EP4377565B1 - Kraftstoff-hochdruckpumpe - Google Patents

Kraftstoff-hochdruckpumpe

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EP4377565B1
EP4377565B1 EP22732175.9A EP22732175A EP4377565B1 EP 4377565 B1 EP4377565 B1 EP 4377565B1 EP 22732175 A EP22732175 A EP 22732175A EP 4377565 B1 EP4377565 B1 EP 4377565B1
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EP
European Patent Office
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pressure
bore
valve
region
low
Prior art date
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EP22732175.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4377565A1 (de
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Thomas FROIHOFER
Rainer Kornhaas
Guido Bredenfeld
Stephan Wehr
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4377565A1 publication Critical patent/EP4377565A1/de
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Publication of EP4377565B1 publication Critical patent/EP4377565B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M59/46—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/005—Pressure relief valves

Definitions

  • a high-pressure fuel pump comprising an inlet for supplying fuel, an outlet for dispensing compressed fuel, a pump housing, a pumping chamber arranged in the pump housing, a pump piston movable along a longitudinal direction in the pump housing which delimits the pumping chamber, an inlet valve arranged between the inlet and the pumping chamber which opens towards the pumping chamber, an outlet valve arranged between the pumping chamber and the outlet which opens away from the pumping chamber, a high-pressure area which extends fluidically between the outlet valve and the outlet, a low-pressure area which extends fluidically between the inlet and the inlet valve, and a pressure relief valve which fluidically connects the high-pressure area with the low-pressure area and opens towards the low-pressure area, so that fuel flows from the high-pressure area into the low-pressure area when the pressure difference between fuel in the high-pressure area and fuel in the low-pressure area exceeds an opening pressure.
  • an outlet of the pressure relief valve is connected to a receiving chamber belonging to the low-pressure area of a pressure damper of the fuel high-pressure pump.
  • Another high-pressure fuel pump is from the US 2007/0286742 A1 known.
  • the invention is based on the inventors' observation that the solution known from the prior art leads to a potentially excessive This leads to mechanical stress on the pressure damper. Pressure pulsations from the high-pressure area pass through the pressure relief valve into the receiving chamber and act upon the pressure damper, which is actually designed only for low pressure. This causes wear and unwanted noise generation. Furthermore, the pressure damper's primary function of damping pressure pulsations originating in the low-pressure area of the high-pressure fuel pump is impaired.
  • the invention provides that the pressure limiting valve fluidically connects the high-pressure area with an inlet valve area of the low-pressure area and opens towards the inlet valve area, so that fuel flows from the high-pressure area into the inlet valve area when the pressure difference between fuel in the high-pressure area and fuel in the low-pressure area exceeds an opening pressure, wherein the inlet valve area of the low-pressure area is geometrically located between the inlet valve and an electromagnetic actuator of the high-pressure fuel pump which acts on the inlet valve via a plunger.
  • the electromagnetic actuator of the high-pressure fuel pump can be a component comprising an actuator housing that is fixed to the pump housing, in particular by being screwed, pressed, or welded to the pump housing.
  • the electromagnetic actuator can have a pump-mounted electrical coil and an electrical connection associated with it.
  • an armature that is displaceable according to the current applied to the coil and is mechanically coupled to a plunger can be provided.
  • the plunger is thus displaceable, in particular by the electromagnetic actuator, to open or close the inlet valve, especially perpendicular to the longitudinal direction of the high-pressure fuel pump.
  • the electromagnetic actuator can, for example, be designed such that it only advances the plunger into a position opening the inlet valve when the electrical coil is energized.
  • the electromagnetic actuator can, for example, be designed such that it only advances the plunger when... This allows it to retract, so that the inlet valve can close if necessary when the electrical coil is energized.
  • the outlet valve is fixed in an outlet valve bore of the pump housing and the pressure relief valve is fixed in a pressure relief valve bore of the pump housing.
  • outlet valve bore and the pressure relief valve bore are geometrically parallel to each other, this has the advantage that machining, for example cutting, of the pump housing to produce the pressure relief valve bore and the outlet valve bore is made easier, since the machining can be carried out in the same direction and thus, for example, even with the same tool and/or simultaneously.
  • this makes the installation of the high-pressure fuel pump easier, since the bores belonging to the pressure relief valve and the exhaust valve point in the same direction, and the pressure relief valve and the exhaust valve can therefore be installed in a simple way, for example with the same tool and/or simultaneously.
  • the outlet is designed as an outlet nozzle fixed to the pump housing.
  • the outlet nozzle has, in particular, a tubular shape and can, for example, be welded or bolted to the pump housing and furthermore include means by which a high-pressure line can be tightly attached to it, for example, a thread or the like.
  • an outlet space is formed between the pump housing and the outlet nozzle.
  • the outlet space can consist of, or encompass, the portion of the nozzle's interior facing the pump housing.
  • the outlet space can also include a recess in the pump body covered by the outlet nozzle, and in particular, it can consist of these two sub-spaces.
  • the outlet space can consist of the recess in the pump body covered by the outlet nozzle. consist.
  • outlet valve bore and the pressure relief valve bore originate from the outlet nozzle chamber. This reduces the number of parts comprising the high-pressure fuel pump and the number of sealing points required within the pump.
  • the outlet valve bore extends from the outlet nozzle chamber, but not the pressure relief valve bore.
  • This has the advantage that the cross-sectional area through which the fluid flows in the outlet nozzle chamber can be significantly reduced, and thus also the cross-section with which the outlet nozzle is attached to the pump body.
  • This improves the reliability and pressure resistance with which the outlet nozzle can be attached to the pump housing, because the cross-sectional area with which the outlet nozzle is attached to the pump body is proportional to the force acting on the nozzle when high-pressure fuel is being pumped.
  • the connection length along which the nozzle can be attached to the pump housing around its circumference is only proportional to the square root of the cross-sectional area with which the outlet nozzle is attached to the pump body.
  • the pressure relief valve bore is closed on its outlet side with a ball or a plug, with the outlet valve bore being connected to the pressure relief valve bore by a high-pressure connecting bore located in the high-pressure area.
  • the fluidic communication between the outlet and the pressure relief valve then takes place solely within the pump housing via the high-pressure connecting bore.
  • the pressure limiting valve bore is connected to the inlet valve area by means of a low-pressure connecting bore located in the low-pressure area.
  • the low-pressure connecting bore with a smaller cross-section than the pressure-relieving valve bore. This allows the low-pressure connecting bore to act as a throttle, and pressure pulsations from the high-pressure area will only reach the inlet valve area in a weakened form.
  • the low-pressure connection bore and the pressure relief valve bore may be angled relative to each other at an angle other than 0° in a projection along the longitudinal direction, and/or the low-pressure connection bore and the pressure relief valve bore may be angled relative to each other at an angle other than 0° in at least one projection perpendicular to the longitudinal direction. In these cases, more efficient use of the space available for internal contours within the pump housing or pump body is achieved.
  • the low-pressure connecting bore is angled in at least one projection perpendicular to the longitudinal direction at an angle other than 0° from the pressure limiting valve bore, such that the low-pressure connecting bore is directed towards the inlet valve with respect to the longitudinal direction and with respect to its direction from the pressure limiting valve bore to the inlet valve area.
  • the low-pressure connection bore and the pressure relief valve bore can be designed to be coaxial.
  • the two bores can then be created in a single drilling process, for example using a step drill.
  • a bore in particular, an outlet valve bore, a pressure relief valve bore, a low-pressure connecting bore, a high-pressure connecting bore, etc.
  • the bore thus has, in particular, axial symmetry, the axis of which corresponds to the axis of rotation of the twist drill. This axis of symmetry then indicates the direction in which the bore is oriented.
  • the bore can, in principle, be a through bore through the pump housing or pump body, or a blind bore that terminates at a borehole base located in the pump housing or pump body.
  • the exit of a bore is the side of the bore that is first created by machining when the drill penetrates the pump housing or pump body. In the case of blind bores, this is always the side opposite the borehole base.
  • the orifice of a bore is therefore the side of the bore opposite its exit, if the bore meets another internal contour of the pump housing or pump body there, or exits the pump housing or pump body.
  • the bores of the present invention are, in particular, free of undercuts when viewed from their exit.
  • the bore wall in a through bore is the inner contour represented by the through bore; in a blind bore, the bore wall is the part of the inner contour represented by the through bore that is not the bore bottom.
  • the high-pressure area is understood to be the entire space that communicates directly with the outlet, in particular without any further intermediate valves, so that a uniform pressure is established in the high-pressure area, for example 500 bar during operation of the pump.
  • the low-pressure area is understood to be the entire space that communicates directly with the inlet, in particular without any further intermediate valves, so that a uniform pressure is established in the low-pressure area during operation of the pump and For example, 5 bar for a low-pressure pump connected to the inlet.
  • the internal contours of the high-pressure fuel pump, through which fuel flows ultimately consist of the low-pressure area, the pumping chamber, and the high-pressure area. These areas are separated from each other by the inlet valve, the outlet valve, and the pressure relief valve.
  • the fuel could be, for example, a fuel such as gasoline.
  • this angle may be significantly different from 0°, for example, at least 2° or at least 5°. It may, for example, be an angle between 2° and 90°.
  • Figure 1 shows a simplified schematic representation of a fuel system 1 for an internal combustion engine (not shown).
  • fuel is supplied from a fuel tank 2 via a suction line 4 by means of a pre-supply pump 6 and a low-pressure line 8 to a high-pressure fuel pump 10, designed as a piston pump, via an inlet port 20.
  • An inlet valve 14 is fluidically located downstream of the inlet port 20.
  • a low-pressure section 28 of the high-pressure fuel pump 10 is located fluidically between the inlet port 20 and the inlet valve 14.
  • a delivery chamber 16 of the high-pressure fuel pump 10 is located downstream of the inlet valve 14. Pressure pulsations in the low-pressure section 28 can be dampened by means of a pressure damper device.
  • the inlet valve 14 can be forcibly opened by means of an actuating device designed here as an electromagnetic actuator 30. The actuating device, and thus the inlet valve 14, can be controlled by a control unit 32.
  • a pump piston 18 of the high-pressure fuel pump 10 can be moved up and down by means of a drive 36, in this case designed as a cam disk, along a longitudinal axis LA extending in the longitudinal direction, to which the pump piston 18 is axially symmetrical, which in the Figure 1 This is represented by a double arrow 40.
  • a drive 36 in this case designed as a cam disk
  • an outlet valve 37 is arranged, which can open towards the outlet port 35 and a high-pressure accumulator 45 ("rail") located further downstream. Consequently, a high-pressure area 29 of the high-pressure fuel pump 10 extends fluidically between the outlet valve 37 and the outlet port 35.
  • the high-pressure section 29 and the low-pressure section 28 are directly connected via a pressure relief valve 22, which opens when a limit pressure is exceeded in the high-pressure section 29 of the high-pressure fuel pump 10 or in the high-pressure accumulator 45 communicating with it.
  • the pressure relief valve 22 is designed as a spring-loaded check valve and can open towards the low-pressure section 28 of the high-pressure fuel pump 10. In this way, the pressure that can be generated by the high-pressure fuel pump 10 in the high-pressure accumulator 45 is limited.
  • Figure 2 The first embodiment of the invention shows a high-pressure fuel pump 10 in a sectional view.
  • the high-pressure fuel pump 10 has an inlet 11 designed as an inlet port 20. Without the interposition of valves, the inlet 11 communicates with the entire low-pressure area 28 of the high-pressure fuel pump 10.
  • the high-pressure fuel pump 10 has an outlet 34 designed as an outlet port 35. Without the interposition of valves, the outlet 34 communicates with the entire high-pressure section 29 of the high-pressure fuel pump 10.
  • the outlet nozzle 35 and the inlet nozzle 20 are fixed to a pump housing 12, in which a pumping chamber 16 is also arranged, which is bounded by a pump piston 18 which can be displaced along a longitudinal direction LA.
  • the low-pressure area 28 comprises a damper chamber 28a, which is connected to the inlet 11 via a fluidic connection not visible in this cross-section and which is formed between a pump body 12a of the pump housing 12 and a pump cover 12b of the pump housing 12.
  • a diaphragm damper 55 is arranged in the damper chamber 28a, which can have the shape of a flat and compressible can formed by two metal diaphragms.
  • the non-visible fluidic connection between the inlet 11 and the damper chamber 28a can, for example, include a filter bore in which a filter element is arranged that removes entrained solid particles above a minimum size from the fuel flowing through the filter bore.
  • a seal carrier 60 is attached to the lower section of the pump body 12a, and a staged chamber 28d is formed between the pump body 12a and the seal carrier 60.
  • the staged chamber 28d communicates with the damping chamber 28a via a through-hole through the pump body 12a, which is not visible in this cross-section, and is thus part of the low-pressure area 28.
  • the conveying chamber 16 is limited towards the low-pressure area 28 by an inlet valve 14, which opens towards the conveying chamber 16 when there is a corresponding pressure difference.
  • the inlet valve 14 can be forcibly opened by a plunger 31 driven by the actuator 30.
  • the actuator 30 has an actuator housing 30a fixed to the pump housing 12, in which an electromagnetic coil 30b is arranged, which can be energized via an externally accessible electrical connection 30c of the high-pressure fuel pump 10.
  • an inlet valve section 28c of the low-pressure section 28 is Geometrically positioned between the inlet valve 14 and the actuator 30 in the pump housing. It communicates with the damping section 28a via the bore 28f visible in this cross-section.
  • the pumping chamber 16 is delimited towards the high-pressure area 29 by an outlet valve 37, which opens away from the pumping chamber 16 when a corresponding pressure differential is reached.
  • it is arranged in an outlet valve bore 37a of the pump housing 12 or the pump body 12a. It has a movable valve element 37.1 that interacts with a sealing seat 37.4, which is formed on a sealing seat part 37.2 that is fixed to the pump upstream of the valve element 37.1. The movement of the valve element 37.1 in the downstream direction is limited by a counter plate 37.5 that is fixed to the pump.
  • the outlet valve bore 37a extends from an outlet port chamber 35a located between the outlet nozzle 35 and the pump housing 12 or the pump body 12a.
  • the pump piston 18 is designed as a stepped piston. It has a first section 18.1, facing the pumping chamber 16, with a larger diameter, and a second section 18.2, facing away from the pumping chamber, with a smaller diameter (relative to the diameter of the first section 18.1). A spacer is located between the first and second sections 18.1, 18.2. Figure 2 Vertical downward pointing ring step 18.3 formed.
  • a high-pressure seal 80 is arranged between the first section 18.1 and the pump housing 12, in which the pump piston 18 is slidable.
  • the high-pressure seal 80 seals the pumping chamber 16 against the low-pressure area 28.
  • the high-pressure seal 80 can be a separate sealing ring, e.g., made of metal or plastic, as in the WO 19 015 862 A1 the applicant explained in more detail.
  • the high-pressure seal 80 can also be a narrow gap extending over a certain length between the pump piston 18 and a bushing or between the pump piston 18 and the pump housing 12, for example as in the WO 06 069 819 A1 explained in more detail to the applicant.
  • a low-pressure seal 78 is arranged between the second section 18.2 and the seal carrier 60 mentioned above, separating the stage chamber 28d of the low-pressure area 28 from the chamber 100 located outside the high-pressure fuel pump 10.
  • the pump piston 18 is slidable within the low-pressure seal 78.
  • the pump piston 18 is moved into the space provided by a spring plate 19.1 fixed to the pump piston 18 and a pump spring 19.2 clamped between the spring plate 19.1 and the seal carrier 60.
  • Figure 2 Prestressed in the downward-pointing longitudinal direction LA.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a pressure relief valve 22 that fluidically connects the high-pressure area 29 with the low-pressure area 28 and opens towards the low-pressure area 28, so that fuel flows from the high-pressure area 29 into the low-pressure area 28 when the pressure difference between the fuel in the high-pressure area 29 and the fuel in the low-pressure area 28 exceeds an opening pressure.
  • the arrangement of the pressure relief valve 22 in the high-pressure fuel pump 10 according to the invention will now be described in more detail by way of example.
  • the pressure relief valve 22 is designed to fluidically connect the high-pressure area 29 with an inlet valve area 28c of the low-pressure area 28 and to open towards the inlet valve area 28c, so that fuel flows from the high-pressure area 29 into the inlet valve area 28c when the pressure difference between fuel in the high-pressure area 29 and fuel in the low-pressure area 28 exceeds an opening pressure, wherein the inlet valve area 28c of the low-pressure area 28 is geometrically located between the inlet valve 14 and an electromagnetic actuator 30 of the high-pressure fuel pump 10, which acts on the inlet valve 14 via a plunger 31.
  • the extent of the intake valve area 28c is in the Figure 2 This is exemplified by a rectangle bounded by a dashed line. It could, for instance, be a cylindrical space (e.g., based on a vertical circular cylinder) whose bases are oriented parallel to the longitudinal direction LA and are only as large as necessary to allow a projection perpendicular to the longitudinal axis (e.g., in the Figure 2 horizontal direction), in which these base surfaces enclose the projection of the inlet valve 14 and the projection of the connection between pump housing 12 and actuator housing 30a.
  • the height of the cylindrical space can be determined by the distance between the inlet valve 14 and the actuator 30 in the direction of this projection.
  • the pressure relief valve 22 is fixed in a pressure relief valve bore 22a of the pump housing 12, which is geometrically parallel to the outlet valve bore 37a.
  • the outlet 34 is designed as an outlet nozzle 35 fixed to the pump housing 12, and an outlet nozzle chamber 35a is formed between the pump housing 12 and the outlet nozzle 35, from which both the outlet valve bore 37a and the pressure limiting valve bore 22a extend.
  • the outlet nozzle 35 extends, in particular transversely to the flow direction, over the outlet of the pressure relief valve bore 22a and over the outlet of the outlet valve bore 37a, so that the pressure relief valve bore 22a and the outlet valve bore 37a communicate with each other via the outlet nozzle chamber 35a arranged between the pump housing 12 and the outlet nozzle 35.
  • the (outer) diameter with which the outlet nozzle 35 is fixed to the pump housing in this arrangement is relatively large, for example at least as large as the sum of the diameter of the pressure relief valve bore 22a and the diameter of the outlet valve bore 37a, in particular even at least as large as 1.2 times this sum.
  • the pressure relief valve bore 22a is provided to be connected to the inlet valve area 28c by a low-pressure connecting bore 28b located in the low-pressure area 28.
  • the cross-section of the low-pressure connecting bore 28b is smaller than the cross-section of the pressure relief valve bore 22a.
  • the cross-section of the pressure relief valve bore 22a can be smaller than the cross-section of the outlet valve bore 37a.
  • the low-pressure connecting bore 28b and the pressure-limiting valve bore 22a are angled away from each other in a projection along the longitudinal direction LA at an angle other than 0°, for example at least 20°.
  • the low-pressure connecting bore 28b and the pressure-limiting valve bore 22a are angled away from each other in at least one projection perpendicular to the longitudinal direction LA at an angle other than 0°, for example at least 20°.
  • this can be done by angled the low-pressure connecting bore 28b in at least one projection perpendicular to the longitudinal direction LA at an angle other than 0° from the pressure limiting valve bore 22a, such that the low-pressure connecting bore 28b is directed towards the inlet valve 14 with respect to the longitudinal direction LA and with respect to its direction from the pressure limiting valve bore 22a to the inlet valve area 28c.
  • the low-pressure connecting bore 28b and the pressure-relieving valve bore 22a are coaxial with each other.
  • the entirety of the two bores 22a, 28b can then also be considered a stepped bore, the larger diameter portion of which is formed by the pressure-relieving valve bore 22a and the smaller diameter portion of which is formed by the low-pressure connecting bore 28b.
  • the pressure relief valve 22 from the Figure 2 (it could also be the one in the Figure 4
  • the pressure relief valve 22 shown is in the Figure 3
  • the diagram is enlarged and illustrated as an example. It has a valve seat body 38 pressed into the pressure relief valve bore 22a or into a housing of the pressure relief valve 22, on which a conical valve seat 42 is formed.
  • the pressure relief valve 22 also has a valve element 44, which has the shape of a ball and which comes into sealing contact with the valve seat 42.
  • the valve element 44 is pressed in the closing direction by a retaining element 46, and the retaining element 46 is pressed in the closing direction by a coil spring 52.
  • the coil spring 52 is attached to a housing of the pressure relief valve 22 or directly to the The pump housing 12 is supported.
  • the coil spring 52 rests against a radially outer region 464 of the retaining element 46.
  • a radially inner region 465 of the retaining element 46 is accommodated by the coil spring 52.
  • the opening pressure of the pressure relief valve 22, and thus also the maximum pressure differential that the high-pressure fuel pump 10 is capable of generating between its inlet 11 and its outlet 34, is defined by the stiffness of the coil spring 52 and by the area effective on the pressure relief valve.
  • a second embodiment is described in the Figure 4
  • the embodiment is shown in part in a sectional view. It differs from the first embodiment in that only the outlet valve bore 37a, but not the pressure relief valve bore 22a, extends from the outlet nozzle chamber 35a. Instead, in this embodiment, the pressure relief valve bore 22a is closed on the side of its outlet 22aa with a ball 56 or a plug 57, which is pressed into the pressure relief valve bore 22a, and the outlet valve bore 37a is connected to the pressure relief valve bore 22a by a high-pressure connecting bore 29a located in the high-pressure area 29.
  • the high-pressure connecting bore 29a originates from the damping area 28a and is closed on its outlet side 29aa with a ball 56 pressed into it or a plug 57 pressed into it.
  • the outlet nozzle 34 can be made smaller than in the first embodiment; for example, the (outer) diameter with which the outlet nozzle 35 is fixed to the pump housing 12 in this arrangement can be smaller than the sum of the diameter of the pressure relief valve bore 22a and the diameter of the Outlet valve bore 37a, in particular even smaller than 0.9 times this sum.
  • the robustness of the connection of the outlet nozzle 35 to the pump housing 12 is increased in this way, because while the hydraulic forces acting on the outlet nozzle 35 are proportional to the cross-sectional area it covers, the connection length with which the outlet nozzle 35 is fixed to the pump housing 12 is only proportional to the perimeter of the cross-sectional area it covers, i.e., proportional to the square root of the cross-sectional area it covers.
  • the high-pressure connecting bore 29a can have a cross-section that is smaller than the respective cross-sections of the pressure-limiting valve bore 22a, the outlet valve bore 37a and the low-pressure connecting bore 28b, for example, each at most half the size.
  • the high-pressure connecting bore 29a can have a cross-section that is smaller than the respective cross-sections of the pressure-limiting valve bore 22a and the outlet valve bore 37a but larger than that of the low-pressure connecting bore 28b.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der EP 2 344 749 B1 der Anmelderin, ist bereits eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Einlass zur Zuführung von Kraftstoff, mit einem Auslass zur Ausgabe von verdichtetem Kraftstoff, mit einem Pumpengehäuse, einem im Pumpengehäuse angeordneten Förderraum, mit einem im Pumpengehäuse längs einer Längsrichtung verschiebbaren Pumpenkolben, der den Förderraum begrenzt, mit einem zwischen dem Einlass und dem Förderraum angeordneten Einlassventil, das zum Förderraum hin öffnet, mit einem zwischen dem Förderraum und dem Auslass angeordneten Auslassventil, das vom Förderraum weg öffnet, mit einem Hochdruckbereich, der fluidisch zwischen dem Auslassventil und dem Auslass erstreckt ist, mit einem Niederdruckbereich, der fluidisch zwischen dem Einlass und dem Einlassventil erstreckt ist, und mit einem Druckbegrenzungsventil, das den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich fluidisch verbindet und zum Niederdruckbereich hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich einen Öffnungsdruck überschreitet, bekannt.
  • Gemäß dem oben genannten Stand der Technik ist vorgesehen, dass ein Auslass des Druckbegrenzungsventils mit einem zum Niederdruckbereich gehörenden Aufnahmeraum eines Druckdämpfers der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbunden ist.
  • Eine weitere Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist aus der US 2007/0286742 A1 bekannt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht von der Beobachtung der Erfinder aus, dass die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zu einer potentiell übermäßigen mechanischen Belastung des Druckdämpfers führt. Indem Druckpulsationen aus dem Hochdruckbereich durch das Druckbegrenzungsventil hindurch in den Aufnahmeraum gelangen und dort auf den eigentlich lediglich für den Niederdruck ausgelegten Druckdämpfer beaufschlagen, kommt es an diesem zu Verschleiß und zu unerwünschter Schallbildung. Darüber hinaus wird die eigentliche Funktion des Druckdämpfers, Druckpulsationen zu dämpfen, deren Quelle im Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe liegen, beeinträchtigt.
  • Um die mit der Druckbegrenzungsfunktion der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einhergehende mechanische Belastung bzw. den Verschleiß und überdies die Schallbildung zu minimieren, ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil den Hochdruckbereich mit einem Einlassventilbereich des Niederdruckbereichs fluidisch verbindet und zum Einlassventilbereich hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Einlassventilbereich abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich einen Öffnungsdruck überschreitet, wobei sich der Einlassventilbereich des Niederdruckbereichs geometrisch zwischen dem Einlassventil und einem das Einlassventil über einen Stößel beaufschlagenden elektromagnetischen Aktor der Kraftstoff-Hochdruckpumpe befindet.
  • Bei dem elektromagnetischen Aktor der Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann es sich um eine Komponente handeln, die ein Aktorgehäuse aufweist, das am Pumpengehäuse fixiert ist, insbesondere mit dem Pumpengehäuse verschraubt, verpresst oder verschweißt ist. Der elektromagnetische Aktor kann eine pumpenfeste elektrische Spule aufweisen und einen mit dieser verbundenen elektrischen Anschluss aufweisen. Beispielsweise kann ein entsprechend der Bestromung der Spule verschieblicher Anker vorgesehen sein, der mit einem Stößel mechanisch gekoppelt ist. Der Stößel ist somit insbesondere durch den elektromagnetischen Aktor verschiebbar, um das Einlassventil zu öffnen bzw. zu schließen, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
  • Der elektromagnetischen Aktor kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass er den Stößel nur dann in eine das Einlassventil öffnende Position vorschiebt, wenn die elektrische Spule bestromt ist. Alternativ kann der elektromagnetische Aktor beispielsweise derart ausgeführt sein, dass er dem Stößel nur dann ermöglicht, sich zurückzuziehen, sodass das Einlassventil gegebenenfalls schließen kann, wenn die elektrische Spule bestromt ist.
  • Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Auslassventil in einer Auslassventilbohrung des Pumpengehäuses fixiert ist und dass das Druckbegrenzungsventil in einer Druckbegrenzungsventilbohrung des Pumpengehäuses fixiert ist.
  • Sind weiterhin die Auslassventilbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung zueinander geometrisch parallel orientiert, so hat dies zum einen den Vorteil, dass eine Bearbeitung, beispielsweise Zerspanung, des Pumpengehäuses zur Herstellung der Druckbegrenzungsventilbohrung und der Auslassventilbohrung erleichtert wird, da die Bearbeitung in die gleiche Richtung und somit beispielsweise sogar mit dem gleichen Werkzeug und/oder beispielsweise gleichzeitig, erfolgen kann.
  • Zum anderen wird hierdurch die Montage der Kraftstoff-Hochdruckpumpe erleichtert, da die dem Druckbegrenzungsventil und dem Auslassventil zugehörigen Bohrungen in die gleiche Richtung weisen und das Druckbegrenzungsventil und das Auslassventil somit in einfacher Weise, beispielsweise mit dem gleichen Werkzeug und/oder beispielsweise gleichzeitig eingebracht werden können.
  • In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Auslass als ein an dem Pumpengehäuse fixierter Auslassstutzen ausgebildet ist. Der Auslassstutzen hat insbesondere eine rohrartige Grundgestalt und kann beispielsweise an dem Pumpengehäuse verschweißt oder verschraubt sein und ferner seinerseits Mittel umfassen, mit denen an ihm eine Hochdruckleitung dicht befestigt werden kann, beispielsweise ein Gewinde oder dergleichen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Pumpengehäuse und dem Auslassstutzen ein Auslassstutzenraum ausgebildet ist. Der Auslassstutzenraum kann einerseits aus dem zu dem Pumpengehäuse weisenden Teil des Innenraums des Stutzens bestehen bzw. diesen umfassen. Der Auslassstutzenraum kann zusätzlich auch eine von dem Auslassstutzen abgedeckte Ausnehmung in dem Pumpenkörper umfassen, insbesondere aus diesen beiden Teilräumen bestehen. Alternativ kann der Auslassstutzenraum aus der von dem Auslassstutzen abgedeckten Ausnehmung in dem Pumpenkörper bestehen.
  • Es kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Auslassventilbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung beide von dem Auslassstutzenraum ausgehen. Dies vermindert die Anzahl der Teile aus denen die Kraftstoff-Hochdruckpumpe zusammengesetzt ist und die Anzahl der in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe erforderlichen Dichtstellen.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass lediglich die Auslassventilbohrung von dem Auslassstutzenraum ausgeht, nicht aber die Druckbegrenzungsventilbohrung. Das hat den Vorteil, dass ein durchströmter Querschnitt des Auslassstutzenraums wesentlich verkleinert werden kann und somit auch der Querschnitt, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist. Dies verbessert die Zuverlässigkeit bzw. Druckfestigkeit, mit der der Auslassstutzen an dem Pumpengehäuse befestigt werden kann, denn der Querschnitt mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist, verhält sich proportional zu der Kraft, die auf den Stutzen wirkt, wenn Kraftstoff, der unter Hochdruck steht, gefördert wird. Die Anbindungslänge, entlang der der Stutzen entlang seines Umfangs an dem Pumpengehäuse befestigt werden kann, ist hingegen lediglich proportional zur Wurzel aus dem Querschnitt, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist. Die mit der Maßnahme, dass lediglich die Auslassventilbohrung von dem Auslassstutzenraum ausgeht, nicht aber die Druckbegrenzungsventilbohrung, einhergehende Verkleinerung des Querschnitts, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist, vergrößert also das Verhältnis aus der Anbindungslänge, entlang der der Stutzen entlang seines Umfangs an dem Pumpengehäuse befestigt werden kann, zu dem Querschnitt, mit dem der Auslassstutzen an dem Pumpenkörper befestigt ist. Somit vermag die Befestigung des Auslassstutzens höheren Drücken des geförderten Kraftstoffs standzuhalten.
  • Es kann, beispielsweise in Weiterbildung hierzu, vorgesehen sein, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung auf der Seite ihres Ausgangs mit einer Kugel oder einem Stopfen verschlossen ist, wobei die Auslassventilbohrung mit der Druckbegrenzungsventilbohrung durch eine im Hochdruckbereich liegende Hochdruck-Verbindungsbohrung verbunden ist. Die fluidische Kommunikation zwischen Auslass und Druckbegrenzungsventil erfolgt dann durch die Hochdruck-Verbindungsbohrung lediglich im Inneren des Pumpengehäuses.
  • Gleichzeitig wird durch den Verschluss der Druckbegrenzungsventilbohrung durch eine Kugel oder einen Stopfen eine einfache und zuverlässige Dichtstelle realisiert.
  • Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung durch eine im Niederdruckbereich liegende Niederdruck-Verbindungsbohrung mit dem Einlassventilbereich verbunden ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Niederdruck-Verbindungsbohrung geringer ist als der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung. Dadurch wirkt die Niederdruck-Verbindungsbohrung als Drossel und Druckpulsationen aus dem Hochdruckbereich erreichen nur abgeschwächt den Einlassventilbereich.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung in einer Projektion längs der Längsrichtung unter einem von 0° verschiedenen Winkel voneinander abgewinkelt sind und/oder dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung in mindestens einer Projektion senkrecht zur Längsrichtung unter einem von 0° verschiedenen Winkel voneinander abgewinkelt sind. In diesen Fällen wird eine effizientere Nutzung des in dem Pumpengehäuse bzw. Pumpenkörper für Innenkonturen zur Verfügung stehenden Raums erreicht.
  • Die gleiche Wirkung wird durch eine Weiterbildung erzielt, gemäß der vorgesehen ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung in der mindestens einen Projektion senkrecht zur Längsrichtung derart unter einem von 0° verschiedenen Winkel von der Druckbegrenzungsventilbohrung abgewinkelt ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung hinsichtlich der Längsrichtung und hinsichtlich ihrer von der Druckbegrenzungsventilbohrung zu dem Einlassventilbereich weisenden Richtung auf das Einlassventil zu gerichtet ist.
  • Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung und die Druckbegrenzungsventilbohrung koaxial zueinander sind. Die beiden Bohrungen können dann durch einen einzigen Bohrprozess, beispielsweise mit einem Stufenbohrer, eingebracht werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Bohrung (insbesondere Auslassventilbohrung, Druckbegrenzungsventilbohrung, Niederdruck-Verbindungsbohrung, Hochdruck-Verbindungsbohrung, usw.) insbesondere eine Innenkontur des Pumpengehäuses bzw. des Pumpenkörpers verstanden, die durch einen rotierenden Spiralbohrer von außen zerspanend in das Pumpengehäuse bzw. den Pumpenkörper einbringbar ist. So weist die Bohrung insbesondere eine axiale Symmetrie auf, deren Symmetrieachse der Rotationsachse des Spiralbohrers entspricht. Diese Symmetrieachse gibt dann die Richtung an, in der die Bohrung orientiert ist. Es kann sich bei der Bohrung vorliegend grundsätzlich um eine Durchgangsbohrung durch das Pumpengehäuse bzw. den Pumpenkörper handeln oder um eine Sacklochbohrung handeln, die an einem im Pumpengehäuse bzw. im Pumpenkörper angeordneten Bohrungsgrund endet. Der Ausgang einer Bohrung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Seite der Bohrung, die beim Eindringen des Bohrers in das Pumpengehäuse bzw. den Pumpenkörper zuerst durch Zerspanung entsteht. Bei Sacklochbohrungen ist dies stets die dem Bohrungsgrund gegenüberliegende Seite. Die Mündung einer Bohrung ist demnach die dem Ausgang einer Bohrung gegenüberliegende Seite der Bohrung, falls die Bohrung dort auf eine weitere Innenkontur des Pumpengehäuses bzw. des Pumpenkörpers trifft oder aus dem Pumpengehäuse bzw. Pumpenkörper heraustritt. Die Bohrungen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere von ihrem Ausgang aus gesehen frei von Hinterschnitten.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Bohrungswand bei einer Durchgangsbohrung die durch die Durchgangsbohrung dargestellte Innenkontur; bei einer Sacklochbohrung ist die Bohrungswand der Teil der durch die Durchgangsbohrung dargestellten Innenkontur, der nicht der Bohrungsgrund ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Hochdruckbereich der gesamte Raum verstanden, der mit dem Auslass ohne weiteres, insbesondere ohne weitere zwischengeschaltete Ventile, kommuniziert, so dass sich im Hochdruckbereich ein einheitlicher Druck einstellt, im Betrieb der Pumpe zum Beispiel 500 bar.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Niederdruckbereich der gesamte Raum verstanden, der mit dem Einlass ohne weiteres, insbesondere ohne weitere zwischengeschaltete Ventile, kommuniziert, so dass sich im Niederdruckbereich ein einheitlicher Druck einstellt, im Betrieb der Pumpe und bei einer an den Einlass angeschlossenen Niederdruckpumpe zum Beispiel 5 bar.
  • Insbesondere bestehen die mit Kraftstoff durchströmten Innenkonturen der Kraftstoff-Hochdruckpumpe abschließend aus dem Niederdruckbereich, dem Förderraum und dem Hochdruckbereich. Diese Bereiche werden durch das Einlassventil, das Auslassventil und das Druckbegrenzungsventil voneinander getrennt.
  • Bei dem Kraftstoff kann es sich beispielsweise um einen Kraftstoff wie Benzin handeln.
  • Wo im Rahmen der Erfindung auf einen von 0° verschiedenen Winkel abgestellt wird, kann es sich um einen Winkel handeln, der signifikant von 0° verschieden ist, also beispielsweise mindestens 2° oder mindestens 5° beträgt. Es kann sich beispielsweise um einen Winkel zwischen 2° und 90° handeln.
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
    • Figur 1
    zeigt eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine.
    Figur 2
    zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Figur 3
    zeigt beispielhaft detailliert ein Druckbegrenzungsventil, wie es in den Ausführungsformen gemäß Figur 2 oder 4 verwendet werden kann.
    Figur 4
    zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Figur 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 1 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 2 wird im Betreib des Kraftstoffsystems 1 Kraftstoff über eine Saugleitung 4 mittels einer Vorförderpumpe 6 und einer Niederdruckleitung 8 über einen Einlassstutzen 20 einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zugeführt. Dem Einlassstutzen 20 ist ein Einlassventil 14 fluidisch nachgeordnet. Fluidisch zwischen dem Einlassstutzen 20 und dem Einlassventil 14 befindet sich ein Niederdruckbereich 28 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Stromabwärts des Einlassventils 14 befindet sich ein Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich 28 können mittels einer Druckdämpfervorrichtung gedämpft werden. Das Einlassventil 14 kann über eine hier als elektromagnetischer Aktor 30 ausgebildete Betätigungseinrichtung zwangsweise geöffnet werden. Die Betätigungseinrichtung und damit das Einlassventil 14 sind über eine Steuereinheit 32 ansteuerbar.
  • Ein Pumpenkolben 18 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 kann mittels eines vorliegend als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 36 entlang einer in Längsrichtung LA verlaufenden Längsachse, zu der der Pumpenkolben 18 axial symmetrisch ist, auf und ab bewegt werden, was in der Figur 1 durch einen Doppelpfeil 40 dargestellt ist. Fluidisch zwischen dem Förderraum 16 und einem Auslassstutzen 35 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ist ein Auslassventil 37 angeordnet, das zu dem Auslassstutzen 35 und einem weiter stromabwärts liegenden Hochdruckspeicher 45 ("Rail") hin öffnen kann. Fluidisch zwischen dem Auslassventil 37 und dem Auslassstutzen 35 ist infolgedessen ein Hochdruckbereich 29 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 erstreckt.
  • Über ein Druckbegrenzungsventil 22, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckbereich 29 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 bzw. in dem mit diesem kommunizierenden Hochdruckspeicher 45 öffnet, sind der Hochdruckbereich 29 und der Niederdruckbereich 28 unmittelbar miteinander verbunden. Das Druckbegrenzungsventil 22 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet und kann zum Niederdruckbereich 28 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 hin öffnen. Auf diese Weise ist der durch die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 im Hochdruckspeicher 45 erzeugbare Druck limitiert.
  • Figur 2 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 in einer Schnittdarstellung.
  • Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist einen als Einlassstutzen 20 ausgebildeten Einlass 11 auf. Ohne Zwischenschaltung von Ventilen kommuniziert der Einlass 11 mit dem gesamten Niederdruckbereich 28 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10.
  • Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist einen als Auslassstutzen 35 ausgebildeten Auslass 34 auf. Ohne Zwischenschaltung von Ventilen kommuniziert der Auslass 34 mit dem gesamten Hochdruckbereich 29 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10.
  • Der Auslassstutzen 35 und der Einlassstutzen 20 sind an einem Pumpengehäuse 12 fixiert, in dem auch ein Förderraum 16 angeordnet ist, der von einem längs einer Längsrichtung LA verschiebbaren Pumpenkolben 18 begrenzt wird.
  • Der Niederdruckbereich 28 umfasst einen Dämpferraum 28a, der über eine in diesem Querschnitt nicht sichtbare fluidische Verbindung mit dem Einlass 11 verbundenen ist und der zwischen einem Pumpenkörper 12a des Pumpengehäuses 12 und einem Pumpendeckel 12b des Pumpengehäuses 12 ausgebildet ist. In dem Dämpfungsraum 28a ist ein Membrandämpfer 55 angeordnet, der die Gestalt einer durch zwei Metallmembranen gebildeten flachen und komprimierbaren Dose haben kann.
  • Die nicht sichtbare fluidische Verbindung zwischen dem Einlass 11 und dem Dämpferraum 28a kann beispielsweise eine Filterbohrung umfassen, in der ein Filterelement angeordnet ist, das einen die Filterbohrung durchströmenden Kraftstoff von mitgeführten festen Partikeln oberhalb einer Mindestgröße befreit.
  • An dem in der Figur 2 unteren Abschnitt des Pumpenkörpers 12a ist ein Dichtungsträger 60 befestigt und zwischen dem Pumpenkörper 12a und dem Dichtungsträger 60 ist ein Stufenraum 28d ausgebildet. Der Stufenraum 28d kommuniziert über eine in diesem Querschnitt nicht sichtbare Durchgangsbohrung durch den Pumpenkörper 12a mit dem Dämpfungsraum 28a und ist somit Teil des Niederdruckbereichs 28.
  • Der Förderraum 16 wird zum Niederdruckbereich 28 hin durch ein Einlassventil 14 begrenzt, dass bei entsprechender Druckdifferenz zum Förderraum 16 hin öffnet.
  • Um die Fördermenge der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zu steuern, kann das Einlassventil 14 durch einen von dem Aktor 30 angetriebenen Stößel 31 zwangsweise geöffnet werden. Hierzu weist der Aktor 30 ein an dem Pumpengehäuse 12 fixiertes Aktorgehäuse 30a auf, in dem eine elektromagnetische Spule 30b angeordnet ist, die über einen von außen zugänglichen elektrischen Anschluss 30c der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 bestrombar ist.
  • Geometrisch zwischen dem Einlassventil 14 und dem Aktor 30 ist in dem Pumpengehäuse ein Einlassventilbereich 28c des Niederdruckbereichs 28 ausgebildet. Er kommuniziert über die in diesem Querschnitt sichtbare Bohrung 28f mit dem Dämpfungsbereich 28a.
  • Der Förderraum 16 wird zum Hochdruckbereich 29 hin durch ein Auslassventil 37 begrenzt, das bei entsprechender Druckdifferenz vom Förderraum 16 weg öffnet. In diesem Beispiel ist es in einer Auslassventilbohrung 37a des Pumpengehäuses 12 bzw. des Pumpenkörpers 12a angeordnet. Es weist ein bewegliches Ventilelement 37.1 auf, das mit einem Dichtsitz 37.4 zusammenwirkt, der an einem stromaufwärts des Ventilelements 37.1 pumpenfest angeordneten Dichtsitzteil 37.2 ausgebildet ist. Über eine pumpenfest angeordnete Gegenplatte 37.5 ist die Beweglichkeit des Ventilelements 37.1 in die stromabwärtige Richtung limitiert. Die Auslassventilbohrung 37a geht von einem zwischen dem Auslassstutzen 35 und dem Pumpengehäuse 12 bzw. dem Pumpenkörper 12a befindlichen Auslassstutzenraum 35a aus.
  • Der Pumpenkolben 18 ist als Stufenkolben ausgebildet. Er weist einen ersten, zum Förderraum 16 weisenden Abschnitt 18.1 mit größerem Durchmesser auf und einen zweiten, vom Förderraum weg weisenden Abschnitt 18.2 mit (relativ zum Durchmesser des ersten Abschnitts 18.1) kleinerem Durchmesser auf. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 18.1, 18.2 ist eine in der Figur 2 senkrecht nach unten weisende Ringstufe 18.3 ausgebildet.
  • Zwischen dem ersten Abschnitt 18.1 und dem Pumpengehäuse 12 ist eine Hochdruckdichtung 80 angeordnet, in der der Pumpenkolben 18 verschiebbar ist. Die Hochdruckdichtung 80 trennt den Förderraum 16 dichtend von dem Niederdruckbereich 28.
  • Bei der Hochdruckdichtung 80 kann es sich zum Beispiel um einen separaten Dichtring z.B. aus Metall oder Kunststoff handeln, beispielsweise wie in der WO 19 015 862 A1 der Anmelderin näher erläutert. Bei der Hochdruckdichtung 80 kann es sich anderseits auch um einen über eine gewisse Länge erstreckten engen Spalt zwischen dem Pumpenkolben 18 und einer Buchse oder zwischen dem Pumpenkolben 18 und dem Pumpengehäuse 12 handeln, beispielsweise wie in der WO 06 069 819 A1 der Anmelderin näher erläutert.
  • Zwischen dem zweiten Abschnitt 18.2 und dem oben bereits erwähnten Dichtungsträger 60 ist eine Niederdruckdichtung 78 angeordnet, die den Stufenraum 28d des Niederdruckbereichs 28 von dem Raum 100 trennt, der sich außerhalb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 befindet. In der Niederdruckdichtung 78 ist der Pumpenkolben 18 verschiebbar.
  • Über einen an dem Pumpenkolben 18 fixierten Federteller 19.1 und eine zwischen dem Federteller 19.1 und dem Dichtungsträger 60 eingespannte Pumpenfeder 19.2 ist der Pumpenkolben 18 in die in der Figur 2 nach unten weisende Längsrichtung LA vorgespannt.
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 weist ein Druckbegrenzungsventil 22 auf, das den Hochdruckbereich 29 mit dem Niederdruckbereich 28 fluidisch verbindet und zum Niederdruckbereich 28 hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 29 in den Niederdruckbereich 28 abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich 29 und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich 28 einen Öffnungsdruck überschreitet. Auf die Anordnung des Druckbegrenzungsventil 22 in der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 wird nun weiter exemplarisch eingegangen.
  • Dabei ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil 22 den Hochdruckbereich 29 mit einem Einlassventilbereich 28c des Niederdruckbereichs 28 fluidisch verbindet und zum Einlassventilbereich 28c hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 29 in den Einlassventilbereich 28c abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich 29 und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich 28 einen Öffnungsdruck überschreitet, wobei sich der Einlassventilbereich 28c des Niederdruckbereichs 28 geometrisch zwischen dem Einlassventil 14 und einem das Einlassventil 14 über einen Stößel 31 beaufschlagenden elektromagnetischen Aktor 30 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 befindet.
  • Die Erstreckung des Einlassventilbereichs 28c ist in der Figur 2 exemplarisch mittels eines gestrichelt begrenzten Rechtecks dargestellt. Es kann sich beispielsweise um einen zylindrischen Raumbereich handeln (z.B. basierend auf einem senkrechten Kreiszylinder), dessen Grundflächen parallel zur Längsrichtung LA orientiert sind und lediglich so groß sind, wie es erforderlich ist, damit eine Projektion senkrecht zur Längsachse existiert (z.B. in der in Figur 2 horizontalen Richtung), in der diese Grundflächen die Projektion des Einlassventils 14 und die Projektion der Verbindung zwischen Pumpengehäuse 12 und Aktorgehäuse 30a umschließen. Die Höhe des zylindrischen Raumbereichs kann durch den Abstand zwischen dem Einlassventil 14 und dem Aktor 30 in Richtung dieser Projektion gegeben sein.
  • Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 22 in einer Druckbegrenzungsventilbohrung 22a des Pumpengehäuses 12 fixiert, die zu der Auslassventilbohrung 37a geometrisch parallel ist.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Auslass 34 als ein an dem Pumpengehäuse 12 fixierter Auslassstutzen 35 ausgebildet und zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem Auslassstutzen 35 ist ein Auslassstutzenraum 35a ausgebildet, von dem sowohl die Auslassventilbohrung 37a als auch die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a ausgehen.
  • Der Auslassstutzen 35 erstreckt sich insbesondere quer zur Fließrichtung über den Ausgang der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und über den Ausgang der Auslassventilbohrung 37a hinweg, sodass die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und die Auslassventilbohrung 37a über den zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem Auslassstutzen 35 angeordneten Auslassstutzenraum 35a miteinander kommunizieren.
  • Ein (Außen-)Durchmesser, mit dem der Auslassstutzen 35 in dieser Anordnung an dem Pumpengehäuse fixiert ist, ist dabei relativ groß, beispielsweise mindestens so groß wie die Summe aus dem Durchmesser der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und dem Durchmesser der Auslassventilbohrung 37a, insbesondere sogar mindestens so groß wie das 1,2-fache dieser Summe.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a durch eine im Niederdruckbereich 28 liegende Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b mit dem Einlassventilbereich 28c verbunden ist. Dabei ist in diesem Beispiel der Querschnitt der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b geringer als der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a.
  • Der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a kann geringer sein als der Querschnitt der Auslassventilbohrung 37a.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a in einer Projektion längs der Längsrichtung LA unter einem von 0° verschiedenen Winkel, beispielsweise unter mindestens 20°, voneinander abgewinkelt sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a in mindestens einer Projektion senkrecht zur Längsrichtung LA unter einem von 0° verschiedenen Winkel, beispielsweise unter mindestens 20°, voneinander abgewinkelt sind.
  • In diesem Ausführbeispiel kann dies derart erfolgen, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b in der mindestens einen Projektion senkrecht zur Längsrichtung LA derart unter einem von 0° verschiedenen Winkel von der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a abgewinkelt ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b hinsichtlich der Längsrichtung LA und hinsichtlich ihrer von der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a zu dem Einlassventilbereich 28c weisenden Richtung auf das Einlassventil 14 zu gerichtet ist.
  • Alternativ dazu kann, wie in der Figur 2 dargestellt, vorgesehen sein, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a koaxial zueinander sind. Die Gesamtheit der beiden Bohrungen 22a, 28b kann dann auch als eine Stufenbohrung aufgefasst werden, deren Teil mit größerem Durchmesser von der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a gebildet wird und deren Teil mit kleinerem Durchmesser von der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b gebildet wird.
  • Das Druckbegrenzungsventil 22 aus der Figur 2 (es kann sich gleichzeitig auch um das in der Figur 4 gezeigte Druckbegrenzungsventil 22 handeln) ist in der Figur 3 vergrößert und beispielhaft dargestellt. Es weist einen in die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a oder in ein Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 22 eingepressten Ventilsitzkörper 38 auf, an dem ein kegeliger Ventilsitz 42 ausgebildet ist. Das Druckbegrenzungsventil 22 weist ferner ein Ventilelement 44 auf, das die Form einer Kugel hat und das an dem Ventilsitz 42 zur dichtenden Anlage kommt. Das Ventilelement 44 wird von einem Haltelement 46 in Schließrichtung gedrückt und das Halteelement 46 wird von einer Spiralfeder 52 in Schließrichtung gedrückt. Die Spiralfeder 52 ist an einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 22 oder unmittelbar an dem Pumpengehäuse 12 abgestützt. Dabei liegt die Spiralfeder 52 an einem radial äußeren Bereich 464 des Haltelements 46 an. Ein radial innerer Bereich 465 des Haltelements 46 wird von der Spiralfeder 52 aufgenommen. Über die Steifigkeit der Spiralfeder 52 und über die an dem Druckbegrenzungsventil wirksame Fläche ist der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventil 22 definiert und damit zugleich die maximale Druckdifferenz, die die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 zwischen ihrem Einlass 11 und ihrem Auslass 34 zu erzeugen vermag.
  • Nochmals mit Hinblick auf das erste Ausführbeispiel und auf die koaxiale Anordnung von Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und Druckbegrenzungsventilbohrung 22a (siehe Figur 2), kann vorgesehen sein, dass die Spiralfeder 52 an einem zwischen der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a ausgebildeten, zur Druckbegrenzungsventilbohrung 22a hin weisenden Ringstufe 22.2 abgestützt ist.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in der Figur 4 ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung gezeigt. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass lediglich die Auslassventilbohrung 37a, aber nicht die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a, von dem Auslassstutzenraum 35a ausgehen. Stattdessen ist in diesem Ausführbeispiel vorgesehen, dass die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a auf der Seite ihres Ausgangs 22aa mit einer insbesondere in die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a eingepressten Kugel 56 oder einem insbesondere in die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a eingepressten Stopfen 57 verschlossen ist, wobei die Auslassventilbohrung 37a mit der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a durch eine im Hochdruckbereich 29 liegende Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a verbunden ist.
  • Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a von dem Dämpfungsbereich 28a ausgeht und auf ihrer Ausgangsseite 29aa mit einer in sie eingepressten Kugel 56 oder einem in sie eingepressten Stopfen 57 verschlossen ist.
  • Der Auslassstutzen 34 kann kleiner als im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, beispielsweise kann ein (Außen-)Durchmesser, mit dem der Auslassstutzen 35 in dieser Anordnung an dem Pumpengehäuse 12 fixiert ist kleiner sein als die Summe aus dem Durchmesser der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und dem Durchmesser der Auslassventilbohrung 37a, insbesondere sogar kleiner als das 0,9-fache dieser Summe. Die Robustheit der Anbindung des Auslassstutzens 35 an dem Pumpengehäuse 12 ist auf diese Weise erhöht, denn während die auf den Auslassstutzen 35 wirkenden hydraulischen Kräfte proportional zu der von ihm bedeckten Querschnittsfläche sind, ist die Anbindungslänge, mit der der Auslassstutzens 35 an dem Pumpengehäuse 12 fixiert ist, nur proportional zum Umfang der von ihm bedeckten Querschnittsfläche, also proportional zu der Quadratwurzel der von ihm bedeckten Querschnittsfläche.
  • Das im ersten Ausführungsbeispiel mit Hinblick auf die Druckbegrenzungsventilbohrung 22a, die Auslassventilbohrung 37a und die Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b und auf die Relationen zwischen diesen Bohrungen Gesagte, ist auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel gültig.
  • Die Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a kann einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als die jeweiligen Querschnitte der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a, der Auslassventilbohrung 37a und der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b, beispielsweise jeweils höchstens halb so groß.
  • Alternativ kann die Hochdruck-Verbindungsbohrung 29a einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als die jeweiligen Querschnitte der Druckbegrenzungsventilbohrung 22a und der Auslassventilbohrung 37a aber größer ist als der der Niederdruck-Verbindungsbohrung 28b.

Claims (12)

  1. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einem Einlass (11) zur Zuführung von Kraftstoff, mit einem Auslass (34) zur Ausgabe von verdichtetem Kraftstoff, mit einem Pumpengehäuse (12), einem im Pumpengehäuse (12) angeordneten Förderraum (16), mit einem im Pumpengehäuse (12) längs einer Längsrichtung (LA) verschiebbaren Pumpenkolben (18), der den Förderraum (16) begrenzt, mit einem zwischen dem Einlass (11) und dem Förderraum (16) angeordneten Einlassventil (14), das zum Förderraum (16) hin öffnet, mit einem zwischen dem Förderraum (16) und dem Auslass (34) angeordneten Auslassventil (37), das vom Förderraum (16) weg öffnet, mit einem Hochdruckbereich (29), der fluidisch zwischen dem Auslassventil (20) und dem Auslass (34) erstreckt ist, mit einem Niederdruckbereich (28), der fluidisch zwischen dem Einlass (11) und dem Einlassventil (14) erstreckt ist, und mit einem Druckbegrenzungsventil (22), das den Hochdruckbereich (29) mit dem Niederdruckbereich (28) fluidisch verbindet und zum Niederdruckbereich (28) hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich (29) in den Niederdruckbereich (28) abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich (29) und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich (28) einen Öffnungsdruck überschreitet, wobei das Druckbegrenzungsventil (22) den Hochdruckbereich (29) mit einem Einlassventilbereich (28c) des Niederdruckbereichs (28) fluidisch verbindet und zum Einlassventilbereich (28c) hin öffnet, sodass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich (29) in den Einlassventilbereich (28c) abströmt, wenn die Druckdifferenz zwischen Kraftstoff in dem Hochdruckbereich (29) und Kraftstoff in dem Niederdruckbereich (28) einen Öffnungsdruck überschreitet, wobei sich der Einlassventilbereich (28c) des Niederdruckbereichs (28) geometrisch zwischen dem Einlassventil (14) und einem das Einlassventil (14) über einen Stößel (31) beaufschlagenden elektromagnetischen Aktor (30) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) befindet, wobei das Auslassventil (37) in einer Auslassventilbohrung (37a) des Pumpengehäuses (12) fixiert ist und wobei das Druckbegrenzungsventil (22) in einer Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) des Pumpengehäuses (12) fixiert ist, wobei die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) durch eine im Niederdruckbereich (28) liegende Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) mit dem Einlassventilbereich (28c) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) von der Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) bis zu dem Einlassventilbereich (28c) erstreckt.
  2. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei der elektromagnetische Aktor (30) ein Aktorgehäuse (30a) aufweist, das am Pumpengehäuse (12) fixiert ist, insbesondere mit dem Pumpengehäuse (12) verschraubt, verpresst oder verschweißt ist, eine elektrische Spule (30b) aufweist und einen mit dieser verbundenen elektrischen Anschluss (30c) aufweist und den Stößel (31) senkrecht zur Längsrichtung (LA) zu verschieben vermag, um das Einlassventil (14) zu öffnen bzw. zu schließen.
  3. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auslassventilbohrung (37a) und die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) zueinander geometrisch parallel orientiert sind.
  4. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Auslass (34) als ein an dem Pumpengehäuse (12) fixierter Auslassstutzen (35) ausgebildet ist und zwischen dem Pumpengehäuse (12) und dem Auslassstutzen (35) ein Auslassstutzenraum (35a) ausgebildet ist, wobei die Auslassventilbohrung (37a) und die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) beide von dem Auslassstutzenraum (35a) ausgehen.
  5. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei der Auslass (34) als ein an dem Pumpengehäuse fixierter Auslassstutzen (35) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Pumpengehäuse (12) und dem Auslassstutzen (35) ein Auslassstutzenraum (35a) ausgebildet ist, wobei die Auslassventilbohrung (37a) von dem Auslassstutzenraum (35a) ausgeht und die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) nicht von dem Auslassstutzenraum (35a) ausgeht, wobei die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) auf der Seite ihres Ausgangs (22aa) mit einer Kugel (56) oder einem Stopfen (57) verschlossen ist und wobei die Auslassventilbohrung (37a) mit der Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) durch eine im Hochdruckbereich (29) liegende Hochdruck-Verbindungsbohrung (29a) verbunden ist.
  6. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 5, wobei das Pumpengehäuse (12) einen Pumpenkörper (12a) und einen Pumpendeckel (12b) umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei von dem Pumpenkörper (12a) und dem Pumpendeckel (12b) ein zu dem Niederdruckbereich (28) gehöriger Dämpfungsbereich (28a) begrenzt wird, in dem zumindest ein Membrandämpfer (55) angeordnet ist, wobei die Hochdruck-Verbindungsbohrung (29a) von dem Dämpfungsbereich (28a) ausgeht und auf ihrer Ausgangsseite (29aa) mit einer Kugel (56) oder einem Stopfen (57) verschlossen ist.
  7. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Querschnitt der Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) geringer ist als der Querschnitt der Druckbegrenzungsventilbohrung (22a).
  8. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) und die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) in einer Projektion längs der Längsrichtung (LA) unter einem von 0° verschiedenen Winkel voneinander abgewinkelt sind.
  9. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) und die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) in mindestens einer Projektion senkrecht zur Längsrichtung (LA) unter einem von 0° verschiedenen Winkel voneinander abgewinkelt sind.
  10. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 9, wobei die Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) in der mindestens einen Projektion senkrecht zur Längsrichtung (LA) derart unter einem von 0° verschiedenen Winkel von der Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) abgewinkelt ist, dass die Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) hinsichtlich der Längsrichtung (LA) und hinsichtlich ihrer von der Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) zu dem Einlassventilbereich (28c) weisenden Richtung auf das Einlassventil (14) zu gerichtet ist.
  11. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Niederdruck-Verbindungsbohrung (28b) und die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) koaxial zueinander sind.
  12. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Druckbegrenzungsventil (22) einen in die Druckbegrenzungsventilbohrung (22a) oder in ein Gehäuse des Druckbegrenzungsventils (22) eingepressten Ventilsitzkörper (38) aufweist, an dem ein kegeliger Ventilsitz (42) ausgebildet ist, wobei das Druckbegrenzungsventil (22) ein Ventilelement (44) aufweist, das die Form einer Kugel hat und das an dem Ventilsitz (42) zur dichtenden Anlage kommt, wobei das Ventilelement (44) von einem Haltelement (46) in Schließrichtung gedrückt wird, wobei das Halteelement (46) von einer Spiralfeder (52) in Schließrichtung gedrückt wird, wobei die Spiralfeder (52) an einem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils (22) oder an dem Pumpengehäuse (12) abgestützt ist, wobei die Spiralfeder (52) an einem radial äußeren Bereich (464) des Haltelements (46) anliegt, wobei die Spiralfeder (46) einen radial inneren Bereich (465) des Haltelements (46) aufnimmt.
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