhochdruckpumpen eingesetzt, um Kraftstoff von einem in einem Niederdruckbereich herrschenden Vordruck auf einen Einspritzdruck, der für eine Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist, zu verdichten. Derartige Kraftstoffhochdruckpumpen weisen üblicherweise mindestens einen Kolben auf, der mittels eines Antriebs, der beispielsweise durch eine Nocke oder eine Exzenterscheibe gebildet ist, axial bewegt werden kann. Durch die axiale Bewegung des Kolbens wird in einem Saughub Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich über ein Mengensteuerventil, das eine Ventileinrichtung darstellt und teilweise als Einlassventil bezeichnet wird, in einen Förderraum angesaugt. In einem Förderhub wird der Kraftstoff im Kolbenraum verdichtet und über ein Auslassventil einem üblicherweise als Rail ausgebildeten Hochdruckbereich zugeführt. Wird das Mengensteuerventil bei Beginn des Förderhubs nicht geschlossen oder während des Förderhubs geöffnet, so kann hierdurch die Menge an Kraftstoff, die über das Auslassventil dem Hochdruckbereich zugeführt wird, gesteuert werden.In fuel systems of an internal combustion engine, high-pressure fuel pumps are used in order to compress fuel from a pre-pressure prevailing in a low-pressure region to an injection pressure that is required for fuel injection. Such high-pressure fuel pumps usually have at least one piston which can be moved axially by means of a drive which is formed, for example, by a cam or an eccentric disk. As a result of the axial movement of the piston, fuel is sucked in from the low-pressure area via a quantity control valve, which is a valve device and is sometimes referred to as an inlet valve, into a delivery chamber in a suction stroke. In a delivery stroke, the fuel is compressed in the piston chamber and fed via an outlet valve to a high-pressure area, which is usually designed as a rail. If the quantity control valve is not closed at the beginning of the delivery stroke or is opened during the delivery stroke, the amount of fuel that is supplied to the high pressure area via the outlet valve can be controlled in this way.
Derartige Kraftstoffhochdruckpumpen umfassen üblicherweise eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung, die zur Beeinflussung der Stellung eines Ventilelements des Mengensteuerventils dient. Typischerweise ist das Ventilelement, bspw. über einen Stößel, mittels der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zwangsweise öffenbar bzw. aufhaltbar. Typische Einlassventile bzw. Mengensteuerventile umfassen einen Ventiltopf, das bereits erwähnte Ventilelement sowie einen Ventilsitz. Das Ventilelement ist dabei typischerweise mittels einer an dem Ventiltopf und dem Ventilelement anliegenden Feder in eine geschlossene Stellung gespannt. In der geschlossenen Stellung liegt es an dem Ventilsitz an und trennt eine Förderraumseite von einer Ansaugseite. Ventiltopf und Ventilsitz sind typischerweise derart angeordnet, dass sie ein Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe kontaktieren und mittels einer Verstemmung in diesem befestigt sind. Moderne Motorenbauweisen und Betriebsarten erfordern immer höhere Drücke. Die Anforderungen an die Verankerung des Einlassventils steigen hierdurch.Such high-pressure fuel pumps usually include an electromagnetic actuating device which is used to influence the position of a valve element of the quantity control valve. Typically, the valve element can be forcibly opened or stopped by means of the electromagnetic actuating device, for example via a plunger. Typical inlet valves or quantity control valves include a valve pot, the valve element already mentioned and a valve seat. The valve element is typically tensioned in a closed position by means of a spring resting on the valve pot and the valve element. In the closed position, it rests against the valve seat and separates a delivery chamber side from an intake side. The valve pot and valve seat are typically arranged in such a way that they contact a housing of the high-pressure fuel pump and are fastened therein by means of caulking. Modern engine designs and modes of operation require ever higher pressures. This increases the requirements for anchoring the inlet valve.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, die einfach herstellbar ist, den Anforderungen an hohe Förderdrücke gerecht wird und robust und zuverlässig arbeitet bzw. ausgebildet ist.The object of the present invention is to provide a high-pressure fuel pump that is easy to manufacture, meets the requirements for high delivery pressures, and works or is designed to be robust and reliable.
Die Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Unteransprüchen.The object is achieved by a high-pressure fuel pump according to claim 1. Further advantageous embodiments can be found in the following description and in the subclaims.
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf. In dem Pumpengehäuse ist ein Förderraum angeordnet. Typischerweise ist der den Förderraum begrenzende Zylinder durch eine Bohrung im Pumpengehäuse realisiert, es ist jedoch auch die Verwendung einer Zylinderbuchse denkbar. Die Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst weiter einen Einlassbereich mit einem Anschluss zur Verbindung mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems in dem die Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzt wird. Typischerweise ist der Anschluss als separat ausgebildeter und an das Gehäuse angefügter Stutzen ausgebildet, was fertigungstechnische Vorteile bieten kann. Der Stutzen kann bspw. als Tiefziehteil ausgebildet sein. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Anschluss durch das Material des Pumpengehäuses gebildet ist. Die Kraftstoffhochdruckpumpe umfasst weiter eine Ventileinrichtung, die in einem geöffneten Zustand den Einlassbereich fluidisch mit dem Förderraum verbindet und im geschlossenen Zustand voneinander trennt. Die Ventileinrichtung wird auch als Einlassventil bzw. Mengensteuerventil bezeichnet. Die Ventileinrichtung umfasst einen Ventiltopf, ein Ventilelement sowie einen Ventilsitz und insbesondere eine Feder. Der Ventiltopf ist förderraumseitig bzw. hochdruckseitig angeordnet und der Ventilsitz niederdruckseitig. Zwischen dem Ventiltopf und dem Ventilsitz ist das Ventilelement angeordnet. Das Ventilelement ist in einer axialen Richtung in die eben erwähnte geschlossene Stellung gespannt. Hierzu ist es üblicherweise mit der vorab genannten Feder, die insbesondere am Ventilelement und am Ventiltopf anliegt, in der Ventileinrichtung verspannt. In der geschlossenen Stellung liegt es dichtend an dem Ventilsitz an. Der Ventilsitz ist über eine Verstemmung gegenüber dem Pumpengehäuse befestigt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Ventilsitz auf einer dem Ventiltopf gegenüberliegenden Seite, die dem Einlassbereich zugewandt ist, einen Anschlag in axialer Richtung aufweist, mittels dem er gegenüber dem Pumpengehäuse in der axialen Richtung festgelegt ist. Dies führt zu einer erhöhten Festigkeit des Ventilsitzes und besseren Ausnutzung der Verstemmkraft.The invention relates to a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine. The high-pressure fuel pump has a pump housing. A pumping chamber is arranged in the pump housing. Typically, the cylinder delimiting the delivery space is realized by a bore in the pump housing, but the use of a cylinder liner is also conceivable. The high-pressure fuel pump further comprises an inlet area with a connection for connection to the low-pressure area of the fuel system in which the high-pressure fuel pump is used. Typically, the connection is designed as a separately designed connection piece that is attached to the housing, which can offer advantages in terms of manufacturing technology. The connecting piece can, for example, be designed as a deep-drawn part. However, it is also conceivable that the connection is formed by the material of the pump housing. The high-pressure fuel pump further comprises a valve device which, in an open state, fluidly connects the inlet area to the delivery chamber and, in the closed state, separates it from one another. The valve device is also referred to as an inlet valve or quantity control valve. The valve device comprises a valve pot, a valve element and a valve seat and in particular a spring. The valve pot is arranged on the delivery chamber side or on the high pressure side and the valve seat on the low pressure side. The valve element is arranged between the valve pot and the valve seat. The valve element is tensioned in an axial direction into the closed position just mentioned. For this purpose, it is usually braced in the valve device with the aforementioned spring, which rests in particular on the valve element and on the valve pot. In the closed position it lies against the valve seat in a sealing manner. The valve seat is attached to the pump housing via a caulking. According to the invention it is now provided that the valve seat has a stop in the axial direction on a side opposite the valve pot and facing the inlet area, by means of which it is fixed in the axial direction with respect to the pump housing. This leads to increased strength of the valve seat and better utilization of the caulking force.
Vorteilhafterweise ist der Anschlag in axialer Richtung als ein um einen Umfang des Ventilsitzes umlaufender Bund oder als umlaufender Bund mit wenigstens einer Unterbrechung, die sich insbesondere in radialer Richtung bis an einen Grund des Bundes erstreckt, ausgebildet. Das bewirkt eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte und insbesondere der Verstemmkraft. Die mindestens eine Unterbrechung im umlaufenden Bund führt zu einer weiter unten beschriebenen hydrostatischen Entlastung.The stop is advantageously in the axial direction as a collar running around a circumference of the valve seat or as a running collar with at least one interruption that extends extends in particular in the radial direction to a base of the federal government. This causes an even distribution of the forces and especially the caulking force. The at least one interruption in the circumferential collar leads to a hydrostatic relief described below.
Der Ventilsitz kann, auch durch den zusätzlich erforderlichen Bund, der auch die Verstemmkräfte übertragen kann, in axialer Richtung größer u. robuster ausgestaltet werden. Dies begünstigt seine Festigkeitseigenschaften.The valve seat can be made larger and more robust in the axial direction, also due to the additionally required collar, which can also transmit the caulking forces. This benefits its strength properties.
Da der Bunddurchmesser größer ist, als der Durchmesser des Grundkörpers des Ventilsitzes, wächst der Wulstdurchmesser der Verstemmung mit dem Bunddurchmesser. Dadurch wird die Verstemmung tragfähiger. Zudem steigt die durch die Verstemm-Wulst erzeugbare Haltekraft stärker an als die hydraulische Belastung des Ventilsitzes.Since the collar diameter is larger than the diameter of the base body of the valve seat, the bead diameter of the caulking increases with the collar diameter. This makes the caulking more stable. In addition, the holding force that can be generated by the caulking bead increases more than the hydraulic load on the valve seat.
Der Bund kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verformung des Ventilsitzes und somit zu einer geringeren Ventilleckage im Teildruckbereich.The collar can be designed to be rotationally symmetrical. This leads to a uniform deformation of the valve seat and thus to less valve leakage in the partial pressure area.
Vorteilhafterweise liegt der Anschlag an einer Kante in dem Pumpengehäuse an, die eine Fase aufweist. Diese kann beispielsweise mittels einer Sacklochbohrung kostengünstig realisiert werden. Hierdurch ist eine hydrostatische Entlastung realisierbar. Durch die Entlastung kann sichergestellt werden, dass der Verstemmdurchmesser (und damit die Verstemm-Haltekraft) auf den größeren Durchmesser des Anschlag-Bundes steigt, wodurch die Haltekraft steigt, ohne dass die hydraulische Belastung des Ventilsitzes steigt.The stop advantageously rests against an edge in the pump housing which has a bevel. This can be implemented cost-effectively, for example, by means of a blind hole. This enables hydrostatic relief to be achieved. The relief can ensure that the caulking diameter (and thus the caulking holding force) increases to the larger diameter of the stop collar, whereby the holding force increases without the hydraulic load on the valve seat increasing.
Vorteilhafterweise ist der Ventiltopf zum Pumpengehäuse beabstandet. Mit anderen Worten, der Ventiltopf kontaktiert das Pumpengehäuse nicht. Die Verstemmkraft dient vollständig dem Halt des Ventilsitzes und nicht der Positionierung des Ventiltopfes.The valve pot is advantageously spaced apart from the pump housing. In other words, the valve pot does not contact the pump housing. The caulking force is used entirely to hold the valve seat and not to position the valve pot.
Im Fördertakt der Kraftstoffhochdruckpumpe ist die Verbindung zwischen Ventiltopf und Ventilsitz hydrostatisch ausgeglichen. Es wirkt lediglich die Federkraft (Vorspannung des Ventilelements). Im Saugtakt der Kraftstoffhochdruckpumpe wirken lediglich Strömungskräfte und Druckgefälle im Niederdruckbereich. Dazu kommen geringe Massenkräfte und Reaktionen aus der Dynamik. Daher kann die Verbindung zwischen Ventiltopf und Ventilsitz von relativ filigraner Geometrie sein.In the delivery cycle of the high-pressure fuel pump, the connection between the valve pot and the valve seat is hydrostatically balanced. Only the spring force acts (pretensioning of the valve element). In the suction cycle of the high-pressure fuel pump, only flow forces and pressure gradients act in the low-pressure range. In addition, there are low inertia forces and reactions from dynamics. Therefore, the connection between the valve pot and the valve seat can have a relatively filigree geometry.
Es ist auch denkbar, dass (bei entsprechender Gestaltung des Ventilsitzes) der Ventiltopf am Ventilsitz mittels eines Sprengrings fixiert werden kann.It is also conceivable that (with a corresponding design of the valve seat) the valve pot can be fixed on the valve seat by means of a snap ring.
Vorteilhafterweise umfasst der Ventilsitz eine zum Pumpengehäuse beabstandete fortsatzartige Befestigungseinrichtung, die sich zum Ventiltopf erstreckt. Die fortsatzartige Befestigungseinrichtung erstreckt sich insbesondere von einem massiven Ringkörper des Ventilsitzes in Richtung des Ventiltopfes. The valve seat advantageously comprises an extension-like fastening device which is spaced apart from the pump housing and which extends to the valve pot. The extension-like fastening device extends in particular from a solid ring body of the valve seat in the direction of the valve pot.
Der Ventiltopf kann mittels der fortsatzartigen Befestigungseinrichtung gegenüber dem Ventilsitz befestigt sein.The valve pot can be fastened with respect to the valve seat by means of the extension-like fastening device.
Die Verbindung zwischen Ventilsitz und Ventiltopf nimmt wenig Bauraum ein bzw. baut kompakt. Dadurch kann bei einem gegebenen Durchfluss das Druckgefälle gesenkt werden.The connection between the valve seat and the valve pot takes up little space or is compact. As a result, the pressure gradient can be reduced for a given flow rate.
Vorteilhafterweise ist der Ventiltopf mit dem Ventilsitz stoffschlüssig, insbesondere über eine Schweißnaht, insbesondere eine Laserschweißnaht, verbunden.The valve pot is advantageously materially connected to the valve seat, in particular via a weld seam, in particular a laser weld seam.
Vorteilhafterweise ist der Ventiltopf mit dem Ventilsitz über mehrere, insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, Fortsätze an dem Ventiltopf verbunden, die insbesondere mit dem Ventilsitz, insbesondere mit dessen fortsatzartigen Befestigungseinrichtung, insbesondere stoffschlüssig, verbunden sind.The valve pot is advantageously connected to the valve seat via several extensions on the valve pot, in particular evenly distributed in the circumferential direction, which are connected in particular to the valve seat, in particular to its extension-like fastening device, in particular cohesively.
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 unterschiedlicher Kombination für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment of the invention, which is explained with reference to the drawing, wherein the features can be important for the invention both alone and in different combinations without explicitly referring to them again will.
Es zeigen:
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1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine; -
2 eine Schnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe; -
3 einen Teilbereich von2 ; -
4 eine weitere Ausführungsform des Bereichs von3 ; -
5 einen schematisch dargestellten Ventilsitz; -
6 einen einzeln dargestellten Ventiltopf; und -
7 eine weitere Ausführungsform eines Ventiltopfs.
-
1 a simplified schematic representation of a fuel system for an internal combustion engine; -
2 a sectional view of a high pressure fuel pump; -
3 a sub-area of2 ; -
4th another embodiment of the range of3 ; -
5 a valve seat shown schematically; -
6th a valve pot shown individually; and -
7th another embodiment of a valve pot.
Über eine Steuereinheit
Hydraulisch zwischen dem Förderraum
Die Kraftstoffhochdruckpumpe
An einem dem Kolbenteller
Nachfolgend wird die Ventileinrichtung
In
Die Ventileinrichtung
Das Ventilelement
Eine Bewegungsachse des Ventilelements
Der Anschlag
Der Ventiltopf
Der Ventilsitz
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