DE102020215512A1

DE102020215512A1 - Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102020215512A1
Application number: DE102020215512.7A
Authority: DE
Inventors: Guido Bredenfeld
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022122357A1

Abstract

Eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ein Pumpengehäuse (26), einen Pumpenkolben (28) und einen zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38). Der Pumpenkolben (28) ist zwischen einem ersten, am Pumpengehäuse (26) angeordneten Führungselement (46) und einem weiteren an einem Dichtungsträger (50) der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordneten Führungselement (48) geführt. Die Erfindung betrifft die spezifische Wahl der Blechdicken des Dichtungsträgers (50) in seinen einzelnen Bereichen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus, wie sie beispielsweise aus der DE 102017212498 A1 bekannt ist.
Offenbarung der Erfindung
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es bei der eingangs erläuterten Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach langer Betriebsdauer zu einer Materialermüdung des Dichtungsträgers im Bereich der Federaufnahme kommen kann. Es wurde verstanden, dass diese unter anderem auf Querkräfte zurückzuführen ist, die ausgehend vom Pumpenkolben über das weitere Führungselement auf den Dichtungsträger einwirken und in diesem hohe Spannungen im Bereich der Federaufnahme generieren.
Um dennoch eine hohe Lebensdauer der Pumpe zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die bekannte Pumpe derart abzuändern, dass der Dichtungsträger aus Blech ausgebildet ist, dessen Dicke im Federaufnahmebereich maximal ist und mindestens das 1,5-fache der Blechdicke beträgt, den der Dichtungsträger in dem Bereich aufweist, in dem die Niederdruckdichtung aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich aufweist, in dem das weitere separate Führungselement aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich aufweist, in dem der Dichtungsträger an dem Pumpengehäuse fixiert ist.
In Weiterbildungen der Erfindung kann sogar vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger aus Blech ausgebildet ist, dessen Dicke im Federaufnahmebereich maximal ist und mindestens das 1,6-fache, oder sogar das 1,65-fache der Blechdicke beträgt, den der Dichtungsträger in dem Bereich aufweist, in dem die Niederdruckdichtung aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich aufweist, in dem das weitere separate Führungselement aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich aufweist, in dem der Dichtungsträger an dem Pumpengehäuse fixiert ist.
Während die hohe Wandstärke des Blechs im Federaufnahmebereich diesen mechanisch verstärkt, bewirkt die relativ dazu verringerte Wandstärke in dem Bereich, in dem die Niederdruckdichtung aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich, in dem das weitere separate Führungselement aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich, in dem der Dichtungsträger an dem Pumpengehäuse fixiert ist, eine gewisse Elastizität innerhalb dieser Bereiche des Dichtungsträgers, wodurch die in dem Federaufnahmebereich bei gegebenen Querbewegungen des Pumpenkolbens entstehenden mechanischen Spannungen nochmals herabgesetzt sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenradius der Umbiegung des Dichtungsträgers zwischen dem hülsenförmigen Bereich und dem Federaufnahmebereich mindestens das 0,4-fache, insbesondere maximal das 0,5-fache, der Dicke des Dichtungsträgers im Federaufnahmebereich beträgt. Durch die Erhöhung dieses Radius wird bewirkt, dass der Dichtungsträger trotz der hohen Dickeunterschiede zwischen dem Federaufnahmebereich im Vergleich zu den Bereichen, in denen die Niederdruckdichtung aufgenommen ist, das weitere separate Führungselement aufgenommen ist und/oder der Dichtungsträger an dem Pumpengehäuse fixiert ist, mit geringer Rissanfälligkeit durch Umformen, beispielsweise durch Tiefziehen, hergestellt werden kann.
Wo gemäß der Erfindung eine Hülsenform vorausgesetzt wird, ist diese insbesondere durch eine exakte oder näherungsweise zylindrische Symmetrie und durch einen in Längsrichtung weisenden Durchgang durch das betreffende Teil gegeben. Im dem Durchgang der hülsenfömigen Teile ist jeweils insbesondere der Kolben der Hochdruckpumpe verschiebbar angeordnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe in Form einer Kolbenpumpe;
2 einen teilweisen Längsschnitt durch die Kolbenpumpe von 1;
3 eine vergrößerte Ansicht der Kolbenpumpe aus 2.

Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff zu einer als Kolbenpumpe 16 ausgebildeten Kraftstoff-Hochdruckpumpe fördert. Diese fördert den Kraftstoff weiter zu einem Kraftstoff-Hochdruckrail 18, an welches mehrere Kraftstoffinjektoren 20 angeschlossen sind, die den Kraftstoff in nicht dargestellte Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen.
Die Kolbenpumpe 16 umfasst ein Einlassventil 22, ein Auslassventil 24 und ein Pumpengehäuse 26. In diesem ist ein Pumpenkolben 28 hin- und her bewegbar aufgenommen. Der Pumpenkolben 28 wird durch einen Antrieb 30 in Bewegung versetzt, wobei der Antrieb 30 in der 1 nur schematisch dargestellt ist. Es kann sich beim Antrieb 30 beispielsweise um eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle handeln. Das Einlassventil 22 ist als Mengensteuerventil ausgebildet, durch welches die von der Kolbenpumpe 16 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden kann.
Der Aufbau der Kolbenpumpe 16 ergibt sich näher aus 2, wobei nachfolgend nur die wesentlichen Komponenten erwähnt werden. Der Pumpenkolben 28 ist als Stufenkolben ausgebildet mit einem in 2 unteren Stößelabschnitt 32, einem sich an diesen anschließenden Führungsabschnitt 34 und einem nicht näher dargestellten oberen Endabschnitt. Der Führungsabschnitt 34 hat einen größeren Durchmesser als der Stößelabschnitt 32 und der Endabschnitt.
Der Endabschnitt sowie der Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 begrenzen zusammen mit dem Pumpengehäuse 26 einen nicht näher dargestellten Förderraum 38. Das Pumpengehäuse 26 kann als ein insgesamt rotationssymmetrisches Teil ausgebildet sein. Der Pumpenkolben 28 ist im Pumpengehäuse 26 in einer dort vorhandenen Ausnehmung 40 aufgenommen, die als gestufte Bohrung 42 ausgebildet ist. Die Bohrung 42 weist drei Stufen 42', 42", 42"' auf, siehe 2.
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und einer inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42") ist eine Dichtung 44 angeordnet. Sie dichtet unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26 und dichtet somit den sich oberhalb der Dichtung 44 befindlichen Förderraum (Hochdruckbereich) gegenüber dem in 2 unterhalb der Dichtung 44 angeordneten Niederdruckbereich 70 ab, in dem sich u.a. der Stößelabschnitt 32 des Pumpenkolben 28 befindet. Die Dichtung 44 ist als Kunststoffring ausgebildet. Die Dichtung 44 weist einen im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt 45 auf, der eine zylindrische Außenfläche hat.
Zwischen dem Führungsabschnitt 34 des Pumpenkolbens 28 und der inneren Umfangswand der Bohrung 42 (Stufe 42') ist ein von der Dichtung 44 separates Führungselement 46 angeordnet. Das Führungselement 46 kann zur Dichtung 44 axial benachbart sein und ist in 2 oberhalb der Dichtung 44 angeordnet (dem Förderraum zugewandt). Das Führungselement 46 ist ringförmig ausgebildet (Führungsring) und kann an der Stufe 42' befestigt sein.
Zwischen dem Pumpengehäuse 26 und dem Pumpenkolben 28 ist ein Befestigungsring 52 für die Dichtung 44 angeordnet und zwischen dem Pumpenkolben 28 und dem Pumpengehäuse 26 ein Federelement 47 angeordnet ist, welches die Dichtung 44 gegen den Befestigungsring 52 drückt.
An dem Pumpengehäuse 26 ist ein Dichtungsträger 50 fixiert, der einen hülsenförmigen Bereich 50.1 aufweist, in dem eine hülsenförmige Niederdruckdichtung 60 aufgenommen ist, die den Niederdruckbereich 70 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 16 nach außen abdichtet und in der der Pumpenkolben 28 verschiebbar aufgenommen ist.
In dem Dichtungsträger 50 ist auf der von dem Förderraum 38 abgewandtem Seite der Niederdruckdichtung 60 ein weiteres von der Niederdruckdichtung 60 separates Führungselement 48 zur Führung des Pumpenkolbens 28 aufgenommen.
Der Dichtungsträger 50 ist auf seiner zum Förderraum 38 weisenden Seite ausgehend von dem hülsenförmigen Bereich 50.1 etwa rechtwinklig nach radial außen in einen Federaufnahmebereich 50.2 umgebogen, der sich etwa senkrecht zur Längsrichtung erstreckt, und von dort nochmals etwa rechtwinklig in einen Befestigungsabschnitt 50.3 umgebogen ist, mit dem der Dichtungsträger 50 an dem Pumpengehäuse 26, beispielsweise durch eine Verschweißung, fixiert ist.
Es ist vorgesehen, dass der Dichtungsträger 50 aus Blech ausgebildet ist und durch ein Tiefziehverfahren hergestellt ist. Im Beispiel variiert die Blechdicke d des Dichtungsträgers 50 derart, dass sie im Federaufnahmebereich 50.2 maximal ist und d1 = 1,7 mm beträgt, in dem Bereich, in dem die Niederdruckdichtung aufgenommen ist d4 = 0,95 mm beträgt, in dem Bereich, in dem das weitere Führungselement 48 aufgenommen ist d2 = 0,8 mm bzw. d 3 = 1,1 mm beträgt (siehe 3), in dem Bereich, in dem der Dichtungsträger 50 an dem Pumpengehäuse fixiert ist d7 = 0,8 mm bis d7 = 1,2 mm beträgt, und an der in 3 mit d6 kenntlich gemachten Position d6 = 1,2 mm beträgt.
Der Innenradius rk der Umbiegung 77 des Dichtungsträgers 50 zwischen dem hülsenförmigen Bereich 50.1 und dem Federaufnahmebereich 50.2 beträgt im Beispiel rk = 0,75 mm.
In der 3 ist ersichtlich, dass der hülsenförmige Bereich 50.1 einen dem Förderraum 38 zugewandten Bereich 50.1a aufweist, in dem die Blechdicke d5 geringer ist als in dem Federaufnahmebereich 50.2, und einen Bereich 50.1b aufweist, in dem die Niederdruckdichtung 60 angeordnet ist und in dem die Blechdicke d4 beispielsweise geringer ist als in dem dem Förderraum 38 zugewandten Bereich, und einen vom Förderraum abgewandten Bereich 50.1c aufweist, in dem das weitere Führungselement 48 angeordnet ist und in dem die Blechdicke d2, d3 beispielsweise nochmals geringer ist als in dem Bereich 50.1 b, in dem die Niederdruckdichtung 60 angeordnet ist.
In der 2 ist ersichtlich, dass der Innendurchmesser di des Dichtungsträgers 50 in dem dem Förderraum 38 zugewandten Bereich 50.1a beispielsweise größer ist als in dem Bereich, in dem die Niederdruckdichtung 50.1b angeordnet ist und dort beispielsweise wiederum größer ist als in dem Bereich 50.1c, in dem das weitere Führungselement angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017212498 A1 [0001]

Claims

Kraftstoff-Hochdruckpumpe (16) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (26), einem in einer Längsrichtung verschiebbaren Pumpenkolben (28) und einem zumindest vom Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) begrenzten Förderraum (38), wobei zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) eine Dichtung (44) zur Abdichtung des Förderraums (38) gegen einen Niederdruckbereich (70) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (16) angeordnet ist und ein separates Führungselement (46) zur Führung des Pumpenkolbens (28) angeordnet ist, wobei an dem Pumpengehäuse (38) ein Dichtungsträger (50) fixiert ist, der einen hülsenförmigen Bereich (50.1) aufweist, in dem eine hülsenförmige Niederdruckdichtung (60) aufgenommen ist, die den Niederdruckbereich (70) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach außen (100) abdichtet und in der der Pumpenkolben (28) verschiebbar aufgenommen ist, und wobei in dem Dichtungsträger (50) auf der von dem Förderraum (38) abgewandte Seite der Niederdruckdichtung (60) ein weiteres von der Niederdruckdichtung (60) separates Führungselement (48) zur Führung des Pumpenkolbens (28) aufgenommen ist, wobei der Dichtungsträger (50) auf seiner zum Förderraum (38) weisenden Seite ausgehend von dem hülsenförmigen Bereich (50.1) etwa rechtwinklig nach radial außen in einen Federaufnahmebereich (50.2) umgebogen ist, der sich etwa senkrecht zur Längsrichtung erstreckt, und von dort nochmals etwa rechtwinklig in einen Befestigungsabschnitt (50.3) umgebogen ist, mit dem der Dichtungsträger (50) an dem Pumpengehäuse (26) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger (50) aus Blech ausgebildet ist, dessen Dicke (d1) im Federaufnahmebereich (50.2) maximal ist und mindestens das 1,5-fache der Blechdicke (d2 ... d7) beträgt, den der Dichtungsträger (50) in dem Bereich aufweist, in dem die Niederdruckdichtung (60) aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich aufweist, in dem das weitere separate Führungselement (48) aufgenommen ist, und/oder in dem Bereich aufweist, in dem der Dichtungsträger (50) an dem Pumpengehäuse (26) fixiert ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger (50) aus Blech ausgebildet ist und der Innenradius (rk) der Umbiegung (77) des Dichtungsträgers (50) zwischen dem hülsenförmigen Bereich (50.1) und dem Federaufnahmebereich (50.2) das 0,4-fache bis 0,5-fache der Dicke des Dichtungsträgers (50) im Federaufnahmebereich (50.2) beträgt.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Bereich (50.1) einen dem Förderraum (38) zugewandten Bereich (50.1a) aufweist, in dem die Blechdicke (d5) geringer ist als in dem Federaufnahmebereich (50.2), und einen Bereich (50.1b) aufweist, in dem die Niederdruckdichtung (60) angeordnet ist und in dem die Blechdicke (d4) geringer ist als in dem dem Förderraum (38) zugewandten Bereich (50.1a), und einen vom Förderraum abgewandten Bereich (50.1c) aufweist, in dem das weitere Führungselement (48) angeordnet ist und in dem die Blechdicke (d2, d3) nochmals geringer ist als in dem Bereich (50.1b), in dem die Niederdruckdichtung (60) angeordnet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe (16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (di) des Dichtungsträgers (50) in dem dem Förderraum (38) zugewandten Bereich (50.1a) größer ist als oder gleich ist wie in dem Bereich, in dem die Niederdruckdichtung (50.1b) angeordnet ist, und dort wiederum größer ist als in dem Bereich (50.1c), in dem das weitere Führungselement angeordnet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger (50) ein Tiefziehteil ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (46) und das weitere Führungselement (48) jeweils aus Metall oder aus Kunststoff besteht.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) als Kunststoffring mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt (45) ausgebildet ist.
Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pumpengehäuse (26) und dem Pumpenkolben (28) ein Befestigungsring (52) für die Dichtung (44) angeordnet ist und zwischen dem Pumpenkolben (28) und dem Pumpengehäuse (26) ein Federelement (47) angeordnet ist, welches die Dichtung (44) gegen den Befestigungsring (52) drückt.