WO2018007055A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

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WO2018007055A1
WO2018007055A1 PCT/EP2017/061214 EP2017061214W WO2018007055A1 WO 2018007055 A1 WO2018007055 A1 WO 2018007055A1 EP 2017061214 W EP2017061214 W EP 2017061214W WO 2018007055 A1 WO2018007055 A1 WO 2018007055A1
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WO
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wall
pressure fuel
fuel pump
cover element
pump housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/061214
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Herrmann
Sebastian Bauer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to US16/315,329 priority patent/US10865751B2/en
Priority to CN201780042474.4A priority patent/CN109416009B/zh
Priority to EP17722771.7A priority patent/EP3482060B1/de
Priority to JP2019500441A priority patent/JP2019520519A/ja
Priority to KR1020227000132A priority patent/KR102466601B1/ko
Priority to KR1020197000455A priority patent/KR20190026745A/ko
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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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/04—Means for damping vibrations or pressure fluctuations in injection pump inlets or outlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump according to the preamble of claim 1.
  • Fuel systems for internal combustion engines are known from the market, in which fuel from a fuel tank is conveyed under high pressure into a high-pressure accumulator ("rail") by means of a pre-demand pump and a mechanically driven high-pressure fuel pump.
  • a high-pressure accumulator (“rail")
  • a damper device When a high-pressure fuel pump is usually arranged a damper device.
  • a damper device usually comprises a cover element and a between cover element and
  • Pump housing arranged diaphragm damper which is usually designed as a gas-filled diaphragm box and a holding element on
  • the damper device is fluidic with a
  • the damper device serves to damp pressure pulsations in the low-pressure region of the fuel system, which are caused, for example, by opening and closing operations of valves, for example an intake valve, in the high-pressure fuel pump.
  • the object of the present invention is to provide a fuel-high return pump whose operation is perceived as little disturbing for vehicle occupants. This object is achieved by a high-pressure fuel pump according to claim 1.
  • the fuel return pump according to the invention ensures that vibrations of the cover element, which during operation of the
  • Fuel high-pressure pump for example, due to the development of sound at attacks of a plunger, which operates a quantity control valve, occur, only a small
  • a stiffening of a wall of the cover element is also formed in that curved regions of the wall, which extend at least also in the radial direction, have a respective center of curvature on the side of the damping volume.
  • a section of the wall which generally runs substantially or at least also in the radial direction, is of the damping volume (or, if the section of FIG
  • a center of curvature on the side of the damping volume means that the center of a local circle of curvature (also referred to as a circle or circle) ) lies on the side of the damping volume
  • the circle of curvature in a particular point of the wall is the circle that best approximates the course of the wall at this point, which thus conforms locally to the course of the wall.
  • a tangent of the circle of curvature at this point coincides with the tangent of the wall.
  • a point on the wall depending on the cutting plane have different curvature circles
  • the thus curved wall has a self-stabilizing effect, whereby the cover element with low material thickness and thus low weight, small size and compact dimensions high rigidity and thus resistance to
  • stiffening can also be produced in a very different way, for example by the formation of stiffening ribs, by an appropriate selection of
  • the membrane damper which is arranged between the cover element and the pump housing, preferably a holding element, supported by the diaphragm damper on the pump housing and in a vertical direction to
  • Pump housing is arranged spaced, and preferably a
  • Spring element via which the diaphragm damper is supported on the cover element and arranged in the vertical direction spaced therefrom comprises. Due to the design of the cover element as part of the just described
  • Damper device may cause pressure fluctuations during operation of the
  • inventive high-pressure fuel pump be damped in an advantageous manner.
  • the cover element has a first section which extends overall axially, and a second section which extends in the radial direction. This will in a simple way the
  • Damping capacity occur during operation of the high-pressure fuel pump.
  • extending in the radial direction with respect to the second section is meant that it has in its course a component which points in the radial direction, that is, the second section does not have to run completely in the radial direction.
  • This feature also includes a second section that extends obliquely in the radial and axial directions.
  • Lid member facing away from the second portion at its end a radially inner tapered portion for attachment to the
  • Manner be attached to the pump housing and, for example by means of a capacitor discharge press-fitting welding operation on the
  • the second section - ie that section of the wall which runs overall or at least also in the radial direction and which is concave as a whole from the damping volume (or if the section of the wall is a lens - from the focal point)
  • Transition region having a cross section with a first inner radius of curvature between 2 mm to 10 mm, preferably between 5 mm to 9 mm, preferably between 6 mm to 8 mm, in particular between 6.5 mm to 7.5 mm, in particular of 7 mm, and a main region having a cross section with a second inner radius of curvature between 40 mm to 54 mm, preferably between 42 mm to 52 mm, preferably between 44 mm to 50 mm, in particular between 46 mm to 48 mm, in particular of 47 mm, comprising, wherein the second portion preferably from the transition region and the
  • Main area consists. This is achieved in a particularly simple and easy to produce way that vibration modes or
  • Resonant frequencies of the lid are such that during operation of the pump, an advantageous spectrum of noise emissions or noise emission occurs, which by the user of a vehicle in which the
  • High-pressure fuel pump is installed, not or is not perceived as unpleasant.
  • the overall axially extending first section of the cover element has an axial extent of at least 5 mm, preferably at least 6 mm, preferably at least 7 mm, in particular at least 8 mm and / or at most 12 mm, preferably at most 1 1 mm, preferably of at most 10 mm, in particular of at most 9 mm.
  • a lid member provides sufficient space to accommodate other parts of the damper device between the cover element and the pump housing, for example, the above-mentioned membrane damper. Nevertheless, the overall height is relatively low, and the resonance behavior is such that undesirable noise emissions are effectively suppressed.
  • the overall substantially radially extending second portion of the wall of the cover element seen in the axial direction an extension of at least 7 mm, preferably at least 8 mm, preferably at least 9 mm, in particular at least 9.5 mm and / / or not more than 13 mm, preferably not more than 12 mm, preferably not more than 1 1 mm, in particular not more than 10,5 mm, having.
  • the above-mentioned areas provide an advantageous compromise solution
  • a wall thickness of the cover element in a radially inner region is at least 1.5 mm, preferably at least 1.6 mm, preferably at least 1.65 mm, the inner region being arranged around a central axis of the cover element and in the radial direction a diameter of at least 41 mm, preferably 41, 7 mm, preferably 43 mm, in particular 45 mm.
  • the said minimum cover thickness in the radially inner region leads to a sufficient degree of suppression of
  • Wall thickness allow a cost-effective production of the lid with a small installation size and reasonable weight of the high-pressure fuel pump but at the same time sufficient suppression of noise emissions.
  • the cover element has an axial extension of at least 15 mm, preferably of at least 16 mm, preferably of at least 17 mm, in particular of at least 18 mm, and / or an axial extent of at most 22 mm, preferably of at most 21 mm, preferably not more than 20 mm, in particular not more than 19 mm.
  • the described lower limits represent advantageous values which make it possible, for example, to arrange the diaphragm damper, the retaining element and / or the spring element between the cover element and the pump housing as described above, the maximum values specified ensuring an advantageously low profile of the high-pressure fuel pump.
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of a fuel system for an internal combustion engine
  • Figure 2 is a sectional view of an inventive
  • FIG 3 is a single enlarged view of a lid member of
  • FIG. 4 shows a diagram in which the resonance frequency of the cover element from FIG. 2 and FIG. 3 is shown in detail and in comparison with the resonance frequency of a conventional fuel-boost pump.
  • FIG. 1 shows a fuel system 10 for a further not shown
  • an inlet valve 24 is arranged, via which a piston chamber 26 with a
  • Low pressure region 28 which includes the feed pump 16, the suction line 14, and the fuel tank 12, is fluidically connectable. Pressure pulsations in the
  • Low-pressure region 28 can be damped by means of a pressure damper device 29.
  • the inlet valve 24 can via a
  • Actuator 30 are forcibly opened.
  • Actuator 30 and thus the inlet valve 24 are connected via a
  • Control unit 32 controlled.
  • a piston 34 of the high-pressure fuel pump 22 can be moved up and down along a piston longitudinal axis 38 by means of a drive 36 which is designed as a cam disk, which is schematically represented by an arrow with the reference numeral 40.
  • Hydraulically between the piston chamber 26 and an outlet 42 of the high-pressure fuel pump 22 is an exhaust valve 44, which may open to a high-pressure accumulator 46 ("rail").
  • a pressure relief valve 48 which opens when a limit pressure in the high-pressure accumulator 46 is exceeded, the high-pressure accumulator 46 and the piston chamber 26 are fluidically connectable.
  • the pressure limiting valve 48 is designed as a spring-loaded check valve and can open to the piston chamber 26 out.
  • the fuel high pressure pump 22 is shown in a sectional view in FIG. In the illustration of Figure 2 it can be seen that the
  • Actuator 30 comprises a spring-loaded plunger 49.
  • the plunger 49 is movable via a magnetic coil 50 and can also one
  • the pressure damper device 29 comprises a pot-like cover element 54, which is connected to the pump housing 52 in a connection region 56, in the present case via a KEEP weld seam (capacitor discharge press-in weld).
  • the connecting portion 56 runs around the pump housing 52 in a circumferential direction.
  • the pump housing 52 and the cover member 54 define an interior 58 of the pressure damper device 29.
  • the interior 58 of the pressure damper device 29 In the interior 58 of the
  • Pressure damper device 29 is a diaphragm damper 60 is arranged. This comprises a first and in the figures upper membrane 62 and a second and in the figures lower membrane 64, which are welded together at the edges. The upper membrane 62 and the lower membrane 64 enclose
  • Damping volume 66 which is filled with gas and compressible, since the two membranes 62 and 64 are each flexible walls for the damping volume 66.
  • the diaphragm damper 60 is at the edge via a support element 68 on
  • Pump housing 52 supported and arranged in an axial or in the figures vertical direction along the piston longitudinal axis 38 spaced therefrom.
  • a spring element 70 is disposed opposite the support element 68 between the diaphragm damper 60 and the cover element 54.
  • the diaphragm damper 60 is supported on the cover member 54 and arranged in the axial direction 38 spaced therefrom. Overall, the diaphragm damper 60 is braced on the support element 68 and the spring element 70 at the edge between the cover element 54 and the pump housing 52.
  • the fuel is in
  • the cover element 54 will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the piston longitudinal axis 38 shown in FIG. 2 corresponds in FIG. 3 to a central axis 38 of the cover element 54.
  • the cover element 54 has a wall 72.
  • the wall 72 of the lid member 54 has a first one
  • Section 74 which runs completely vertically in Figure 3, so that its course is completely in the direction of the piston longitudinal axis 38.
  • Lid member 54 also has a second portion 76 which adjoins first portion 74 and which extends generally and substantially in a radial direction 78.
  • the second portion 76 is not only in a radial direction (arrow 78 in Figure 3) but also somewhat in the axial direction.
  • the second section 76 is away from the interior 58
  • Interior 58 is located, whereby a stiffening of the cover member 54 and its wall 72 is formed.
  • the radial portion 74 has a radially tapered portion 80, which serves for attachment to the pump housing 52.
  • the second section 76 has, for the first section 74, a transition area 82 with a first one inner radius of curvature 84, which in the present case is 7 mm.
  • the second portion 76 also has a main portion 86 which connects radially inwardly to the transition region 82 and which has a cross-section with a second inner radius of curvature 88, the second inner radius of curvature 88 being presently 47 mm.
  • the second section 76 consists of the transition area 78 and the main area 86.
  • An inner area of the cover element is provided with the reference number 90 in FIG.
  • the wall 72 of the cover element 54 has a wall thickness 92, which in the present case is 1.65 mm.
  • the inner region 90 in the present case has a diameter around the
  • An axial extension of the first section carries the reference numeral 94 in FIG. 3 and in the present case is 8.2 mm.
  • a vertical extension of the second section carries the reference numeral 94 in FIG. 3 and in the present case is 8.2 mm.
  • Section 76 bears the reference numeral 96 in FIG. 3 and in the present case amounts to 9.9 mm. Consequently, a total vertical extent 98 of the
  • Lid element 54 present 18.1 mm.
  • the second portion 76 are formed concave with respect to the interior 58.
  • the inlet valve 24 During operation of the inlet valve 24, this is partially forced open by the plunger 49 or prevented from closing. Thereby, the amount of fuel that is conveyed by the high-pressure fuel pump 22 can be adjusted. If the plunger 49 abuts the valve body 51 of the inlet valve 24, this causes a noise. This propagates through the pump housing 52 and through the fuel to the cover element 54, whereby it can be excited to vibrate. The lid member 54 then radiates these sounds. If the oscillation modes of the cover element 54 were, for example, in the region of 8000 Hz, unfavorable amplification of the noise emission could occur. Due to the just described geometry of the cover element 54, the vibration modes of the cover element 54 are close to the non-audible range or in the non-audible range, in particular in the range of 12000Hz-13000hz. This has an advantageous effect on the
  • FIG. 4 shows the noise emission 100 as a function of the excitation frequency 102.
  • the resonance behavior of the invention is
  • High-pressure fuel pump 22 is designated by the reference numeral 104 and plotted as a dashed line, and the resonance behavior of a known from the prior art high-pressure fuel pump 22 is provided with the reference numeral 106 and plotted as a solid line.
  • Resonant frequencies 107 of the high-pressure fuel pump 22 according to the invention are shifted in relation to the resonance frequencies 108 of the prior art to the inaudible range 110. Also the total height
  • Noise emission 100 (volume) in the resonant frequencies 107 is lower than at the resonant frequencies 108 of the prior art high-pressure fuel pump 22.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe (22) mit einem Pumpengehäuse (52) und einem Deckelelement (54), das mit dem Pumpengehäuse (52) verbunden ist und eine Wand(72) aufweist, wobei zwischen Deckelelement (54) und Pumpengehäuse (52) ein Dämpfungsvolumen (66) angeordnet ist und die Wand(72) eine Versteifung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Resonanzfrequenz des Deckelelements (54) oberhalb von 9 kHz, vorzugsweise oberhalb 11 kHz, insbesondere oberhalb 12 kHz, liegt.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffhochdruckpumpe Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Vom Markt her bekannt sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, bei denen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Vorforderpumpe und einer mechanisch angetriebenen Kraftstoffh och d ruckpumpe unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher ("Rail") gefördert wird. An oder in einem
Pumpengehäuse einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe ist üblicherweise eine Dämpfervorrichtung angeordnet. Eine derartige Dämpfervorrichtung umfasst meist ein Deckelelement und einen zwischen Deckelelement und
Pumpengehäuse angeordneten Membrandämpfer, der üblicherweise als gasgefüllte Membrandose ausgeführt ist und über ein Halteelement am
Pumpengehäuse abgestützt und in einer vertikalen Richtung zu diesem beabstandet angeordnet ist. Die Dämpfervorrichtung ist dabei fluidisch mit einem
Niederdruckbereich verbunden. Die Dämpfervorrichtung dient zum Dämpfen von Druckpulsationen in dem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems, die beispielsweise durch Öffnungs- und Schließvorgänge von Ventilen, bspw. eines Einlassventils, in der Kraftstoffhochdruckpumpe hervorgerufen werden.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffh och d ruckpumpe bereitzustellen, deren Betrieb für Fahrzeuginsassen als wenig störend empfunden wird. Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Kraftstoffh och d ruckpumpe ist gewährleistet, dass Schwingungen des Deckelelements, die im Betrieb der
Kraftstoffhochdruckpumpe bspw. aufgrund von Schallentwicklung bei Anschlägen eines Stößels, der ein Mengensteuerventil betätigt, auftreten, nur eine geringe
Geräuschemission hervorrufen, bzw. dass die von dem Deckelelement abgestrahlten Geräuschemissionen von den Fahrzeuginsassen nicht als störend wahrgenommen werden. Bevorzugt ist, wenn eine Versteifung einer Wand des Deckelelements jedenfalls auch dadurch gebildet ist, dass gekrümmte Bereiche der Wand, die wenigstens auch in radialer Richtung verlaufen, ein jeweiliges Krümmungszentrum auf Seiten des Dämpfungsvolumens aufweisen. Anders ausgedrückt: ein solcher Abschnitt der Wand, der insgesamt im Wesentlichen oder zumindest auch in radialer Richtung verläuft, ist vom Dämpfungsvolumen (bzw. - wäre der Abschnitt der
Wand eine Linse - vom„Brennpunkt") aus gesehen konkav gekrümmt. Dabei ist bevorzugt, wenn dieser gekrümmte Verlauf der Wand die Versteifung bildet. Mit einem Krümmungszentrum auf Seiten des Dämpfungsvolumens ist gemeint, dass der Mittelpunkt eines lokalen Krümmungskreises (auch Schmiegekreis oder Schmiegkreis genannt) auf Seiten des Dämpfungsvolumens liegt. Der
Krümmungskreis in einem jeweiligen Punkt der Wand ist dabei der Kreis, der den Verlauf der Wand in diesem Punkt am besten annähert, der sich also lokal an den Verlauf der Wand anschmiegt. Eine Tangente des Krümmungskreises in diesem Punkt stimmt mit der Tangente der Wand überein. Dabei kann ein Punkt auf der Wand je nach Schnittebene verschiedene Krümmungskreise aufweisen
(die zu betrachtenden Schnittebenen sind jeweils parallel zu einer
Kolbenlängsachse angeordnet). Die derartig gekrümmte Wand weist einen selbststabilisierenden Effekt auf, wodurch das Deckelelement bei geringer Materialstärke und damit geringem Gewicht, geringer Baugröße und kompakten Abmessungen eine hohe Steifigkeit und damit Widerstand gegenüber
Schwingungen aufweist.
Es sei an dieser Stelle aber auch darauf hingewiesen, dass die Versteifung auch auf ganz andere Art und Weise hergestellt werden kann, beispielsweise durch das Ausformen von Versteifungsrippen, durch eine entsprechende Auswahl der
Materialstärke und/oder eine entsprechende Auswahl der Materialmasse der Wand. Bevorzugt ist, wenn das Deckelelement Teil einer Dämpfervorrichtung ist, die einen Membrandämpfer, der zwischen Deckelelement und Pumpengehäuse angeordnet ist, vorzugsweise ein Halteelement, über das der Membrandämpfer am Pumpengehäuse abgestützt und in einer vertikalen Richtung zum
Pumpengehäuse beabstandet angeordnet ist, und vorzugsweise ein
Federelement, über das der Membrandämpfer am Deckelelement abgestützt und in der vertikalen Richtung zu diesem beabstandet angeordnet ist, umfasst. Durch die Ausbildung des Deckelelements als Teil der eben beschriebenen
Dämpfervorrichtung können Druckschwankungen im Betrieb der
erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe in vorteilhafter Weise gedämpft werden.
Von Vorteil ist auch, wenn das Deckelelement einen ersten Abschnitt, der insgesamt axial verläuft, und einen zweiten Abschnitt, der in radialer Richtung verläuft, aufweist. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise das
Dämpfungsvolumen geschaffen. Dabei wird das Schwingungsverhalten des Deckelelements im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe in vorteilhafter Weise beeinflusst, so dass besonders geringe Geräuschemissionen bei hoher
Dämpfungskapazität im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe auftreten. Mit "in radialer Richtung verlaufend" ist in Bezug auf den zweiten Abschnitt gemeint, dass dieser in seinem Verlauf eine Komponente aufweist, die in radiale Richtung zeigt, der zweite Abschnitt also nicht vollständig in radialer Richtung verlaufen muss. Von diesem Merkmal umfasst ist also auch ein zweiter Abschnitt, der schräg in radialer und axialer Richtung verläuft.
Von Vorteil ist dabei, wenn der axial verlaufende erste Abschnitt des
Deckelelements an seinem dem zweiten Abschnitt abgewandten Ende einen radial innenliegenden abgeschrägten Bereich zum Anfügen an das
Pumpengehäuse aufweist. Hierdurch kann das Deckelelement in vorteilhafter
Weise an das Pumpengehäuse angefügt werden und beispielsweise mittels eines Kondensator-Entladungs-Einpress-Schweißvorgangs an dem
Pumpengehäuse befestigt werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn der radial innenliegend abgeschrägte Bereich des Deckelelements einen Teil des
Pumpengehäuses in radialer Richtung umschließt. Hierdurch kann das
Deckelelement in einfacher Weise am Pumpengehäuse befestigt werden. Bevorzugt ist auch, wenn der zweite Abschnitt - also jener Abschnitt der Wand, der insgesamt oder wenigstens auch in radialer Richtung verläuft und der vom Dämpfungsvolumen (bzw. - wäre der Abschnitt der Wand eine Linse - vom Brennpunkt) aus gesehen insgesamt konkav ist - einen Übergangsbereich, der einen Querschnitt mit einem ersten inneren Krümmungsradius zwischen 2 mm bis 10 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm bis 9 mm, vorzugsweise zwischen 6 mm bis 8 mm, insbesondere zwischen 6,5 mm bis 7,5 mm, insbesondere von 7 mm, aufweist und einen Hauptbereich, der einen Querschnitt mit einem zweiten inneren Krümmungsradius zwischen 40 mm bis 54 mm, vorzugsweise zwischen 42 mm bis 52 mm, vorzugsweise zwischen 44 mm bis 50 mm, insbesondere zwischen 46 mm bis 48 mm, insbesondere von 47 mm aufweist, umfasst, wobei der zweite Abschnitt vorzugsweise aus dem Übergangsbereich und dem
Hauptbereich besteht. Hierdurch wird auf besonders einfache und leicht herstellbare Art und Weise erreicht, dass Schwingungsmoden oder
Resonanzfrequenzen des Deckels derart liegen, dass im Betrieb der Pumpe ein vorteilhaftes Spektrum an Geräuschemissionen bzw. Geräuschabstrahlung auftritt, welche vom Nutzer eines Fahrzeugs, in dem die
Kraftstoffhochdruckpumpe verbaut ist, nicht bzw. als nicht unangenehm wahrgenommen wird.
Von Vorteil ist auch, wenn der insgesamt axial verlaufende erste Abschnitt des Deckelelements eine axiale Erstreckung von wenigstens 5 mm, vorzugsweise von wenigstens 6 mm, vorzugsweise von wenigstens 7 mm, insbesondere von wenigstens 8 mm und/oder von höchstens 12 mm, vorzugsweise von höchstens 1 1 mm, vorzugsweise von höchstens 10 mm, insbesondere von höchstens 9 mm, aufweist. Ein solches Deckelelement bietet ausreichend Platz, um weitere Teile der Dämpfervorrichtung zwischen Deckelelement und Pumpengehäuse aufzunehmen, beispielsweise den oben genannten Membrandämpfer. Dennoch ist die Bauhöhe insgesamt vergleichsweise gering, und das Resonanzverhalten ist so, dass unerwünschte Geräuschemissionen wirksam unterdrückt werden.
Von Vorteil ist auch, wenn der insgesamt im Wesentlichen radial verlaufende zweite Abschnitt der Wand des Deckelelements in axialer Richtung gesehen eine Erstreckung von wenigstens 7 mm, vorzugsweise von wenigstens 8 mm, vorzugsweise von wenigstens 9 mm, insbesondere von wenigstens 9,5 mm und/oder von höchstens 13 mm, vorzugsweise von höchstens 12 mm, vorzugsweise von höchstens 1 1 mm, insbesondere von höchstens 10,5 mm, aufweist. Je höher die axiale Erstreckung des zweiten Abschnitts desto stärker gekrümmt kann der zweite Abschnitt ausgeführt werden, was zu einer besonders wirksamen Unterdrückung von Geräuschemissionen führt, sich jedoch negativ auf die benötigte Bauhöhe der Kraftstoffhochdruckpumpe auswirkt. Die eben genannten Bereiche stellen eine vorteilhafte Kompromisslösung zwischen
Geräuschunterdrückung und platzsparender Bauhöhe der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe dar.
Vorteilhaft ist auch, wenn eine Wandstärke des Deckelelements in einem radial inneren Bereich mindestens 1 ,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 ,6 mm, vorzugsweise mindestens 1 ,65 mm beträgt, wobei der innere Bereich um eine Mittelachse des Deckelelements angeordnet ist und in radialer Richtung einen Durchmesser von mindestens 41 mm, vorzugsweise 41 ,7 mm, vorzugsweise 43 mm, insbesondere 45 mm, aufweist. Die genannte Mindestdeckelstärke im radial inneren Bereich führt zu einem ausreichenden Maß an Unterdrückung von
Schwingungen des Deckelelements, die Geräusche im Betrieb der
Kraftstoffhochdruckpumpe verursachen. Die angegebenen Werte für die
Wandstärke erlauben eine kostengünstige Herstellung des Deckels bei geringer Einbaugröße und vertretbarem Gewicht der Kraftstoffhochdruckpumpe bei jedoch gleichzeitig ausreichender Unterdrückung von Geräuschemissionen.
Vorteilhaft ist auch, wenn das Deckelelement eine axiale Erstreckung von wenigstens 15 mm, vorzugsweise von wenigstens 16 mm, vorzugsweise von wenigstens 17 mm, insbesondere von wenigstens 18 mm, und/oder eine axiale Erstreckung von höchstens 22 mm, vorzugsweise von höchstens 21 mm, vorzugsweise von höchstens 20 mm, insbesondere von höchstens 19 mm, aufweist. Die beschriebenen unteren Grenzen stellen vorteilhafte Werte dar, die es ermöglichen, beispielsweise den Membrandämpfer, das Halteelement und/oder das Federelement, wie oben beschrieben, zwischen Deckelelement und Pumpengehäuse anzuordnen, wobei die angegebenen Höchstwerte eine vorteilhafte geringe Bauhöhe der Kraftstoffhochdruckpumpe gewährleisten.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlicher Kombination für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine;
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Kraftstoffhochdruckpumpe; Figur 3 eine einzelne vergrößerte Darstellung eines Deckelelements der
Kraftstoffhochdruckpumpe aus Figur 2 im Detail; und
Figur 4 ein Diagramm, in dem die Resonanzfrequenz des Deckelelements aus Figur 2 und Figur 3 im Detail und Vergleich mit der Resonanzfrequenz einer herkömmlichen Kraftstoffh och d ruckpumpe dargestellt ist.
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 für eine weiter nicht dargestellte
Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird im Betreib des Kraftstoffsystems 10 Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16 und einer
Niederdruckleitung 18 über einen Einlass 20 einer als Kolbenpumpe
ausgeführten Kraftstoffh och d ruckpumpe 22 zugeführt. Im Einlass 20 ist ein Einlassventil 24 angeordnet, über welches ein Kolbenraum 26 mit einem
Niederdruckbereich 28, der die Vorförderpumpe16, die Saugleitung 14, und den Kraftstofftank 12 umfasst, fluidisch verbindbar ist. Druckpulsationen in dem
Niederdruckbereich 28 können mittels einer Druckdämpfervorrichtung 29 gedämpft werden. Auf diese wird weiter unten noch stärker im Detail
eingegangen werden. Das Einlassventil 24 kann über eine
Betätigungseinrichtung 30 zwangsweise geöffnet werden. Die
Betätigungseinrichtung 30 und damit das Einlassventil 24 sind über eine
Steuereinheit 32 ansteuerbar.
Ein Kolben 34 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 kann mittels eines vorliegend als Nockenscheibe ausgeführten Antriebs 36 entlang einer Kolbenlängsachse 38 auf- und abbewegt werden, was durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen 40 schematisch dargestellt ist. Hydraulisch zwischen dem Kolbenraum 26 und einem Auslassstutzen 42 der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist ein Auslassventil 44 angeordnet, das zu einem Hochdruckspeicher 46 ("Rail") hin öffnen kann. Über ein Druckbegrenzungsventil 48, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckspeicher 46 öffnet, sind der Hochdruckspeicher 46 und der Kolbenraum 26 fluidisch verbindbar.
Über ein Druckbegrenzungsventil 48, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruckspeicher 46 öffnet, sind der Hochdruckspeicher 46 und der Kolbenraum 26 fluidisch verbindbar. Das Druckbegrenzungsventil 48 ist als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet und kann zum Kolbenraum 26 hin öffnen.
Die Kraftstoffh och d ruckpumpe 22 ist in Figur 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt. In der Darstellung von Figur 2 ist ersichtlich, dass die
Betätigungseinrichtung 30 einen federbelasteten Stößel 49 umfasst. Der Stößel 49 ist über eine Magnetspule 50 bewegbar und kann einen ebenfalls
federbelasteten Ventilkörper 51 des Einlassventils 24 zwangsweise öffnen.
In der Darstellung von Figur 2 im oberen Bereich der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist die Druckdämpfervorrichtung 29 angeordnet. Die Druckdämpfervorrichtung 29 umfasst ein topfartiges Deckelelement 54, das mit dem Pumpengehäuse 52 in einem Verbindungsbereich 56 verbunden ist und zwar vorliegend über eine KEEP-Schweißnaht (Kondensator-Entladungs-Einpress-Schweißnaht). Der Verbindungsbereich 56 läuft in einer Umfangsrichtung um das Pumpengehäuse 52 herum.
Das Pumpengehäuse 52 und das Deckelelement 54 begrenzen einen Innenraum 58 der Druckdämpfervorrichtung 29. In dem Innenraum 58 der
Druckdämpfervorrichtung 29 ist ein Membrandämpfer 60 angeordnet. Dieser umfasst eine erste und in den Figuren obere Membran 62 und eine zweite und in den Figuren untere Membran 64, die randseitig miteinander verschweißt sind. Die obere Membran 62 und die untere Membran 64 umschließen ein
Dämpfungsvolumen 66, das mit Gas gefüllt und kompressibel ist, da die beiden Membranen 62 und 64 jeweils flexible Wände für das Dämpfungsvolumen 66 darstellen. Der Membrandämpfer 60 ist randseitig über ein Abstützelement 68 am
Pumpengehäuse 52 abgestützt und in einer axialen bzw. in den Figuren vertikalen Richtung entlang der Kolbenlängsachse 38 zu diesem beabstandet angeordnet. Ein Federelement 70 ist dem Abstützelement 68 gegenüberliegend zwischen Membrandämpfer 60 und Deckelelement 54 angeordnet. Über das
Federelement 70 ist der Membrandämpfer 60 am Deckelelement 54 abgestützt und in der axialen Richtung 38 zu diesem beabstandet angeordnet. Insgesamt ist der Membrandämpfer 60 über das Abstützelement 68 und das Federelement 70 randseitig zwischen dem Deckelelement 54 und dem Pumpengehäuse 52 verspannt.
Im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 22 wird der Kraftstoff im
Niederdruckbereich 28 zu Druckpulsationen angeregt. Diese Druckpulsationen können durch Kompression bzw. Dekompression des Membrandämpfers 60 ausgeglichen werden.
Das Deckelelement 54 wird im Folgenden unter Bezug auf Figur 3 weiter im Detail erläutert. Die in Figur 2 gezeichnete Kolbenlängsachse 38 entspricht in Figur 3 einer Mittelachse 38 des Deckelelements 54. Das Deckelelement 54 weist eine Wand 72 auf. Die Wand 72 des Deckelelements 54 weist einen ersten
Abschnitt 74 auf, der in Figur 3 vollständig vertikal verläuft, dessen Verlauf also vollständig in Richtung der Kolbenlängsachse 38 liegt. Die Wand 72 des
Deckelelements 54 weist auch einen zweiten Abschnitt 76 auf, der an den ersten Abschnitt 74 anschließt und der insgesamt und im Wesentlichen in einer radialen Richtung 78 verläuft. Damit ist gemeint, dass der zweite Abschnitts 76 nicht nur in einer radialen Richtung (Pfeil 78 in Figur 3) verläuft sondern auch etwas in axialer Richtung. Der zweite Abschnitt 76 ist vom Innenraum 58 weg
ausgebaucht, als vom Innenraum 58 (bzw. - wäre der zweite Abschnitt 26 eine Linse - vom Brennpunkt) aus gesehen konkav ausgebildet und somit derart gekrümmt, dass ein Krümmungszentrum der lokalen Krümmung auf Seiten des
Innenraumes 58 liegt, wodurch eine Versteifung des Deckelelements 54 bzw. dessen Wand 72 gebildet ist.
An seinem vom zweiten Abschnitt 76 abgewandten Ende des ersten Abschnitts 74 weist der radiale Abschnitt 74 einen radial abgeschrägten Bereich 80 auf, der zum Anfügen an das Pumpengehäuse 52 dient. Der zweite Abschnitt 76 weist zum ersten Abschnitt 74 hin einen Übergangsbereich 82 mit einem ersten inneren Krümmungsradius 84 auf, der vorliegend 7 mm beträgt. Der zweite Abschnitt 76 weist außerdem einen Hauptbereich 86 auf, der sich nach radial einwärts an den Übergangsbereich 82 anschließt und der einen Querschnitt mit einem zweiten inneren Krümmungsradius 88 aufweist, wobei der zweite innere Krümmungsradius 88 vorliegend 47 mm beträgt.
Vorliegend besteht der zweite Abschnitt 76 aus dem Übergangsbereich 78 und dem Hauptbereich 86. Ein innerer Bereich des Deckelelements ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 90 versehen. Im inneren Bereich 90 weist die Wand 72 des Deckelelements 54 eine Wandstärke 92 auf, welche vorliegend 1 ,65 mm beträgt.
Der innere Bereich 90 weist vorliegend einen Durchmesser um die
Kolbenlängsachse 38 herum von 41 ,7mm auf.
Eine axiale Erstreckung des ersten Abschnitts trägt in Figur 3 das Bezugszeichen 94 und beträgt vorliegend 8,2 mm. Eine vertikale Erstreckung des zweiten
Abschnitts 76 trägt in Figur 3 das Bezugszeichen 96 und beträgt vorliegend 9,9 mm. Folglich beträgt eine insgesamte vertikale Erstreckung 98 des
Deckelelements 54 vorliegend 18,1 mm. In radialer Richtung verlaufende Abschnitte der Wand 72, vorliegend also der zweite Abschnitt 76, sind bezüglich des Innenraumes 58 konkav ausgebildet.
Im Betrieb des Einlassventils 24 wird dieses teilweise zwangsweise durch den Stößel 49 geöffnet bzw. am Schließen gehindert. Hierdurch kann die Menge an Kraftstoff, die durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 22 gefördert wird, eingestellt werden. Schlägt der Stößel 49 an den Ventilkörper 51 des Einlassventils 24 an, so verursacht dies ein Geräusch. Dieses pflanzt sich durch das Pumpengehäuse 52 bzw. durch den Kraftstoff bis zum Deckelelement 54 fort, wodurch dieses zum Schwingen angeregt werden kann. Das Deckelelement 54 strahlt dann diese Geräusche ab. Würden die Schwingungsmoden des Deckelelements 54 bspw. im Bereich um 8000Hz liegen, so könnte es zu einer unvorteilhaften Verstärkung der Geräuschemission kommen. Durch die eben beschriebene Geometrie des Deckelelements 54 sind die Schwingungsmoden des Deckelelements 54 nahe dem nicht-hörbaren Bereich bzw. im nicht-hörbaren Bereich, insbesondere im Bereich von 12000Hz - 13000hz. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die
Geräuschemissionen im Betrieb der erfindungsgemäßen
Kraftstoffhochdruckpumpe 22 aus, da diese entweder hochfrequent oder direkt im nicht-hörbaren Bereich sind. In Figur 4 ist die Geräuschemission 100 als Funktion der Anregungsfrequenz 102 dargestellt. Dabei ist das Resonanzverhalten der erfindungsgemäßen
Kraftstoffhochdruckpumpe 22 mit dem Bezugszeichen 104 bezeichnet und als gestrichelte Linie aufgetragen, und das Resonanzverhalten einer aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffhochdruckpumpe 22 ist mit dem Bezugszeichen 106 versehen und als durchgezogene Linie aufgetragen. Die
Resonanzfrequenzen107 der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 22 sind gegenüber den Resonanzfrequenzen 108 des Standes der Technik zum nichthörbaren Bereich 1 10 hin verschoben. Auch die Gesamthöhe an
Geräuschemission 100 (Lautstärke) in den Resonanzfrequenzen 107 ist niedriger als bei den Resonanzfrequenzen 108 der aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffhochdruckpumpe 22.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffhochdruckpumpe (22) mit einem Pumpengehäuse (52) und einem Deckelelement (54), das mit dem Pumpengehäuse (52) verbunden ist und eine Wand (72) aufweist, wobei zwischen Deckelelement (54) und
Pumpengehäuse (52) ein Dämpfungsvolumen (66) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (72) eine Versteifung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Resonanzfrequenz des Deckelelements (54) oberhalb von 9 kHz, vorzugsweise oberhalb 1 1 kHz, insbesondere oberhalb 12 kHz, liegt.
2. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung der Wand (72) jedenfalls auch dadurch gebildet ist, dass gekrümmte Bereiche der Wand (72), die wenigstens auch in radialer Richtung (70) verlaufen, ein jeweiliges Krümmungszentrum auf Seiten des Dämpfungsvolumens (66) aufweisen.
3. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Deckelelement (54) Teil einer Dämpfervorrichtung (29) ist, die einen Membrandämpfer (60), der zwischen Deckelelement (54) und Pumpengehäuse (52) angeordnet ist, vorzugsweise ein Abstützelement (68), über das der Membrandämpfer (60) am Pumpengehäuse (52) abgestützt und in einer vertikalen Richtung zum Pumpengehäuse (52) beabstandet angeordnet ist, und vorzugsweise ein Federelement (70), über das der Membrandämpfer (60) am Deckelelement (54) abgestützt und in der vertikalen Richtung zu diesem beabstandet angeordnet ist, umfasst.
4. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (72) des
Deckelelements (54) einen ersten Abschnitt (74), der insgesamt in einer axialen Richtung verläuft, und einen zweiten Abschnitt (76), der insgesamt im Wesentlichen in radialer Richtung (70) verläuft, aufweist. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der insgesamt axial verlaufende erste Abschnitt (74) der Wand (72) an seinem von dem zweiten Abschnitt (76) abgewandten Ende einen radial innenliegenden abgeschrägten Bereich (80) zum Anfügen des
Deckelelements (54) an das Pumpengehäuse (52) aufweist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der insgesamt in axialer Richtung verlaufende erste Abschnitt (74) der Wand (72) eine axiale
Erstreckung (94) von wenigstens 5 mm, vorzugsweise von wenigstens 6 mm, vorzugsweise von wenigstens 7 mm, insbesondere von wenigstens 8 mm, und/oder von höchstens 12 mm, vorzugsweise von höchstens 1 1 mm, vorzugsweise von höchstens 10 mm, insbesondere von höchstens 9 mm, aufweist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der insgesamt im Wesentlichen in radialer Richtung (70) verlaufende zweite Abschnitt (76) der Wand (72) einen radial äußeren Übergangsbereich (82) umfasst, der einen Querschnitt mit einem ersten inneren Krümmungsradius (84) zwischen 4 mm bis 10 mm, vorzugsweise zwischen 5 mm bis 9 mm, vorzugsweise zwischen 6 mm bis 8 mm, insbesondere zwischen 6,5 mm bis 7,5 mm, insbesondere von 7mm, aufweist, und einen radial inneren Hauptbereich (86) umfasst, der einen Querschnitt mit einem zweiten inneren Krümmungsradius (88) zwischen 40 mm bis 54 mm, vorzugsweise zwischen 42 mm bis 52 mm, vorzugsweise zwischen 44 mm bis 50 mm, insbesondere zwischen 46 mm bis 48 mm, insbesondere von 47mm aufweist, wobei der insgesamt im Wesentlichen in radialer Richtung (78) verlaufende zweite Abschnitt (72) vorzugsweise aus dem Übergangsbereich (82) und dem Hauptbereich (86) besteht.
Kraftstoffh och d ruckpumpe nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der insgesamt im Wesentlichen radial verlaufende zweite Abschnitt (76) der Wand (72) eine Erstreckung (96) in axialer Richtung von wenigstens 7 mm, vorzugsweise von wenigstens 8 mm, vorzugsweise von wenigstens 9 mm, insbesondere von wenigstens 9,5 mm, und/oder von höchstens 13 mm, vorzugsweise von höchstens 12 mm, vorzugsweise von höchstens 1 1 mm, insbesondere von höchstens 10,5 mm, aufweist.
9. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke (92) der Wand (72) in einem radial inneren Bereich (90) des sich insgesamt im
Wesentlichen in radialer Richtung (78) erstreckenden zweiten Abschnitts (76) mindestens 1 ,5mm, vorzugsweise mindestens 1 ,6 mm, vorzugsweise mindestens 1 ,65 mm, beträgt, wobei der radial innere Bereich (90) um eine Mittelachse (38) des Deckelelements (54) angeordnet ist und in radialer Richtung (78) einen Durchmesser von mindestens 41 mm, vorzugsweise 41 ,7 mm, vorzugsweise 43 mm, insbesondere 45 mm, aufweist.
10. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (54) insgesamt eine Erstreckung (98) in axialer Richtung von wenigstens 15 mm, vorzugsweise von wenigstens 16 mm, vorzugsweise von wenigstens 17 mm, insbesondere von wenigstens 18 mm, und/oder eine vertikale Erstreckung von höchstens 22 mm, vorzugsweise von höchstens 21 mm, vorzugsweise von höchstens 20 mm, insbesondere von höchstens 19 mm, aufweist.
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