EP2399029B1 - Hochdruckkraftstoffpumpe für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Hochdruckkraftstoffpumpe für eine brennkraftmaschine Download PDF

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EP2399029B1
EP2399029B1 EP09796384.7A EP09796384A EP2399029B1 EP 2399029 B1 EP2399029 B1 EP 2399029B1 EP 09796384 A EP09796384 A EP 09796384A EP 2399029 B1 EP2399029 B1 EP 2399029B1
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EP
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pressure
housing
pump
fuel pump
bore
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/02—Pumping installations or systems having reservoirs
    • F04B23/025—Pumping installations or systems having reservoirs the pump being located directly adjacent the reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/02—Pumping installations or systems having reservoirs
    • F04B23/025—Pumping installations or systems having reservoirs the pump being located directly adjacent the reservoir
    • F04B23/026—Pumping installations or systems having reservoirs the pump being located directly adjacent the reservoir a pump-side forming a wall of the reservoir

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine, comprising a rotatably mounted in a housing drive shaft, which sets at least one drive element at least one pump element in motion in rotation, which is guided in a respective associated, placed on the housing pump cylinder head, wherein in a each associated within the respective associated pump cylinder head pressure chamber by the movement of the at least one pump element fuel from a low pressure circuit intake, compressible to high pressure and can be conveyed to a high-pressure accumulator, which is formed by a, running in a wall of the housing bore and from which about provided on the side of the housing ports of fuel under high pressure can be removed.
  • This hole is here placed orthogonal to a bearing bore of the drive shaft in the housing, wherein the region of the high-pressure accumulator is separated via a high-pressure seal from the interior of the drive shaft. At its open end, the hole is also closed by a stopper to seal the entire pump housing from the environment.
  • the arrangement of the bore in the housing for forming the high-pressure accumulator has the disadvantage that only a very small portion of the volume of the bore is used for storing the high-pressure fuel, which increases the material cost accordingly. Furthermore, a complex seal must be provided between the high-pressure accumulator and the interior of the drive shaft in order to prevent backflow of the high-pressure fuel into the low-pressure region.
  • the invention includes the technical teaching that the bore in the wall of the housing, starting from one of Contact surfaces of the housing with the respective associated pump cylinder head extends and this at the same time forms the connecting line to a high pressure line of the associated pressure chamber.
  • a pressure sensor and / or a pressure regulating valve are integrated into the bore. This has the advantage that a monitoring and / or regulation of the fuel pressure in the high-pressure accumulator optimal space is possible.
  • a closure screw of a non-return valve provided in the high-pressure line has a pressure sensor and a pressure-regulating valve.
  • throttling points are integrated into the connections.
  • a High pressure seal provided between the housing and the respective associated pump cylinder head, in the region of the bore a High pressure seal provided.
  • the single FIGURE shows a sectional view of the high-pressure fuel pump according to the invention, which has a housing 1, wherein a drive shaft 2 is rotatably mounted.
  • This drive shaft 2 operates via a, designed as a cam drive element 3 indirectly a pump element 4, wherein by the drive element 3, a rotation of the drive shaft 2 is converted into a translational movement of the pump element 4.
  • the pump element 4 is in this case designed as a pump piston, which is displaceably guided in a mounted on the housing 1 pump cylinder head 5 and is connected via a roller 6 and a roller shoe 7 with the drive element 3 in operative connection.
  • a pressure chamber 10 is arranged above the pump element 4, in which is sucked in a downward movement of the pump element 4 via a suction valve 11 fuel from an inlet channel 12 of a low-pressure circuit and compressed in a subsequent upward movement of the pump element 4 to high pressure.
  • the fuel under high pressure is subsequently fed via a check valve 13 to a high-pressure line 14 and subsequently to a high-pressure accumulator 15.
  • This high-pressure accumulator 15 has the special feature that it is formed by a, extending from a contact surface of the housing 1 with the pump cylinder head 5 in the wall of the housing 1 extending bore 16. This bore 16 is at the same time the connecting line to the high-pressure line 14 in the pump cylinder head 5, wherein its volume corresponds almost to the volume of the high-pressure accumulator 15.
  • throttling points 18a to 18c are integrated into the connections 17a to 17c, by means of which pressure pulsations from the supply lines of the fuel injectors are damped.
  • a closure screw 19 of the check valve 13 includes a pressure sensor and a pressure control valve, both of which are not shown here in order to control the pressure prevailing in the high-pressure accumulator 15 fuel pressure and control.
  • the pump element 4 When operating the high-pressure fuel pump, the pump element 4 via the drive element 3 of the drive shaft 2 accordingly whose survey contour moves up and down.
  • the number of surveys corresponds to the number of fuel injectors that are to be supplied with fuel under high pressure.
  • an upward movement of the pump element 4 and thus a compression of the fuel in the pressure chamber 10 takes place shortly before the time window of an injection via one of the fuel injectors, so that in the high-pressure accumulator 15 is always a sufficient fuel pressure available.
  • This pressure is controlled and controlled in the manner known to those skilled in the art via the pressure sensor integrated in the closure screw 19 of the check valve 13 and the pressure regulating valve.
  • the invention is not limited to the previously described embodiment of the invention. Rather, a variant is also conceivable in which the pump is equipped with two pump pistons placed coaxially with each other, wherein the bore for forming the high-pressure accumulator is placed such that it connects the two high-pressure lines of the pump cylinder heads.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine, in einem Gehäuse rotierbar gelagerte Antriebswelle, welche bei Rotation über mindestens ein Antriebselement mindestens ein Pumpenelement in Bewegung versetzt, das in einem je zugehörigen, auf dem Gehäuse aufgesetzten Pumpenzylinderkopf geführt ist, wobei in einem je zugeordneten, innerhalb des je zugehörigen Pumpenzylinderkopfs platzierten Druckraum durch die Bewegung des mindestens einen Pumpenelements Kraftstoff aus einem Niederdruckkreislauf ansaugbar, auf Hochdruck verdichtbar und zu einem Hochdruckspeicher förderbar ist, welcher durch eine, in einer Wand des Gehäuses verlaufende Bohrung gebildet ist und aus welchem über seitlich am Gehäuse vorgesehene Anschlüsse der unter Hochdruck stehende Kraftstoff entnehmbar ist.
  • Aus der DE 10 2004 015 266 A1 ist bereits eine derartige Hochdruckkraftstoffpumpe bekannt, in deren Gehäuse eine Antriebswelle rotierbar gelagert ist und über Antriebselemente zwei Pumpenelemente betreibt, die in jeweils zugehörigen und auf dem Gehäuse aufgesetzten Pumpenzylinderköpfen geführt sind. Bei der Bewegung der Pumpenelemente wird jeweils in einem, dem einzelnen Pumpenelement zugeordneten Druckraum auf eine, dem Fachmann bekannte Art und Weise Kraftstoff aus einem Niederdruckkreislauf angesaugt, auf Hochdruck verdichtet und einem gemeinsamen Hochdruckspeicher zugeführt. Dieser Hochdruckspeicher wird dabei durch eine, in einer Gehäusewand verlaufende Bohrung gebildet, wobei unter Hochdruck stehender Kraftstoff über, am Gehäuse vorgesehene Anschlüsse aus dem Speicher entnommen werden kann. Diese Bohrung ist hierbei orthogonal zu einer Lagerbohrung der Antriebswelle im Gehäuse platziert, wobei der Bereich des Hochdruckspeichers über eine Hochdruckabdichtung vom Innenraum der Antriebswelle abgetrennt ist. An ihrem offenen Ende ist die Bohrung zudem über einen Verschlussstopfen verschlossen, um auch das gesamte Pumpengehäuse gegenüber der Umgebung abzudichten.
  • Die Anordnung der Bohrung im Gehäuse zum Ausbilden des Hochdruckspeichers bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass nur ein sehr geringer Anteil des Volumens der Bohrung zur Speicherung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs genutzt wird, was den Materialaufwand entsprechend erhöht. Des Weiteren muss zwischen Hochdruckspeicher und dem Innenraum der Antriebswelle eine aufwendige Dichtung vorgesehen werden, um ein Rückfließen des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs in den Niederdruckbereich zu verhindern.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher der Hochdruckspeicher in das Gehäuse integriert ist, wobei sich diese Integration durch eine möglichst effektive Materialausnutzung und platzsparende Anordnung auszeichnet.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass sich die Bohrung in der Wand des Gehäuses, ausgehend von einer der Kontaktflächen des Gehäuses mit dem je zugehörigen Pumpenzylinderkopf erstreckt und hierbei zugleich die Verbindungsleitung zu einer Hochdruckleitung des je zugeordneten Druckraumes bildet. Mittels einer derartigen Anordnung der Bohrung ist es somit möglich, nahezu das gesamte Bohrungsvolumen zur Speicherung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs zu nutzen. Des Weiteren wird durch den Umstand, dass die Bohrung mit Ihrem offenen Ende direkt in die Hochdruckleitung des je zugeordneten Druckraumes mündet eine aufwendige Abdichtung überflüssig.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind ein Drucksensor und/oder ein Druckregelventil in die Bohrung integriert. Dies hat den Vorteil, dass eine Überwachung und/oder Regelung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckspeicher bauraumoptimal möglich wird.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist eine Verschlussschraube eines, in der Hochdruckleitung vorgesehenen Rückschlagventils einen Drucksensor und ein Druckregelventil auf. Dadurch kann die Überwachung und Steuerung des Kraftstoffdrucks mit einem geringen fertigungstechnischen Aufwand in das bereits bestehende Bauteil Verschlussschraube integriert werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind in die Anschlüsse jeweils Drosselstellen integriert. Vorteilhafterweise ist es mittels dieser Drosselstellen möglich, aus den Zuführleitungen der Kraftstoffinjektoren kommende Druckpulsationen abzudämpfen und die Kraftstoffpumpe somit zuverlässig vor diesen Druckwellen zu schützen.
  • Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Gehäuse und dem je zugehörigen Pumpenzylinderkopf, im Bereich der Bohrung eine Hochdruckdichtung vorgesehen. Dadurch kann im Bereich des Übergangs vom Pumpenzylinderkopf in das Gehäuse eine Leckage von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff wirksam verhindert werden.
  • Es ist eine Weiterbildung der Erfindung, dass genau ein Pumpenelement in Form eines Pumpenkolbens vorgesehen ist, welcher über ein als Nocken ausgeführtes Antriebselement der Antriebswelle betreibbar ist. Mittels einer derartigen Ausführung der Hochdruckkraftstoffpumpe kann eine zuverlässige Füllung des Hochdruckspeichers erreicht werden, wobei dem Fachmann hierbei klar sein wird, dass der Nocken eine, der Menge an zu bedienenden Injektoren entsprechende Anzahl an Erhebungen aufweisen muss, um stets den geforderten Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher aufrecht zu erhalten.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.
    • Ausführungsform der Erfindung
  • Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffpumpe, welche ein Gehäuse 1 aufweist, worin eine Antriebswelle 2 rotierbar gelagert ist. Diese Antriebswelle 2 betreibt über ein, als Nocken ausgeführtes Antriebselement 3 mittelbar ein Pumpenelement 4, wobei durch das Antriebselement 3 eine Rotation der Antriebswelle 2 in eine translatorische Bewegung des Pumpenelements 4 umgesetzt wird. Das Pumpenelement 4 ist hierbei als Pumpenkolben ausgebildet, der in einem, auf dem Gehäuse 1 aufgesetzten Pumpenzylinderkopf 5 verschiebbar geführt ist und über eine Laufrolle 6 und einen Rollenschuh 7 mit dem Antriebselement 3 in Wirkverbindung steht. Um hierbei allerdings einen ständigen Kontakt des Pumpenelements 4 mit dem Antriebselement 3 zu garantieren, wird dieses über eine Rückstellfeder 8 und mittels eines Federtellers 9 mitsamt Rollenschuh 7 und Laufrolle 6 an das Antriebselement 3 angedrückt. Ferner ist oberhalb des Pumpenelements 4 ein Druckraum 10 angeordnet, in welchem bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenelements 4 über ein Saugventil 11 Kraftstoff aus einem Zulaufkanal 12 eines Niederdruckkreislaufs angesaugt und bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenelements 4 auf Hochdruck verdichtet wird. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff wird im Anschluss daran, über ein Rückschlagventil 13 einer Hochdruckleitung 14 und im Folgenden einem Hochdruckspeicher 15 zugeführt. Dieser Hochdruckspeicher 15 weist dabei die Besonderheit auf, dass er durch eine, sich ausgehend von einer Kontaktfläche des Gehäuses 1 mit dem Pumpenzylinderkopf 5 in der Wand des Gehäuses 1 erstreckende Bohrung 16 gebildet wird. Diese Bohrung 16 stellt dabei zugleich die Verbindungsleitung zu der Hochdruckleitung 14 im Pumpenzylinderkopf 5 dar, wobei ihr Volumen nahezu dem Volumen des Hochdruckspeichers 15 entspricht. Aus dem Hochdruckspeicher 15 zweigen jeweils Leitungen zu Anschlüssen 17a bis 17c ab, welche die Anschlusspunkte für Zuführleitungen zu Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschinen bilden. Dabei sind in die Anschlüsse 17a bis 17c jeweils Drosselstellen 18a bis 18c integriert, durch welche Druckpulsationen aus den Zuführleitungen der Kraftstoffinjektoren abgedämpft werden. Des Weiteren beinhaltet eine Verschlussschraube 19 des Rückschlagventils 13 einen Drucksensor und ein Druckregelventil, welche beide hier nicht weiter dargestellt sind, um den im Hochdruckspeicher 15 herrschenden Kraftstoffdruck kontrollieren und steuern zu können. Schließlich ist zwischen Gehäuse 1 und Pumpenzylinderkopf 5 noch eine Hochdruckdichtung 20 platziert, durch welche eine Leckage des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs über die Kontaktfläche zwischen Gehäuse 1 und Pumpenzylinderkopf 5 wirksam verhindert wird.
  • Bei Betrieb der Hochdruckkraftstoffpumpe wird das Pumpenelement 4 über das Antriebselement 3 der Antriebswelle 2 entsprechend dessen Erhebungskontur auf und ab bewegt. Die Anzahl an Erhebungen entspricht dabei der Anzahl an Kraftstoffinjektoren, die mit unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zu versorgen sind. Dabei erfolgt eine Aufwärtsbewegung des Pumpenelements 4 und damit eine Verdichtung des Kraftstoffs im Druckraum 10 zeitlich kurz vor dem Zeitfenster einer Einspritzung über einen der Kraftstoffinjektoren, so dass im Hochdruckspeicher 15 stets ein ausreichender Kraftstoffdruck zur Verfügung steht. Dieser Druck wird dabei über den in der Verschlussschraube 19 des Rückschlagventils 13 integrierten Drucksensor und das Druckregelventil auf dem Fachmann bekannte Art und Weise kontrolliert und gesteuert.
  • Die Erfindung ist hierbei nicht auf die im Vorfeld beschriebene Ausführungsform der Erfindung beschränkt. Vielmehr ist auch eine Variante denkbar, bei welcher die Pumpe mit zwei koaxial zueinander platzierten Pumpenkolben ausgestattet ist, wobei die Bohrung zum Ausbilden des Hochdruckspeichers derart platziert ist, dass sie beide Hochdruckleitungen der Pumpenzylinderköpfe miteinander verbindet.

Claims (7)

  1. Hochdruckkraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine, in einem Gehäuse (1) rotierbar gelagerte Antriebswelle (2), welche bei Rotation über mindestens ein Antriebselement (3) mindestens ein Pumpenelement (4) in Bewegung versetzt, das in einem je zugehörigen, auf dem Gehäuse (1) aufgesetzten Pumpenzylinderkopf (5) geführt ist, wobei in einem je zugeordneten, innerhalb des je zugehörigen Pumpenzylinderkopfs (5) platzierten Druckraum (10) durch die Bewegung des mindestens einen Pumpenelements (4) Kraftstoff aus einem Niederdruckkreislauf ansaugbar, auf Hochdruck verdichtbar und zu einem Hochdruckspeicher (15) förderbar ist, welcher durch eine, in einer Wand des Gehäuses (1) verlaufende Bohrung (16) gebildet ist und aus welchem über seitlich am Gehäuse (1) vorgesehene Anschlüsse (17a-17c) der unter Hochdruck stehende Kraftstoff entnehmbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung (16) in der Wand des Gehäuses (1), ausgehend von einer der Kontaktflächen des Gehäuses (1) mit dem je zugehörigen Pumpenzylinderkopf (5) erstreckt und hierbei zugleich die Verbindungsleitung zu einer Hochdruckleitung (14) des je zugeordneten Druckraumes (10) bildet.
  2. Hochdruckkraftstoffpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass in die Bohrung (16) ein Drucksensor und/oder ein Druckregelventil integriert sind.
  3. Hochdruckkraftstoffpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlussschraube (19) eines, in der Hochdruckleitung (14) vorgesehenen Rückschlagventils (13) einen Drucksensor und/oder ein Druckregelventil aufweist.
  4. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass in die Anschlüsse (17a-17c) jeweils Drosselstellen (18a-18c) integriert sind.
  5. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (1) und dem je zugehörigen Pumpenzylinderkopf (5), im Bereich der Bohrung (16) eine Hochdruckdichtung (20) vorgesehen ist.
  6. Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Pumpenelement (4) in Form eines Pumpenkolbens vorgesehen ist, welcher über ein als Nocken ausgeführtes Antriebselement (3) der Antriebswelle (2) betreibbar ist.
  7. Brennkraftmaschine für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem Einspritzsystem, umfassend eine Hochdruckkraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
EP09796384.7A 2009-02-18 2009-12-22 Hochdruckkraftstoffpumpe für eine brennkraftmaschine Not-in-force EP2399029B1 (de)

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