WO2009037100A1 - Kraftstoffpumpe, insbesondere für ein kraftstoffsystem einer kolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffpumpe, insbesondere für ein kraftstoffsystem einer kolben-brennkraftmaschine Download PDF

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Manfred Fink
Armin Merz
Josef Guentert
Jan Grebe
Robert Reitsam
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Robert Bosch Gmbh
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    • F05C2253/22—Reinforcements

Definitions

  • Fuel pump in particular for a fuel system of a piston internal combustion engine
  • the invention relates to a fuel pump, in particular for a fuel system of a piston internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • a high-pressure fuel system From the market are known internal combustion engines, such as diesel or gasoline piston engines, with a high-pressure fuel system.
  • the latter in turn comprises a high-pressure fuel pump, with which the fuel is sucked from a fuel tank and fed under high pressure to one or more injectors.
  • high-pressure fuel pumps usually piston pumps are used, the low pressure side, for example, have a gear pump or a vane pump or are supplied by such.
  • At least one of the moving parts in operation for example, gears (in the case of a gear pump) or a rotor (in the case of a vane pump) laterally against a housing portion of the fuel pump, so that they are in operation at this
  • housing of the known high-pressure fuel pumps are partially made of aluminum.
  • these housing regions which are also referred to as “contact surfaces”, are made of steel or gray cast iron, for example.
  • the object of the invention is to provide a high-pressure fuel pump, which has a long service life at low cost and low space requirement.
  • the coating provided according to the invention is extremely resistant to wear and is therefore very well suited as a running surface, in particular of rotating parts, for example of gears or rotors of corresponding pump types.
  • a separate tread for example, steel or cast iron or the like, for example, aluminum / nickel or anodized aluminum
  • the production is simplified, resulting in a cost savings.
  • Due to the omission of a washer made of steel or gray cast iron as a tread the space requirement is also reduced, the high-pressure fuel pump thus has relatively small dimensions. If the plastic coating is applied directly to the housing area, without the use of a coated washer as the running surface for the moving part, there is no need for a sealing surface to the outside, which simplifies the construction, reduces costs and increases the operational reliability.
  • the plastic is a thermoplastic, in particular a polyetheretherketone.
  • a thermoplastic in particular a polyetheretherketone.
  • Such a material is particularly resistant to wear and therefore ensures a long service life of the high-pressure fuel pump.
  • thermoplastic is reinforced by fibers, in particular carbon fibers.
  • the material of at least the housing region on which the coating is applied may comprise aluminum or be aluminum.
  • Aluminum is relatively easy to work, which reduces the manufacturing costs. It also has a low weight, whereby the weight of the high-pressure fuel pump is low.
  • the fuel high-pressure pump according to the invention in which a region of the coating is designed as a sealing region which cooperates with another region of the housing.
  • the plastic coating provided according to the invention fulfills a double function in such a case: In addition to the wear-reducing function, it also fulfills a sealing function.
  • a separate seal for example by an O-ring, including the associated machining in
  • the sealing region may comprise a peripheral sealing bead or a circumferential sealing lip.
  • Such embodiments are easy to produce with conventional plastics, in particular with thermoplastics, and ensure reliable sealing even of high pressure differences.
  • a simple production of the coating made of plastic may consist in that the coating is melted onto the housing area.
  • the housing region, to which the coating is applied comprises a comparatively thin carrier sheet, which is fastened to another housing region, preferably glued thereto. This allows for specific applications, depending on the sometimes complex geometry of the housing area and / or the area to be sealed, an individual and reliable implementation of the construction.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel system of a piston
  • Figure 2 is a perspective view of a portion of the high pressure fuel pump of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic section through the area shown in FIG. 2;
  • Figure 4 is a view similar to Figure 3 of an alternative embodiment.
  • a fuel system for a piston internal combustion engine bears the reference numeral 10 as a whole. It comprises a fuel tank 12, from which a high-pressure fuel pump 14 delivers the fuel into a high-pressure fuel reservoir 16 ("rail"). To the rail 16, a plurality of injectors 18 are connected, which inject the fuel directly into them associated combustion chambers (not shown) of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump 14 includes a gear pump 15 on the low-pressure side.
  • the high-pressure fuel pump may also include a vane pump or any other suitable type of pump on the low-pressure side.
  • the fuel high pressure pump 14 including the low pressure side gear pump 15 is directly and mechanically driven by the engine.
  • the low-pressure side gear pump may also have a separate drive, such as an electric motor.
  • the housing 20 is made of aluminum.
  • a housing portion 22 is machined as a flat surface.
  • the housing portion 22 serves as a running surface for two gears 24 and 26, which during operation of the high-pressure fuel pump 14th R.319189 5
  • the gears 24 and 26 are thus parts which move during operation and at least indirectly abut against the flat housing region 22.
  • a coating made of a plastic namely a thermoplastic
  • This coating is shown in cross-hatched in Figure 2, it bears the reference numeral 28.
  • the coating 28 is applied to the housing portion 22 on its side facing the two gears 24 and 26 side, the two gears 24 and 26 are thus applied to the coating 28 .
  • a polyether ether ketone could be used as the material for the coating 28 .
  • the coating 28 is melted onto the housing region 22.
  • the coating may additionally be reinforced by fibers, in particular carbon fibers.
  • the coating 28 is outside the tread of the two
  • Gears 24 and 26 has a circumferential sealing bead 30, which forms a sealing area, which cooperates with a lid 32 formed as another area of the housing 20.
  • the cover 32 is screwed to the housing portion 22, which is compressed during assembly of the sealing bead 30 and thereby the area located radially inwardly of the sealing bead 30 is sealed to the outside.
  • the housing region 22, on which the coating 28 is applied comprises a comparatively thin carrier sheet 34, which is glued to a residual housing 36 of the high-pressure fuel pump 14.

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Abstract

Eine Kraftstoffpumpe (15) umfasst ein Gehäuse (20) und ein sich im Betrieb bewegendes Teil (24, 26), welches zumindest mittelbar an einem Gehäusebereich (22) anliegt. Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffpumpe (15) eine Beschichtung (28) umfasst, die auf dem Gehäusebereich (22) auf seiner zum sich bewegenden Teil (24, 26) gewandten Seite aufgebracht ist, und dass die Beschichtung (28) einen Kunststoff umfasst.

Description

R.319189
Beschreibung
Titel
Kraftstoffpumpe, insbesondere für ein Kraftstoffsystem einer Kolben-Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere für ein Kraftstoffsystem einer Kolben- Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vom Markt her bekannt sind Brennkraftmaschinen, beispielsweise Diesel- oder Benzin- Kolbenmotoren, mit einem Hochdruck-Kraftstoffsystem. Letzteres wiederum umfasst eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, mit der der Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter angesaugt und unter hohem Druck einem oder mehreren Injektoren zugeführt wird. Als Kraftstoff- Hochdruckpumpen kommen in der Regel Kolbenpumpen zum Einsatz, die niederdruckseitig beispielsweise eine Zahnradpumpe oder eine Flügelzellenpumpe aufweisen oder von einer solchen versorgt werden.
Bei derartigen Pumpen liegt zumindest eines der sich im Betrieb bewegenden Teile, beispielsweise Zahnräder (im Falle einer Zahnradpumpe) bzw. ein Rotor (im Falle einer Flügelzellenpumpe) seitlich an einem Gehäusebereich der Kraftstoffpumpe an, so dass sie im Betrieb an diesem
Gehäusebereich entlanggleiten. Aus Gewichtsgründen sind die Gehäuse der bekannten Kraftstoff- Hochdruckpumpen teilweise aus Aluminium hergestellt. Um eine ausreichende Verschleißfestigkeit jenes Gehäusebereichs zu gewährleisten, an dem die sich im Betrieb bewegenden Teile entlanggleiten, sind diese auch als "Anlaufflächen" bezeichneten Gehäusebereiche beispielsweise aus Stahl oder Grauguss hergestellt.
Offenbarung der Erfindung R.319189 2
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe zu schaffen, welche eine lange Lebensdauer bei geringen Kosten und einem geringen Bauraumbedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Die Merkmale können dabei für die Erfindung sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen wichtig sein, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Beschichtung ist äußerst verschleißfest und eignet sich daher sehr gut als Lauffläche insbesondere von drehenden Teilen, beispielsweise von Zahnrädern oder Rotoren entsprechender Pumpentypen. Durch den Wegfall einer gesonderten Lauffläche beispielsweise aus Stahl oder Grauguss oder ähnlichem, beispielsweise Aluminium/Nickel oder eloxiertem Aluminium wird die Fertigung vereinfacht, was zu einer Kostenersparnis führt. Durch den Entfall einer Zwischenscheibe aus Stahl oder Grauguss als Lauffläche wird darüber hinaus der Bauraumbedarf verringert, die Kraftstoff-Hochdruckpumpe hat also vergleichsweise kleine Abmessungen. Wird die Beschichtung aus Kunststoff direkt auf den Gehäusebereich aufgebracht, ohne die Verwendung einer beschichteten Zwischenscheibe als Lauffläche für das bewegte Teil, entfällt darüber hinaus eine Dichtfläche nach außen, was die Konstruktion vereinfacht, Kosten senkt und die Betriebszuverlässigkeit erhöht.
Eine erste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kunststoff ein Thermoplast, insbesondere ein Polyetheretherketon ist. Ein solches Material ist besonders verschleißfest und sorgt daher für eine hohe Lebensdauer der Kraftstoff-Hochdruckpumpe.
Dieser Vorteil kann nochmals verstärkt werden, wenn der Thermoplast durch Fasern, insbesondere Karbonfasern verstärkt ist.
Das Material mindestens jenes Gehäusebereichs, auf dem die Beschichtung aufgebracht ist, kann Aluminium umfassen oder Aluminium sein. Aluminium ist vergleichsweise einfach bearbeitbar, was die Herstellkosten senkt. Es hat darüber hinaus ein geringes Gewicht, wodurch das Gewicht der Kraftstoff-Hochdruckpumpe niedrig ist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene R.319189 3
Beschichtung aus Kunststoff wird dennoch der Verschleiß gering gehalten und eine hohe Lebensdauer einer weitestgehend aus Aluminium hergestellten Kraftstoff-Hochdruckpumpe gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist jene Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe, bei welcher ein Bereich der Beschichtung als Dichtbereich ausgebildet ist, der mit einem anderen Bereich des Gehäuses zusammenarbeitet. Die erfindungsgemäß vorgesehene Beschichtung aus Kunststoff erfüllt in einem solchen Falle eine Doppelfunktion: Neben der verschleißmindernden Funktion erfüllt sie noch eine Dichtungsfunktion. Eine separate Abdichtung, beispielsweise durch einen O-Ring, einschließlich der damit zusammenhängenden spanabhebenden Bearbeitung in
Folge des Einbringens entsprechender O-Ring-Nuten ist somit nicht erforderlich. Auch hierdurch wird die Konstruktion vereinfacht, der Zusammenbau erleichtert, Fehlerquellen werden reduziert, etc.
Der Dichtbereich kann einen umlaufenden Dichtwulst oder eine umlaufende Dichtlippe umfassen. Derartige Ausgestaltungen sind mit üblichen Kunststoffen, insbesondere mit Thermoplasten, leicht herstellbar und gewährleisten eine zuverlässige Abdichtung auch hoher Druckdifferenzen.
Eine einfache Herstellung der Beschichtung aus Kunststoff kann darin bestehen, dass die Beschichtung auf den Gehäusebereich aufgeschmolzen wird.
Möglich ist ferner, dass der Gehäusebereich, auf den die Beschichtung aufgebracht ist, ein vergleichsweise dünnes Trägerblech umfasst, welches an einem anderen Gehäusebereich befestigt, vorzugsweise mit diesem verklebt ist. Dies ermöglicht in spezifischen Anwendungsfällen, abhängig von der bisweilen komplexen Geometrie des Gehäusebereichs und/oder des abzudichtenden Bereichs, eine individuelle und zuverlässige Realisierung der Konstruktion.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: R.319189 4
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystem einer Kolben-
Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs der Kraftstoff-Hochdruckpumpe von Figur 1 ;
Figur 3 einen schematischen Schnitt durch den in Figur 2 dargestellten Bereich; und
Figur 4 eine Darstellung ähnlich Figur 3 einer alternativen Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem für eine Kolben-Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe 14 den Kraftstoff in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher 16 ("Rail") fördert. An das Rail 16 sind mehrere Injektoren 18 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine einspritzen.
Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 umfasst niederdruckseitig eine Zahnradpumpe 15. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Kraftstoff-Hochdruckpumpe niederdruckseitig auch eine Flügelzellenpumpe oder jede andere geeignete Pumpenart umfassen. Angetrieben wird die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 einschließlich der niederdruckseitigen Zahnradpumpe 15 direkt und mechanisch von der Brennkraftmaschine. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die niederdruckseitige Zahnradpumpe auch über einen separaten Antrieb verfügen, beispielsweise einen Elektromotor.
In Figur 2 ist ein Bereich der Zahnradpumpe 15 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 dargestellt, jedoch in einem Zustand, in dem ein im normalen Betrieb vorhandener Gehäusedeckel abgenommen ist. Man erkennt ein als Gussteil hergestelltes Gehäuse 20, welches an verschiedenen Stellen spanend bearbeitet ist und welches die mechanischen und fluidischen
Komponenten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 beinhaltet. Das Gehäuse 20 ist aus Aluminium hergestellt. Ein Gehäusebereich 22 ist als ebene Fläche bearbeitet. Der Gehäusebereich 22 dient als Lauffläche für zwei Zahnräder 24 und 26, die im Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 R.319189 5
und der Zahnradpumpe 15 gegensinnig rotieren. Bei den Zahnrädern 24 und 26 handelt es sich also um sich im Betrieb bewegende Teile, die an dem ebenen Gehäusebereich 22 zumindest mittelbar anliegen.
Wie auch aus Figur 3 hervorgeht, ist auf dem Gehäusebereich 22 eine Beschichtung aus einem Kunststoff, nämlich aus einem Thermoplast aufgebracht. Diese Beschichtung ist in Figur 2 kreuzschraffiert dargestellt, sie trägt das Bezugszeichen 28. Die Beschichtung 28 ist auf den Gehäusebereich 22 auf seiner sich zu den beiden Zahnrädern 24 und 26 gewandten Seite aufgebracht, die beiden Zahnräder 24 und 26 liegen also an der Beschichtung 28 an. Konkret könnte als Werkstoff für die Beschichtung 28 ein Polyetheretherketon in Frage kommen. Die Beschichtung 28 ist auf den Gehäusebereich 22 aufgeschmolzen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung zusätzlich durch Fasern, insbesondere Karbonfasern verstärkt sein.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, weist die Beschichtung 28 außerhalb der Lauffläche der beiden
Zahnräder 24 und 26 einen umlaufenden Dichtwulst 30 auf, der einen Dichtbereich bildet, der mit einem als Deckel 32 ausgebildeten anderen Bereich des Gehäuses 20 zusammenarbeitet. Der Deckel 32 ist an den Gehäusebereich 22 angeschraubt, wobei bei der Montage der Dichtwulst 30 komprimiert und hierdurch der radial einwärts vom Dichtwulst 30 gelegene Bereich nach außen abgedichtet wird.
Eine alternative Ausführungsform ist in Figur 4 gezeigt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen aufweisen, die bereits beschrieben worden sind, die gleichen Bezugszeichen. Auf sie wird nicht nochmals im Detail eingegangen.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 umfasst der Gehäusebereich 22, auf dem die Beschichtung 28 aufgebracht ist, ein vergleichsweises dünnes Trägerblech 34, welches mit einem Restgehäuse 36 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 14 verklebt ist.

Claims

R.319189Ansprüche
1. Kraftstoffpumpe (15), insbesondere für ein Kraftstoffsystem (10) einer Kolben- Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (20) und mindestens einem zumindest mittelbar an einem Gehäusebereich (22) anliegenden und sich im Betrieb bewegenden Teil (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtung (28) umfasst, die auf den Gehäusebereich (22) auf seiner zum sich bewegenden Teil (24, 26) gewandten Seite aufgebracht ist, und dass die Beschichtung (28) einen Kunststoff umfasst.
2. Kraftstoffpumpe (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast, insbesondere ein Polyetheretherketon ist.
3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast durch
Fasern, insbesondere Karbonfasern, verstärkt ist.
4. Kraftstoffpumpe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mindestens des Gehäusebereichs (22), auf den die Beschichtung (28) aufgebracht ist, Aluminium umfasst oder Aluminium ist.
5. Kraftstoffpumpe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich der Beschichtung (28) als Dichtbereich (30) ausgebildet ist, der mit einem anderen Bereich (32) des Gehäuses (20) zusammenarbeitet.
6. Kraftstoffpumpe (15) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtbereich einen umlaufenden Dichtwulst (40) oder eine umlaufende Dichtlippe umfasst.
7. Kraftstoffpumpe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (28) auf den Gehäusebereich (22) aufgeschmolzen ist.
8. Kraftstoffpumpe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusebereich (22), auf den die Beschichtung (28) aufgebracht ist, ein R.319189 7
vergleichsweise dünnes Trägerblech (34) umfasst, welches an einem anderen Gehäusebereich (36) befestigt, vorzugsweise mit diesem verklebt ist.
PCT/EP2008/061470 2007-09-18 2008-09-01 Kraftstoffpumpe, insbesondere für ein kraftstoffsystem einer kolben-brennkraftmaschine WO2009037100A1 (de)

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