EP2558708A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

Hochdruckpumpe

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Publication number
EP2558708A1
EP2558708A1 EP11709035A EP11709035A EP2558708A1 EP 2558708 A1 EP2558708 A1 EP 2558708A1 EP 11709035 A EP11709035 A EP 11709035A EP 11709035 A EP11709035 A EP 11709035A EP 2558708 A1 EP2558708 A1 EP 2558708A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
inlet valve
valve
pressure
cylinder head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11709035A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nestor Rodriguez-Amaya
Peter Boehland
Walter Fuchs
Andreas Illmann
Uwe Iben
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2558708A1 publication Critical patent/EP2558708A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/225—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves with throttling valves or valves varying the pump inlet opening or the outlet opening
    • 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
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    • F04B53/007—Cylinder heads
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    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
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    • F04B53/22—Arrangements for enabling ready assembly or disassembly
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure pump, in particular a radial or
  • the invention relates to the field of fuel pumps for fuel injection systems of air-compression, self-igniting internal combustion engines.
  • the high pressure pump can also serve as a piston pump for conveying other suitable liquids.
  • the high-pressure fuel pump has a cylinder whose upper part to the outside of the
  • Head cover which is part of the motor housing, is exposed.
  • the remaining portion of the high-pressure fuel pump is accommodated in a housing hole of the head cover.
  • a pump cam is mounted on a valve camshaft for driving an intake / exhaust valve and drives the high pressure fuel pump. Since that
  • timing with which the pressurized fuel is ejected controlled by the operation of a solenoid valve further enhances the accuracy with which the fuel delivery is controlled.
  • the high pressure pump according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an improved embodiment realized, in particular a Metering of fuel and a compact design are possible. Specifically, a metering unit or the like can be saved, resulting in a significant cost reduction in the production.
  • the measures listed in the dependent claims are advantageous
  • Multi-piston pumps with three or more pistons the suction phases are the suction phases. Pressure oscillations then lead to particularly large differences in the conveyed quantity. This can be avoided in an advantageous manner. It is possible that such differences in the upstream quantity are excluded.
  • a high-pressure pump designed as a stamping pump.
  • a two-piston pump with a further actuator can be partially compensated by the saving of holes in the housing of the high-pressure pump additional costs.
  • a major advantage of the direct control is the expansion of the pump speed and thus an improvement in the efficiency of the high-pressure pump.
  • a very small size can be realized by the integration of the intake valve in the cylinder head. This also applies to very high pressures, for example of 300 MPa (3000 bar), as is conceivable for applications in commercial vehicles.
  • the inlet valve is designed as a magnetically controllable inlet valve. Furthermore, it is advantageous that the inlet valve is fixed by means of a screwed into the cylinder head screw plug on the cylinder head and that the
  • Closure screw is formed of a ferromagnetic material. This can the screw plug serves as a magnetic conductor, which increases the efficiency of the magnetic circuit and allows a high magnetic force.
  • a magnetic coil is provided that by energizing the solenoid coil, a control of the inlet valve is made possible and that the
  • Solenoid coil is cooled by the feasible via the inlet valve in the pump chamber fuel.
  • the cooling of the magnetic coil and the other elements of the magnetic circuit can be achieved by flushing with the fuel.
  • the inlet valve has a valve body and one with the
  • the magnetic force for actuating the inlet valve can be generated via the plunger armature, wherein the closure screw advantageously serves as a magnetic conductor.
  • the inlet valve is in this case switched off
  • Magnetic coil preferably closed. If the magnet coil of the magnet is energized and the pump piston is at top dead center, for example, then the inlet valve opens. When fully filled, the inlet valve is preferably open until bottom dead center of the pump piston.
  • a shim is provided, which serves to specify a working air gap and a residual air gap for the plunger armature.
  • High pressure pump increases, with a simple adaptation and a largely identical design of the high-pressure pump is possible.
  • the controller for reducing a filling of the pump chamber of the pump assembly shortens the drive time at its end so that the inlet valve is closed before reaching a bottom dead center of the pump piston or the drive time at its end extended so that the inlet valve after reaching a bottom dead center of the pump piston is closed.
  • the An horrzeit can be reduced so that the inlet valve is closed again before reaching the bottom dead center of the pump piston, which is the amount of in the
  • Dead center is closed, whereby the guided into the pump chamber fuel is partially conveyed back via the movement of the pump piston via the inlet valve in the opposite direction.
  • the pressure oscillations are reduced on the low pressure side.
  • the advantageous variant can be specially selected.
  • the activation time is shortened at its beginning so that the inlet valve is opened only after reaching a top dead center of the pump piston.
  • the intake valve is not opened immediately after top dead center, so that the amount of fuel flowing into the pump working space is also reduced.
  • a suitable combination of the drive types can be carried out by the controller.
  • the driving time can be shortened both at the beginning and at the end.
  • pressure fluctuations with respect to the amplitude and frequency can be positively influenced by one or more throttles arranged upstream of the inlet valve.
  • volume control can be positively influenced.
  • the noise behavior which can be adversely affected by pressure oscillations in the low pressure, can be improved.
  • the inlet valve is preferably equipped with a closing spring which has a high spring bias in order to achieve a high closing dynamics.
  • Fig. 1 is a high-pressure pump in a partial, schematic, axial
  • Fig. 1 shows a high-pressure pump 1 in a partial, schematic, axial sectional view according to an embodiment of the invention.
  • High-pressure pump 1 can be designed in particular as a radial or in-line piston pump. Specifically, the high-pressure pump 1 is suitable as a fuel pump for
  • a preferred use of the high pressure pump 1 is for a fuel injection system having a fuel rail which stores diesel fuel under high pressure.
  • the high-pressure pump 1 according to the invention is also suitable for others
  • the high-pressure pump can also be configured as a piston pump for conveying suitable liquids, that is to say also other liquids as fuel.
  • the high-pressure pump 1 has a pump housing to which a cylinder head 2 is mounted.
  • the cylinder head 2 has a projection 3 which projects into a bore of the pump housing.
  • a cylinder bore 4 configured in the one
  • Pump piston 5 a pump assembly 6 is guided along an axis 7.
  • the high-pressure pump 1 also has a drive shaft 8, on which a cam 9 is provided.
  • the cam 9 can in this case also be configured as a multiple cam or as an eccentric portion of the drive shaft 8.
  • the drive shaft 8 rotates with the cam 9 about an axis of rotation 10 between the pump piston 5 of
  • Pump piston 5 are transmitted.
  • a provision of the pump piston 5 can be made via a suitable plunger spring.
  • the pump assembly 6 of the cam 9 of the drive shaft 8 is driven.
  • further pump assemblies can also be driven by the cam 9.
  • further cams may be provided on the drive shaft 8, which serve to drive other pump assemblies.
  • a high-pressure pump 1 configured as a radial or in-line piston pump can thereby be realized.
  • the pump piston 5 defines a pump working space 12 in the cylinder bore 4.
  • An inlet channel 13, into which fuel is supplied, serves to supply fuel
  • Pre-feed pump is promoted.
  • a first throttle 14 and a second throttle 15 are provided in the inlet channel 13.
  • the inlet channel 13 leads into a low-pressure chamber 16, which is formed by a recess 17 in the cylinder head 2.
  • the high-pressure pump 1 has an inlet valve 20.
  • the low-pressure chamber 16 is part of the intake valve 20.
  • the intake valve 20 is integrated in the cylinder head 2.
  • the inlet valve 20 is arranged in the recess 17 of the cylinder head 2.
  • the Recess 17 is closed by a screw plug 21.
  • the low pressure space 16 is closed to the environment.
  • Closure screw 21 acts via a valve member 22 on a valve body 23 a.
  • the closure screw 21 is screwed into the cylinder head 2 and thereby presses the valve body 23 against a formed on the cylinder head 2 contact surface 24. Die
  • valve member 22 and the valve body 23 of the inlet valve 20 are thereby fixed in place.
  • the plug 21 and the valve member 22 are preferably formed of a ferromagnetic material.
  • a valve lifter 25 is guided in the valve body 23 .
  • the valve stem 25 cooperates with a formed on the valve body 23 valve seat surface 26 to a sealing seat.
  • a valve spring 27 urges the valve tappet 25 against the valve seat surface 26.
  • the valve spring 27 acts on an armature 30 via a valve element 28 and a shim 29.
  • the armature 30 is designed as a plunger anchor 30.
  • the plunger armature 30 is connected to the valve tappet 25.
  • the valve stem 25 is acted upon by the bias of the valve spring 27.
  • the shim 29 and the plunger armature 30 of the intake valve 20 are movable members that are moved to drive the intake valve 20 to open the intake valve 20.
  • the inlet valve 20 also has a magnet 31 with a magnetic coil 32.
  • the magnet coil 32 is electrically connected to pins 35, 36 of a plug 37 via electrically conductive contact pins 33, 34.
  • the plug 37 in this case allows the connection to a control unit 38.
  • the control unit 38 is used in this embodiment as
  • the controller 38 may also be integrated in a central control unit.
  • the control unit 38 is connected to a rotation angle sensor 39, which detects the current rotation angle of the drive shaft 8 and outputs to the control unit 38.
  • About the detected rotation angle is a direct relationship with the current position of the pump piston 5. Specifically, it can thus be detected whether the pump piston 5 is at a top dead center at which the pump piston undergoes a maximum stroke and the pump chamber 12 has a minimum volume. Accordingly, it can be detected whether the pump piston 5 is at a bottom dead center at which the pump piston 5 has a minimum stroke and the volume of
  • a magnetic field is generated. This magnetic field originates from the magnet 31, whereby a reinforcement is made possible via the ferromagnetic locking screw 21.
  • the magnetic circuit also passes through the valve member 22, the plunger armature 30 and optionally via other ferromagnetic elements back to the Closure screw 21.
  • a gap 40 is provided between the plunger armature 30 and the valve member 22. The gap 40 allows for a displaceability of the
  • a gap 40 at least one residual air gap to avoid a so-called magnetic adhesive effect of the plunger armature 30 on the valve member 22 in the actuated state. Specifically, it can be at power off the
  • Solenoid 32 the force of the valve spring 27 largely delay a closing of the inlet valve 20 initiate.
  • the maximum size of the gap 40 is predetermined by the sum of a desired working air gap and the residual air gap. A setting of the residual air gap and the working air gap is made by a suitable choice of the
  • Valve element 28 and the shim 29 allows. Specifically, by the thickness of the shim 29, the desired working air gap can be specified. The thickness of the shim 29 thus indicates the stroke of the valve stem 25. With unchanged
  • Geometry in the region of the valve seat surface 26 can thereby change the opening cross section on the valve seat surface 26 and thus also the possible flow in the
  • Pump work space 12 can be adjusted with the seal seat open. As a result, an adaptation of the inlet valve 20 is possible with respect to the respective application.
  • the inlet valve 20 By actuating the inlet valve 20, fuel can thus be conducted from the low-pressure chamber 16 into the pump working chamber 12.
  • the actuation of the inlet valve 20 takes place here during a suction stroke of the pump piston 5.
  • the inlet valve 20 is preferably closed.
  • high-pressure fuel is conveyed into a high-pressure line 42 via an outlet valve 41, which may be designed as a directional or check valve 41.
  • the high-pressure line 42 is connected, for example, to a fuel distributor strip.
  • the inlet valve 20 can be controlled by the controller 38 regardless of the stroke or the current position of the pump piston 5 during the suction phase. In this way, a partial filling of the pump working chamber 12 can be realized. There are several options for this, which can also be combined if necessary.
  • the actuation time of the inlet valve 20 is reduced so that the inlet valve 20 is closed again before reaching the bottom dead center of the pump piston 5.
  • the activation time can also be achieved by reaching the lower one Totally extended beyond. The inlet valve 20 is then after the
  • Inlet valve is not opened immediately after reaching the top dead center of the pump piston 5. As a result, a certain idle stroke of the pump piston 5 is achieved, so that the total flowing into the pump chamber 12 via the opening cross section of the open sealing seat fuel is reduced.
  • by one or more upstream of the inlet valve throttles 14, 15 or damping volumes can be in an advantageous manner
  • the chokes allow this a large partial reflection and a low attenuation of pressure and dilution waves.
  • Damping volumes allow a lower partial reflection and a stronger damping of the pressure and
  • Dilution waves This depends on the geometric design of the respective damping volume.
  • opening and closing of the inlet valve 20 or possibly a plurality of intake valves 20 designed in accordance with the intake valves pressure and dilution waves are produced which flow from the intake valves to a
  • Feed pump in particular an electric fuel pump run and reflected there.
  • the reflected waves can inter alia during an opening process of the
  • an inlet valve 20 can thus be realized, which is closed in the de-energized state.
  • This intake valve 20 is integrated in the cylinder head 2.
  • the plunger anchor principle can be exploited, so that a quick opening and
  • Close the intake valve 20 can be achieved. Furthermore, the suction throttling can be moved into the working cylinder, in which an air outgassing is deliberately used. The required dynamics can be ensured by one or more connection holes. About a correspondingly high spring preload of the valve spring 27, a sufficiently high closing dynamics can be achieved. The cooling of the magnet 31 with the magnetic coil 32 can be achieved by the flushing of the fuel.

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Abstract

Eine Hochdruckpumpe (1), die insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, umfasst einen Zylinderkopf (2) und eine Pumpenbaugruppe (6). Hierbei weist der Zylinderkopf (2) eine Zylinderbohrung (4) auf, in der ein Pumpenkolben (5) der Pumpenbaugruppe (6) geführt ist. Der Pumpenkolben (5) begrenzt dabei in der Zylinderbohrung (4) einen Pumpenarbeitsraum (12). Außerdem ist ein in den Zylinderkopf (2) integriertes Einlassventil (20) vorgesehen, über das Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum (12) führbar ist. Durch Ansteuern des Einlassventils (20) ist eine Zumessung des in den Pumpenarbeitsraum (12) geführten Brennstoffs ermöglicht. Hierbei kann eine Vollbefüllung des Pumpenarbeitsraums (12) erfolgen. Allerdings kann auch eine Teilbefüllung des Pumpenarbeitsraum (12) durch eine geeignete Ansteuerung des Einlassventils (20) erreicht werden.

Description

Beschreibung
Titel
Hochdruckpumpe Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial- oder
Reihenkolbenpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffpumpen für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Die Hochruckpumpe kann aber auch als Kolbenpumpe zum Fördern von anderen geeigneten Flüssigkeiten dienen.
Aus der DE 195 15 191 A1 ist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe bekannt. Die Hochdruck- Kraftstoffpumpe weist einen Zylinder auf, dessen oberer Teil zum Äußeren der
Kopfabdeckung, die Teil des Motorengehäuses ist, frei liegt. Der verbleibende Abschnitt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist in einem Unterbringloch der Kopfabdeckung aufgenommen. Ein Pumpennocken ist an einer Ventil-Nockenwelle zum Antreiben eines Ansaug- /Ausstossventils montiert und treibt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe an. Da das
Zeitverhalten, mit dem der unter Druck stehende Kraftstoff ausgestoßen wird, durch die Betätigung eines Magnetventils gesteuert wird, ist ferner die Genauigkeit, mit der die Kraftstoffförderung gesteuert wird, verbessert.
Die aus der DE 195 15 191 A1 bekannte Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist eine saugseitig gedrosselten Pumpe, bei der mehrere Nachteile bestehen. Nachteile sind ein hohes Geräusch, eine schlechte Regelbarkeit und das Auftreten von mechanischen
Schwingungen auf Grund von auftretenden Kaviationen in den Zulaufleitungen zu den Einlaßventilen. Druckwellen zwischen einer Zumesseinheit und dem Saugventil wirken sich hierbei ungünstig auf die Funktionsweise aus. Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung realisiert, bei der insbesondere eine Zumessung von Brennstoff und eine kompakte Ausgestaltung ermöglicht sind. Speziell kann eine Zumesseinheit oder dergleichen eingespart werden, wodurch sich eine erhebliche Kostenreduzierung bei der Herstellung ergibt. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckpumpe möglich.
Im Unterschied zu Hochdruckpumpen mit einer saugseitigen Volumenstromregelung mittels einer Zumessmengeneinheit in Kombination mit federbelasteten Einlassventilen, die die Nachteile haben, dass bei hoher Pumpendrehzahl keine Gleichförderung gewährleistet ist und dass Druckschwingungen im Niederdruck zu Geräuschen führen, kann in vorteilhafter Weise eine Kostenreduktion durch Entfall einer Zumessmengeneinheit realisiert werden, auch bei hohen Pumpendrehzahlen eine Gleichförderung ermöglicht werden und eine Geräuschreduzierung durch die Vermeidung von Druckschwingungen und möglicher Kavitation im Niederdruck erzielt werden.
Bei einer herkömmlichen Ausgestaltung überlappen sich insbesondere bei
Mehrstempelpumpen mit drei oder mehr Kolben die Saugphasen. Druckschwingungen führen dann zu besonders großen Unterschieden in der geförderten Menge. Dies kann in vorteilhafter Weise vermieden werden. Hierbei ist es möglich, dass solche Unterschiede in der vorgelagerten Menge ausgeschlossen werden.
Speziell ergibt sich ein großer Kostenvorteil bei einer als Einstempelpumpe ausgestaltete Hochdruckpumpe. Auch bei der Ausgestaltung als Zweistempelpumpe mit einem weiteren Aktor können durch die Einsparung von Bohrungen im Gehäuse der Hochdruckpumpe Mehrkosten teilweise kompensiert werden. Ein wesentlicher Vorteil der direkten Steuerung ist die Erweiterung der Pumpendrehzahl und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Hochdruckpumpe. Außerdem kann durch die Integration des Einlassventils in den Zylinderkopf eine sehr geringe Baugröße realisiert werden. Dies gilt auch für sehr große Drücke, beispielsweise von 300 MPa (3000 bar), wie es für Anwendungen bei Nutzkraftwagen denkbar ist.
In vorteilhafter Weise ist das Einlassventil als magnetisch ansteuerbares Einlassventil ausgebildet. Ferner ist es vorteilhaft, dass das Einlassventil mittels einer in den Zylinderkopf eingeschraubten Verschlussschraube an dem Zylinderkopf fixiert ist und dass die
Verschlussschraube aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist. Hierdurch kann die Verschlussschraube als magnetischer Leiter dienen, was den Wirkungsgrad des Magnetkreises erhöht und eine hohe Magnetkraft ermöglicht.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine Magnetspule vorgesehen ist, dass durch Bestromen der Magnetspule eine Ansteuerung des Einlassventils ermöglicht ist und dass die
Magnetspule durch den über das Einlassventil in den Pumpenarbeitsraum führbaren Brennstoff kühlbar ist. Somit kann die Kühlung der Magnetspule und der weiteren Elemente des Magnetkreises durch eine Umspülung mit dem Brennstoff erreicht werden. Vorteilhaft ist es auch, dass das Einlassventil einen Ventilkörper und einen mit dem
Ventilkörper zu einem Dichtsitz zusammenwirkenden Ventilstößel aufweist, wobei der Ventilstößel an dem Zylinderkopf anliegt, wobei ein magnetisch betätigbarer Tauchanker vorgesehen ist und wobei der Tauchanker zum Öffnen des zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilstößel gebildeten Dichtsitzes bei der magnetischen Betätigung den Ventilstößel mitnimmt. Dadurch kann die Magnetkraft zum Betätigen des Einlassventils über den Tauchanker erzeugt werden, wobei die Verschlussschraube in vorteilhafter Weise als magnetischer Leiter dient. Das Einlassventil ist hierbei bei stromlos geschalteter
Magnetspule vorzugsweise geschlossen. Wird die Magnetspule des Magneten bestromt und befindet sich der Pumpenkolben beispielsweise im oberen Totpunkt, dann öffnet das Einlassventil. Bei Vollbefüllung ist das Einlassventil vorzugsweise bis zum unteren Totpunkt des Pumpenkolbens offen. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass eine Einstellscheibe vorgesehen ist, die zum Vorgeben eines Arbeitsluftspaltes und eines Restluftspaltes für den Tauchanker dient. Hierdurch ist eine modulare Ausgestaltung möglich, wobei durch Einbau einer geeigneten Einstellscheibe eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall der Hochdruckpumpe möglich ist. Hierdurch wird der Anwendungsbereich der
Hochdruckpumpe vergrößert, wobei eine einfache Anpassung und eine weitgehend identische Ausgestaltung der Hochdruckpumpe möglich ist.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die das Einlassventil in
Abhängigkeit von einer Bewegung des Pumpenkolbens der Pumpenbaugruppe ansteuert. Einerseits ist es vorteilhaft, dass die Steuerung zum Reduzieren einer Befüllung des Pumpenarbeitsraums der Pumpenbaugruppe die Ansteuerzeit an ihrem Ende so verkürzt, dass das Einlassventil vor Erreichen eines unteren Totpunkts des Pumpenkolbens geschlossen ist oder die Ansteuerzeit an ihrem Ende so verlängert, dass das Einlassventil nach Erreichen eines unteren Totpunkts des Pumpenkolbens geschlossen ist. Somit kann die Ansteuerzeit so verkleinert werden, dass das Einlassventil vor Erreichen des unteren Totpunkts des Pumpenkolbens wieder geschlossen ist, was die Menge des in den
Pumpenarbeitsraums strömenden Brennstoffs verringert. Dies kann andererseits auch dadurch erreicht werden, dass das Einspritzventil erst nach Erreichen des unteren
Totpunktes geschlossen wird, wodurch der in den Pumpenarbeitsraum geführte Brennstoff über die Bewegung des Pumpenkolbens teilweise über das Einlassventil in Gegenrichtung zurückgefördert wird. Im ersten Fall werden die Druckschwingungen niederdruckseitig verringert. Im zweiten Fall ergeben sich vorzugsweise keine Hohlräume im Arbeitszylinder. Je nach Applikation kann die vorteilhafte Variante speziell gewählt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Ansteuerzeit an ihrem Anfang so verkürzt wird, dass das Einlassventil erst nach Erreichen eines oberen Totpunkts des Pumpenkolbens geöffnet ist. Somit wird das Einlassventil nicht sofort nach dem oberen Totpunkt geöffnet, so dass die Menge des in den Pumpenarbeitsraum strömenden Brennstoffs ebenfalls verringert ist. Hierbei kann auch eine geeignete Kombination der Ansteuerarten von der Steuerung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Ansteuerzeit sowohl an ihrem Anfang als auch an ihrem Ende verkürzt werden. Somit lassen sich in vorteilhafter Weise
Teilbefüllungen des Pumpenarbeitsraums realisieren. Ferner können durch eine oder mehrere dem Einlassventil vorgeschaltete Drosseln Druckschwingungen hinsichtlich der Amplitude und Frequenz positiv beeinflusst werden. Außerdem kann die Mengenregelung positiv beeinflusst werden. Hierdurch kann auch das Geräuschverhalten, das durch Druckschwingungen im Niederdruck ungünstig beeinflusst werden kann, verbessert werden.
Das Einlassventil ist vorzugsweise mit einer Schließfeder ausgestattet, die eine hohe Federvorspannung aufweist, um eine hohe Schließdynamik zu erreichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Hochdruckpumpe in einer auszugsweisen, schematischen, axialen
Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die
Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 als Brennstoffpumpe für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere
Anwendungsfälle. Insbesondere kann die Hochruckpumpe auch als Kolbenpumpe zum Fördern von geeigneten Flüssigkeiten, also auch anderen Flüssigkeiten als Brennstoff, ausgestaltet sein.
Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse auf, an das ein Zylinderkopf 2 montiert ist. Der Zylinderkopf 2 weist einen Ansatz 3 auf, der in eine Bohrung des Pumpengehäuses ragt. Hierbei ist in dem Ansatz 3 eine Zylinderbohrung 4 ausgestaltet, in der ein
Pumpenkolben 5 einer Pumpenbaugruppe 6 entlang einer Achse 7 geführt ist.
Die Hochdruckpumpe 1 weist außerdem eine Antriebswelle 8 auf, an der ein Nocken 9 vorgesehen ist. Der Nocken 9 kann hierbei auch als Mehrfachnocken oder als exzentrischer Abschnitt der Antriebswelle 8 ausgestaltet sein. Im Betrieb rotiert die Antriebswelle 8 mit dem Nocken 9 um eine Drehachse 10. Zwischen dem Pumpenkolben 5 der
Pumpenbaugruppe 6 und dem Nocken 9 besteht eine Wirkverbindung 1 1 , die durch den Doppelpfeil 1 1 veranschaulicht ist. Beispielsweise kann über einen Rollenschuh und eine in dem Rollenschuh gelagerte Rolle eine Betätigungskraft von dem Nocken 9 auf den
Pumpenkolben 5 übertragen werden. Eine Rückstellung des Pumpenkolbens 5 kann über eine geeignete Stößelfeder erfolgen.
Somit ist die Pumpenbaugruppe 6 von dem Nocken 9 der Antriebswelle 8 antreibbar. Je nach Ausgestaltung der Hochdruckpumpe 1 können auch weitere Pumpenbaugruppen von dem Nocken 9 angetrieben werden. Außerdem können an der Antriebswelle 8 auch weitere Nocken vorgesehen sein, die zum Antreiben weiterer Pumpenbaugruppen dienen. Je nach Ausgestaltung kann hierdurch eine als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltete Hochdruckpumpe 1 realisiert werden. Der Pumpenkolben 5 begrenzt in der Zylinderbohrung 4 einen Pumpenarbeitsraum 12. Zum Zuführen von Brennstoff dient ein Zulaufkanal 13, in den Brennstoff von einer
Vorförderpumpe gefördert wird. In dem Zulaufkanal 13 sind eine erste Drossel 14 und eine zweite Drossel 15 vorgesehen. Der Zulaufkanal 13 führt in einen Niederdruckraum 16, der durch eine Ausnehmung 17 in dem Zylinderkopf 2 gebildet ist.
Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Einlassventil 20 auf. Der Niederdruckraum 16 ist hierbei Teil des Einlassventils 20. Das Einlassventil 20 ist in den Zylinderkopf 2 integriert. Hierbei ist das Einlassventil 20 in der Ausnehmung 17 des Zylinderkopfes 2 angeordnet. Die Ausnehmung 17 wird hierbei von einer Verschlussschraube 21 verschlossen. Somit ist auch der Niederdruckraum 16 gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Die
Verschlussschraube 21 wirkt über einen Ventilteil 22 auf einen Ventilkörper 23 ein. Die Verschlussschraube 21 ist in den Zylinderkopf 2 eingeschraubt und presst hierdurch den Ventilkörper 23 gegen eine an dem Zylinderkopf 2 ausgebildete Anlagefläche 24. Die
Verschlussschraube 21 , der Ventilteil 22 und der Ventilkörper 23 des Einlassventils 20 sind hierdurch ortsfest fixiert. Außerdem sind die Verschlussschraube 21 und der Ventilteil 22 vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet. In dem Ventilkörper 23 ist ein Ventilstößel 25 geführt. Hierbei wirkt der Ventilstößel 25 mit einer an dem Ventilkörper 23 gebildeten Ventilsitzfläche 26 zu einem Dichtsitz zusammen. Eine Ventilfeder 27 beaufschlagt den Ventilstößel 25 hierbei gegen die Ventilsitzfläche 26. Die Ventilfeder 27 wirkt hierbei über ein Ventilelement 28 und eine Einstellscheibe 29 auf einen Anker 30 ein. Der Anker 30 ist als Tauchanker 30 ausgestaltet. Der Tauchanker 30 ist mit dem Ventilstößel 25 verbunden. Somit wird der Ventilstößel 25 von der Vorspannung der Ventilfeder 27 beaufschlagt. Der Ventilstößel 25, das Ventilelement 28, die
Einstellscheibe 29 und der Tauchanker 30 des Einlassventils 20 sind bewegbare Elemente, die beim Ansteuern des Einlassventils 20 zum Öffnen des Einlassventils 20 bewegt werden. Das Einlassventil 20 weist außerdem einen Magneten 31 mit einer Magnetspule 32 auf. Die Magnetspule 32 ist über elektrisch leitende Kontaktstifte 33, 34 mit Pins 35, 36 eines Steckers 37 elektrisch verbunden. Der Stecker 37 ermöglicht hierbei die Verbindung mit einem Steuergerät 38. Das Steuergerät 38 dient in diesem Ausführungsbeispiel als
Steuerung 38. Die Steuerung 38 kann auch in ein zentrales Steuergerät integriert sein. Das Steuergerät 38 ist mit einem Drehwinkelsensor 39 verbunden, der den momentanen Drehwinkel der Antriebswelle 8 erfasst und an das Steuergerät 38 ausgibt. Über den erfassten Drehwinkel besteht ein direkter Zusammenhang mit der momentanen Position des Pumpenkolbens 5. Speziell kann somit erfasst werden, ob sich der Pumpenkolben 5 an einem oberen Totpunkt befindet, an dem der Pumpenkolben einen maximalen Hub erfährt und der Pumpenarbeitsraum 12 ein minimales Volumen aufweist. Entsprechend kann erfasst werden, ob sich der Pumpenkolben 5 an einem unteren Totpunkt befindet, an dem der Pumpenkolben 5 einen minimalen Hub aufweist und das Volumen des
Pumpenarbeitsraums 12 maximal ist. Durch Bestromen der Magnetspule 32 wird ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld geht von dem Magneten 31 aus, wobei über die ferromagnetische Verschlussschraube 21 eine Verstärkung ermöglicht ist. Der Magnetkreis verläuft außerdem über den Ventilteil 22, den Tauchanker 30 und gegebenenfalls über weitere ferromagnetische Elemente zurück zu der Verschlussschraube 21. Hierbei ist zwischen dem Tauchanker 30 und dem Ventilteil 22 ein Spalt 40 vorgesehen. Der Spalt 40 ermöglicht zum einen die Verschiebbarkeit des
Tauchankers 30 und somit eine Verstellung des Ventilstößels 25 zum Betätigen des Einlassventils 20. Zum anderen verbleibt als Spalt 40 zumindest ein Restluftspalt, um im betätigten Zustand einen sogenannten magnetischen Klebeeffekt des Tauchankers 30 an dem Ventilteil 22 zu vermeiden. Speziell kann dabei beim Stromlosschalten der
Magnetspule 32 die Kraft der Ventilfeder 27 weitgehend verzögerungsfrei ein Schließen des Einlassventils 20 einleiten. Die maximale Größe des Spalts 40 ist durch die Summe aus einem gewünschten Arbeitsluftspalt und dem Restluftspalt vorgegeben. Eine Einstellung des Restluftspalts und des Arbeitsluftspalts ist durch eine geeignete Wahl des
Ventilelements 28 und der Einstellscheibe 29 ermöglicht. Speziell kann durch die Dicke der Einstellscheibe 29 der gewünschte Arbeitsluftspalt vorgegeben werden. Die Dicke der Einstellscheibe 29 gibt somit den Hub des Ventilstößels 25 vor. Bei unveränderter
Geometrie im Bereich der Ventilsitzfläche 26 kann dadurch der Öffnungsquerschnitt an der Ventilsitzfläche 26 verändert und somit auch der mögliche Durchfluss in den
Pumpenarbeitsraum 12 bei geöffnetem Dichtsitz eingestellt werden. Hierdurch ist in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall eine Anpassung des Einlassventils 20 möglich.
Durch Betätigen des Einlassventils 20 kann somit Brennstoff aus dem Niederdruckraum 16 in den Pumpenarbeitsraum 12 geführt werden. Die Betätigung des Einlassventils 20 erfolgt hierbei während eines Saughubs des Pumpenkolbens 5. Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 5 ist das Einlassventil 20 vorzugsweise geschlossen. Dadurch wird unter hohem Druck stehender Brennstoff über ein Auslassventil 41 , das als Richtungs- beziehungsweise Rückschlagventil 41 ausgestaltet sein kann, in eine Hochdruckleitung 42 gefördert. Die Hochdruckleitung 42 ist beispielsweise mit einer Brennstoffverteilerleiste verbunden.
Wenn das Einlassventil 20 etwa am oberen Totpunkt des Pumpenkolbens 5 geöffnet und am unteren Totpunkt des Pumpenkolbens 5 geschlossen wird, dann kann eine
Vollbefüllung des Pumpenarbeitsraum 12 erzielt werden. Allerdings kann das Einlassventil 20 von der Steuerung 38 unabhängig von dem Hub beziehungsweise der momentanen Stellung des Pumpenkolbens 5 während der Saugphase angesteuert werden. Hierdurch kann auch eine Teilbefüllung des Pumpenarbeitsraums 12 realisiert werden. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten, die gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können.
Eine Möglichkeit ist, dass die Ansteuerzeit des Einlassventils 20 so verkleinert wird, dass das Einlassventil 20 vor Erreichen des unteren Totpunkts des Pumpenkolbens 5 wieder geschlossen ist. Alternativ kann die Ansteuerzeit auch über das Erreichen des unteren Totpunkts hinaus verlängert werden. Das Einlassventil 20 wird dann erst nach dem
Erreichen des unteren Totpunkts des Pumpenkolbens 5 geschlossen, so dass ein Teil des Brennstoffs aus dem Pumpenarbeitsraum 12 während des Hubs des Pumpenkolbens 5 in Gegenrichtung durch das Einlassventil 20 zurückgefördert wird. Der andere Teil des Brennstoffs wird dann über die Hochdruckleitung 42 gefördert. Die insgesamt über die Hochdruckleitung 42 geförderte Menge des Brennstoffs pro Pumpenhub wird dadurch verringert.
Es ist anzumerken, dass hierbei keine Absteuerung des Brennstoffs zu einem Tank oder dergleichen erfolgt. Außerdem kann auf diese Weise gegebenenfalls ein Geräuschverhalten durch Dämpfung von Druckpulsationen verbessert werden. Eine Abstimmung ist hierbei über die Drosseln 14, 15 möglich.
Eine weitere Möglichkeit, um eine Teilbefüllung zu erzielen, besteht darin, dass das
Einlassventil nicht sofort nach dem Erreichen des oberen Totpunkts des Pumpenkolbens 5 geöffnet wird. Hierdurch wird ein gewisser Leerhub des Pumpenkolbens 5 erzielt, so dass der insgesamt in den Pumpenarbeitsraum 12 über den Öffnungsquerschnitt des geöffneten Dichtsitzes einströmende Brennstoff verringert ist. Hierbei können in vorteilhafter Weise durch eine oder mehrere dem Einlassventil vorgeschaltete Drosseln 14, 15 beziehungsweise Dämpfungsvolumina die
Druckschwingungen im Hinblick auf Amplitude und Frequenz und die Mengenregelung reduziert werden. Die Drosseln ermöglichen hierbei eine große Teilreflektion und eine geringe Dämpfung von Druck- und Verdünnungswellen. Dämpfungsvolumina ermöglichen eine geringere Teilreflektion und eine stärkere Dämpfung der Druck- und
Verdünnungswellen. Dies ist abhängig von der geometrischen Gestaltung des jeweiligen Dämpfungsvolumens. Durch das Öffnen und Schließen des Einlassventils 20 oder gegebenenfalls mehrerer entsprechend dem Einlassventil 20 ausgestalteter Einlassventile entstehen Druck- und Verdünnungswellen, die von den Einlassventilen zu einer
Förderpumpe, insbesondere einer Elektrokraftstoffpumpe laufen und dort reflektiert werden. Die reflektierten Wellen können unter anderem bei einem Öffnungsvorgang des
Einlassventils 20 wieder eintreffen und so die befüllte Masse im Pumpenarbeitsraum zusätzlich beeinflussen, was zu Förderschwankungen der Hochdruckpumpe führen kann. Mit Hilfe von Dämpfungsvolumina und Drosseln 14, 15 in dem Zulaufkanal 13 und deren Abstimmung können diese Druckwellen so weit reduziert werden, dass eine gleichmäßige Förderung der Hochdruckpumpe 1 innerhalb eines gewissen Toleranzbereichs
gewährleistet ist. Die Ausgestaltung und Dimensionierung hängt hierbei vom Einsatzgebiet der Hochdruckpumpe 1 und der Anbindung an die Vorförderpumpe ab. In vorteilhafter Weise kann somit ein Einlassventil 20 realisiert werden, das im stromlosen Zustand geschlossen ist. Dieses Einlassventil 20 ist in dem Zylinderkopf 2 integriert. Hierbei kann das Tauchankerprinzip ausgenutzt werden, so dass ein schnelles Öffnen und
Schließen des Einlassventils 20 erzielt werden kann. Ferner kann die Saugdrosselung in den Arbeitszylinder verlegt werden, in dem eine Luftausgasung bewusst genutzt wird. Die erforderliche Dynamik kann durch eine oder mehrere Verbindungsbohrungen gewährleistet werden. Über eine entsprechend hohe Federvorspannung der Ventilfeder 27 kann eine ausreichend hohe Schließdynamik erreicht werden. Die Kühlung des Magneten 31 mit der Magnetspule 32 kann durch die Umspülung des Brennstoffs erreicht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckpumpe (1 ), insbesondere Radial- oder Reihenkolbenpumpe für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem Zylinderkopf (2) und einer Pumpenbaugruppe (6), wobei der
Zylinderkopf (2) eine Zylinderbohrung (4) aufweist, in der ein Pumpenkolben (5) der
Pumpenbaugruppe (6) geführt ist, wobei der Pumpenkolben (5) in der Zylinderbohrung (4) einen Pumpenarbeitsraum (12) begrenzt, wobei ein in den Zylinderkopf (2) integriertes Einlassventil (20) vorgesehen ist, über das Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum (12) führbar ist, und wobei durch Ansteuern des Einlassventils (20) eine Zumessung des in den Pumpenarbeitsraum (12) geführten Brennstoffs ermöglicht ist.
2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einlassventil (20) als magnetisch ansteuerbares Einlassventil (20) ausgebildet ist.
3. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einlassventil (20) mittels einer in den Zylinderkopf (2) eingeschraubten
Verschlussschraube (21 ) an dem Zylinderkopf (2) fixiert ist und dass die
Verschlussschraube (21 ) aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist.
4. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Magnetspule (32) vorgesehen ist, dass durch Bestromen der Magnetspule (32) eine Ansteuerung des Einlassventils (20) ermöglicht ist und dass die Magnetspule (32) durch den über das Einlassventil (20) in den Pumpenarbeitsraum (12) führbaren Brennstoff kühlbar ist.
5. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einlassventil (20) einen Ventilkörper (23) und einen mit dem Ventilkörper (23) zu einem Dichtsitz zusammenwirkenden Ventilstößel (25) aufweist, wobei der Ventilstößel (25) an dem Zylinderkopf (2) anliegt, wobei ein magnetisch betätigbarer Tauchanker (30) vorgesehen ist und wobei der Tauchanker (30) zum Öffnen des zwischen dem Ventilkörper (23) und dem Ventilstößel (25) gebildeten Dichtsitzes bei der magnetischen Betätigung den Ventilstößel (25) mitnimmt.
6. Hochdruckpumpe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Einstellscheibe (29) vorgesehen ist, die zum Vorgeben eines Arbeitsluftspalts für den Tauchanker (30) dient.
7. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuerung (38) vorgesehen ist, die das Einlassventil (20) in Abhängigkeit von einer Bewegung des Pumpenkolbens (5) der Pumpenbaugruppe (6) ansteuert.
8. Hochdruckpumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (38) zum Reduzieren einer Befüllung des Pumpenarbeitsraums (12) der Pumpenbaugruppe (6)
a) die Ansteuerzeit an ihrem Ende so verkürzt, dass das Einlassventil (20) vor Erreichen eines unteren Totpunkts des Pumpenkolbens (5) geschlossen ist, oder
die Ansteuerzeit an ihrem Ende so verlängert, dass das Einlassventil (20) nach Erreichen eines unteren Totpunkts des Pumpenkolbens (5) geschlossen ist, und/oder
b) die Ansteuerzeit an ihrem Anfang so verkürzt, dass das Einlassventil (20) nach Erreichen eines oberen Totpunkts des Pumpenkolbens (5) geöffnet ist.
9. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einlassventil (20) einen Niederdruckraum (16) aufweist, der in einer Ausnehmung (17) des Zylinderkopfes (2), in der das Einlassventil (20) angeordnet ist, gebildet und von einer Verschlussschraube (21 ) des Einlassventils (20) verschlossen ist,
und/oder
dass ein Zulaufkanal (13), der in den Niederdruckraum (16) führt, vorgesehen ist, und dass in dem Zulaufkanal (13) zumindest eine Drossel (14, 15) und/oder zumindest ein
Dämpfungsvolumen angeordnet ist.
10. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (20) eine Schließfeder (27) aufweist und dass eine hohe Federvorspannung der Schließfeder (27) vorgegeben ist.
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