WO2009111896A2

WO2009111896A2 - Hochdruckförderpumpe mit einem zylinderkopf, insbesondere für einspritzsysteme für verbrennungsmotoren

Info

Publication number: WO2009111896A2
Application number: PCT/CH2009/000071
Authority: WO
Inventors: Marco Ganser
Original assignee: Ganser-Hydromag Ag
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-09-17
Also published as: WO2009111896A3; EP2252787A2

Abstract

Die Ausnehmung (62) im Zylinderkopf (12) der Hochdruckförderpumpe weist sowohl brennstoffeinlassseitig als auch brennstoffauslassseitig einen konusförmigen Abschnitt (72) beziehungsweise (84) auf. In die Ausnehmung (62) ist brennstoffeinlassseitig eine Einlassventilanordnung (78) eingesetzt, deren Einlassventileinsatz (106) mit einem mit dem konusförmigen Abschnitt (72) zusammenwirkenden Aussenkonus (110) versehen ist. Entsprechend weist die brennstoffauslassseitig in die Ausnehmung (62) eingesetzte Auslassventilanordnung (90) einen ebenfalls mit einem Aussenkonus (110) versehenen Auslassventileinsatz (148) auf. Der Sitz des Einlassventils und der Sitz des Auslassventils sind an der Einlassventilanordnung (78) beziehungsweise der Auslassventilanordnung (90) ausgebildet. Die Beanspruchung des Zylinderkopfs ist, selbst bei sehr hohen Betriebsdrücken, gering gehalten, wodurch eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.

Description

Hochdruckförderpumpe mit einem Zylinderkopf, insbesondere für Einspritzsysteme für Verbrennungsmotoren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckförderpumpe, insbesondere für ein Einspritzsystem für Verbrennungsmotoren, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Hochdruckförderpumpe dieser Art ist beispielsweise in der WO2005/052357A1 offenbart. Diese weist einen vier Zylindern gemeinsamen Zylinderkopf auf. Jedem Zylinder ist eine Ausnehmung des Zylinderkopfs zugeordnet, welche mit dem Förderraum des betreffenden Zylinders strömungsverbunden ist. Der Förderräum ist über die Ausnehmung mittels einer Einlassventilanordnung mit einem Niederdruckspeisekanal verbindbar. Ein konusförmiger Abschnitt der Ausnehmung bildet einen Einlassventilsitz, mit welchem ein von einem Aktuator gesteuerter Ventilkörper zusammenwirkt. Der Förderraum ist weiter über die Ausnehmung mittels einer selbsttätig ausgebildeten Auslassventilanordnung mit einem Hochdruckauslasskanal verbindbar. Ein, in Richtung zum Hochdruckauslasskanal hin sich erweiternder, konusförmiger Abschnitt der Ausnehmung dient als Auslassventilsitz, welcher mit einer federbelasteten, das Auslassventilglied bildenden Kugel zusammenwirkt. Diese bekannte Ausführungsform des Zylinderkopfs und der Einlass- sowie Auslassventilanordnungen führt zu hohen Belastungen im Zylinderkopf, dies insbesondere, wenn der Brennstoff mittels der Hochdruckförderpumpe auf sehr hohe Drücke von beispielsweise etwa 2000 bar oder höher gebracht werden soll. Bei derartig hohen Betriebsdrücken kann die Lebensdauer der bekannten Förderpumpe in Frage, gestellt sein.

Auch bei Flachdichtungen führt die pulsierende Belastung zu grossen Spannungsbeanspruchungen im Zylinderkopf, was zu Rissbildungen führen kann.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckförderpumpe zu schaffen, deren Zylinderkopf selbst bei sehr hohem Betriebsdrücken eine lange Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einer Hochdruckförderpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Sowohl die Einlassventilanordnung als auch die Auslassventilanordnung sind in die Ausnehmung eingesetzt. Dadurch ist der Zylinderkopf frei von daran ausgebildeten, hochbelasteten Ventilsitzen. Die Einlassventilanordnung weist einen Einlassventileinsatz und die Auslassventilanordnung einen Auslassventileinsatz auf, welche mit den zugeordneten konusförmigen Abschnitten der Ausnehmung des Zylinderkopfs dichtend zusammenwirken. Einerseits wird dadurch eine zuverlässige Abdichtung erzielt und andererseits werden, in Folge der konusförmigen Abschnitte, welche sich zum Niederdruckspeisekanal beziehungsweise

Hochdruckauslasskanal hin erweitern, die durch die pulsierende Belastung vorgerufenen Spannungen derart reduziert, dass die Gefahr der Rissbildung im Zylinderkopf beseitigt oder mindestens wesentlich verringert und eine lange Lebensdauer der Hochdruckförderpumpe gewährleistet ist. Überdies sind die Einlassventilanordnung und die Auslassventilanordnung in Folge der Richtung, in welche sich die konusförmigen Abschnitte erweitern, besonders einfach in den Zylinderkopf einsetzbar.

In besonders bevorzugter Weise, weisen der Einlassventileinsatz und der Auslassventileinsatz einen Aussenkonus auf. Dabei zeigen die konusförmigen Abschnitte der Ausnehmung des Zylinderkopfs und die Aussenkonusse der Einlass- und Auslassventileinsätze in derselben Richtung.

In bevorzugter Weise ist der Konuswinkel der Aussenkonusse geringfügig kleiner als der Konuswinkel der konusförmigen Abschnitte der Ausnehmung, wodurch eine äusserst zuverlässige Dichtung zwischen dem Zylinderkopf und der Einlass- beziehungsweise Auslassventilanordnung gewährleistet ist.

Die Spannungen im Zylinderkopf können besonders klein gehalten werden, wenn die Aussenkonusse der Einlass- und Auslassventileinsätze die konusförmigen Abschnitte der Ausnehmung nahe bei deren Ende mit dem geringsten Durchmesser, eine kreisförmige Dichtstelle bildend, berühren .

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Hochdruckförderpumpe sind in den weiteren abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindüngsgemässe Hochdruckförderpumpe mit zwei Zylindern entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 2; Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinderkopf der Hochdruckförderpumpe entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 1; ^

Fig. 3 im Querschnitt und bezüglich Fig. 1 vergrössert einen Teil des Zylinderkopfs mit einer in eine

Ausnehmung des Zylinderkopfs eingesetzten Einlassventilanordnung;

Fig. 4 im Querschnitt und bezüglich Fig. 1 vergrössert einen Teil des Zylinderkopfs mit einer in die Ausnehmung eingesetzten Auslassventilanordnung; und

Fig. 5 in gleicher Darstellung wie Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Einlassventilanordnung.

Die in der Zeichnung dargestellte Hochdruckförderpumpe weist zwei in Reihe angeordnete Zylinder 10 und einen beiden Zylindern 10 gemeinsamen, quaderförmigen Zylinderkopf 12 auf. Die beiden Zylinder 10 liegen einerseits flach, dichtend an einer Dichtfläche 14 des Zylinderkopfs 12 und andererseits an einem Antriebsgehäuse 16 an. Zur Zentrierung greifen die Zylinder 10 mit einem zapfenartigen Vorsprung 18 in betreffende Bohrungen des Antriebsgehäuses 16 ein. In einer radial aussen um den betreffenden Vorsprung 18 umlaufenden, ringförmigen Stirnfläche der Zylinder 10 ist eine umlaufende Nut 20 ausgenommen, in welche ein O-Ring 22 eingelegt ist, welcher andererseits mit dem Antriebsgehäuse 16 dichtend zusammenwirkt. Der Vorsprung 18 ist aussen mit einer umlaufenden weiteren Nut 19 versehen, in welche ein weiterer O-Ring eingelegt ist, um zwischen dem Zylinder 10 und Antriebsgehäuse 16 zu dichten. Jeder Zylinder 10 weist eine zu seiner Zylinderachse 24 zentrische, durchgehende Zylinderbohrung 26 auf, in welcher ein Kolben 28 - auch Plunger genannt - in enger Gleitpassung in Richtung der Zylinderachse 24 hin und her bewegbar geführt ist. Zum Abführen von allfälliger Leckage weist die Zylinderbohrung 26 eine Sammelnut 30 auf, von welcher eine Sammelbohrung 32 zu einer Rückführbohrung 34 im Antriebsgehäuse 16 führt. Von der Rückführbohrung 34 wird der Leckage-Brennstoff in bekannter Art und Weise zu einem Brennstoffvorratsbehälter zurückgeführt. Die Sammelbohrung 32 und die Rückführbohrung 34 sind gegen die Umgebung und das Innere des Antriebsgehäuses 16 mittels des O-Rings 22 und des in die Nut 19 eingesetzten weiteren O-Rings abgedichtet .

Der Kolben 28 steht über den Zylinder 12 in das Innere des Antriebesgehäuses 16 vor und weist am diesseitigen Ende eine tellerartige Erweitung 36 auf. An dieser Erweiterung 36 und andererseits am Zylinder 10 stützt sich eine Rückstellfeder 38 ab, welche den Kolben 28 mit seiner diesseitigen, an der Erweitung 36 ausgebildeten Stirnebene 40 an einer Stütz- und Gleitebene 42 eines Lagerrings 44 in Anlage hält.

Der Lagerring 44 sitzt frei drehbar auf einem Exzenter 46 einer in Richtung des Pfeiles D drehend angetriebenen, am Antriebsgehäuse 16 gelagerten Antriebswelle 48. Für die Schmierung des zwischen dem Exzenter 46 und dem Lagerring 44 angeordneten Lagers 50 wird durch eine in axialer Richtung durch die Antriebswelle 48 verlaufende Schmiermittelspeisebohrung 52, von welcher zum Lager 50 eine Radialbohrung 54 verläuft, Schmieröl gefördert. Das aus dem Lager 50 austretende Schmieröl wird im Antriebsgehäuse 16 gesammelt und dann wiederum, wie oben erläutert mittels einer Schmiermittelpumpe, dem Lager 50 zugeführt .

Diese Exzenter Antriebsanordnung bewegt den Kolben 28 um den Hub H hin und her, wobei ein umfangsseitig vom Zylinder 10 und in axialer Richtung vom Kolben 28 und Zylinderkopf 12 begrenzter Förderraum 56 zyklisch vergrössert und verkleinert wird. In Fig. 1 ist der Kolben 28 in seiner oberen Endlage gezeigt.

Wie dies aus der Fig. 2 hervorgeht, sind die Zylinder 10 mittels Schrauben 58 am Zylinderkopf 12 befestigt. Dieser ist weiter mittels Spannschrauben 60 mit dem Antriebsgehäuse 16 verschraubt, wodurch eine dichtende Anlage des Zylinderkopfs 12 an den Zylindern 10 gewährleistet ist.

Soweit ist der Aufbau und die Funktionsweise von Hochdruckförderpumpen allgemein bekannt.

Jedem Förderraum 56 ist im Zylinderkopf 12 eine Ausnehmung 62 zugeordnet. Diese ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel T-förmig ausgebildet, kann jedoch auch andere Formen aufweisen. Der Querschenkel 64 der Ausnehmung erstreckt sich, im Querschnitt gesehen mittig, durch den Zylinderkopf 12 von dessen einen Seitenfläche 66 zur gegenüberliegenden Seitenfläche 66. Die Achse 64' des Querschenkels 64 kreuzt die Zylinderachse 24 des der betreffenden Ausnehmung 62 zugeordneten Zylinders 10. Vom Querschenkel 64 verläuft, koaxial zur Zylinderachse 24, zum Förderraum 56 hin der einarmige Schenkel 68 der Ausnehmung 62. Im dem Förderraum 56 zugewandten Endbereich des Schenkels 68 ist die Ausnehmung, in Richtung zum Förderraum 56 hin, konisch erweiternd ausgebildet. Um den hohen pulsierenden Drücken besser widerstehen zu können, kann der Zylinderkopf 12 in der Umgebung der Vereinigung des einarmigen Schenkels 68 mit dem QuerSchenkel 64 mittels Frettage behandelt sein.

In einem Mittenabschnitt 70 bei und benachbart zur Einmündung des einarmigen Schenkels 68 in den Querschenkel 64, ist die Ausnehmung 62 kreiszylinderförmig ausgebildet. In einem brennstoffeinlassseitigen, in den Fig. 1 und 2 linken Arm des Querschenkels 64, weist die Ausnehmung, anschliessend an den Mittenabschnitt 70, einen ersten konusförmigen Abschnitt 72 auf. Dieser erweitert sich vom Mittenabschnitt 70 her in Richtung zu einem Niederdruckspeisekanal 74. Auf der dem Mittenabschnitt 70 gegenüberliegenden Seite des ersten konusförmigen Abschnitts 72 schliesst an diesem ein kreiszylinderförmiger Ausnehmungsabschnitt 76 an, welcher sich bis zur betreffenden Seitenfläche 66 hin erstreckt.

In diesen Ausnehmungsabschnitt 76 der Ausnehmung 62 ist eine Einlassventilanordnung 78 eingesetzt, welche mittels eines ersten Verschlussbolzens 80 in dichtender Anlage am ersten konusförmigen Abschnitt 72 gehalten ist. Der in die Ausnehmung 62 eingesetzte erste Verschlussbolzen 80 ist mit seinem Aussengewinde in ein entsprechendes Innengewinde 82 des Zylinderkopfs 12 eingewindet. Die Einlassventilanordnung 78 ist weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 näher beschrieben.

Entsprechend weist auch die Ausnehmung im Bereich des andern, in den Fig. 1 und 2 rechts liegenden brennstoffauslassseitigen Arms des Querschenkels 64, anschliessend an den Mittenabschnitt 70, einen zweiten konusförmigen Abschnitt 84 auf. Dieser erweitert sich vom Mittenabschnitt 70 her in Richtung zu einem Hochdruckauslasskanal 86 hin. Auf der dem Mittenabschnitt 70 abgewandten Seite des zweiten konusförmigen Abschnitts 84 geht die Ausnehmung 62 in einen auslassseitigen Ausnehmungsabschnitt 88 über, welcher kreiszylinderförmig ausgebildet ist. Im Anschluss an den zweiten konusförmigen Abschnitt 84 ist der Durchmesser dieses Ausnehmungsabschnitts 88 kleiner als der Durchmesser des einlassseitigen Ausnehmungsabschnitts 76, im vorliegenden Fall etwa um einen Faktor 2. In den auslassseitigen Ausnehmungsabschnitt 88 ist eine Auslassventilanordnung 90 eingesetzt, welche weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 4 näher beschrieben ist.

Die Auslassventilanordnung 90 ist mittels eines Federelements 92, im gezeigten Ausführungsbeispiel weist dieses zwei Tellerfedern auf, in Anlage am zweiten konusförmigen Abschnitt 84 gehalten. Das Federelement 92 ist andererseits von einem zweiten Verschlussbolzen 94 abgestützt, welcher mit seinem Aussengewinde in eine entsprechendes Innengewinde 82 ' in einem an die betreffende Seitenfläche 66 angrenzenden Endbereich des Ausnehmungsabschnitts 88 mit grosserem Querschnitt eingewindet ist.

Der Niederdruckspeisekanal 74 verbindet die den beiden Zylindern zugeordneten Ausnehmungen 62 im Zylinderkopf 12 miteinander und führt zu einer, zu den beiden Seitenflächen 66 rechtwinklig verlaufenden Stirnfläche 96 des Zylinderkopfs 12. Hier ist an den Niederdruckspeisekanal 74 eine BrennstoffSpeiseleitung 98 angeschlossen, mittels welcher vom Brennstoffvorratsbehälter her mittels einer Vorförderpumpe 100 Brennstoff, beispielsweise Diesel, der Hochdruckförderpumpe zugeführt wird. Entsprechend verbindet der Hochdruckauslasskanal 86 im Zylinderkopf 12 die beiden Ausnehmungen 62 miteinander und er ist weiter zu einer, der genannten Stirnfläche 96 gegenüberliegenden Stirnfläche 96' geführt. Der Hochdruckauslasskanal 86 ist hier mit einer Hochdruckleitung 102 verbunden, welche den unter sehr hohem Druck von beispielsweise grösser gleich 2000 bar gesetzten Brennstoff, beispielsweise über ein Common Rail, dem Verbrennungsmotor 104 zuführt.

Die Einlassventilanordnung 78 ist, wie dies insbesondere der Fig. 3 entnehmbar ist, als Patrone ausgebildet. Sie weist einen Einlassventileinsatz 106 auf, mit welchem ein Ventilsitzkörper 108 verschraubt ist. Der Einlassventileinsatz 106 weist in seinem, dem ersten konusförmigen Abschnitt 72 zugewandten Endbereich, einen Aussenkonus 110 auf. Der Konuswinkel α des ersten konusförmigen Abschnitts 72 ist im gezeigten Beispiel 60°. Er kann jedoch auch kleiner oder grösser ausgebildet sein, er liegt vorzugsweise in einem Winkelbereich von 40° bis 80°. Der Konuswinkel ß des Aussenkonus 110 ist vorzugsweise geringfügig kleiner, beispielsweise 1 bis 2°, als der Konuswinkel α des ersten konusförmigen Abschnitts 72. Dadurch ergibt sich eine definierte ringförmige Dichtstelle 112 beim diesseitigen Ende des Einlassventilseinsatzes 106. Diese liegt, wie gezeigt, vorzugsweise nahe beim Ende mit dem kleineren Querschnitt des ersten konusförmigen Abschnitts 72.

Anschliessend an den Aussenkonus 110 geht der Einlassventileinsatz 106 in eine Aussenform mit einem Sechskant über, welche im Durchmesser geringfügig kleiner ist als die lichte Weite der Ausnehmung 62 anschliessend an den ersten konusförmigen Abschnitt 72 im Bereich der Einlassventilanordnung 78 und des ersten Verschlussbolzens 80. Durch den Einlassventileinsatz 106 hindurch verläuft zentral und in Richtung der Achse 64 ' ein Strömungsdurchlass 114 mit einem Querschnitt, welcher wenigstens annähernd so gross ist wie der Querschnitt der Ausnehmung 62 im Mittenabschnitt 70. Auf der dem Aussenkonus 110 abgewandten und dem Ventilsitzkörper 108 zugewandten Seite, ist der Einlassventileinsatz 106 becherförmig ausgebildet. Die umlaufende Wand 116 ist radial innen mit einem Innengewinde 118 versehen und der Boden 120 der betreffenden Ausnehmung ist abgestuft ausgebildet. In eine umlaufende Stufe 122 ist ein Dichtring 124 aus Metall eingesetzt und im Bereich der tiefsten Stufe befindet sich die Mündung des Strömungsdurchlasses 114, wobei dieser zur Abstützung und Zentrierung einer Ventilfeder 126 mit einer stufenartigen Erweiterung versehen ist.

Der Ventilsitzkörper 108 ist zapfenartig ausgebildet und mittels eines Aussengewindes in das Innengewinde 118 des Einlassventileinsatzes 106 eingewindet. Entsprechend der Stufung des Bodens 120 ist der Ventilsitzkörper 108 aussenseitig in dem dem Ventilsitzkörper 108 zugewandten Endbereich ebenfalls abgestuft ausgebildet, um einerseits mit einer Stufe 122 ' mit dem Dichtring 124 dichtend zusammenzuwirken und andererseits eine Zentrierung gegenüber dem Einlassventileinsatz 106 zu erwirken.

Zentrisch zur Achse 64 ' verläuft durch den Ventilsitzkörper 108 hindurch eine Bohrung 128. Diese ist etwa in Längsmitte des Ventilsitzkörpers 108, vom Einlassventileinsatz 106 her gesehen, konisch verjüngend und dabei einen Einlassventilsitz 130 bildend geformt. In gleicher Richtung gesehen, verläuft die Bohrung 128 anschliessend an den Einlassventilsitz 130 mit kreiszylinderförmigem Querschnitt und weitet sich zum diesseitigen Ende des Ventilsitzkörpers 108 hin trichterartig auf.

Mit dem Einlassventilsitz 130 wirkt eine ein Einlassventilglied 132 bildende Kugel zusammen. Auf der dem Einlassventilsitz 130 gegenüberliegenden Seite des Einlassventilgliedes 132 ist an diesem ein in der Bohrung 128 verschiebbar gelagerter Käfig 134 mittels der Ventilfeder 126 in Anlage gehalten. Dieser ist mit Durchlässen 136 versehen, um bei geöffnetem Einlassventil eine möglichst verlustarme Strömung des Brennstoffs vom Niederdruckspeisekanal 74 durch die Einlassventilanordnung 78 hindurch in den Mittenabschnitt 70, den einarmigen Schenkel 68 und den Förderraum 56 zu ermöglichen. Dazu weisen der Käfig 134 und die als Druckfeder wirkende, spiralförmige Ventilfeder 126 einen freien Querschnitt auf, welcher wenigstens annähernd dem Querschnitt des Strömungsdurchlasses 114 entspricht.

Der erste Verschlussbolzen 80 weist, von seiner Stirnseite her, mit welcher er am Ventilsitzkörper 108 anliegt, eine zentrische Sacklochbohrung 138 auf, welche mit zwei kreuzweise angeordneten Radialbohrungen 140 kommuniziert. In diesem Bereich ist der Aussendurchmesser des ersten Verschlussbolzens 80 verkleinert ausgebildet, um zusammen mit dem Zylinderkopf 12 einen umlaufenden Kanal 142 zu bilden, in welchen der Niederdruckspeisekanal 74 mündet. Zwischen diesem Kanal 142 und dem mit dem Innengewinde 82 des Zylinderkopfs 12 zusammenwirkenden Aussengewinde des ersten Verschlussbolzens 80 ist dieser mit einer umlaufenden Nut 144 versehen, in welcher ein O-Ring 146 angeordnet ist, um die Ausnehmung 62 gegen die Umgebung abzudichten.

Die Ausbildung der Einlassventilanordnung 78 als Patrone hat den Vorteil, dass sie durch die Elastizität dieser Baugruppe Druckpulsationen intern mindestens teilweise aufnimmt, sodass sich diese nicht oder wesentlich verringert auf die Spannungen im Zylinderkopf 12 auswirken. Überdies ist die Einlassventilanordnung 78 einfach herstellbar und insbesondere ist der Einlassventilsitz 130 an ihr und nicht am Zylinderkopf 12 ausgebildet. Überdies lässt diese Ausführungsform die Wahl optimal geeigneter Materialien zu. Die verwendeten Stähle können auch, falls erwünscht, auf einfache Art und Weise behandelt, beispielsweise gehärtet werden.

Alternativ wäre es auch denkbar, den Ventilsitz 130 am ersten Verschlussbolzen 80 auszubilden.

Die Auslassventilanordnung 90 weist, wie dies insbesondere der Fig. 4 entnehmbar ist, einen Auslassventileinsatz 148 auf, welcher ähnlich dem Einlassventileinsatz 106 mit einem Aussenkonus 110 versehen ist. Die Konuswinkel des zweiten konusförmigen Abschnitts 84 und des Aussenkonus 110 sind hier mit α¹ und ß' bezeichnet. Die Winkelverhältnisse und das Zusammenwirken zwischen dem Auslassventileinsatz 148 und dem Zylinderkopf 12 im Bereich des zweiten konusförmigen Abschnitts 84 entsprechen jenen des Einlassventileinsatzes 106 und dem ersten konusförmigen Abschnitt 72. In Richtung der Achse 64 ' verläuft durch den Auslassventileinsatz 148 hindurch ebenfalls ein Strömungsdurchlass 114'. Der Querschnitt dieses Strömungsdurchlasses 114 ' kann kleiner gewählt werden als der Strömungsdurchlass 114 des Einlassventileinsatzes 106, weil die zur Verfügung stehende Druckdifferenz, von beispielsweise ca. 6 bar bis 20 bar, zum Herausdrücken des Brennstoffs aus dem Arbeitsraum der Hochdruckförderpumpe, welcher den Förderraum 56 sowie das freie Volumen der Ausnehmung 62 vom Förderraum 56 bis zum Einlassventilsitz 130 und zu einem am Auslassventileinsatz 148 ausgebildeten Auslassventilsitz 150 umfasst, grösser ist als die zur Verfügung stehende Druckdifferenz, von beispielsweise ca. 3 bar bis 6 bar, zum Einbringen von Brennstoff durch die Einlassventilanordnung 78 in den Arbeitsraum.

Um den Strömungswiderstand gering zu halten, ist der Einlassbereich des Strömungsdurchlasses 114' abgerundet ausgebildet. Auf der dem Mittenabschnitt 70 und zweiten konusförmigen Abschnitt 84 abgewandten Seite, weist der Auslassventileinsatz 148 eine Ausnehmung auf, welche in ihrem dem Strömungsdurchlass 114' zugewandten Endbereich, den Auslassventilsitz 150 bildend, kegelmantelförmig geformt ist. Um die gewünschte Lebensdauer zu gewährleisten kann der Einlassventileinsatz 148 aus gehärtetem Stahl bestehen. Mit dem Auslassventilsitz 150 wirkt als Auslassventilglied 152 eine in der Ausnehmung angeordnete Kugel zusammen. Dieses ist mittels einer Ventilfeder 126' in abhebbarer Anlage am Auslassventilsitz 150 gehalten.

Die Auslassventilanordnung 90 weist weiter einen Halteschaft 154 auf, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als die lichte Weite der Ausnehmung 62 in diesem Bereich und von welchem, in einem dem Auslassventileinsatz 148 zugewandten Endbereich, axial und in radialer Richtung gegen aussen, flügelartige Stützelemente 156 abstehen. Diese dienen einerseits der Zentrierung des Halteschafts 154 und liegen andererseits am Auslassventileinsatz 148 an, um diesen mit seinem Aussenkonus 110 in Anlage am zweiten konusförmigen Abschnitt 84 zu halten. Weiter ist der Halteschaft 154 am diesseitigen Ende mit einem vorstehenden Stumpf 158 versehen, welcher als Anschlag für das Auslassventilglied 152 und der Zentrierung der Ventilfeder 126' dient, welche sich einerseits am Auslassventilglied 152 und andererseits am Halteschaft 154 abstützt .

Von der dem zweiten Verschlussbolzen 94 zugewandten Stirnseite her, weist der Halteschaft 154 eine sacklochartige Zentrierbohrung 160 auf, in welche ein zentraler Zentriervorsprung 162 des zweiten Verschlussbolzens 94 eingreift. Der Zentriervorsprung 162 ist von den beiden Tellerfedern des Federnelements 92 umgriffen, welches sich in Richtung der Achse 64' und radial innen am Halteschaft 154 und radial aussen am zweiten Verschlussbolzen 94 abstützt. Der Hochdruckauslasskanal 86 mündet im Bereich des Halteschafts 154 in die Ausnehmung 62. Da auf der Seite des Hochdruckauslasskanals 86, im Betrieb der Hochdruckförderpumpe, der Betriebsdruck von beispielsweise grösser oder gleich 2000 bar ansteht, wird bei einem Saughub des Kolbens 28 der Auslassventileinsatz 148 in Folge der grossen Druckdifferenz mit grosser Kraft gegen den zweiten konusförmigen Abschnitt 84 gedrückt. Während des Förderhubs muss somit einzig sichergestellt werden, dass der Auslassventileinsatz 148 am Zylinderkopf 12 in Anlage bleibt, wozu die Kraft des Federelements 92 ausreichend ist. Überdies erlaubt diese Konstruktion die Aufnahme von grossen Toleranzen. Zur Abdichtung der Ausnehmung 62 gegenüber der Umgebung ist sowohl die Ausnehmung 62 als auch der zweite Verschlussbolzen 94 stufenartig ausgebildet, sodass diese zusammen einen Ringraum 164 bilden, in welchem eine metallische Ringdichtung 164, vorzugsweise aus einem weichen Metall, aufgenommen ist.

Auch auslassventilseitig befindet sich das dem Förderraum 56 zugewandte Ende des Auslassventileinsatzes 148 und somit dessen Aussenkonus 110 nahe beim Übergang der Ausnehmung 62 vom Mittenabschnitt 70 in den zweiten konusförmigen Abschnitt 84. Die ringförmige Dichtstelle 112 befindet sich somit nahe bei diesem Übergang und, wie bei der Einlassventilanordnung 78, weiter entfernt vom Übergang des zweiten konusförmigen Abschnitts 84 in den Ausnehmungsabschnitt 88 beziehungsweise vom ersten konusförmigen Abschnitt 72 in den Ausnehmungsabschnitt 76. Die Spannungen im Bereich dieser Übergänge können mit der dargelegten Konstruktion tiefgehalten werden, sodass Rissbildungen verhindert sind.

Es ist selbstverständlich auch denkbar, insbesondere den zweiten Verschlussbolzen 94, jedoch auch den ersten Verschlussbolzen 80, zum Abdichten in bekannter Art und Weise mit einer Beisskante auszubilden.

Auch bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die Einlassventilanordnung 78 als Patrone ausgebildet. Ein

Einlassventileinsatzkörper 106 ' ist zusammen mit dem in

Fig. 3 gezeigten Ventilsitzkörper 108 einstückig ausgebildet. In den dem ersten konusförmigen Abschnitt 72 zugewandten Endbereich des Einlassventileinsatzkörpers 106" ist ein zapfenartiger, im Querschnitt T-förmiger, rotationssymmetrischer Dichtkörper 166 mittels eines Presssitzes 168 eingesetzt. Der Aussenkonus 110 ist amDichtkörper 166 und Einlassventileinsatzkörper 106' ausgebildet, sodass sich die ringförmige Dichtstelle 112 beim freien Ende des Dichtkörpers 166, somit am diesseitigen Ende des vom Dichtkörper 166 und

Einlassventileinsatzkörper 106 ' gebildeten

Einlassventileinsatzes 106, ergibt. Die Konuswinkel α und ß sind gleich gewählt wie im Zusammenhang mit Fig. 3 weiter oben beschrieben, sodass sich eine identische Dichtsituation wie dort ergibt.

Anschliessend an den Aussenkonus 110 geht der Einlassventileinsatzkörper 106' in eine kreiszylinderförmige Aussenform über, welche im Durchmesser geringfügig kleiner ist als die lichte Weite der Ausnehmung 62 anschliessend an den ersten konusförmigen Abschnitt 72 im Bereich der Einlassventilanordnung 78 und des ersten Verschlussbolzens 80.

Durch den Dichtkörper 166 hindurch verlaufen parallel zur Achse 64' eine Anzahl Strömungsdurchlässe 114', welche in

Umfangsrichtung gleichmässig verteilt auf einer um die

Achse 64 ' herum verlaufenden Kreislinie angeordnet sind und gemeinsam einen Querschnitt bilden, welcher wenigstens annähernd so gross ist wie der Querschnitt der Ausnehmung 62 im Mittenabschnitt 70.

Zentrisch zur Achse 64 ' verläuft durch den Einlassventileinsatzkörper 106' hindurch eine Bohrung 128" . In diese ist der Dichtkörper 166 mittels des Presssitzes 168 eingesetzt. Sie ist in einem Abstand zum Dichtkörper 166 und, von diesem her gesehen, konisch verjüngend und dabei den Einlassventilsitz 130 bildend geformt. In gleicher Richtung gesehen verläuft die Bohrung 128, anschliessend an den Einlassventilsitz 130, mit kreiszylinderförmigem Querschnitt und weitet sich zum dem ersten Verschlussbolzen 80 zugewandtem Ende hin trichterartig auf.

Mit dem Einlassventilsitz 130 wirkt ein das Einlassventilglied 132 bildender Ventilgliedkörper zusammen. Dieser ist becherartig ausgebildet, wobei der mit dem Einlassventilsitz 30 zusammenwirkende Boden die Form einer Kugelkalotte aufweist. Das Einlassventilglied 132 ist auf einem Lagerstift 170 in Richtung der Achse 64' bewegbar gelagert. Dieser ist andernends in eine Sacklochbohrung des Dichtkörpers 166 eingepresst und von der als Druckfeder ausgebildeten Ventilfeder 126 umgriffen, welche sich einerseits am Dichtkörper 166 und andererseits am Einlassventilglied 132 abstützt. Der Aussendurchmesser des Einlassventilgliedes 132 ist kleiner als der Durchmesser der Bohrung 128 um zwischen sich und dem Einlassventileinsatzkörper 106 ' einen Ringspalt freizulassen, dessen Querschnitt wenigstens annähernd so gross ist wie der Querschnitt der Ausnehmung 62 im Mittenabschnitt 70. Weiter verlaufen durch die Mantelwand des Einlassventilgliedes 132, nahe bei dessen Boden, kreuzartig zwei Querbohrungen 172 um den freien Raum zwischen dem Boden des Einlassventilgliedes 132 und dem diesseitigen Ende des Lagerstiftes 170 mit dem von der Bohrung 128 gebildeten Strömungsdurchlass 114 zu verbinden und dadurch einen Überdruck beziehungsweise Unterdruck beim Bewegen des Einlassventilgliedes 132 relativ zum Lagerstift 170 zu vermeiden oder wenigstens stark zu reduzieren. Der erste Verschlussbolzen 80 weist auf seiner dem Einlassventileinsatzkörper 106' zugewandten Seite einen Vorsprung 174 auf, mit welchem er in eine entsprechende, im Aussendurchmesser etwas grossere Ausnehmung des 5 Einlassventileinsatzkörpers 106' eingreift. Von diesem Vorsprung 174 her ist der erste Verschlussbolzen 80 mit der zentrischen Sacklochbohrung 138 versehen, welche mit sechs sich kreuzenden Radialbohrungen 140 kommuniziert. Im Bereich dieser Radialbohrungen 140 ist der0 Aussendurchmesser des ersten Verschlussbolzens 180 und des daran anschliessenden Endabschnitts des Einlassventileinsatzkörpers 106" verkleinert ausgebildet, um zusammen mit dem Zylinderkopf 12 den umlaufenden Kanal 142 zu bilden, in welchen der Niederdruckspeisekanal 745 mündet, vergl . Fig. 3. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen dem Kanal 142 und dem mit dem Innengewinde 82 des Zylinderkopfs 12 zusammenwirkenden Aussengewinde des ersten Verschlussbolzens 80 dieser mit einer umlaufenden Nut 144 versehen, in welcher der O-RingQ_^—1-4'6 angeordnet ist um die Ausnehmung 62 gegen die Umgebung abzudichten.

Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform kann sehr hohem Drücken standhalten, da der mit Hochdruck beaufschlagte Teil des Einlassventileinsatzes 106, verglichen mit der5 Ausführungsform gemäss Fig. 3, nicht durch das Gewinde 118 geschwächt ist.

Der Vollständigkeit halber sei noch die Funktionsweise der Hochdruckförderpumpe kurz erwähnt. Die Vorförderpumpe 100 stellt im Niederdruckspeisekanal 74 Brennstoff mit einem0 Druck von ca. 3 bar bis 6 bar zur Verfügung. Ausgehend von der in der Fig. 1 gezeigten oberen Totpunktläge des Kolbens 28 führt dieser einen Saughub um den Hub H aus, wodurch bei geschlossenem Auslassventil der Auslassventilanordnung 90 das Einlassventil der Einlassventilanordnung 78 öffnet und in den Arbeitsraum Brennstoff nachfliesst. Hat der Kolben 28 seine untere Totpunktlage erreicht, schliesst das Einlassventil selbsttätig und im Zuge des anschliessenden Förderhubs des Kolbens 28 wird der Brennstoff im Arbeitsraum verdichtet bis dessen Druck ausreicht, um das Auslassventil zu öffnen und Brennstoff dem Hochdruckauslasskanal 86 und somit dem Verbrennungsmotor 104 zuzuführen. Spätestens beim Erreichen der oberen Totpunktlage schliesst das Auslassventil wieder selbsttätig und der Zyklus beginnt von neuem.

Im vorliegenden Fall einer zweizylindrigen Hochdruckförderpumpe werden die Kolben 28 im Gegentakt angetrieben, sodass Druckschwingungen im Hochdruckauslasskanal 86 gering gehalten werden können. Es ist jedoch auch denkbar, die Hochdruckförderpumpe nur einzylindrig oder auch mehr als zweizylindrig auszuführen.

Claims

Patentansprüche

1. Hochdruckförderpumpe, insbesondere für ein Einspritzsystem für Verbrennungsmotoren, mit einem Zylinderkopf (12), einer mit einem Förderraum (56) verbundenen Ausnehmung (62) des Zylinderkopfs (12), welcher Förderraum (56) über die Ausnehmung (62) einerseits mittels einer Einlassventilanordnung (78) mit einem Niederdruckspeisekanal (74) und andererseits mittels einer Auslassventilanordnung (90) mit einem Hochdruckauslasskanal (86) verbindbar ist, wobei die Ausnehmung (62) einen ersten konusförmigen Abschnitt (72) und einen, in Richtung zum Hochdruckauslasskanal (86) hin sich erweiternd ausgebildeten, zweiten konusförmigen Abschnitt (84) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konusförmige Abschnitt (72) in Richtung zum Niederdruckspeisekanal (74) hin sich erweiternd ausgebildet ist, mit dem ersten konusförmigen Abschnitt (72) ein Einlassventileinsatz (106) der in die Ausnehmung (62) eingesetzten

Einlassventilanordnung (78) und mit den zweiten konusförmigen Abschnitt (84) ein Auslassventileinsatz

(148) der in die Ausnehmung (62) eingesetzten

Auslassventilanordnung (90) dichtend zusammenwirkt, und der Einlassventileinsatz (106) sowie der Auslassventileinsatz (148) einen Strömungsdurchlass (114, 114') aufweisen.

2. Hochdruckförderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventileinsatz (106) und der Auslassventileinsatz (148) einen Aussenkonus (110) aufweisen.

3. Hochdruckförderpumpe nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel (α,α') der konusförmigen Abschnitte (72, 84) 40° bis 80°, vorzugsweise wenigstens annähernd 60° misst und der Konuswinkel (ß , ß ' ) der Aussenkonusse (110) kleiner, vorzugsweise 1° bis 2° kleiner ist als der Konuswinkel (α,α') des zugeordneten konusförmigen Abschnitts (72, 84) .

4. Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslassventilsitz (150) der Auslassventilanordnung (90) am

Auslassventileinsatz (148) ausgebildet ist.

5. Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlassventilsitz (130) der Einlassventilanordnung (78) an einem mit dem Einlassventileinsatz (106) verbundenen Ventilsitzkörper (108) ausgebildet ist.

6. Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventilanordnung (78) und die Auslassventilanordnung (90) als selbsttätige Ventile, insbesondere selbsttätige Kugelventile, ausgebildet sind.

7. Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassventileinsatz (106) mittels eines in die Ausnehmung (62) eingesetzten ersten Verschlussbolzens (80) in dichtender Anlage am ersten konusförmigen Abschnitt (72) gehalten ist.

8. Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassventileinsatz (148) mittels eines Federelements (92), vorzugsweise eines Tellerfederelements, welches sich seinerseits an einem in die Ausnehmung (62) eingesetzten zweiten Verschlussbolzen (94) abstützt, in Anlage am zweiten konusförmigen Abschnitt (84) gehalten ist.

9. Hochdruckförderpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (92) sich an einem Halteschaft (154) abstützt, welcher sich andererseits am Auslassventileinsatz (148) abstützt und welcher einen Anschlag für ein Auslassventilglied (152) sowie Mittel zur Abstützung und Zentrierung einer Ventilfeder (126) aufweist.

10.Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassventileinsatz (148) aus gehärtetem Stahl besteht .

11.Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderraum (56) von einem, am Zylinderkopf (12) angeordneten Zylinder (10) und einem im Zylinder (10) geführten, hin und her bewegend angetriebenen Kolben (28) begrenzt ist.

12.Hochdruckförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (12) wenigstens zwei, je mit einem Förderraum (56) verbundene Ausnehmungen (62) aufweist, und der gemeinsame Niederdruckspeisekanal (74) und der gemeinsame Hochdruckauslasskanal (86) am Zylinderkopf (12) angeformt sind.