DE102021214501A1 - Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10).
Es ist vorgesehen, dass diese ein Pumpengehäuse (12) aufweist und einen in dem Pumpengehäuse (12) angeordneten Förderraum (16) aufweist, der von einem in einer Längsrichtung (28) verschiebbaren Kolben (18) der Hochdruckpumpe (10) begrenzt wird, wobei die Hochdruckpumpe (10) ein Einlassventil (14) aufweist, das von einem Niederdruckbereich (71) der Hochdruckpumpe (10) zum Förderraum (16) hin öffnet, und ein Auslassventil (20) aufweist, das vom Förderraum (16) weg in Richtung zu einem Hochdruckbereich (32) der Hochdruckpumpe (10) hin öffnet.
Dabei ist ferner vorgesehen, dass der Kolben (18) durch einen zylindrischen Kolbenschaft (18.1) ausgebildet ist, auf dem zwei Führungshülsen (18.2, 18.3) voneinander in Längsrichtung (28) beabstdandet aufgepresst sind und auf dem in Längsrichtung (28) zwischen den beiden Führungshülsen (18.2, 18.3) ein Dichtring (19) angeordnet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus der DE 10 2004 063 074 A1 der Anmelderin ist bereits eine Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass der Kolben der Hochdruckpumpe als Stufenkolben ausgebildet ist und die Abdichtung der Förderraums durch einen engen Spalt zwischen dem Kolben und einer in dem Gehäuse der Hochdruckpumpe montierten Buchse erfolgt.
  • Die DE 10 2017 212 490 A1 der Anmelderin schlägt die Verwendung eines Dichtrings vor, der auf dem Kolben zwischen einem zum Förderraum weisenden Absatz und einer auf den Kolben aufgeschobenen Kappe angeordnet ist.
  • Die DE 10 2014 202 809 A1 der Anmelderin schlägt darüber hinaus die Verwendung eines Dichtrings vor, der auf dem Kolben in Längsrichtung zwischen zwei radial aufeinander montierten hülsenförmigen Teilen angeordnet ist.
  • Die Dokumente DE 10 2016 209 930 A1 und die WO 2018/009390 A1 schlagen vor, den Kolben mit einer Nut zu versehen und einen Dichtring in dieser Nut anzuordnen.
  • Die DE10 2017 212 498 A1 der Anmelderin schlägt hingegen eine gehäusefeste Dichtanordnung vor.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf dem Wunsch, eine Hochdruckpumpe zu realisieren, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und dennoch einfach zu fertigen ist.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass zwar die Vorsehung eines Dichtrings, beispielsweise aus einem Kunststoff, der Zielsetzung eines hohen Wirkungsgrades der Hochdruckpumpe zuträglich sein kann, jedoch die insofern aus dem Stand der Technik bekannten und eingangs skizzierten Lösungen fertigungstechnisch aufwendig sind.
  • Bei der erfindungsgemäß vorgesehen Lösung, die vorsieht, dass der Kolben durch einen zylindrischen Kolbenschaft ausgebildet ist, auf dem zwei Führungshülsen voneinander in Längsrichtung beabstdandet aufgepresst sind und auf dem in Längsrichtung zwischen den beiden Führungshülsen ein Dichtring angeordnet ist, ist sowohl die Bereitstellung der Einzelteile zylindrischer Kolbenschaft, Führungshülsen und Dichtring, als auch deren Montage besonders einfach realisierbar.
  • Der Dichtring kann vorteilhafterweise aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
  • Der Dichtring kann vorteilhafterweise radial außen an einer Bohrung des Gehäuses oder in einer im Gehäuse fixierten Buchse anliegen. Indem der Dichtring von einem im Förderraum herrschenden Druck nach radial außen an die Bohrung des Gehäuses oder an die Buchse angedrückt wird, kann die Dichtwirkung optimiert werden. Es handelt sich insofern um eine druckaktivierte Dichtung.
  • Die Funktion des Dichtrings kann optimiert werden, wenn der Dichtring in Längsrichtung zwischen den Führungshülsen verschiebbar ist, beispielsweise in den Grenzen eines kleinen Spiels dass in Längsrichtung zwischen dem Dichtring und den Führungshülsen ausgebildet ist. Ein Spiel kann dabei ein kleines Spiel sein, wenn seine Längserstreckung kleiner ist als 1 mm und/oder kleiner ist als 10% des Durchmessers des Kolbenschafts.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Führungshülsen einen gleichen Außendurchmesser aufweisen und dass der Dichtring im unverbauten Zustand relativ dazu ein Übermaß aufweist. Er kann dann nach der Montage im Gehäuse bereits ohne weitere Druckbeaufschlagung bzw. daraus resultierende Verformung an die Bohrung des Gehäuses oder an die Buchse angedrückt sein.
  • Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe kann in folgenden Schritten hergestellt werden:
    • - Herstellen eines zylindrischen Kolbenschafts;
    • - Verpressen einer ersten Führungshülse auf dem Kolbenschaft;
    • - Aufschieben des Dichtrings auf den Kolbenschaft
    • - Verpressen einer zweiten Führungshülse auf dem Kolbenschaft, sodass eine vormontierte Baugruppe aus Kolbenschaft, Führungshülsen und Dichtring entsteht; dann
    • - Montage der vormontierten Baugruppe im Pumpengehäuse.
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe;
    • 2 Varianten des Kolbens;
    • 3 Schritte der Fertigung des Kolbens.
  • In 1 trägt eine Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Es handelt sich beispielsweise um eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, beispielsweise für einen Kraftstoff wie Benzin, wenngleich die Pumpe grundsätzlich auch andere Fluide zu fördern vermag, zum Beispiel Wasser. Die Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Hochdruckpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Hochdruckpumpe 10 ein Einlass-/Mengensteuerventil 14, einen den Förderraum 16 begrenzenden, durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin-und Herbewegung versetzbaren Kolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf.
  • In dem Gehäuse 12 ist ein erster Kanal 24 vorhanden, der sich koaxial zum Förderraum 16 und zum Kolben 18 erstreckt und der vom Förderraum 16 zu einem zweiten und durch eine Ausnehmung gebildeten Kanal führt, der in einem Winkel von 90° zum ersten Kanal 24 angeordnet ist und in dem das Druckbegrenzungsventil 22 aufgenommen ist. Das Pumpengehäuses 12 weist eine Längsachse 28 auf, entlang der der Kolben 18 verschiebbar ist. In 1 oben ist in dem Pumpengehäuse 12 zwischen dem Pumpendeckel 12b einerseits und dem Pumpenkörper 12a andererseits ein Druckdämpfer 30 in einem zum Niederdruckbereich 71 gehörenden Dämpferraum angeordnet.
  • Im Betrieb wird vom Kolben 18 bei einem Saughub Kraftstoff über das Einlass- und Mengensteuerventil 14 aus einem Niederdruckbereich 71 der Hochdruckpumpe 10 in den Förderraum 16 angesaugt. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 16 befindliche Kraftstoff verdichtet und über das Auslassventil 20 beispielsweise in einen Hochdruckbereich 32, beispielsweise zu einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen, wo der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Der Hochdruckbereich 32 umfasst den Auslassstutzen 34 der Hochdruckpumpe 10. 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 32 öffnet das Druckbegrenzungsventil 22, wodurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 32 in den Förderraum 16 strömen kann.
  • Es ist bei der Hochdruckpumpe 10 ferner vorgesehen, dass der Kolben 18 durch einen zylindrischen Kolbenschaft 18.1 ausgebildet ist, auf dem zwei Führungshülsen 18.2, 18.3 voneinander in Längsrichtung 28 beabstdandet aufgepresst sind und auf dem in Längsrichtung 28 zwischen den beiden Führungshülsen 18.2, 18.3 ein Dichtring 19 angeordnet ist.
  • Ferner ist an dem Pumpengehäuse 12 ein hülsenförmiger Dichtungsträger 64 montiert, der eine hülsenförmige Dichtung fixiert, in der der vom Förderraum 16 abgewandten Bereich des Kolbens 18 dichtend verschiebbar ist, wobei in dem hülsenförmigen Dichtungsträger 64 ein Anschlagteil 66 eingepresst ist, an dem eine Schulter des Kolbens 18 zur Anlage kommt, wenn letzterer maximal aus dem Förderraum 16 heraus verschoben ist.
  • In einer umlaufenden Nut 64a des Dichtungsträgers 64 ist ferner die Kolbenfeder 75 abgestützt. Die Kolbenfeder 75 beaufschlagt ferner den Kolben 18 über einen am Kolbenschaft 18.1 an seiner vom Förderraum 16 abgewendeten axialen Ende fixierten Federteller 77 in die vom Förderraum 16 weg gerichtete Richtung (in der 1 nach unten).
  • Zwischen dem Dichtungsträger 64 und dem Pumpenkörper 12a ist ein auch als Stufenraum 79 bezeichneter Fluidraum ausgebildet, der über eine in der 1 nicht gezeichnete Längsbohrung im Pumpenkörper 12a mit dem Dämpferraum verbunden ist, der zwischen dem Pumpendeckel 12b und dem Pumpenkörper 12a angeordnet ist und in dem der Druckdämpfer 30 angeordnet ist. Der Stufenraum 79 gehört daher zum Niederdruckbereich 71 der Hochdruckpumpe 10.
  • Im Beispiel handelt es sich bei dem Dichtring 19 um ein Spritzgussteil aus einem faserverstärken Kunststoff.
  • Im Beispiel liegt der Dichtring 19 radial außen in einer im Gehäuse 12 fixierten Buchse 23 an, wobei der Dichtring 19 von einem im Förderraum16 herrschenden Druck nach radial außen gedrückt wird. Alternativ kann auf ein separate Buchse 23 auch verzichtet werden, dann liegt der Dichtring 19 radial außen unmittelbar an der Bohrung des Gehäuses 12 an, in der der Kolben 18 verschiebbar ist.
  • Ein zwischen den Außenflächen der Führungshülsen 18.2, 18.3 und der Bohrung des Gehäuses 12 bzw. der Buchse ausgebildeter Spalt kann grundsätzlich sehr eng ausgebildet sein, beispielsweise nicht mehr als 10µm betragen. Dieser Spalt wird bei der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 10 durch den Dichtring 19 weiter abgedichtet.
  • Der Dichtring 19 ist in Längsrichtung 28 zwischen den Führungshülsen 18.2, 18.3 entlang eines kleinen axialen Spiels (z.B. 0,5mm) verschiebbar.
  • In der 2 sind an den Teilen a), b) und c) drei Ausführungsformen von Kolben 18 gezeigt. Sie unterscheiden sich dadurch voneinander, dass die zum Förderraum 16 weisende Führungshülse 18.2 im Teil a) als beidseitig offene Hülse ausgebildet ist, während sie in den Teilen b) und c) eine einseitig geschlossene Hülse, also eine Kappe ist.
  • In der 3 ist in den Teilen a), b) und c) die Herstellung des Kolbens 18 gezeigt. Dazu sind folgende Schritte vorgesehen:
    • - Herstellen eines zylindrischen Kolbenschafts 18.1;
    • - Verpressen einer ersten Führungshülse 18.3 auf dem Kolbenschaft 18.1 (Teil a);
    • - Aufschieben des Dichtrings 19 auf den Kolbenschaft 18.1 (Teil b)
    • - Verpressen einer zweiten Führungshülse 18.2 auf dem Kolbenschaft 18.1 (Teil c), sodass der Kolben 18 als eine vormontierte Baugruppe 18 aus Kolbenschaft 18.1, Führungshülsen 18.2, 18.3 und Dichtring 19 entsteht (Teil c); dann:
    • - Montage der vormontierten Baugruppe im Pumpengehäuse 12 (siehe 1).
  • 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 102004063074 A1 [0001]
    • DE 102017212490 A1 [0002]
    • DE 102014202809 A1 [0003]
    • DE 102016209930 A1 [0004]
    • WO 2018/009390 A1 [0004]
    • DE 102017212498 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Hochdruckpumpe (10), beispielsweise für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, die ein Pumpengehäuse (12) aufweist und einen in dem Pumpengehäuse (12) angeordneten Förderraum (16) aufweist, der von einem in einer Längsrichtung (28) verschiebbaren Kolben (18) der Hochdruckpumpe (10) begrenzt wird, wobei die Hochdruckpumpe (10) ein Einlassventil (14) aufweist, das von einem Niederdruckbereich (71) der Hochdruckpumpe (10) zum Förderraum (16) hin öffnet, und ein Auslassventil (20) aufweist, das vom Förderraum (16) weg in Richtung zu einem Hochdruckbereich (32) der Hochdruckpumpe (10) hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) durch einen zylindrischen Kolbenschaft (18.1) ausgebildet ist, auf dem zwei Führungshülsen (18.2, 18.3) voneinander in Längsrichtung (28) beabstandet aufgepresst sind und auf dem in Längsrichtung (28) zwischen den beiden Führungshülsen (18.2, 18.3) ein Dichtring (19) angeordnet ist.
  2. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) aus einem Kunststoff besteht.
  3. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
  4. Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) radial außen an einer Bohrung des Gehäuses (12) oder in einer im Gehäuse (12) fixierten Buchse (23) anliegt, wobei der Dichtring (19) von einem im Förderraum (16) herrschenden Druck nach radial außen an die Bohrung des Gehäuses (12) oder an die Buchse (23) angedrückt wird.
  5. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) in Längsrichtung (28) zwischen den Führungshülsen (18.2, 18.3) verschiebbar ist.
  6. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) in Längsrichtung (28) zwischen den Führungshülsen (18.2, 18.3) durch ein kleines zwischen dem Dichtring (19) und den Führungshülsen in Längsrichtung (28) ausgebildetes Spiel verschiebbar ist.
  7. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülsen (18.2, 18.3) einen gleichen Außendurchmesser aufweisen und dass der Dichtring (19) im unverbauten Zustand relativ dazu ein Übermaß aufweist.
  8. Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Führungshülsen (18.1, 18.2) als eine beidseitig offene Hülse ausgebildet ist und die andere der beiden Führungshülsen (18.1, 18.2) als eine einseitig geschlossene Hülse ausgebildet ist.
  9. Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Führungshülsen (18.1, 18.2) als jeweils beidseitig offene Hülsen ausgebildet sind.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines zylindrischen Kolbenschafts (18.1) ; - Verpressen einer ersten Führungshülse (18.3) auf dem Kolbenschaft (18.1); - Aufschieben des Dichtrings (19) auf den Kolbenschaft (18.1) - Verpressen einer zweiten Führungshülse (18.2) auf dem Kolbenschaft, sodass eine vormontierte Baugruppe (18) aus Kolbenschaft (18.1), Führungshülsen (18.2, 18.3) und Dichtring (19) entsteht; dann - Montage der vormontierten Baugruppe (18) im Pumpengehäuse (12).
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