DE102021200869A1

DE102021200869A1 - Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102021200869A1
Application number: DE102021200869.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Graspeuntner; Nemanja Ristic; Simone Sitran; Armin Hofstaedter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-08-04
Also published as: CN114837864A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend mindestens ein Pumpenelement (2) mit einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben (3), der einenends in einer Zylinderbohrung (4) aufgenommen und andernends, beispielsweise über einen Rollenstößel (5), an einer Nockenwelle (6) abgestützt ist. Erfindungsgemäß sind im Bereich des Pumpenkolbens (3) ein Kolbendichtring (7) sowie eine Auflagescheibe (8) in die Zylinderbohrung (4) eingesetzt, wobei die Auflagescheibe (8) von einer Bohrung (9) durchsetzt ist, die mindestens einen konisch geformten Endabschnitt (10, 11) aufweist oder durch eine gerundete Kontur mit einem Radius (R) begrenzt wird, so dass ein Einführkonus oder eine Einführkonus-ähnliche Geometrie ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mit Hilfe der Hochdruckpumpe kann Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, verdichtet werden. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem kann es sich daher insbesondere um ein Common-Rail-Einspritzsystem handeln.
Stand der Technik
Einspritzsysteme zur Einspritzung von Dieselkraftstoff, insbesondere Common-Rail-Einspritzsysteme, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. In der Regel umfassen diese einen Tank zur Bevorratung des Dieselkraftstoffs, eine Vorförderpumpe zur Entnahme des Dieselkraftstoffs aus dem Tank und eine Hochdruckpumpe zur Hochdruckbeaufschlagung des Dieselkraftstoffs. Die Hochdruckpumpe ist üblicherweise als Kolbenpumpe, insbesondere als Reihenkolbenpumpe, ausgeführt und umfasst mindestens ein Pumpenelement mit einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben, der einenends in einer Zylinderbohrung aufgenommen und andernends über einen Rollenstößel an einer Nockenwelle abgestützt ist. Das der Nockenwelle abgewandte Ende des Pumpenkolbens begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung einen Pumpenarbeitsraum, der über ein Einlassventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Der im Pumpenarbeitsraum vorhandene Kraftstoff wird mit Hilfe des Pumpenkolbens mit Hochdruck beaufschlagt und über ein Auslassventil einem Hochdruckspeicher, dem sogenannten „Rail“, zugeführt.
Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der WO 2015/055452 A1 derselben Anmelderin hervor.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Montage einer Hochdruckpumpe sicherer und einfacher zu gestalten. Insbesondere soll die Montage des Pumpenkolbens vereinfacht werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst mindestens ein Pumpenelement mit einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben, der einenends in einer Zylinderbohrung aufgenommen und andernends, beispielsweise über einen Rollenstößel, an einer Nockenwelle abgestützt ist. Erfindungsgemäß sind im Bereich des Pumpenkolbens ein Kolbendichtring sowie eine Auflagescheibe in die Zylinderbohrung eingesetzt, wobei die Auflagescheibe von einer Bohrung durchsetzt ist, die mindestens einen konisch geformten Endabschnitt aufweist oder durch eine gerundete Kontur mit einem Radius R begrenzt wird, so dass ein Einführkonus oder eine Einführkonus-ähnliche Geometrie ausgebildet wird.
Bei der Montage der Hochdruckpumpe werden erst der Kolbendichtring und die Auflagescheibe in die Zylinderbohrung eingesetzt, anschließend der Pumpenkolben. Die Auflagescheibe schützt dabei den Kolbendichtring vor einer Beschädigung. Das heißt, dass die Auflagescheibe dem Dichtring vorgelagert ist, so dass der Pumpenkolben bei der Montage erst durch die Bohrung der Auflagescheibe und dann durch den Kolbendichtring geführt wird.
Da die Bohrung der Auflagescheibe einen Einführkonus oder eine Einführkonus-ähnliche Geometrie ausbildet, erleichtert sie eine Zentrierung des Pumpenkolbens in Bezug auf den Kolbendichtring sowie in Bezug auf die Zylinderbohrung. Der Einführkonus dient somit als Füge-Hilfe. Insbesondere wirkt der Einführkonus einer Kipplage des Pumpenkolbens entgegen, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Kolbendichtrings und/oder des Pumpenkolbens beim Einsetzen des Pumpenkolbens in die Zylinderbohrung verringert wird.
Um eine optimale Führung des Pumpenkolbens beim Einsetzen in die Zylinderbohrung zu ermöglichen, ist vorzugsweise der kleinste Innendurchmesser der Bohrung an den Außendurchmesser des Pumpenkolbens angepasst. Weiterhin vorzugsweise ist der kleinste Innendurchmesser der Bohrung geringfügig größer als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens. Dadurch ist sichergestellt, dass die Auflagescheibe das Einsetzen des Pumpenkolbens nicht behindert.
Bei einer Bohrung der Auflagescheibe mit mindestens einem konisch geformten Endabschnitt schließt vorzugsweise an den konisch geformten Endabschnitt ein zylindrischer Abschnitt an. Über den zylindrischen Abschnitt erfährt der Pumpenkolben ebenfalls eine Führung, die insbesondere einer Kipplage des Pumpenkolbens entgegenwirkt. Der zylindrische Abschnitt der Bohrung ist vorzugsweise zwischen zwei konisch geformten Endabschnitten angeordnet, und zwar weiterhin vorzugsweise mittig. Das heißt, dass die Bohrung beidseitig jeweils einen Einführkonus aufweist, so dass die Einbaulage der Auflagescheibe unerheblich ist. Die Montage der Hochdruckpumpe kann dadurch weiter vereinfacht werden.
Der zylindrische Abschnitt kann gleich lang oder länger als der mindestens eine konisch geformte Endabschnitt ausgebildet sein. Sofern die Bohrung in drei Abschnitte unterteilt ist, das heißt zwei konisch geformte Endabschnitte und einen zwischenliegenden zylindrischen Abschnitt aufweist, sind vorzugsweise alle drei Abschnitte gleich lang.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine konisch geformte Endabschnitt einen Konuswinkel von 50° bis 90°, vorzugsweise von 60° bis 80°, aufweist. Der Konuswinkel entspricht dem Öffnungswinkel des Einführkonus. Je größer der Öffnungswinkel ist, desto einfacher ist das Einführen des Pumpenkolbens. Je kleiner der Öffnungswinkel ist, desto besser ist die Führung des Pumpenkolbens. Die angegebenen Konuswinkel stellen einen geeigneten Kompromiss in diesem Zielkonflikt dar.
Die Bohrung der Auflagescheibe ist ferner bevorzugt zentrisch in Bezug auf die Auflagescheibe angeordnet. Das heißt, dass die Bohrung die Auflagescheibe mittig durchsetzt. Beim Einsetzen der Auflagescheibe in die Zylinderbohrung muss daher nicht auf die Winkellage der Auflagescheibe geachtet werden. Die Montage der Hochdruckpumpe wird somit weiter vereinfacht.
Vorteilhafterweise ist die Auflagescheibe rotationssymmetrisch, so dass sie einfach zu fertigen ist. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Auflagescheibe im Querschnitt gespiegelt ausgeführt ist. Beim Einsetzen der Auflagescheibe in die Zylinderbohrung ist somit unerheblich, welche Seite der Auflagescheibe nach außen weist, da die Bohrung auf beiden Seiten einen Einführkonus ausbildet.
Gemäß einer bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Zylinderbohrung zur Aufnahme des Kolbendichtrings und/oder der Auflagerscheibe ein- oder mehrfach gestuft ausgeführt. Die gestufte Ausführung führt zur Ausbildung eines radial verlaufenden Absatzes, der zur axialen Abstützung des Kolbendichtrings und/oder der Auflagescheibe nutzbar ist. Die axiale Abstützung verhindert beim Einsetzen des Pumpenkolbens eine Verschiebung des Kolbendichtrings und/oder der Auflagescheibe in axialer Richtung. Vorzugsweise ist die Zylinderbohrung an ihrem der Nockenwelle zugewandten Ende ein- oder mehrfach gestuft ausgeführt. Dies erleichtert das Einsetzen des Kolbendichtrings und/oder der Auflagescheibe, da von dieser Seite aus der Einbau erfolgt, so dass die Einbautiefe vergleichsweise gering ist.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Auflagescheibe in der Zylinderbohrung mittels eines Sprengrings gehalten ist. Der Sprengring stützt sich unter einer radialen Vorspannung an der Zylinderbohrung ab, so dass hierdurch der Sprengring sowie die Auflagescheibe und der Kolbendichtring lagefixiert sind. Vorzugsweise ist der Sprengring in eine umlaufende Nut der Zylinderbohrung eingesetzt, so dass die axiale Lage des Sprengrings zusätzlich gesichert ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe,
2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich der Zylinderbohrung,
3 die Zylinderbohrung der 2 vor der Montage des Pumpenkolbens,
4 einen Längsschnitt durch eine Auflagescheibe für eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe,
5 einen vergrößerten Ausschnitt der 4 im Bereich der Bohrung und
6 einen Längsschnitt durch eine alternative Auflagescheibe für eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe 1 dient der Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck. Sie umfasst hierzu mehrere, vorliegend zwei, Pumpenelemente 2, die identisch ausgebildet sind. Das linke Pumpenelement 2 ist in der 1 geschnitten und das rechte Pumpenelement 2 in einer Ansicht dargestellt. Der Antrieb der beiden Pumpenelemente 2 erfolgt über eine Nockenwelle 6 der Hochdruckpumpe 1.
Wie insbesondere der linken, geschnittenen Darstellung eines Pumpenelements 2 zu entnehmen ist, weisen die beiden Pumpenelemente 2 jeweils einen Pumpenkolben 3 auf, der einenends in einer Zylinderbohrung 4 aufgenommen und andernends über einen Rollenstößel 5 an der Nockenwelle 6 abgestützt ist. Über die Rotation der Nockenwelle 6 werden somit die Pumpenkolben 3 hin- und herbewegt. Dabei verändern sie das Volumen eines in der jeweiligen Zylinderbohrung 4 ausgebildeten Pumpenarbeitsraums 15, der im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 mit Kraftstoff gefüllt ist, so dass dieser verdichtet wird.
2 zeigt den mit „II“ bezifferten Ausschnitt der 1 in einer vergrößerten Darstellung, so dass deutlich zu sehen ist, dass in die Zylinderbohrung 4 zudem ein Kolbendichtring 7, eine Auflagescheibe 8 sowie ein Sprengring 13 eingesetzt sind. Der Kolbendichtring 7 dient der Medientrennung, beispielsweise der Trennung von Kraftstoff und Öl, das zum Schmieren des Triebwerks der Hochdruckpumpe 1 eingesetzt wird. Die Auflagescheibe 8 dient dem Schutz des Kolbendichtrings 7. Sie vermittelt zwischen dem Kolbendichtring 7 und dem Sprengring 13. Zur Aufnahme des Kolbendichtrings 7 und der Auflagescheibe 8 ist die Zylinderbohrung 4 zweifach gestuft ausgeführt, so dass der Kolbendichtring 7 und die Auflagescheibe 8 jeweils in axialer Richtung an einer Stufe 16, 17 abgestützt sind. Zur Aufnahme des Sprengrings 13 weist die Zylinderbohrung 4 eine umlaufende Nut 14 auf. Der Sprengring 13 sichert somit die axiale Lage des Kolbendichtrings 7 und der Auflagescheibe 8. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der Kolbendichtring 7 und die Auflagescheibe 8 vor dem Pumpenkolben 3 in die Zylinderbohrung 4 eingesetzt werden, so dass sie verliersicher in der Zylinderbohrung 4 gehalten sind. Wird anschließend - wie beispielhaft in der 3 dargestellt - der Pumpenkolben 3 eingesetzt, schützt die Auflagescheibe 8 den Kolbendichtring 7 vor einer Beschädigung durch den Pumpenkolben 3.
Wie insbesondere den 4 und 5 zu entnehmen ist, weist die Auflagescheibe 8 ein zentrale Bohrung 9 zur Aufnahme des Pumpenkolbens 3 auf, die in mehrere Abschnitte unterteilt ist, und zwar in zwei konisch geformte Endabschnitte 10, 11 sowie einen dazwischen angeordneten zylindrischen Abschnitt 12. Alle drei Abschnitte sind in etwa gleich lang ausgebildet (I₁=I₂=I₃). Die Gesamtlänge L entspricht der Dicke der Auflagescheibe 8. Die beiden konisch geformten Endabschnitte 10, 11 öffnen sich nach außen, so dass sie jeweils einen Einführkonus ausbilden, der das Einsetzen des Pumpenkolbens 3 in die Zylinderbohrung 4 erleichtert. Der Öffnungswinkel entspricht dem Konuswinkel α, der vorliegend (beispielhaft) 35° beträgt. Die in den 4 und 5 dargestellte Auflagescheibe 8 ist nicht nur rotationssymmetrisch, sondern ferner im Querschnitt gespiegelt ausgeführt. Die Einbaulage der Auflagescheibe 8 ist somit unerheblich. In allen Einbaulagen bildet sie einen Einführkonus für den Pumpenkolben 3 aus, der das Einsetzen des Pumpenkolbens 3 in die Zylinderbohrung 4 erleichtert.
Eine alternative Ausführungsform einer Auflagescheibe 8 ist der 6 zu entnehmen. hier weist die Bohrung 9 keine konisch geformten Endabschnitte 10, 11 auf, sondern wird durch eine gerundete Kontur mit einem Radius R begrenzt. Auf diese Weise wird ebenfalls eine den Pumpenkolben 3 beim Einsetzen selbstzentrierende Einführgeometrie geschaffen, die einem Einführkonus sehr ähnliche 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

WO 2015/055452 A1 [0003]

Claims

Hochdruckpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend mindestens ein Pumpenelement (2) mit einem hin- und herbeweglichen Pumpenkolben (3), der einenends in einer Zylinderbohrung (4) aufgenommen und andernends, beispielsweise über einen Rollenstößel (5), an einer Nockenwelle (6) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Pumpenkolbens (3) ein Kolbendichtring (7) sowie eine Auflagescheibe (8) in die Zylinderbohrung (4) eingesetzt sind, wobei die Auflagescheibe (8) von einer Bohrung (9) durchsetzt ist, die mindestens einen konisch geformten Endabschnitt (10, 11) aufweist oder durch eine gerundete Kontur mit einem Radius (R) begrenzt wird, so dass ein Einführkonus oder eine Einführkonus-ähnliche Geometrie ausgebildet wird.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Innendurchmesser der Bohrung (9) an den Außendurchmesser des Pumpenkolbens (3) angepasst ist, vorzugsweise geringfügig größer als der Außendurchmesser des Pumpenkolbens (3) ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den konisch geformten Endabschnitt (10, 11) der Bohrung (9) der Auflagescheibe (8) ein zylindrischer Abschnitt (12) anschließt, wobei vorzugsweise der zylindrische Abschnitt (12) zwischen zwei konisch geformten Endabschnitten (10, 11) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt (12) gleich lang oder länger als der mindestens eine konisch geformte Endabschnitt (10, 11) ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine konisch geformte Endabschnitt (10, 11) einen Konuswinkel (a) von 50°-90°, vorzugsweise von 60°-80°, aufweist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (9) zentrisch in Bezug auf die Auflagescheibe (8) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagescheibe (8) rotationssymmetrisch und/oder im Querschnitt gespiegelt ausgeführt ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbohrung (4) zur Aufnahme des Kolbendichtrings (7) und/oder der Auflagerscheibe (8) ein- oder mehrfach gestuft ausgeführt ist, vorzugsweise an ihrem der Nockenwelle (6) zugewandten Ende.
Hochdruckpumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagescheibe (8) in der Zylinderbohrung (4) mittels eines Sprengrings (13) gehalten ist, der vorzugsweise in eine umlaufende Nut (14) der Zylinderbohrung (4) eingesetzt ist.