WO2021129966A1 - Kraftstoff-hochdruckpumpe - Google Patents

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WO2021129966A1
WO2021129966A1 PCT/EP2020/079325 EP2020079325W WO2021129966A1 WO 2021129966 A1 WO2021129966 A1 WO 2021129966A1 EP 2020079325 W EP2020079325 W EP 2020079325W WO 2021129966 A1 WO2021129966 A1 WO 2021129966A1
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WO
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section
pressure
low
delivery
fuel pump
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PCT/EP2020/079325
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Inventor
Patrick Hallas
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F02M59/442—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 means preventing fuel leakage around pump plunger, e.g. fluid barriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps

Definitions

  • a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine is known from DE102004063075 A1, which comprises a housing and a piston which delimits a working space and has a shoulder pointing away from the working space. It is known that the piston is inserted into the housing with the end on the working space side first and a stop element is attached to the housing, which has a stop which at least temporarily cooperates with the shoulder.
  • a piston fuel pump for an internal combustion engine which comprises a pump cylinder and a pump piston which is slidably received in the pump cylinder.
  • the pump piston is guided radially by means of at least one first and at least one second guide section, and that the first and second guide sections are axially spaced apart, the first guide section being arranged in a pump cylinder of the piston fuel pump and the second guide section is arranged radially outside in the region of the end portion facing the drive.
  • the piston fuel pump has a bearing and sealing arrangement for the pump piston on the first guide section, which comprises a guide area for the radial guidance of the pump piston in the pump cylinder and a sealing area having a sealing lip.
  • a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine which comprises a pump housing, a pump piston and at least one of the pump housing and the Pump piston limited delivery space. It is provided that a seal for sealing the delivery chamber and a separate guide element for guiding the pump piston are arranged between the pump piston and the pump housing, the seal being designed as a plastic ring with an essentially sleeve-shaped base section.
  • the invention is based on the desire to create a powerful and durable high-pressure fuel pump that can be manufactured and installed simply and safely and thus economically. This is implemented by the high pressure fuel pump according to claim 1.
  • the high-pressure fuel pump can be a pump for compressing a fuel to a high pressure, for example 350 bar or 500 bar or above.
  • a fuel such as gasoline.
  • it can be a piston pump that can be driven, for example, via a camshaft of an internal combustion engine.
  • the delivery piston is designed according to the invention as a stepped piston, with a section facing the delivery space with a larger diameter and with a section facing away from the delivery space with a smaller diameter and with an annular shoulder arranged between these sections in the low-pressure space, changes with the stroke movement of the Delivery piston not only the volume of the delivery space but also - in an anticorrelated manner - the volume of the low-pressure space, which makes it easier to fill the delivery space from the low-pressure space.
  • the delivery piston can be secured against falling out of the housing, which is particularly important when the high-pressure fuel pump is installed in a Internal combustion engine is advantageous as long as the delivery piston is not yet secured against falling out of the housing by resting on a cam of a camshaft.
  • the inventive guide for fixing the delivery piston in the radial direction minimizes or optimizes the radial play of the delivery piston on the one hand and thus minimizes wear on the delivery piston and the components that interact with it.
  • the guide which is separate from the low-pressure seal and from the high-pressure seal, relieves the high-pressure seal and the low-pressure seal from forces acting radially on them and from the associated wear phenomena.
  • new design options arise with regard to these seals, which can be expressed, for example, in the fact that the seals do not need to provide lateral guidance, i.e. can be moved laterally in the housing, which in turn can optimize the actual sealing function.
  • the guide and the stop sleeve are implemented together by a single hybrid component which has a metal section and a plastic section connected to the metal section with a material fit and / or a form fit, the delivery piston with its annular shoulder on the metal section to secure against falling out of the housing of the hybrid component is able to come into contact in the axial direction and the delivery piston is fixed radially by being in contact with the plastic section of the hybrid component in the radial direction, there are a number of advantages.
  • the hybrid component can be made and assembled more compactly than it is possible with two separate components, so that the entire pump can be made more compact or so that new design leeway arises.
  • the hybrid component in addition to a Through bore in which the delivery piston is displaceable has one or more further passages, for example bores. This enables a pressure equalization between a part of the low-pressure chamber, which is on the side of the stop sleeve facing the delivery chamber, and a part of the low-pressure chamber, which is on the side of the stop sleeve facing away from the delivery chamber, even if the guide is in close contact with the delivery piston.
  • the integrity of the hybrid component is in principle already secured by the material connection between the metal section and the plastic section. It can also be secured by a form fit between the metal section and the plastic section.
  • the metal section and the plastic section can engage in one another in such a way that they are prevented from becoming detached from one another even in the event of a failure of the material connection.
  • a part made of metal section and plastic section can have an undercut pointing in the radial and / or axial direction, into which the other part made of metal section and plastic section engages in a form-fitting manner.
  • a further development provides that the plastic section is arranged radially between the delivery piston and the metal section, so that the delivery piston is spaced apart from the metal section. This prevents direct contact between the metal section and the piston and the potentially excessive wear that this entails.
  • a further development provides that the plastic section is set back from the end section of the hybrid component pointing towards the ring shoulder, so that only the metal section of the hybrid component, but not the plastic section of the hybrid component, can come into contact with the ring shoulder in the axial direction. Flow and relaxation effects, as they can occur when plastic parts are subjected to mechanical stress, are thus avoided. It is sufficient if the setback can be reliably implemented, for example by a nominal dimension of at least 0.2 mm.
  • the plastic section has a circumferential bevel on its end section pointing towards the annular shoulder. In this case, it is easier to introduce the delivery piston into the hybrid component.
  • a further development provides that the hybrid component in the axial direction between the high pressure seal and the low pressure seal is arranged.
  • This has the advantage that when the delivery piston is passed through the low-pressure seal carrier, then through the hybrid component and subsequently through the low-pressure seal, when the high-pressure fuel pump is manufactured or a piston assembly of the high-pressure fuel pump is preassembled ensures that the delivery piston is already safely guided and centered radially when it penetrates the low-pressure seal. In this way, the assembly of the delivery piston can be facilitated and damage to the low-pressure seal, for example damage to the sealing lips of the low-pressure seal, can be reliably excluded in the assembly process.
  • the plastic section can for example consist of PFA, PEEK or other thermoplastically processable plastics.
  • the plastic section or the hybrid component can be realized by molding on or by injection molding a liquefied plastic material onto the metal section.
  • An advantageous method for producing a high-pressure fuel pump according to the invention further provides that the hybrid component is first produced by the metal section being connected to the plastic section in a materially and / or form-fitting manner or by the plastic section being produced on the metal section so that the metal section is connected to the plastic section is subsequently cohesively connected that subsequently an assembly is preassembled by arranging the hybrid component and the low-pressure seal in the low-pressure seal carrier, and then connecting the assembly to the housing, the low-pressure seal carrier being connected to the housing in a fluid-tight manner.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic representation of a fuel system for an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a high-pressure fuel pump of the fuel system of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a detail from FIG. 2 in an enlarged illustration
  • FIG. 4 shows a detailed view of a first hybrid component
  • FIG. 5 shows a detailed view of a second hybrid component
  • FIG. 6 shows a detailed view of a third hybrid component.
  • FIG. 1 shows a fuel system 10 for an internal combustion engine, not shown further, in a simplified schematic illustration.
  • fuel is supplied to a delivery chamber 26 of a high-pressure fuel pump 28 via a suction line 14, by means of a prefeed pump 16, via a low-pressure line 18, via an inlet 20 of a quantity control valve 24 that can be actuated by an electromagnetic actuator 22.
  • the quantity control valve 24 can be a positively openable inlet valve of the high-pressure fuel pump 28.
  • the high-pressure fuel pump 28 is designed as a piston pump, with a delivery piston 30 being able to be moved vertically in the drawing by means of a cam disk 32 (“drive”).
  • An outlet valve 40 shown in FIG. 1 as a spring-loaded check valve, which can open towards the outlet 36, is arranged hydraulically between the delivery chamber 26 and an outlet 36 of the high-pressure fuel pump 28.
  • the outlet 36 is connected to a high pressure line 44 and via this to a high pressure accumulator 46 (“common rail”).
  • a pressure-limiting valve 42 likewise drawn as a spring-loaded check valve, is arranged hydraulically between the outlet 36 and the conveying chamber 26 and can open towards the conveying chamber 26.
  • the prefeed pump 16 conveys fuel from the fuel tank 12 into the low-pressure line 18.
  • the quantity control valve 24 can be closed and opened as a function of a particular demand for fuel. This influences the amount of fuel delivered to the high-pressure accumulator 46.
  • the electromagnetic actuating device 22 is activated by a control and / or regulating device 48.
  • FIG. 2 shows the high-pressure fuel pump 28 from FIG. 1 in an axial sectional illustration.
  • the high-pressure fuel pump 28 comprises a housing 50 which can be screwed to an engine block 53 of the internal combustion engine by means of a flange 52.
  • the housing 50 also has a plurality of hydraulic channels 54, 55, 56 and 58.
  • the high-pressure fuel pump 28 comprises a cover 60 and a pressure damper 62.
  • the high-pressure fuel pump 28 is at least partially rotationally symmetrical to a longitudinal axis 64 pointing in the axial direction.
  • the axial direction also coincides with the direction in which the delivery piston 30 can be displaced in the housing 50.
  • the low-pressure chamber 81 includes, inter alia, the damper chamber 81a, which is arranged under the cover 60 and accommodates the pressure damper 62, and a compensation chamber 81b fluidly connected to the damper chamber 81a via a hydraulic channel (not shown), which is located below the in FIG Housing 50 and above the low pressure seal carrier 68 is located.
  • the high-pressure fuel pump 28 has the outlet 36 for connection to the high-pressure line 44.
  • the outlet valve 40 (in a section on the left in the drawing) and the pressure limiting valve 42 (in a central section) are arranged in the housing 50, hydraulically connected to the outlet 36.
  • the quantity control valve 24 is arranged in a section of the housing 50 in the middle on the right in the drawing.
  • the high-pressure fuel pump 28 also comprises: the delivery chamber 26, the delivery piston 30 and a liner 66.
  • the delivery piston 30, which is displaceable along the longitudinal axis 64, is designed as a so-called “stepped piston” and essentially has two sections.
  • FIG. 2 A lower area of FIG. 2 is characterized by a frame III and is shown enlarged in FIG.
  • FIG. 3 shows an approximately cup-shaped low-pressure seal carrier 68, as well as a piston spring 70 arranged radially on the outside around a section of the low-pressure seal carrier 68 and designed as a helical spring, which is supported with an end section on the low-pressure seal carrier 68, which is why this is also referred to as a "spring receptacle" becomes.
  • a spring plate 72 on which an end portion of the piston spring 70 is received, is pressed onto an end section of the delivery piston 30 which is lower in the drawing and which faces the drive.
  • a piston seal referred to as low-pressure seal 74, is arranged radially inside the low-pressure seal carrier 68, which radially surrounds the lower second section 30 ′′ (which faces the drive) of the delivery piston 30 and seals the compensation chamber 81b from the outside towards the engine block 53.
  • the delivery piston 30 is displaceable along the longitudinal axis 64 relative to the low-pressure seal 74.
  • the low-pressure seal 74 has an overall ring-shaped structure.
  • the low-pressure seal carrier 68 adjacent to the low-pressure seal 74, there is one arranged within the low-pressure seal carrier 68 and likewise approximately hat-shaped trained stop sleeve 76 is provided. Their function is to implement a stop for the annular shoulder 31 of the delivery piston 30 and thus always secure the delivery piston 30 against falling out of the housing 50.
  • the low-pressure seal 74 is arranged radially on the outside of the delivery piston 30 along the longitudinal axis 64.
  • the low-pressure seal 74 is designed to be essentially rotationally symmetrical, with upper and lower sections of the low-pressure seal 74 being designed to be axially mirror-symmetrical to one another in the drawing.
  • the stop sleeve 76 is implemented in the context of a hybrid component 90, more precisely than its metal section 90a.
  • the hybrid component 90 further comprises a plastic section 90b, which is connected to the metal section 90a at least in a materially and / or form-fitting manner and is provided radially inside the metal section 90a.
  • the plastic section 90b rests radially with at most little play on the delivery piston 30, so that it fixes it radially, that is to say guides it.
  • the procedure is that the hybrid component 90 has, in addition to a through hole 90c in which the delivery piston 30 is displaceable, one or more further passages 90d in order to equalize pressure between a part of the low-pressure chamber 81, which is located on the delivery chamber 26 facing the side of the stop sleeve 76, and a part of the low-pressure chamber 81, which is located on the side of the stop sleeve 76 facing away from the delivery chamber 26, to enable.
  • the passages 90d can, for example, be bores or cutouts that are made in the metal section 90a of the hybrid component 90 and have a cross section that is in each case and or in total smaller than the cross section of the through bore 90c in which the delivery piston 30 can be displaced is.
  • the metal portion 90a and the plastic portion 90b in addition to the Are connected to one another by a form fit 92.
  • this is an undercut recess in the metal section 90a, into which the plastic section 90b engages.
  • the metal section 90a into which the plastic section 90b engages.
  • Plastic section 90b is set back by at least 0.2 mm from the end section of the hybrid part 90 pointing towards the ring shoulder 31, so that only the metal section 90a of the hybrid component 90, but not the plastic section 90b of the hybrid component 90, come into contact with the ring shoulder 31 in the axial direction able. It is also provided that the
  • Plastic section 90b has a circumferential bevel 94 on its end section pointing towards annular shoulder 31, so that introduction of delivery piston 30 into hybrid component 90 is facilitated.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse angeordneten Förderraum, mit einem in einer axialen Richtung verschiebbar in dem Gehäuse angeordneten Förderkolben, der den Förderraum begrenzt. Es ist vorgesehen, dass eine Führung des Förderkolbens in radialer Richtung und eine Anschlaghülse, die den Förderkolben gegen Herausfallen aus dem Gehäuse schützt, gemeinsam durch ein einziges Hybridbauteil realisiert sind, das einen Metallabschnitt und einen mit dem Metallabschnitt stoffschlüssig verbundenen Kunststoffabschnitt aufweist, wobei der Förderkolben zur Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gehäuse mit seiner Ringschulter an dem Metallabschnitt des Hybridbauteils in axialer Richtung in Anlage zu kommen vermag und der Förderkolben radial fixiert ist, indem er in radialer Richtung an dem Kunststoffabschnitt des Hybridbauteils anliegt.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff-Hochdruckpumpe
Stand der Technik
Aus der DE102004063075 A1 ist eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt, die ein Gehäuse umfasst sowie einen Kolben, der einen Arbeitsraum begrenzt und einen vom Arbeitsraum wegweisenden Absatz aufweist. Es ist bekannt, dass der Kolben mit dem arbeitsraumseitigen Ende voran in das Gehäuse eingeführt wird und am Gehäuse ein Anschlagelement befestigt ist, welches einen Anschlag aufweist, der wenigstens zeitweise mit dem Absatz zusammenarbeitet.
Aus der DE 102013226062 A1 ist eine Kolben- Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt, die einen Pumpenzylinder umfasst und einen im Pumpenzylinder verschiebbar aufgenommenen Pumpenkolben. Es ist bekannt, dass der Pumpenkolben mittels mindestens eines ersten und mindestens eines zweiten Führungsabschnitts radial geführt ist, und dass der erste und der zweite Führungsabschnitt axial voneinander beabstandet sind, wobei der erste Führungsabschnitt in einem Pumpenzylinder der Kolben-Kraftstoffpumpe angeordnet ist und der zweite Führungsabschnitt radial außen im Bereich des dem Antrieb zugewandten Endabschnitts angeordnet ist. Weiterhin ist bekannt, dass die Kolben-Kraftstoffpumpe an dem ersten Führungsabschnitt eine Lagerungs- und Dichtanordnung für den Pumpenkolben aufweist, welche einen Führungsbereich zur radialen Führung des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder und einen eine Dichtlippe aufweisenden Abdichtbereich umfasst.
Aus der DE102017212498 A1 ist eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine bekannt, die ein Pumpengehäuse umfasst, einen Pumpenkolben und einen zumindest vom Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben begrenzten Förderraum. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse eine Dichtung zur Abdichtung des Förderraums und ein separates Führungselement zur Führung des Pumpenkolbens angeordnet sind, wobei die Dichtung als Kunststoff ring mit einem im Wesentlichen hülsenförmigen Basisabschnitt ausgebildet ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von dem Wunsch, eine leistungsfähige und langlebige Kraftstoff-Hochdruckpumpe zu schaffen, die einfach und sicher und somit wirtschaftlich fertigbar und montierbar ist. Dies ist durch die Kraftstoff- Hochdruckpumpe gemäß Anspruch 1 realisiert.
Bei der Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann es sich um eine Pumpe zur Verdichtung eines Kraftstoffs auf einen hohen Druck, beispielsweise 350 bar oder 500 bar oder darüber, handeln. Es kann sich beispielsweise um einen Kraftstoff wie Benzin handeln.
Es kann sich insbesondere um eine Kolbenpumpe handeln, die beispielsweise über eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine antreibbar ist.
Dadurch, dass der Förderkolben erfindungsgemäß als Stufenkolben ausgebildet ist, mit einem zum Förderraum hin weisenden Abschnitt mit größerem Durchmesser und mit einem vom Förderraum weg weisenden Abschnitt mit kleinerem Durchmesser und mit einer zwischen diesen Abschnitten, im Niederdruckraum angeordneten Ringschulter, ändert sich mit der Hubbewegung des Förderkolbens nicht nur das Volumen des Förderraums sondern - in antikorrelierter Weise - auch das Volumen des Niederdruckraums, was ein Befüllen des Förderraums aus dem Niederdruckraum erleichtert.
In Kombination mit der Vorsehung einer erfindungsgemäßen Anschlaghülse, die an einem Niederdruckdichtungsträger fixiert ist, der wiederum am Gehäuse der Kraftstoff-Hochdruckpumpe fixiert ist, kann der Förderkolben gegen ein Herausfallen aus dem Gehäuse gesichert werden, was insbesondere bei der Montage der Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einer Brennkraftmaschine von Vorteil ist, solange der Förderkolben noch nicht durch Anlage an einem Nocken einer Nockenwelle gegen Herausfallen aus dem Gehäuse gesichert ist. Durch die erfindungsgemäße Führung zur Fixierung des Förderkolbens in radialer Richtung wird einerseits das radiale Spiel des Förderkolbens minimiert bzw. optimiert und so einem Verschleiß des Förderkolbens und der mit ihm zusammenwirkenden Komponenten minimiert.
Die von der Niederdruckdichtung und von der Hochdruckdichtung separate Vorsehung der Führung entlastet die Hochdruckdichtung und die Niederdruckdichtung von radial auf sie einwirkenden Kräften und von den damit einhergehenden Verschleißerscheinungen. Zudem ergeben sich neue Gestaltungsmöglichkeiten mit Hinblick auf diese Dichtungen, die beispielsweise gerade darin zum Ausdruck kommen können, dass die Dichtungen keine seitliche Führung zu leisten brauchen, also beispielsweise seitlich im Gehäuse verschiebbar sein können, wodurch wiederum die eigentliche Dichtfunktion optimiert werden kann.
Dadurch, dass erfindungsgemäß die Führung und die Anschlaghülse gemeinsam durch ein einziges Hybridbauteil realisiert sind, das einen Metallabschnitt und einen mit dem Metallabschnitt stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbundenen Kunststoffabschnitt aufweist, wobei der Förderkolben zur Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gehäuse mit seiner Ringschulter an dem Metallabschnitt des Hybridbauteils in axialer Richtung in Anlage zu kommen vermag und der Förderkolben radial fixiert ist, indem er in radialer Richtung an dem Kunststoffabschnitt des Hybridbauteils anliegt, ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen.
So entfällt die Notwenigkeit der Vorsehung einer separaten Montage der Führung und der Anschlaghülse und der damit verbundene Handlingsaufwand.
Stattdessen muss nur noch das Hybridbauteil montiert werden. Andererseits ist das Hybridbauteil kompakter realisierbar und montierbar als es mit zwei separaten Bauteilen möglich ist, sodass die gesamte Pumpe kompakter realisiert werden kann bzw. sodass neue Gestaltungsspielräume entstehen.
Insgesamt lassen sich Kosten- und Funktionsvorteile im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen realisieren.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Hybridbauteil neben einer Durchgangsbohrung, in der der Förderkolben verschiebbar ist, eine oder mehrere weitere Durchlässe, beispielsweise Bohrungen, aufweist. Dies ermöglicht einen Druckausgleich zwischen einem Teil des Niederdruckraums, der auf der dem Förderraum zugewandten Seite der Anschlaghülse liegt, und einem Teil des Niederdruckraums, der auf der dem Förderraum abgewandten Seite der Anschlaghülse liegt, selbst wenn die Führung eng an dem Förderkolben anliegt.
Die Integrität des Hybridbauteils ist grundsätzlich bereits durch den Stoffschluss zwischen Metallabschnittl und Kunststoffabschnitt abgesichert. Sie kann zusätzlich durch einen Formschluss zwischen Metallabschnitt und Kunststoffabschnitt abgesichert sein. Dabei können der Metallabschnitt und der Kunststoffabschnitt so ineinander eingreifen, dass ein Lösen voneinander selbst im Falle eines Versagens des Stoffschlusses verhindert wird. Beispielsweise kann ein Teil aus Metallabschnitt und Kunststoffabschnitt einen in die radiale und/oder in die axiale Richtung weisenden Hinterschnitt aufweisen, in den der andere Teil aus Metallabschnitt und Kunststoffabschnitt formschlüssig eingreift.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Kunststoffabschnitt radial zwischen dem Förderkolben und dem Metallabschnitt angeordnet ist, sodass der Förderkolben von dem Metallabschnitt beabstandet ist. Einem direkten Kontakt zwischen Metallabschnitt und Kolben und einem damit potenziell einhergehenden übermäßigen Verschleiß ist damit vorgebeugt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Kunststoffabschnitt von dem zu der Ringschulter hinweisenden Endabschnitt des Hybridanteils zurückversetzt ist, sodass lediglich der Metallabschnitt des Hybridbauteils, nicht aber der Kunststoffabschnitt des Hybridbauteils in axialer Richtung in Anlage an die Ringschulter zu kommen vermag. Fließ- und Relaxationseffekte, wie sie bei der mechanischen Beanspruchung von Kunststoffteilen auftreten können, werden so vermieden. Es reicht aus, wenn die Zurückversetzung prozesssicher realisierbar ist, beispielsweise um ein Nennmaß von mindestens 0,2mm.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Kunststoffabschnitt an seinem zu der Ringschulter hinweisenden Endabschnitt eine umlaufende Fase aufweist. In diesem Fall ist ein Einführen des Förderkolbens in das Hybridbauteil erleichtert.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Hybridbauteil in axialer Richtung zwischen der Hochdruckdichtung und der Niederdruckdichtung angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass dann, wenn der Förderkolben bei der Herstellung der Kraftstoff- Hochdruckpumpe bzw. bei der Vormontage einer Kolbenbaugruppe der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit seinem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser voran durch den Niederdruckdichtungsträger, dann durch das Hybridbauteil und nachfolgend durch die Niederdruckdichtung hindurchgeführt wird, gewährleistet ist, dass der Förderkolben bereits radial sicher geführt und zentriert ist, wenn er in die Niederdruckdichtung eindringt. Auf diese Weise kann die Montage des Förderkolbens erleichtert werden und im Montageprozess eine Beschädigung der Niederdruckdichtung, beispielsweise eine Beschädigung von Dichtlippen der Niederdruckdichtung, sicher ausgeschlossen werden.
Der Kunststoffabschnitt kann beispielsweise aus PFA, PEEK oder anderen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoffen bestehen. So kann der Kunststoffabschnitt bzw. das Hybridbauteil beispielsweise durch Anspritzen bzw. durch Spritzguss eines verflüssigten Kunststoffmaterial an den Metallabschnitt realisiert werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoff- Hochdruckpumpe sieht ferner vor, dass zunächst das Hybridbauteil gefertigt wird, indem der Metallabschnitt mit dem Kunststoffabschnitt stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird oder indem an dem Metallabschnitt der Kunststoffabschnitt erzeugt wird, sodass der Metallabschnitt mit dem Kunststoffabschnitt nachfolgend stoffschlüssig verbunden ist, dass nachfolgend eine Baugruppe vormontiert wird, indem das Hybridbauteil und die Niederdruckdichtung in dem Niederdruckdichtungsträger angeordnet werden, und nachfolgend die Baugruppe mit dem Gehäuse verbunden wird, wobei der Niederdruckdichtungsträger fluiddicht mit dem Gehäuse verbunden wird.
Alternativ ist es auch möglich, den Kunststoffabschnitt getrennt zu fertigen und mit Übermaß in den Metallabschnitt einzupressen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt: Figur 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kraftstoff Syste s für eine Brennkraftmaschine;
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe des Kraftstoff Systems von Figur 1;
Figur 3 einen Ausschnitt von Figur 2 in einer vergrößerten Darstellung;
Figur 4 eine Detailansicht eines ersten Hybridbauteils;
Figur 5 eine Detailansicht eines zweiten Hybridbauteils;
Figur 6 eine Detailansicht eines dritten Hybridbauteils.
Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Kraftstoff System 10 für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer vereinfachten schematischen Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, über einen Einlass 20 eines von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 22 betätigbaren Mengensteuerventils 24 einem Förderraum 26 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 zugeführt. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 sein.
Vorliegend ist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Förderkolben 30 mittels einer Nockenscheibe 32 ("Antrieb") in der Zeichnung vertikal bewegt werden kann. Hydraulisch zwischen dem Förderraum 26 und einem Auslass 36 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ist ein in der Figur 1 als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Auslassventil 40 angeordnet, welches zu dem Auslass 36 hin öffnen kann. Der Auslass 36 ist an eine Hochdruckleitung 44 und über diese an einen Hochdruckspeicher 46 ("Common Rail") angeschlossen. Weiterhin ist hydraulisch zwischen dem Auslass 36 und dem Förderraum 26 ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Druckbegrenzungsventil 42 angeordnet, welches zum Förderraum 26 hin öffnen kann. lm Betrieb des Kraftstoffsystems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 22 wird durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 48 angesteuert.
Figur 2 zeigt die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 von Figur 1 in einer axialen Schnittdarstellung. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 umfasst ein Gehäuse 50, welches mittels eines Flansches 52 an einem Motorblock 53 der Brennkraftmaschine anschraubbar ist. Das Gehäuse 50 weist außerdem mehrere hydraulische Kanäle 54, 55, 56 und 58 auf. Im in der Figur 2 oberen Bereich umfasst die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 einen Deckel 60 und einen Druckdämpfer 62. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ist zumindest teilweise rotationssymmetrisch zu einer in axialer Richtung weisenden Längsachse 64 ausgeführt. Die axiale Richtung stimmt auch mit der Richtung überein, in der der Förderkolben 30 im Gehäuse 50 verschiebbar ist.
Innerhalb des Gehäuses 50 ist der Förderraum 26 durch das Einlassventil 24 von einem Niederdruckraum 81 getrennt. Ferner ist innerhalb des Gehäuses 50 der Förderraum 26 durch das Auslassventil 40 von einem Hochdruckraum 83 getrennt. Der Niederdruckraum 81 umfasst unter anderem den Dämpferraum 81a, der unter dem Deckel 60 angeordnet ist und den Druckdämpfer 62 aufnimmt, und einen mit dem Dämpferraum 81a über einen (nicht gezeichneten) hydraulischen Kanal fluidisch verbundenen Ausgleichsraum 81b, der sich in der Figur 2 unterhalb des Gehäuses 50 und oberhalb des Niederdruckdichtungsträgers 68 befindet.
In einem in der Zeichnung linken Bereich weist die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 den Auslass 36 zum Anschluss an die Hochdruckleitung 44 auf. Hydraulisch mit dem Auslass 36 verbunden sind das Auslassventil 40 (in einem in der Zeichnung linken Abschnitt) und das Druckbegrenzungsventil 42 (in einem mittleren Abschnitt) in dem Gehäuse 50 angeordnet. In einem in der Zeichnung mittleren rechten Abschnitt des Gehäuses 50 ist das Mengensteuerventil 24 angeordnet. Weiterhin umfasst die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28: Den Förderraum 26, den Förderkolben 30 und eine Laufbuchse 66. Der entlang der Längsachse 64 verschiebbare Förderkolben 30 ist als so genannter "Stufenkolben" ausgeführt und weist im Wesentlichen zwei Abschnitte auf. Einen ersten Abschnitt 30‘ (in der Zeichnung oben) mit einem vergleichsweise großen Durchmesser, mittels welchem er in der Laufbuchse 66 geführt ist, und einen zweiten Abschnitt 30“ (in der Zeichnung unten) mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser. Zwischen diese Abschnitten ist eine Ringschulter 31 angeordnet, die in der Figur 2 nach unten weist.
Neben der in der Figur 2 gezeigten Hochdruckdichtung 73 als Spaltdichtung zwischen der Laufbuchse 66 und dem Förderkolben 30 ist es auch möglich, die Hochdruckdichtung 73 mittels einer Kunststoffdichtung zu realisieren, beispielsweise entsprechend der oben bereits genannten DE 102017212498 A1.
Ein unterer Bereich von Figur 2 ist durch einen Rahmen III gekennzeichnet und in der Figur 3 vergrößert dargestellt. Insbesondere zeigt die Figur 3 einen in etwa topfförmig ausgebildeten Niederdruckdichtungsträger 68, sowie eine radial außen um einen Abschnitt des Niederdruckdichtungsträgers 68 angeordnete und als Schraubenfeder ausgeführte Kolbenfeder 70, die sich mit einem Endabschnitt an dem Niederdruckdichtungsträger 68 abstützt, weswegen dieser auch als "Federaufnahme" bezeichnet wird. An einem in der Zeichnung unteren und dem Antrieb zugewandten Endabschnitt des Förderkolbens 30 ist ein Federteller 72 aufgepresst, an welchem ein Endabschnitt der Kolbenfeder 70 aufgenommen ist.
Radial innerhalb des Niederdruckdichtungsträgers 68 ist eine als Niederdruckdichtung 74 bezeichnete Kolbendichtung angeordnet, welche den unteren zweiten Abschnitt 30“ (welcher dem Antrieb zugewandt ist) des Förderkolbens 30 radial umschließt und den Ausgleichsraum 81b nach außen zum Motorblock 53 hin abdichtet. Der Förderkolben 30 ist entlang der Längsachse 64 relativ zu der Niederdruckdichtung 74 verschiebbar. In grober Näherung weist die Niederdruckdichtung 74 eine insgesamt ringförmige Struktur auf.
Vorliegend ist der Niederdruckdichtung 74 benachbart eine innerhalb des Niederdruckdichtungsträgers 68 angeordnete und ebenfalls in etwa hutförmig ausgebildete Anschlaghülse 76 vorgesehen. Ihre Funktion ist es einen Anschlag für die Ringschulter 31 des Förderkolbens 30 zu realisieren und den Förderkolben 30 so stets gegen Herausfallen aus dem Gehäuse 50 zu sichern.
Die Niederdruckdichtung 74 ist entlang der Längsachse 64 radial außen an dem Förderkolben 30 angeordnet. Dabei ist die Niederdruckdichtung 74 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt, wobei in der Zeichnung obere und untere Abschnitte der Niederdruckdichtung 74 zueinander axial spiegelsymmetrisch ausgeführt sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anschlaghülse 76 im Rahmen eines Hybridbauteils 90 realisiert ist, genauer als dessen Metallabschnitt 90a. Das Hybridbauteil 90 umfasst ferner einen Kunststoffabschnitt 90b, der mit dem Metallabschnitt 90a zumindest stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist und radial innerhalb des Metallabschnitts 90a vorgesehen ist.
Der Kunststoffabschnitt 90b liegt radial mit höchstens geringem Spiel an dem Förderkolben 30 an, sodass er ihn radial fixiert, also führt.
Weiterbildungen betreffen insbesondere das Hybridbauteil 90 und sind nachfolgend in den Figuren 4 bis 6 erläutert.
Gemäß einer in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist Vorgehen, dass das Hybridbauteil 90 neben einer Durchgangsbohrung 90c, in der der Förderkolben 30 verschiebbar ist, eine oder mehrere weitere Durchlässe 90d aufweist, um einen Druckausgleich zwischen einem Teil des Niederdruckraums 81, der auf der dem Förderraum 26 zugewandten Seite der Anschlaghülse 76 liegt, und einem Teil des Niederdruckraums 81, der auf der dem Förderraum 26 abgewandten Seite der Anschlaghülse 76 liegt, zu ermöglichen. Bei den Durchläsen 90d kann es sich beispielsweise um Bohrungen oder Ausstanzungen handeln, die in den Metallabschnitt 90a des Hybridbauteils 90 eingebracht sind und einen Querschnitt aufweisen, der jeweils und oder in Summe kleiner ist als der Querschnitt der Durchgangsbohrung 90c, in der der Förderkolben 30 verschiebbar ist.
Gemäß einer in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Metallabschnitt 90a und der Kunststoffabschnitt 90b zusätzlich zu dem Stoffschluss durch einen Formschluss 92 miteinander verbunden sind. Im dargestellten Beispiel handelt es sich dabei um eine hinterschnittene Ausnehmung im Metallabschnitt 90a, in die der Kunststoffabschnitt 90b eingreift. Gemäß einer in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
Kunststoffabschnitt 90b von dem zu der Ringschulter 31 hinweisenden Endabschnitt des Hybridteils 90 um mindestens 0,2 mm zurückversetzt ist, sodass lediglich der Metallabschnitt 90a des Hybridbauteils 90, nicht aber der Kunststoffabschnitt 90b des Hybridbauteils 90 in axialer Richtung in Anlage an die Ringschulter 31 zu kommen vermag. Ferner ist vorgesehen, dass der
Kunststoffabschnitt 90b an seinem zu der Ringschulter 31 hinweisenden Endabschnitt eine umlaufende Fase 94 aufweist, sodass ein Einführen des Förderkolbens 30 in das Hybridbauteil 90 erleichtert ist. Die Fase 94 geht über einen für vergleichbare Bauteile üblichen Kantenbruch hinaus. Sie kann sich beispielsweise axial über eine Länge von 1= 0,5 bis 3mm erstrecken und radial über eine Strecke von d = 0,2 bis 2 mm erstrecken.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Gehäuse (50), mit einem in dem Gehäuse (50) angeordneten Förderraum (26), mit einem von einem in dem Gehäuse (26) angeordneten Niederdruckraum (81), mit einem von dem Niederdruckraum (81) zu dem Förderraum (26) hin öffnenden Einlassventil (24) und einem von dem Förderraum (26) zu einem in dem Gehäuse angeordneten Hochdruckraum (83) hin öffnenden Auslassventil (40), mit einem in einer axialen Richtung verschiebbar in dem Gehäuse (50) angeordneten Förderkolben (30), der den Förderraum (26) begrenzt und der als Stufenkolben ausgebildet ist und einen zum Förderraum (26) hin weisenden Abschnitt (30‘) mit größerem Durchmesser aufweist und einen vom Förderraum weg weisenden Abschnitt (30“) mit kleinerem Durchmesser aufweist und eine zwischen diesen Abschnitten (30‘, 30“), im Niederdruckraum (81) angeordnete Ringschulter (31) aufweist, mit einer zwischen dem Förderraum (26) und dem Niederdruckraum (81) vorgesehenen Hochdruckdichtung (73), in der der Förderkolben (30) verschiebbar angeordnet ist, mit einer den Niederdruckraum (81) gegen die Umgebung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) abdichtenden Niederdruckdichtung (74), in der der Förderkolben (30) verschiebbar angeordnet ist, mit einem am Gehäuse (50) fixierten Niederdruckdichtungsträger (68), in dem die Niederdruckdichtung (74) angeordnet ist, mit einer von der Niederdruckdichtung (74) und von der Hochdruckdichtung (73) separaten Führung (85) zur Fixierung des Förderkolbens (30) in radialer Richtung, in der der Förderkolben (30) verschiebbar angeordnet ist, mit einer in dem Niederdruckdichtungsträger (68) fixierten Anschlaghülse (76), die den Förderkolben (30) gegen ein Herausfallen aus dem Gehäuse (50) durch in axialer Richtung in Anlage kommen der Ringschulter (31) an der Anschlaghülse (76) sichert, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (85) und die Anschlaghülse (76) gemeinsam durch ein einziges Hybridbauteil (90) realisiert sind, das einen Metallabschnitt (90a) und einen mit dem Metallabschnitt (90a) stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbundenen Kunststoffabschnitt (90b) aufweist, wobei der Förderkolben (30) zur Sicherung gegen Herausfallen aus dem Gehäuse (50) mit seiner Ringschulter (31) an dem Metallabschnitt (90a) des Hybridbauteils (90) in axialer Richtung in Anlage zu kommen vermag und der Förderkolben (30) radial fixiert ist, indem er in radialer Richtung an dem Kunststoffabschnitt (90b) des Hybridbauteils (90) anliegt.
2. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (90) neben einer Durchgangsbohrung (90c), in der der Förderkolben (30) verschiebbar ist, eine oder mehrere weitere Durchlässe (90d) aufweist, um einen Druckausgleich zwischen einem Teil des Niederdruckraums (81), der auf der dem Förderraum (26) zugewandten Seite der Anschlaghülse (76) liegt, und einem Teil des Niederdruckraums (81), der auf der dem Förderraum (26) abgewandten Seite der Anschlaghülse (76) liegt, zu ermöglichen.
3. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine weitere Durchlass (90d) oder die mehrere weiteren Durchlässe (90d) im Metallabschnitt (90a) des Hybridbauteils (90) angeordnet sind.
4. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine weitere Durchlass (90d) oder die mehrere weiteren Durchlässe (90d) einen Querschnitt aufweisen, der jeweils und oder in Summe kleiner ist als der Querschnitt der Durchgangsbohrung (90c), in der der Förderkolben verschiebbar ist.
5. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallabschnitt (90a) und der Kunststoffabschnitt (90b) zusätzlich durch einen Formschluss (92) miteinander verbunden sind.
6. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss (92) einen Hinterschnitt aufweist.
7. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffabschnitt (90b) radial zwischen dem Förderkolben (30) und dem Metallabschnitt (90a) angeordnet ist, sodass der Förderkolben (30) von dem Metallabschnitt (90a) beabstandet ist.
8. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffabschnitt (90b) eine Beschichtung des Metallabschnitts (90a) ist, und die Erstreckung des Kunststoffabschnitts (90b) in radialer Richtung wesentlich kleiner ist als die radiale Erstreckung des Metallabschnitts (90b) und die Erstreckung des Kunststoffabschnitts (90b) in axialer Richtung wesentlich kleiner ist als die axialer Erstreckung des Metallabschnitts (90a).
9. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffabschnitt (90b) von dem zu der Ringschulter (31) hinweisenden Endabschnitt des Hybridbauteils (90) zurückversetzt ist, sodass lediglich der Metallabschnitt (90a) des Hybridbauteils (90), nicht aber der Kunststoffabschnitt (90b) des Hybridbauteils (90) in axialer Richtung in Anlage an die Ringschulter (31) zu kommen vermag.
10. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffabschnitt (90b) an seinem zu der Ringschulter (31) hinweisenden Endabschnitt eine umlaufende Fase (94) aufweist, sodass ein Einführen des Förderkolbens (30) in das Hybridbauteil (90) erleichtert ist.
11. Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (90) in axialer Richtung zwischen der Hochdruckdichtung (73) und der Niederdruckdichtung (74) angeordnet ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (28) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Hybridbauteil (90) gefertigt wird, indem der Metallabschnitt (90a) mit dem Kunststoffabschnitt (90b) stoffschlüssig verbunden wird oder indem an dem Metallabschnitt (90a) der Kunststoffabschnitt (90b) erzeugt wird, sodass der Metallabschnitt (90a) mit dem Kunststoffabschnitt (90b) nachfolgend stoffschlüssig verbunden ist, dass nachfolgend eine Baugruppe vormontiert wird, indem das Hybridbauteil (90) und die Niederdruckdichtung (74) in dem Niederdruckdichtungsträger (68) angeordnet werden, und nachfolgend die Baugruppe mit dem Gehäuse (50) verbunden wird, wobei der Niederdruckdichtungsträger (68) fluiddicht mit dem Gehäuse (50) verbunden wird.
13. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (90b) durch Spritzguss direkt auf das
Metallabschnitt (90a) hergestellt wird.
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