WO2009144043A1 - Hochdruck-kraftstoffpumpe - Google Patents

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WO2009144043A1
WO2009144043A1 PCT/EP2009/050116 EP2009050116W WO2009144043A1 WO 2009144043 A1 WO2009144043 A1 WO 2009144043A1 EP 2009050116 W EP2009050116 W EP 2009050116W WO 2009144043 A1 WO2009144043 A1 WO 2009144043A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pump
damping element
pump cover
pressure fuel
fuel pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/050116
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Kochanowski
Bernd Schroeder
Matthias Schumacher
Christian Wiedmann
Bernd Kimmich
Matthias Maess
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2009144043A1 publication Critical patent/WO2009144043A1/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

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • pressure fluctuations occur in principle in a low-pressure region of the high-pressure fuel pump.
  • pulsations arises when operating a quantity control valve by mechanical contacts between the parts present in the quantity control valve structure-borne noise, which is transmitted to the housing of the high-pressure fuel pump.
  • the pulsations and the generated structure-borne noise generate vibrations in the entire audible frequency range. These vibrations lead to a vibration excitation in particular at the pump cover located in the low pressure region.
  • a high-pressure fuel pump for a fuel injection system of an internal combustion engine is known, which is compact and operates with a high efficiency.
  • the resulting during operation of the high-pressure fuel pump pulsations in the low pressure region of the high-pressure fuel pump are partially attenuated using a arranged under the pump cover pressure damper.
  • the object of the invention is to develop a high-pressure fuel pump so that the high-pressure fuel pump ensures low-noise operation with low cost.
  • a high-pressure fuel pump with the features of claim 1 is proposed.
  • the pump cover Due to its position in a structure of the high-pressure fuel pump, the pump cover is particularly predestined to absorb vibrations, in particular from the low-pressure range (for example, fluid sound, pulsations).
  • the pump cover is usually welded to the pump housing and thereby can additionally absorb vibrations that are transmitted via the pump housing (for example structure-borne noise).
  • the relatively thin plate of the pump cover can act as an amplifier for the oscillations, especially when the frequency of the resulting low-pressure oscillation corresponds approximately to the natural vibration of the pump cover, resulting in resonance effects.
  • the vibrations are then transmitted via the pump housing or via the low pressure line to all body parts and the tank mounting unit. These vibrations are clearly audible in a vehicle interior and contribute to a perceived as disturbing overall acoustic impression of the fuel pump noise.
  • the present invention at least prevents or reduces the propagation of the vibrations across the pump cover and thus leads to a considerable reduction in noise.
  • a cap-like damping element on the pump cover is easy to implement, which has a favorable effect on the cost.
  • the use of the damping element on the pump cover of the high pressure fuel pump leads to a damping of the pump cover vibrations and thus to lower vibration amplitudes and reduced sound radiation.
  • the damping of the pump cover vibrations on the high-pressure fuel pump vibrations are also absorbed by the damping element and thus reduces the direct sound radiation.
  • High-frequency pulsations in the low pressure range are reduced due to the inherent strong fluid-structure interaction. This reduces a hydroacoustic excitation of the low-pressure system and as a result reduces the sound radiation via low-pressure lines on mounting structures and the tank mounting unit.
  • the damping element By damping the Pump covers are additionally reduced the pulsations in the low pressure range as a reaction, because the interacting in the low pressure range directly with the pump cover pulsations vibrational energy is removed.
  • the damping element thus works very effectively and requires very little space.
  • the damping element can be easily adapted to existing manufacturing and assembly concepts. It is even possible to retrofit high-pressure fuel pumps already delivered without damping elements, even after installation in a motor vehicle.
  • the damping element as a separate component, the pump cover at least partially sheathed. That is, the damping element (also referred to as “cover” or “insulation”) is mounted on the pump cover during a high pressure fuel pump assembly process. The damping element covers the pump cover.
  • the costs of this embodiment are particularly low, with high efficiency.
  • the damping element comprises a sound-absorbing, in particular viscoelastic material.
  • viscoelastic refers to polymers (high molecular weight elastic plastics such as polyurethanes, elastomers, plastomers, thermoplastics or silicones) with special elastic properties. The properties manifest themselves as if the elasticity of solid bodies combined with fluid-like behavior. Under dynamic stress, part of the deformation work is absorbed by the viscoelastic material, while another part is dissipated (converted). In the selection of a suitable polymer are further requirements, for example. After temperature resistance and after a chemical
  • the transmitted structure-borne sound power is efficiently absorbed by the viscoelastic material damping partially in the viscoelastic material and partially dissipated.
  • the structure-borne sound vibrations in the viscoelastic material are partially absorbed before they reach the surface of the viscoelastic material
  • damping element is secured by a positive connection to the pump cover and / or on the pump housing; or • the damping element an annular sleeve portion and a
  • a bias voltage within the damping element is achieved by the taut assembly, so that thus a surface pressure between the damping element and the surface of the pump cover is realized.
  • additionally dissipated by friction between the damping element and the pump cover sound power and increases the damping of the pump cover even further.
  • the annular collar of the sleeve portion can be attached by a separate part, eg. A contractible metal ring on the pump cover or it is additionally proposed that the damping portion and the sleeve portion is integrally formed and that the sleeve portion made of a material, preferably a plastic is, which has a higher rigidity than the damping portion.
  • the damping of the pump cover is used by the increased surface pressure particularly advantageous.
  • the damping element is at least partially sprayed or foamed directly on the pump cover.
  • the damping element is thus applied after welding of the pump cover by direct spraying or direct foaming on the pump cover and is therefore no longer solvable from the pump cover.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine with a high-pressure fuel pump
  • Figure 2 is a perspective view of the high-pressure fuel pump of Figure 1
  • Figure 3 is a sectional drawing of a damping element in a first embodiment
  • Figure 4 is a sectional drawing of a damping element in a second
  • Figure 5 is a sectional drawing of a damping element in a third
  • an internal combustion engine carries the reference numeral 10 as a whole. It comprises a fuel tank 12, from which a prefeed pump 14 conveys fuel into a low-pressure line 16. The pressure in the low pressure line 16 is adjusted by a pressure control or pressure control valve 18.
  • the low-pressure line 16 leads to a high-pressure fuel pump 20, the structure of which is described in more detail in FIG.
  • the high pressure fuel pump 20 is mechanically driven by the engine 10. It compresses the fuel to a very high pressure and delivers it to a high-pressure fuel accumulator 22, also referred to as "RaM".
  • RaM high-pressure fuel accumulator 22
  • injectors 24 To these several injectors 24 are connected, which inject the fuel under high pressure in them directly associated combustion chambers 26.
  • the operation of the internal combustion engine 10 is controlled and regulated by a control and regulating device 28.
  • the high-pressure fuel pump 20 has a pump housing 32 whose outer surface approximates the shape of a hexagon.
  • a pump cover 34 is arranged, which is dented in the middle.
  • the pump cover 34 is fixedly connected by a weld 35 to the pump housing 32.
  • a quantity control valve 36 is arranged.
  • the pump housing 32 can be fastened to the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 via a flange 38. From the pump housing 32, a pump piston 40 protrudes, which is surrounded by a piston spring 42.
  • the middle connection in FIG. 2 is formed by a low-pressure connecting piece 44, which is fed by the prefeed pump 14 shown in FIG. 1 and leads to a low-pressure region of the high-pressure fuel pump 20.
  • the connection illustrated on the left-hand side in FIG. 2 is formed by a high-pressure connection piece 46, which is assigned to a high-pressure region of the high-pressure fuel pump 20 and feeds the high-pressure fuel accumulator 22 (FIG.
  • the right-hand port shown in Figure 2 is formed by a port 48 which supplies fuel leakage from the high-pressure fuel pump 20 to the fuel tank 12 ( Figure 1).
  • the pump cover 34 which is arranged above the low-pressure region, is excited to oscillate, due in particular to bending oscillations with high oscillation amplitudes due to natural oscillations. Since the pump cover 34 is welded to the pump housing 32 (see reference numeral 35), the vibrations are transmitted via the pump housing 32 and via the low-pressure line 16 to body parts and for example a tank mounting unit (not shown), which leads to an unwanted, disturbing sound radiation there ,
  • a damping element 50 (indicated in phantom in FIG. 2) is mounted on the pump cover 34, which is designed in the shape of a cap.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the damping element 50 in a sectional drawing.
  • the pump cover 34 has a dent 52 in a central region.
  • the damping element 50 consists of viscoelastic material, for example a polymer (this includes high molecular weight elastic plastics such as, for example, polyurethanes, elastomers, plastomers, thermoplastics or silicones) with particular elastic and sound-damping properties.
  • the material is heat resistant and resistant to fuel and oil.
  • the damping element 50 is drawn in Figure 3 on the pump cover 34 and is cuff-like tight and self-locking on a side wall 54 of the pump cover 34 at.
  • the arrangement comprises a gas-filled air space 56 ("air cushion") between the front surface of the pump cover 34 and the damping element 50.
  • An inner side of the damping element 50 has an indentation 58 in an upper area pointing in the direction of the dent 52 of the pump cover 34 and on the other hand at a lower, free end an inwardly projecting latching lug 60 over the entire circumference of the damping element 50, which has a complementary peripheral edge (without reference numeral) of the housing 32 in the sense of a positive connection engages behind.
  • the damping of the vibrations occurring in the high-pressure fuel pump 20 functions as follows:
  • the damping element 50 is excited by the oscillatory movement of the side wall 54 of the pump cover 34 at the interface to the pump cover 34, the thereby transmitted structure-borne sound performance is efficiently absorbed by the viscoelastic material damping partially in the viscoelastic material and partially dissipated.
  • the structure-borne sound vibrations in the viscoelastic material are partially absorbed before they reach the surface of the damping element 50.
  • vibrations of the pump cover 34 are damped, since the oscillatory motion in
  • Pump cover 34 power is withdrawn.
  • the pulsations in the low-pressure region are additionally reduced, because the pulsations interacting directly with the pump cover 34 in the low-pressure region are deprived of vibrational energy.
  • the damping of the vibrations is increased by the cuff-like, self-locking and self-locking in the region of the side wall 54 of the damping element 50 on the pump cover 34, since in this case a bias within the damping element 50 is achieved, so that thus a surface pressure between the damping element 50 and the Surface of the side wall 54 of the pump cover 34 is realized.
  • a bias within the damping element 50 is achieved, so that thus a surface pressure between the damping element 50 and the Surface of the side wall 54 of the pump cover 34 is realized.
  • the tight fit of the damping element 50 is supported by the configuration of the damping element 50 in the lower region by the inwardly projecting latching lug 60, since the latching lug 60 realizes a positive connection by snapping into an undercut on the pump housing 32.
  • the damping of the vibrations is also increased by the gas-filled space 56 between the pump cover 34 and the damping element 50.
  • the damping element 50 is carried out slightly lifted to the axial radiated sound from the pump cover 34 in addition to dam.
  • Figures 4, 5 and 6 show three further embodiments of the damping element 50.
  • functionally equivalent components are denoted by the same reference numerals and - as well as their effect on the vibration damping - not explained in detail again.
  • Figure 4 shows a sectional drawing of a damping element 50, which also consists of viscoelastic material (as described for Figure 3).
  • the damping element 50 is taut and self-locking on the side wall 54 of the pump cover 34, the upper portion has a recess 58, which substantially the dent 52 of the
  • FIG. 4 thus represents a compromise between the damping of the sound generated by the gas-filled free space 56 and the effect of the prestressing of the damping element 50 ,
  • FIG. 5 shows a sectional drawing of a third embodiment of a particularly easy to assemble damping element, which is designated by the reference numeral 50.
  • the pump cover 34 has the same shape as in previously described embodiments.
  • the damping element 50 is applied directly to the pump cover 34 by joining. This can be done by sticking the shape-matched damping element 50 to the pump cover 34, but also by direct spraying or direct foaming (see reference numeral 62) on the pump cover 34. This operation can be done after welding the pump cover 34 to the pump housing 32 during assembly of the high-pressure fuel pump 20. The connection is no longer solvable from the pump cover 34.
  • FIG. 6 shows a development of the embodiment of Figure 5.
  • a damping element 50 is preferably sprayed or foamed.
  • the entire damping element 50 is made of viscoelastic material
  • FIG. 6 only an upper region (without reference numeral) has viscoelastic material. This is therefore referred to as "damping section”.
  • a lower portion 64 fixedly connected to the upper viscoelastic portion is made of a rigid plastic whose rigidity is higher than the rigidity of the viscoelastic material and is cuff-like attached to a part of the pump cover (not shown in Fig. 6). It is therefore called a cuff section.
  • the cushioning member 50 is made by first molding the collar portion 64 by injection molding, and then placing the collar portion 54 into a corresponding shape for foaming the cushioning portion. So the
  • the sleeve portion 64 has at its the damping portion facing edge via a circumferential axial web (without reference numerals) and a circumferential radial collar (without reference numerals).
  • the damping element 50 comprises at a free end of the sleeve portion 64 a circumferential latching lug 60 which engages behind the complementary peripheral edge (without reference numeral) of the pump cover or pump housing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Pumpengehäuse, das mit einem Pumpendeckel (34) verschlossen ist. Der Pumpendeckel (34) umfasst ein kappenartiges Dämpfungselement (50).

Description

Beschreibung
Titel
Hochdruck- Kraftstoffpumpe
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoff- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Betrieb einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe entstehen prinzipbedingt Druckschwankungen (Pulsationen) in einem Niederdruckbereich der Hochdruck- Kraftstoffpumpe. Außerdem entsteht bspw. beim Betätigen eines Mengensteuerventils durch mechanische Kontakte zwischen den im Mengensteuerventil vorhandenen Teilen Körperschall, der auf das Gehäuse der Hochdruck- Kraftstoffpumpe übertragen wird. Die Pulsationen sowie der erzeugte Körperschall erzeugen Schwingungen im gesamten hörbaren Frequenzbereich. Diese Schwingungen führen zu einer Schwingungsanregung insbesondere an dem im Niederdruckbereich befindlichen Pumpendeckel.
Aus der DE 10 2005 033 634 Al ist eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoff- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, die kompakt aufgebaut ist und mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Die beim Betrieb der Hochdruck- Kraftstoffpumpe entstehenden Pulsationen im Niederdruckbereich der Hochdruck- Kraftstoffpumpe werden dabei unter Verwendung eines unter dem Pumpendeckel angeordneten Druckdämpfers teilweise gedämpft.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe so weiterzuentwickeln, dass die Hochdruck- Kraftstoffpumpe mit geringem Kostenaufwand einen geräuscharmen Betrieb gewährleistet. Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.
Durch seine Lage in einem Aufbau der Hochdruck- Kraftstoffpumpe ist der Pumpendeckel besonders prädestiniert dafür, Schwingungen, insbesondere aus dem Niederdruckbereich (z.B. Fluidschall, Pulsationen) aufzunehmen. Außerdem ist der Pumpendeckel üblicherweise mit dem Pumpengehäuse verschweißt und kann dadurch zusätzlich Schwingungen aufnehmen, die über das Pumpengehäuse übertragen werden (z.B. Körperschall). Das relativ dünne Blech des Pumpendeckels kann dabei als Verstärker für die Schwingungen wirken, insbesondere dann, wenn die Frequenz der im Niederdruckbereich entstehenden Schwingung in etwa der Eigenschwingung des Pumpendeckels entspricht, was zu Resonanzeffekten führt. Die Schwingungen werden dann über das Pumpengehäuse bzw. über die Niederdruckleitung auf sämtliche Karosserieteile und die Tankanbaueinheit übertragen. Diese Schwingungen sind in einem Fahrzeuginnenraum deutlich hörbar und tragen zu einem als störend empfundenen akustischen Gesamteindruck des Kraftstoffpumpengräusches bei.
Die vorliegende Erfindung verhindert oder vermindert zumindest die Ausbreitung der Schwingungen über den Pumpendeckel und führt damit zu einer erheblichen Geräuschreduktion. Ein kappenartiges Dämpfungselement am Pumpendeckel ist dabei einfach realisierbar, was sich günstig auf die Kosten auswirkt.
Konkret führt der Einsatz des Dämpfungselements auf dem Pumpendeckel der Hochdruck- Kraftstoffpumpe zu einer Bedämpfung der Pumpendeckelschwingungen und damit zu geringeren Schwingungsamplituden und reduzierter Schallabstrahlung. Dies bedeutet für den Pumpendeckel eine geringere dynamische Beanspruchung und eine Verlängerung der Lebensdauer. Neben der Bedämpfung der Pumpendeckelschwingungen an der Hochdruck- Kraftstoffpumpe werden durch das Dämpfungselement außerdem Schwingungen absorbiert und damit die direkte Schallabstrahlung reduziert. Hochfrequente Pulsationen im Niederdruckbereich werden aufgrund der prinzipbedingten starken Fluid-Struktur- Interaktion gemindert. Damit wird eine hydroakustische Anregung des Niederdrucksystems gesenkt und infolgedessen die Schallabstrahlung über Niederdruckleitungen auf Anbaustrukturen und die Tankanbaueinheit reduziert. Durch die Bedämpfung des Pumpendeckels werden zusätzlich die Pulsationen im Niederdruckbereich als Rückwirkung reduziert, weil den im Niederdruckbereich direkt mit dem Pumpendeckel wechselwirkenden Pulsationen Schwingungsenergie entzogen wird. Das Dämpfungselement wirkt damit sehr effektiv und erfordert dazu sehr wenig Bauraum. Außerdem kann das Dämpfungselement leicht an bestehende Fertigungs- und Montagekonzepte adaptiert werden. Es ist sogar möglich, bereits ohne Dämpfungselemente ausgelieferte Hochdruck- Kraftstoffpumpen - auch nach einem Einbau in ein Kraftfahrzeug - nachzurüsten.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand. So wird weiter vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement als separates Bauteil den Pumpendeckel mindestens bereichsweise ummantelt. Das bedeutet, das Dämpfungselement (auch als "Cover" oder "Isolation" bezeichnet) wird während eines Montageprozesses der Hochdruck- Kraftstoffpumpe auf dem Pumpendeckel befestigt. Das Dämpfungselement bedeckt dabei den Pumpendeckel. Die Kosten dieser Ausgestaltung sind besonders gering, bei hoher Wirksamkeit.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement ein schalldämpfendes, insbesondere viskoelastisches Material umfasst. Als viskoelastisch bezeichnet man Polymere (großmolekulare elastische Kunststoffe wie bspw. Polyurethane, Elastomere, Plastomere, Thermoplaste oder Silikone) mit besonderen elastischen Eigenschaften. Die Eigenschaften äußeren sich in der Weise, als würde sich die Elastizität fester Körper mit flüssigkeitsähnlichem Verhalten verbinden. Bei dynamischer Beanspruchung wird ein Teil der Deformationsarbeit von dem viskoelastischen Material absorbiert, während ein anderer Teil dissipiert (umgewandelt) wird. Bei der Auswahl eines geeigneten Polymers sind weitere Anforderungen, bspw. nach Temperaturbeständigkeit und nach einer chemischen
Resistenz gegen Umgebungsmedien (z.B. Öl, Kraftstoff) zu berücksichtigen. Bei dieser Weiterbildung wird also die übertragene Körperschallleistung effizient durch die viskoelastische Materialdämpfung teilweise im viskoelastischem Material absorbiert und teilweise dissipiert. Es werden also einerseits die Körperschallschwingungen im viskoelastischen Material teilweise absorbiert, bevor sie die Oberfläche des
Dämpfungselements erreichen. Andererseits werden Schwingungen des Pumpendeckels bedämpft, da der Schwingbewegung im Pumpendeckel Leistung entzogen wird. Die vom Pumpendeckel ausgehenden Schwingungen können damit stark reduziert werden. Mehrere alternative oder sich ergänzende Konzepte zur Befestigung des Dämpfungselements auf dem Pumpendeckel während der Montage sind denkbar. Deshalb wird vorgeschlagen:
• dass das Dämpfungselement straff und selbsthemmend an einem seitlichen Bereich des Pumpendeckels anliegt;
• dass das Dämpfungselement durch Fügen, insbesondere durch Kleben am Pumpendeckel befestigt ist;
• dass das Dämpfungselement durch eine formschlüssige Verbindung am Pumpendeckel und/oder am Pumpengehäuse befestigt ist; oder • das Dämpfungselement einen ringförmigen Manschettenabschnitt und einen
Dämpfungsabschnitt aufweist, und dass es über den Manschettenabschnitt am Pumpendeckel befestigt ist.
Die vier Möglichkeiten sind rein funktional als nahezu gleichwertig zu betrachten. Bei der Auswahl der entsprechenden Möglichkeit ist daher das Gesamtkonzept der
Brennkraftmaschine und deren Auslegung zu berücksichtigen. In jedem Fall wird hierbei eine Vorspannung innerhalb des Dämpfungselements durch die straffe Montage erzielt, so dass damit eine Flächenpressung zwischen dem Dämpfungselement und der Oberfläche des Pumpendeckels realisiert wird. Dabei wird durch Reibung zwischen dem Dämpfungselement und des Pumpendeckels zusätzlich Schallleistung dissipiert und die Bedämpfung des Pumpendeckels noch weiter erhöht.
Bei Verwendung der ringförmigen Manschette kann der Manschettenabschnitt durch ein separates Teil, bspw. ein zusammenziehbarer Metallring, am Pumpendeckel befestigt werden oder es wird ergänzend vorgeschlagen, dass der Dämpfungsabschnitt und der Manschettenabschnitt einstückig ausgebildet ist und dass der Manschettenabschnitt aus einem Material, vorzugsweise einem Kunststoff hergestellt ist, welches eine höhere Steifigkeit aufweist als der Dämpfungsabschnitt. Durch diese Ausgestaltung wird die Bedämpfung des Pumpendeckels durch die verstärkte Flächenpressung besonders vorteilhaft genutzt.
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Schallemission vom Pumpendeckel bietet die Ausgestaltung des Bereichs zwischen der Oberfläche des Pumpendeckels und dem Dämpfungselement. Deshalb wird zusätzlich vorgeschlagen, dass zwischen dem Dämpfungselement und dem Pumpendeckel mindestens bereichsweise ein mit einem Gas gefüllter Freiraum vorhanden ist. Das bedeutet, dass das Dämpfungselement etwas abgehoben ausgeführt ist, um den axial abgestrahlten Schall vom Pumpendeckel zusätzlich zu dämmen.
Um ein besonders montagefreundliches Konzept der Hochdruck- Kraftstoffpumpe zu unterstützen, wird weiterhin vorgeschlagen, dass das Dämpfungselement mindestens bereichsweise direkt auf dem Pumpendeckel aufgespritzt oder aufgeschäumt ist. Das Dämpfungselement wird also nach dem Verschweißen des Pumpendeckels durch direktes Aufspritzen oder direktes Verschäumen auf dem Pumpendeckel aufgetragen und ist damit nicht mehr vom Pumpendeckel lösbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden anhand von Figuren vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe; Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Hochdruck- Kraftstoffpumpe aus Figur 1; Figur 3 eine Schnitt-Zeichnung eines Dämpfungselements in einer ersten Ausführungsform;
Figur 4 eine Schnitt-Zeichnung eines Dämpfungselements in einer zweiten
Ausführungsform; Figur 5 eine Schnitt-Zeichnung eines Dämpfungselements in einer dritten
Ausführungsform; und Figur 6 eine Schnitt-Zeichnung eines Dämpfungselements in einer vierten
Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Vorförderpumpe 14 Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 16 fördert. Der Druck in der Niederdruckleitung 16 wird durch ein Drucksteuer- beziehungsweise Druckregelventil 18 eingestellt.
Die Niederdruckleitung 16 führt zu einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20, deren Aufbau in Figur 2 näher beschrieben wird. Die Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 wird mechanisch von der Brennkraftmaschine 10 angetrieben. Sie verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn zu einem Kraftstoff- Hochdruckspeicher 22, der auch als "RaM" bezeichnet wird. An diesen sind mehrere Injektoren 24 angeschlossen, die den Kraftstoff unter hohem Druck in ihnen direkt zugeordnete Brennräume 26 einspritzen. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 28 gesteuert und geregelt.
In Figur 2 ist die in Figur 1 schematisch angedeutete Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 perspektivisch dargestellt. Die Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 weist ein Pumpengehäuse 32 auf, dessen Außenfläche der Form eines Sechsecks angenähert ist. Auf dem Pumpengehäuse 32 ist ein Pumpendeckel 34 angeordnet, der in der Mitte eingedellt ist. Der Pumpendeckel 34 ist durch eine Schweißnaht 35 mit dem Pumpengehäuse 32 fest verbunden. In einem in Figur 2 nach hinten weisenden Bereich ist ein Mengensteuerventil 36 angeordnet. Das Pumpengehäuse 32 kann über einen Flansch 38 an der in Figur 1 dargestellten Brennkraftmaschine 10 befestigt werden. Aus dem Pumpengehäuse 32 ragt ein Pumpenkolben 40 heraus, der von einer Kolbenfeder 42 umgeben ist.
An der Außenseite des Pumpengehäuses 32 sind verschiedene Anschlüsse für Kraftstoffleitungen angeordnet. Der in Figur 2 mittlere Anschluss wird durch einen Niederdruck-Anschlussstutzen 44 gebildet, der von der in Figur 1 dargestellten Vorförderpumpe 14 gespeist wird und zu einem Niederdruckbereich der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 führt. Der in Figur 2 linker Hand dargestellte Anschluss ist durch einen Hochdruck-Anschlussstutzen 46 gebildet, der einem Hochdruckbereich der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 zugeordnet ist und den Kraftstoff- Hochdruckspeicher 22 (Figur. 1) speist. Der in Figur 2 rechter Hand dargestellte Anschluss ist durch einen Stutzen 48 gebildet, der Leckagekraftstoff aus der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter 12 (Figur. 1) zuführt. In der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 kommt es aufgrund der zyklischen Kraftstoff- Förderung und der Mengensteuerung durch das Mengensteuerventil 36 zu einer Erzeugung von Körper- und Fluidschall im gesamten hörbaren Frequenzbereich. Dieser wird im Wesentlichen von Pulsationen im Niederdruckbereich und durch in der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 entstehenden Körperschall erzeugt. Hierdurch wird der über dem Niederdruckbereich angeordnete Pumpendeckel 34 zu Schwingungen angeregt, aufgrund von Eigenschwingungen vor allem zu Biegeschwingungen mit hohen Schwingungsamplituden. Da der Pumpendeckel 34 mit dem Pumpengehäuse 32 verschweißt ist (vergl. Bezugzeichen 35), werden die Schwingungen über das Pumpengehäuse 32 und über die Niederdruckleitung 16 auf Karosserieteile und beispielsweise eine Tankanbaueinheit (nicht dargestellt) übertragen, was dort zu einer unerwünschten, störenden Schallabstrahlung führt.
Zur Dämpfung dieser Schwingungen im Bereich des Pumpendeckels 34 wird erfindungsgemäß ein Dämpfungselement 50 (in Figur 2 strichpunktiert angedeutet) auf dem Pumpendeckel 34 befestigt, das kappenförmig ausgebildet ist. Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Dämpfungselements 50 in einer Schnitt-Zeichnung. Der Pumpendeckel 34 weist in einem mittigen Bereich eine Delle 52 auf. Das Dämpfungselement 50 besteht aus viskoelastischem Material, bspw. einem Polymer (hierzu gehören großmolekulare elastische Kunststoffe wie bspw. Polyurethane, Elastomere, Plastomere, Thermoplaste oder Silikone) mit besonderen elastischen und schalldämpfenden Eigenschaften. Außerdem ist das Material wärmebeständig und resistent gegenüber Kraftstoff und Öl. Das Dämpfungselement 50 ist in Figur 3 über den Pumpendeckel 34 gezogen und liegt manschettenartig straff und selbsthemmend an einer Seitenwand 54 des Pumpendeckels 34 an. Im Bereich oberhalb des Pumpendeckels 34 umfasst die Anordnung einen mit Gas, vorliegend Luft gefüllten Freiraum 56 ("Luftpolster") zwischen der stirnseitigen Oberfläche des Pumpendeckels 34 und dem Dämpfungselement 50. Eine Innenseite des Dämpfungselements 50 weist einerseits in einem oberen Bereich eine Einbuchtung 58 auf, die in Richtung der Delle 52 des Pumpendeckels 34 zeigt und andererseits an einem unteren, freien Ende eine nach innen ragende Rastnase 60 über den gesamten Umfang des Dämpfungselements 50 auf, welche einen komplementären Umfangsrand (ohne Bezugszeichen) des Gehäuses 32 im Sinne einer formschlüssigen Verbindung hintergreift. Die Dämpfung der in der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 entstehenden Schwingungen funktioniert folgendermaßen:
Wird das Dämpfungselement 50 durch die Schwingbewegung der Seitenwand 54 des Pumpendeckels 34 an der Grenzfläche zum Pumpendeckel 34 angeregt, so wird die dabei übertragene Körperschallleistung effizient durch die viskoelastische Materialdämpfung teilweise im viskoelastischem Material absorbiert und teilweise dissipiert. Dadurch werden einerseits die Körperschallschwingungen im viskoelastischen Material teilweise absorbiert, bevor sie die Oberfläche des Dämpfungselements 50 erreichen. Andererseits werden Schwingungen des Pumpendeckels 34 bedämpft, da der Schwingbewegung im
Pumpendeckel 34 Leistung entzogen wird. Durch die Bedämpfung des Pumpendeckel 34 werden zusätzlich die Pulsationen im Niederdruckbereich reduziert, weil den im Niederdruckbereich direkt mit dem Pumpendeckel 34 wechselwirkenden Pulsationen Schwingungsenergie entzogen wird.
Die Dämpfung der Schwingungen wird durch die im Bereich der Seitenwand 54 manschettenartige, straffe und selbsthemmende Montage des Dämpfungselements 50 auf dem Pumpendeckel 34 noch erhöht, da hierbei eine Vorspannung innerhalb des Dämpfungselements 50 erzielt wird, so dass damit eine Flächenpressung zwischen dem Dämpfungselement 50 und der Oberfläche der Seitenwand 54 des Pumpendeckels 34 realisiert wird. Durch Reibung zwischen dem Dämpfungselement 50 und der Seitenwand 54 des Pumpendeckels 34 wird zusätzlich Schallleistung dissipiert und die Bedämpfung des Pumpendeckels 34 weiter erhöht. Der straffe Sitz des Dämpfungselements 50 wird durch die Ausgestaltung des Dämpfungselements 50 im unteren Bereich durch die nach innen ragende Rastnase 60 unterstützt, da die Rastnase 60 eine formschlüssige Verbindung durch Einrasten in eine Hinterschneidung am Pumpengehäuse 32 realisiert.
Die Dämpfung der Schwingungen wird außerdem durch den mit Gas gefüllten Freiraum 56 zwischen Pumpendeckel 34 und dem Dämpfungselement 50 erhöht. Das Dämpfungselement 50 ist etwas abgehoben ausgeführt um den axial abgestrahlten Schall vom Pumpendeckel 34 zusätzlich zu dämmen.
Figur 4 , 5 und 6 zeigen drei weitere Ausführungsformen des Dämpfungselements 50. Zu Figur 3 funktionsäquivalente Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden - ebenso wie deren Wirkung auf die Schwingungsdämpfung - nicht noch einmal näher erläutert. Figur 4 zeigt eine Schnitt-Zeichnung eines Dämpfungselements 50, das ebenfalls aus viskoelastischem Material (wie zu Figur 3 beschrieben) besteht. Das Dämpfungselement 50 liegt straff und selbsthemmend an der Seitenwand 54 des Pumpendeckels 34 an, der obere Bereich weist eine Einbuchtung 58 auf, die im Wesentlichen die Delle 52 des
Pumpendeckel 34 ausfüllt und auf dem Pumpendeckel 34 aufliegt. Das bewirkt, dass der mit Gas gefüllte Freiraum 56 wesentlich kleiner gestaltet ist als in Figur 3. Die Ausführungsform von Figur 4 stellt somit einen Kompromiss zwischen der durch die mit Gas gefüllten Freiraum 56 erzeugte Dämpfung des Schalls und der Wirkung der Vorspannung des Dämpfungselements 50 dar.
Figur 5 zeigt eine Schnitt-Zeichnung einer dritten Ausführungsform eines besonders montagefreundlichen Dämpfungselements, die mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet ist. Der Pumpendeckel 34 weist dabei die gleiche Form wie in zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf. Das Dämpfungselement 50 ist jedoch direkt auf dem Pumpendeckel 34 durch Fügen aufgebracht. Dies kann durch Aufkleben des formangepassten Dämpfungselements 50 an den Pumpendeckel 34, aber auch durch direktes Aufspritzen oder direktes Verschäumen (vergl. Bezugszeichen 62) auf den Pumpendeckel 34 geschehen. Dieser Arbeitsgang kann nach dem Verschweißen des Pumpendeckels 34 mit dem Pumpengehäuse 32 während der Montage der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 20 erfolgen. Die Verbindung ist damit nicht mehr vom Pumpendeckel 34 lösbar.
Figur 6 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform von Figur 5. Auch hier ist ein Dämpfungselement 50 vorzugsweise aufgespritzt oder aufgeschäumt. Während jedoch in Figur 5 das gesamte Dämpfungselement 50 aus viskoelastischem Material besteht, weist in Figur 6 lediglich ein oberer Bereich (ohne Bezugszeichen) viskoelastisches Material auf. Dieser wird daher als "Dämpfungsabschnitt" bezeichnet. Ein unterer Bereich 64, der fest mit dem oberen, viskoelastischen Bereich verbunden ist, besteht aus einem festen Kunststoff, dessen Steifigkeit höher ist als die Steifigkeit des viskoelastischen Materials und liegt manschettenartig an einem Teil des Pumpendeckels (in Figur 6 nicht gezeigt) an. Er wird daher als Manschettenabschnitt bezeichnet. Hergestellt wird das Dämpfungselement 50 beispielsweise, indem zunächst der Manschettenabschnitt 64 durch Spritzgießen hergestellt wird, und dass der Manschettenabschnitt 54 dann zum Anschäumen des Dämpfungsabschnitts in eine entsprechende Form eingelegt wird. Damit der
Manschettenabschnitt 54 und der Dämpfungsabschnitt optimal miteinander verbunden werden, verfügt der Manschettenabschnitt 64 an seinem dem Dämpfungsabschnitt zugewandten Rand über einen umlaufenden axialen Steg (ohne Bezugszeichen) sowie einen umlaufenden radialen Bund (ohne Bezugszeichen).
Zur zusätzlichen Sicherung am Pumpendeckel oder einem anderen Abschnitt des Pumpengehäuses umfasst das Dämpfungselement 50 an einem freien Ende des Manschettenabschnitts 64 eine umlaufende Rastnase 60, die den komplementären Umfangsrand (ohne Bezugszeichen) des Pumpendeckels bzw. Pumpengehäuses hintergreift.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) für ein Kraftstoff- Einspritzsystem einer
Brennkraftmaschine (10), mit einem Pumpengehäuse (32), das mit einem Pumpendeckel (34) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpendeckel (34) ein kappenartiges Dämpfungselement (50) umfasst.
2. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) als separates Bauteil den Pumpendeckel (34) mindestens bereichsweise ummantelt.
3. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) ein schalldämpfendes, insbesondere viskoelastisches Material umfasst.
4. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) straff mindestens an einem seitlichen Bereich (54) des Pumpendeckels (34) anliegt.
5. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) durch Fügen, insbesondere durch Kleben am Pumpendeckel (34) befestigt ist.
6. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) durch eine formschlüssige Verbindung am Pumpendeckel (34) und/oder am Pumpengehäuse (32) befestigt ist.
7. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) einen ringförmigen Manschettenabschnitt (64) und einen Dämpfungsabschnitt aufweist, und dass es über den Manschettenabschnitt (64) am Pumpendeckel (32) befestigt ist.
8. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsabschnitt und der Manschettenabschnitt (64) einstückig ausgebildet sind.
9. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Manschettenabschnitt (64) aus einem Material, vorzugsweise einem Kunststoff hergestellt ist, welches eine höhere Steifigkeit aufweist als der Dämpfungsabschnitt.
10. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dämpfungselement (50) und dem Pumpendeckel (34) mindestens bereichsweise ein mit einem Gas gefüllter Freiraum (56) vorhanden ist.
11. Hochdruck- Kraftstoffpumpe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (50) mindestens bereichsweise direkt auf den Pumpendeckel (34) aufgespritzt oder aufgeschäumt ist.
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