WO2023057251A1 - Kraftstoff-hochdruckpumpe für ein kraftstoffsystem einer brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoff-hochdruckpumpe für ein kraftstoffsystem einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2023057251A1
WO2023057251A1 PCT/EP2022/076688 EP2022076688W WO2023057251A1 WO 2023057251 A1 WO2023057251 A1 WO 2023057251A1 EP 2022076688 W EP2022076688 W EP 2022076688W WO 2023057251 A1 WO2023057251 A1 WO 2023057251A1
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pump
section
pump piston
pressure fuel
fuel pump
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PCT/EP2022/076688
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Inventor
Stephan Wehr
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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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
    • 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
    • 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
    • F02M59/445—Selection of particular materials

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump for a fuel system of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
  • a high-pressure fuel pump for a fuel system of an internal combustion engine is known, for example, from DE 102019217207 A1.
  • Such a high-pressure fuel pump compresses the fuel in a delivery chamber by moving a pump piston back and forth to a high pressure and directs it to a fuel collection line ("rail"), from where the fuel is injected directly into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the well-known high-pressure fuel pump is driven at the end of the pump piston opposite the pumping chamber by an eccentric or camshaft of the internal combustion engine.
  • a piston sleeve in which the pump piston is guided, and between which and the pump piston a gap seal is formed, serves to seal between a high-pressure area on the delivery chamber side and a low-pressure area.
  • a high-pressure sealing ring is also known, which rests on the pump piston in a pressure-activated manner.
  • the problem on which the invention is based is solved by a high-pressure fuel pump having the features of claim 1 .
  • Advantageous developments are specified in subclaims.
  • the surface structure on the outer lateral surface of the second section of the pump piston reduces the wear on this high-pressure sealing ring in a high-pressure fuel pump with a sealing device in the form of a high-pressure sealing ring and thereby improves the service life and the efficiency of the high-pressure fuel pump.
  • the DLC coating of the pump piston which is otherwise necessary to reduce wear, can be dispensed with, which reduces costs.
  • the micro-indentations can be produced comparatively inexpensively, for example by laser machining the outer lateral surface of the second section of the pump piston. It is possible, but not necessary, for the outer lateral surface of the second section to have the micro-indentations according to the invention over its entire axial length. Rather, it is possible to provide the micro-recesses only (plus possibly a certain axial tolerance) in that axial section of the second section of the pump piston which, during operation of the high-pressure fuel pump, is in tribological contact with the sealing device, i.e. either the high-pressure sealing ring or the piston bushing Contact is, so in the above-mentioned contact area.
  • micro-indentations protrudes somewhat beyond the tribological contact area with the sealing device in the direction of the drive when the pump piston is in top dead center.
  • the micro-depressions can be arranged in a row both viewed in the axial direction and viewed in the circumferential direction, but they can also be arranged offset to one another. It is also possible for them to be arranged in a row in one direction, but offset from one another in the other direction.
  • the microrecesses can all have the same geometry, but they can also have different geometries.
  • the micro-indentations can be arranged in a type of helical structure or in a structure such as is advantageously known from honing processes.
  • a high-pressure fuel pump for a fuel system of an internal combustion engine is proposed.
  • the internal combustion engine can be either a diesel internal combustion engine or a gasoline internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump according to the invention compresses the fuel to a high pressure and conveys it to a fuel collection line (“rail”), from where the fuel is injected directly into the combustion chambers of the internal combustion engine via injectors.
  • the high-pressure fuel pump can typically be a single-cylinder piston pump that is driven by an eccentric shaft or camshaft in a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump comprises a typically, for example, cylindrical or polygonal elongated pump housing and a solid pump piston guided in the pump housing in a blind hole-like opening. This has a first section facing a drive with a smaller diameter and a second section facing a conveying chamber with a larger diameter. It is therefore a stepped piston.
  • the high-pressure fuel pump also includes a sealing device which is arranged coaxially to the pump piston in the area of its second section and which seals off a high-pressure area on the delivery chamber side from a low-pressure area.
  • the pump piston has on the outer lateral surface of the second section, at least in the area of the sealing device, a plurality of micro-depressions, through which the above-mentioned surface structure is formed.
  • micro-wells In a further development it is provided that the micro-wells
  • a plurality of at least approximately circular or oblong in plan view include dents.
  • such dents that are circular in plan view are known as a macrostructure of the basic type of golf balls, where they are referred to as “dimples”.
  • the diameter of such a circular dent in the present application can be 20-30 ⁇ m, preferably about 25 ⁇ m, with a depth of 5-10 ⁇ m. So the depth can be less than the diameter.
  • the dents are elongated, they can have a drop-like or oval shape, for example, when viewed from above. All dents mentioned have the common advantage of a particularly efficient cooling of the tribological contact area.
  • At least some of the dents are at least approximately spherical in cross section. This can be manufactured particularly easily.
  • the micro-depressions comprise a plurality of grooves.
  • the grooves also allow the tribological contact area to be cooled very efficiently by guiding cool fuel into the tribological contact area.
  • At least some of the grooves have an at least approximately spherical cross section. This can be manufactured particularly easily. In a further development it is provided that at least some of the grooves have an at least approximately V-shaped cross section. This has proven to be particularly effective for the advantages according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a high-pressure fuel pump with a pump piston with a plurality of micro-indentations and a high-pressure sealing ring;
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of a region of the pump piston of FIG. 1 which has a plurality of micro-indentations
  • FIG. 3 shows a plan view of a first possible embodiment of the pump piston from FIG. 1 with micro-depressions in the form of grooves running in the longitudinal direction of the pump piston;
  • FIG. 4 is a perspective enlarged plan view of one of the grooves of FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic enlarged plan view of another variant of grooves
  • FIG. 6 shows a plan view of a second possible embodiment of the pump piston from FIG. 1 with micro-depressions in the form of grooves running in the circumferential direction of the pump piston;
  • FIG. 7 shows a plan view of a third possible embodiment of the pump piston of FIG. 1 with micro-depressions in the form of a large number of indentations which are circular in plan view;
  • Figure 8 is an enlarged top perspective view of some of the dents of Figure 7;
  • FIG. 9 shows a schematic enlarged plan view of another variant of dents;
  • FIG. 10 shows a longitudinal section through a second embodiment of a high-pressure fuel pump with a pump piston with a plurality of micro-indentations with a gap seal.
  • a piston pump 10 comprises a pump housing 12, an inlet valve 14 and an outlet valve 16.
  • the pump housing 12 has an approximately polygonal shape overall with a longitudinal axis 18 and an opening 20 made, for example, by a bore, in which a pump piston 22 is accommodated. With its upper end region in FIG. 1, together with the pump housing 12, this delimits a conveying chamber 24. With its end region, which is lower in FIG. and can offset reciprocation.
  • the pump piston 22 moves downwards in FIG. 1 (intake stroke)
  • the fuel compressed to a pre-delivery pressure is sucked into the delivery chamber 24 via the inlet valve 14 .
  • the pump piston 22 moves upwards in FIG. 1 (delivery stroke)
  • the fuel in the delivery chamber 24 is first compressed to a high pressure until the outlet valve 16 opens and the fuel is expelled to a fuel collection line.
  • the inlet valve 14 can be forced into an open position by an electromagnetic actuating device 26 or can be held in this position.
  • the intake valve 14 and the electromagnetic actuating device 26 therefore together form what is known as a “quantity control valve”.
  • a pressure pulsation damper 28 is used to dampen these pressure pulsations.
  • the pump piston 22 comprises a first section 30 facing the drive and a second section 32 facing the delivery chamber 24.
  • the first section has a smaller diameter than the second section, so that a stepped shoulder 34 is formed between the first section 30 and the second section 32.
  • the pump piston 22 is solid overall, ie not hollow and also not provided with internal channels or the like.
  • the high-pressure fuel pump 10 also includes a sealing device 36 which is arranged coaxially with the pump piston 22 between the latter and the opening 20 .
  • the sealing device 36 seals off a high-pressure area on the delivery chamber side from a low-pressure area.
  • the sealing device 36 includes, for example, a high-pressure sealing ring 38 which, viewed in the axial direction, is arranged between a guide ring 40 and a clamping ring 42 .
  • the high-pressure sealing ring 38 is pressed in the axial direction against the clamping ring 42 by a spring device 44 which is supported on the guide ring 40 . Both the guide ring 40 and the clamping ring 42 are received in the opening 20 with a press fit.
  • the high-pressure sealing ring 38 is, for example, a so-called "pressure-activated" sealing device 36. This means that the high pressure prevailing in the delivery chamber 24 during a delivery stroke is released across a gap between the opening 20 and the pump piston 22 and the guide ring 40 acts on the radial outside of the high-pressure sealing ring 38 and presses it radially inward against an outer lateral surface 46 of the second section 32 of the pump piston 22 .
  • the pump piston 22 On the outer lateral surface 46 of the second section 32, the pump piston 22 has an area 48 which extends axially almost to the upper end of the pump piston 22 in FIGS. through which the area 48 has a surface structure.
  • the axial length and position of the area 48 is dimensioned such that it is located in the area of the sealing device 36 both when the pump piston 22 is in top dead center and when the pump piston 22 is in bottom dead center.
  • the micro-indentations 50 can comprise a plurality of grooves 52 which run in the longitudinal direction, ie parallel to the longitudinal axis 18, of the pump piston 22.
  • the grooves 52 can have a spherical cross section, for example a semicircular cross section. In principle, however, it is also conceivable that all or some of the grooves have an at least approximately V-shaped cross section.
  • the grooves 52 can have a variable cross section in the longitudinal direction, for example become narrower or wider.
  • micro-depressions 50 also include at least a plurality of grooves 52, which run in the circumferential direction of the pump piston 22 (FIG. 6).
  • the microindentations 50 may also include a plurality of dimples 54.
  • FIG. These dents 54 can be circular (FIG. 8) or oblong (FIG. 9) when viewed from above.
  • the dimples 54 may be spherical, for example, having a depth less than their diameter.
  • the dents 54 can be arranged in the region 48 more or less randomly, but distributed uniformly overall.
  • the dents 54 can be arranged in rows when viewed in the circumferential direction of the pump piston 22 and offset relative to one another when viewed in the longitudinal direction of the pump piston 22, or in rows when viewed in the longitudinal direction of the pump piston 22 and offset relative to one another when viewed in the circumferential direction of the pump piston 22. It is also possible for the dents 54 to be arranged in rows both in the circumferential direction and in the longitudinal direction of the pump piston 22 .
  • the depth of the micro-recesses 50 may typically be in the range of 5-10 ⁇ m. In the case of the dents 54, their diameter can typically be in the range from 20-30 pm, more preferably in the range of about 25 pm.
  • the micro-indentations 50 are preferably introduced into the lateral surface 46 of the region 48 of the pump piston 22 by a laser and are then actually “recesses”.
  • micro-indentations include both grooves and dents.
  • the sealing device 36 can also be designed as a gap seal, which is created by a hollow-cylindrical elongated piston bushing 56 which is arranged coaxially to the pump piston 22 between this and the opening 20 of the pump housing 12 .
  • a hollow-cylindrical elongated piston bushing 56 which is arranged coaxially to the pump piston 22 between this and the opening 20 of the pump housing 12 .
  • an area 48 with micro-indentations 50 can be present on the outer lateral surface 46 of the second section 32 of the pump piston 22, which can be designed as described above.

Abstract

Eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine umfasst ein Pumpengehäuse (12), einen in dem Pumpengehäuse (12) geführten Pumpenkolben (22), der einen einem Antrieb zugewandten ersten Abschnitt (30) mit kleinerem und einen einem Förderraum (24) zugewandten zweiten Abschnitt (32) mit größerem Durchmesser aufweist, und eine Dichteinrichtung (36), die koaxial zum Pumpenkolben (22) im Bereich von dessen zweitem Abschnitt (32) angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Pumpenkolben (22) auf der äußeren Mantelfläche (46) des zweiten Abschnitts mindestens im Bereich der Dichteinrichtung (36) eine Mehrzahl von Mikrovertiefungen (50) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff system einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Beispielsweise aus der DE 102019217207 A1 ist eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff system einer Brennkraftmaschine bekannt. Eine solche Kraftstoff-Hochdruckpumpe verdichtet den Kraftstoff in einem Förderraum durch eine Hin- und Herbewegung eines Pumpenkolbens auf einen hohen Druck und leitet ihn in eine Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“) weiter, von wo der Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Angetrieben wird die bekannte Kraftstoff-Hochdruckpumpe am vom Förderraum entgegengesetzten Ende des Pumpenkolbens durch eine Exzenter- oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine. Zur Abdichtung zwischen einem förderraumseitigen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich dient bei der bekannten Kraftstoff-Hochdruckpumpe eine Kolbenbuchse, in der der Pumpenkolben geführt ist, und zwischen der und dem Pumpenkolben eine Spaltdichtung gebildet wird. Alternativ zu einer solchen Kolbenbuchse ist auch ein Hochdruck-Dichtring bekannt, der druckaktiviert am Pumpenkolben anliegt.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen genannt. Durch die Oberflächenstruktur auf der äußeren Mantelfläche des zweiten Abschnitts des Pumpenkolbens wird bei einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einer Dichteinrichtung in Form eines Hochdruck-Dichtrings der Verschleiß an diesem Hochdruck-Dichtring reduziert und hierdurch die Lebensdauer und der Wirkungsgrad der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbessert. Bei einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit einer Dichteinrichtung in Form einer durch eine Kolbenbuchse bewirkten Spaltdichtung kann auf die sonst zur Verschleißreduktion notwendige DLC-Beschichtung des Pumpenkolbens verzichtet werden, wodurch Kosten reduziert werden.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein erheblicher Anteil des Verschleißes im Kontaktbereich zwischen dem Pumpenkolben und der Dichteinrichtung durch hohe Temperaturen herbeigeführt wird, die in diesem Kontaktbereich beispielsweise durch die Reibung zwischen dem Pumpenkolben und der Dichteinrichtung entstehen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Mikrovertiefungen und die hierdurch erzeugte Oberflächenstruktur wird eine gezielte Kühlung im tribologischen Kontaktbereich zwischen dem Pumpenkolben und der Dichteinrichtung herbeigeführt, indem kühler Kraftstoff in diesen Bereich geführt wird.
Erzeugt werden können die Mikrovertiefungen vergleichsweise preiswert beispielsweise durch eine Laserbearbeitung der äußeren Mantelfläche des zweiten Abschnitts des Pumpenkolbens. Dabei ist es zwar möglich, aber nicht notwendig, dass die äußere Mantelfläche des zweiten Abschnitts über dessen gesamte axiale Länge die erfindungsgemäßen Mikrovertiefungen aufweist. Vielmehr ist es möglich, die Mikrovertiefungen lediglich (zuzüglich eventuell einer gewissen axialen Toleranz) in jenem axialen Abschnitt des zweiten Abschnitts des Pumpenkolbens vorzusehen, der im Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit der Dichteinrichtung, also entweder dem Hochdruck-Dichtring oder der Kolbenbuchse, in tribologischem Kontakt steht, also in dem oben erwähnten Kontaktbereich. Besonders günstig ist es, wenn der Bereich, in dem die Mikrovertiefungen vorhanden sind, dann, wenn sich der Pumpenkolben im oberen Totpunkt befindet, etwas über den tribologischen Kontaktbereich mit der Dichteinrichtung in Richtung Antrieb übersteht. Die Mikrovertiefungen können dabei sowohl in axialer Richtung gesehen als auch in Umfangsrichtung gesehen in einer Reihe angeordnet sein, sie können aber auch versetzt zueinander angeordnet sein. Möglich ist auch, dass sie in der einen Richtung in einer Reihe angeordnet sind, in der anderen Richtung dagegen versetzt zueinander angeordnet sind. Die Mikrovertiefungen können alle die gleiche Geometrie aufweisen, sie können aber auch unterschiedliche Geometrien aufweisen. Ferner können die Mikrovertiefungen in einer Art Helixstruktur oder in einer Struktur, wie man sie vorteilhaft von Honprozessen kennt, angeordnet sein.
Konkret wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich sowohl um eine Diesel-Brennkraftmaschine als auch um eine Benzin- Brennkraftmaschine handeln. Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe verdichtet im Betrieb den Kraftstoff auf einen hohen Druck und fördert ihn zu einer Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“), von wo der Kraftstoff über Injektoren direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei der Kraftstoff- Hochdruckpumpe kann es sich typischerweise um eine Einzylinder-Kolbenpumpe handeln, die von einer Exzenter- oder Nockenwelle in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ein typischerweise beispielsweise zylindrisches oder mehreckiges längliches Pumpengehäuse und einen in dem Pumpengehäuse in einer sacklochartigen Öffnung geführten massiven Pumpenkolben. Dieser weist einen einem Antrieb zugewandten ersten Abschnitt mit kleinerem und einen einem Förderraum zugewandten zweiten Abschnitt mit größerem Durchmesser auf. Es handelt sich also um einen Stufenkolben. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ferner eine Dichteinrichtung, die koaxial zum Pumpenkolben im Bereich von dessen zweitem Abschnitt angeordnet ist, und die einen förderraumseitigen Hochdruckbereich gegen einen Niederdruckbereich abgedichtet. Der Pumpenkolben weist auf der äußeren Mantelfläche des zweiten Abschnitts mindestens im Bereich der Dichteinrichtung eine Mehrzahl von Mikrovertiefungen auf, durch die die oben erwähnte Oberflächenstruktur gebildet wird.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mikrovertiefungen eine
Mehrzahl von in der Draufsicht wenigstens in etwa kreisförmigen oder länglichen Dellen umfassen. Insbesondere solche in der Draufsicht kreisförmige Dellen sind als Makrostruktur von der grundsätzlichen Art her von Golfbällen bekannt, wo sie als „Dimples“ bezeichnet werden. Typischerweise kann der Durchmesser einer solchen kreisförmigen Delle im vorliegenden Anwendungsfall 20-30 pm, vorzugsweise ungefähr 25 pm betragen, bei einer Tiefe von 5-10 pm. Die Tiefe kann also geringer sein als der Durchmesser. Sind die Dellen länglich, können sie beispielsweise in der Draufsicht tropfenartige oder ovale Gestalt aufweisen. Sämtliche genannten Dellen haben den gemeinsamen Vorteil einer besonders effizienten Kühlung des tribologischen Kontaktbereichs.
Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass mindestens einige der Dellen im Querschnitt wenigstens in etwa sphärisch sind. Dies kann besonders leicht gefertigt werden.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mikrovertiefungen eine Mehrzahl von Nuten umfassen. Die Nuten gestatten eine ebenfalls sehr effiziente Kühlung des tribologischen Kontaktbereichs, indem sie kühlen Kraftstoff in den tribologischen Kontaktbereich führen.
Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass mindestens einige der Nuten in Längsrichtung des Pumpenkolbens verlaufen. Dies sorgt für eine effiziente Weiterleitung von kühlen Kraftstoff in Längsrichtung des Pumpenkolbens.
Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass mindestens einige der in Längsrichtung des Pumpenkolbens verlaufenden Nuten einen sich in Längsrichtung einer Nut veränderlichen Querschnitt aufweisen. Hierdurch kann die Verteilung des kühlen Kraftstoffs und der tribologische Kontakt im Kontaktbereich günstig beeinflusst werden.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens einige der Nuten in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens verlaufen. Auf diese Weise wird für eine gleichmäßige Verteilung des kühlen Kraftstoffs in Umfangsrichtung gesorgt.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens einige der Nuten einen wenigstens in etwa sphärischen Querschnitt aufweisen. Dies kann besonders leicht gefertigt werden. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens einige der Nuten einen wenigstens in etwa V-förmigen Querschnitt aufweisen. Dies hat sich für die erfindungsgemäßen Vorteile als besonders wirksam erwiesen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit einem Pumpenkolben mit einer Mehrzahl von Mikrovertiefungen und einem Hochdruckdichtring;
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereichs des Pumpenkolbens von Figur 1 , der eine Mehrzahl von Mikrovertiefungen aufweist;
Figur 3 eine Draufsicht auf eine erste mögliche Ausgestaltung des Pumpenkolbens von Figur 1 mit Mikrovertiefungen in Form von in Längsrichtung des Pumpenkolbens verlaufenden Nuten;
Figur 4 eine perspektivische vergrößerte Draufsicht auf eine der Nuten von Figur 3;
Figur 5 eine schematische vergrößerte Draufsicht auf eine andere Variante von Nuten;
Figur 6 eine Draufsicht auf eine zweite mögliche Ausgestaltung des Pumpenkolbens von Figur 1 mit Mikrovertiefungen in Form von in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens verlaufenden Nuten;
Figur 7 eine Draufsicht auf eine dritte mögliche Ausgestaltung des Pumpenkolbens von Figur 1 mit Mikrovertiefungen in Form von einer Vielzahl von in der Draufsicht kreisförmigen Dellen;
Figur 8 eine perspektivische vergrößerte Draufsicht auf einige der Dellen von Figur 7; Figur 9 eine schematische vergrößerte Draufsicht auf eine andere Variante von Dellen; und
Figur 10 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit einem Pumpenkolben mit einer Mehrzahl von Mikrovertiefungen mit einer Spaltdichtung.
Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche auch in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen. Sie werden üblicherweise nur einmal im Detail erläutert.
Eine Kolbenpumpe 10 umfasst in Figur 1 ein Pumpengehäuse 12, ein Einlassventil 14 und ein Auslassventil 16. Das Pumpengehäuse 12 weist vorliegend beispielhaft insgesamt in etwa mehreckige Gestalt auf mit einer Längsachse 18. In dem Pumpengehäuse 12 ist vorliegend beispielhaft koaxial zur Längsachse 18 eine stufenförmige sacklochartige und beispielsweise durch eine Bohrung hergestellte Öffnung 20 vorhanden, in der ein Pumpenkolben 22 aufgenommen ist. Dieser begrenzt mit seinem in Figur 1 oberen Endbereich zusammen mit dem Pumpengehäuse 12 einen Förderraum 24. Mit seinem in Figur 1 unteren Endbereich kooperiert der Pumpenkolben 22 mit einem nicht gezeichneten Antrieb, beispielsweise einer Nockenwelle oder einer Exzenterwelle, der den Pumpenkolben 22 in eine Hin- und Herbewegung versetzen kann.
Bewegt sich der Pumpenkolben 22 in Figur 1 nach unten (Saughub), wird der auf einen Vorförderdruck verdichtete Kraftstoff über das Einlassventil 14 in den Förderraum 24 angesaugt. Bewegt sich der Pumpenkolben 22 in Figur 1 nach oben (Förderhub), wird der Kraftstoff im Förderraum 24 zunächst auf einen hohen Druck verdichtet, bis das Auslassventil 16 öffnet und der Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Sammelleitung ausgestoßen wird.
Zur Beeinflussung der von der Kolbenpumpe 10 geförderten Kraftstoffmenge kann das Einlassventil 14 durch eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 26 zwangsweise in eine geöffnete Stellung gebracht oder in dieser gehalten werden. Das Einlassventil 14 und die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 26 bilden daher insgesamt ein sogenanntes „Mengensteuerventil“. Wird das Einlassventil 14 während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 22 zwangsweise geöffnet, führt dies zu einer Druckpulsation in einem stromaufwärts vom Einlassventil 14 gelegenen Fluidbereich. Zur Dämpfung dieser Druckpulsationen dient ein Druckpulsationsdämpfer 28.
Der Pumpenkolben 22 umfasst einen dem Antrieb zugewandten ersten Abschnitt 30 und einen dem Förderraum 24 zugewandten zweiten Abschnitt 32. Der erste Abschnitt hat einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt, so dass zwischen erstem Abschnitt 30 und zweitem Abschnitt 32 ein stufenförmige Absatz 34 gebildet ist. Der Pumpenkolben 22 ist insgesamt massiv, also nicht hohl und auch nicht mit inneren Kanälen oder ähnlichem versehen.
Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 gehört ferner eine Dichteinrichtung 36, welche koaxial zum Pumpenkolben 22 zwischen diesem und der Öffnung 20 angeordnet ist. Die Dichteinrichtung 36 dichtet einen förderraumseitigen Hochdruckbereich gegenüber einem Niederdruckbereich ab. In Figur 1 umfasst die Dichteinrichtung 36 beispielhaft einen Hochdruck-Dichtring 38, der, in Axialrichtung gesehen, zwischen einem Führungsring 40 und einem Klemmring 42 angeordnet ist. Der Hochdruck-Dichtring 38 wird von einer Federeinrichtung 44, die sich am Führungsring 40 abstützt, in Axialrichtung gegen den Klemmring 42 gedrückt. Sowohl der Führungsring 40 als auch der Klemmring 42 sind im Presssitz in der Öffnung 20 aufgenommen.
Bei dem Hochdruck-Dichtring 38 handelt es sich vorliegend beispielhaft um eine sogenannte „druckaktivierte“ Dichteinrichtung 36. Dies bedeutet, dass der bei einem Förderhub im Förderraum 24 herrschende hohe Druck über einen Spalt zwischen der Öffnung 20 und dem Pumpenkolben 22 und den Führungsring 40 hinweg auf die radiale Außenseite des Hochdruck-Dichtrings 38 wirkt und diesen nach radial einwärts gegen eine äußere Mantelfläche 46 des zweiten Abschnitts 32 des Pumpenkolbens 22 drückt.
Der Pumpenkolben 22 weist auf der äußeren Mantelfläche 46 des zweiten Abschnitts 32 einen sich axial beinahe bis zum in den Figuren 1 und 2 oberen Ende des Pumpenkolbens 22, jedoch vom Absatz 34 beabstandeten Bereich 48 auf, in dem eine Vielzahl von Mikrovertiefungen 50 vorhanden ist, durch die der Bereich 48 eine Oberflächenstruktur aufweist. Die axiale Länge und die Position des Bereichs 48 ist so bemessen, dass er sowohl dann, wenn sich der Pumpenkolben 22 im oberen Totpunkt befindet, als auch dann, wenn sich der Pumpenkolben 22 im unteren Totpunkt befindet, im Bereich der Dichteinrichtung 36 gelegen ist.
Wie aus den Figuren 3-5 hervorgeht, können die Mikrovertiefungen 50 eine Mehrzahl von Nuten 52 umfassen, die in Längsrichtung, also parallel zur Längsachse 18, des Pumpenkolbens 22 verlaufen. Wie aus Figur 4 hervorgeht, können die Nuten 52 einen sphärischen, beispielsweise halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass alle oder einige der Nuten einen wenigstens in etwa V-förmigen Querschnitt aufweisen. Wie aus Figur 5 hervorgeht, können die Nuten 52 einen in Längsrichtung veränderlichen Querschnitt aufweisen, beispielsweise schmaler bzw. breiter werden.
Möglich ist auch, dass die Mikrovertiefungen 50 mindestens auch eine Mehrzahl von Nuten 52 umfassen, die in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens 22 verlaufen (Figur 6).
Wie aus den Figuren 7-9 hervorgeht, können die Mikrovertiefungen 50 auch eine Mehrzahl von Dellen 54 umfassen. Diese Dellen 54 können in der Draufsicht kreisförmig (Figur 8) oder länglich sein (Figur 9). Im Querschnitt können die Dellen 54 beispielsweise sphärisch sein, beispielsweise mit einer Tiefe, die geringer ist als ihr Durchmesser. Die Dellen 54 können mehr oder weniger zufällig, jedoch insgesamt gleichmäßig verteilt im Bereich 48 angeordnet sein. Möglich ist aber auch, dass die Dellen 54 in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens 22 gesehen in Reihen und in Längsrichtung des Pumpenkolbens 22 gesehen versetzt zueinander angeordnet sind, oder in Längsrichtung des Pumpenkolbens 22 gesehen in Reihen und in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens 22 gesehen versetzt zueinander angeordnet sind. Auch ist möglich, dass die Dellen 54 sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung des Pumpenkolbens 22 gesehen in Reihen angeordnet sind.
Die Tiefe der Mikrovertiefungen 50 kann typischerweise im Bereich von 5-10 pm liegen. Im Fall der Dellen 54 kann deren Durchmesser typischerweise im Bereich von 20-30 pm, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 25 pm liegen. Die Mikrovertiefungen 50 werden vorzugsweise durch einen Laser in die Mantelfläche 46 des Bereichs 48 des Pumpenkolbens 22 eingebracht und sind dann im eigentlichen Sinne „Ausnehmungen“.
Nicht dargestellt, jedoch möglich ist, dass die Mikrovertiefungen sowohl Nuten als auch Dellen umfassen.
Wie aus Figur 10 hervorgeht, kann die Dichteinrichtung 36 auch als Spaltdichtung ausgebildet sein, die durch eine hohlzylindrische längliche Kolbenbuchse 56 geschaffen wird, die koaxial zum Pumpenkolben 22 zwischen diesem und der Öffnung 20 des Pumpengehäuses 12 angeordnet ist. Auch bei einer solchen Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 kann auf der äußeren Mantelfläche 46 des zweiten Abschnitts 32 des Pumpenkolbens 22 ein Bereich 48 mit Mikrovertiefungen 50 vorhanden sein, die wie oben beschrieben ausgestaltet sein können.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse (12), einem in dem Pumpengehäuse (12) geführten Pumpenkolben (22), der einen einem Antrieb zugewandten ersten Abschnitt (30) mit kleinerem und einen einem Förderraum (24) zugewandten zweiten Abschnitt (32) mit größerem Durchmesser aufweist, und einer Dichteinrichtung (36), die koaxial zum Pumpenkolben (22) im Bereich von dessen zweitem Abschnitt (32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (22) auf der äußeren Mantelfläche (46) des zweiten Abschnitts mindestens im Bereich der Dichteinrichtung (36) eine Mehrzahl von Mikrovertiefungen (50) aufweist.
2. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrovertiefungen (50) eine Mehrzahl von in der Draufsicht wenigstens in etwa kreisförmigen oder länglichen Dellen (54) umfassen.
3. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Dellen (54) im Querschnitt wenigstens in etwa sphärisch sind.
4. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrovertiefungen (50) eine Mehrzahl von Nuten (52) umfassen.
5. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Nuten (52) in Längsrichtung des Pumpenkolbens (22) verlaufen.
6. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der in Längsrichtung des Pumpenkolbens (22) verlaufenden Nuten (52) einen sich in Längsrichtung einer Nut (52) veränderlichen Querschnitt aufweisen. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 4-6 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Nuten (52) in Umfangsrichtung des Pumpenkolbens (22) verlaufen. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Nuten (52) einen wenigstens in etwa sphärischen Querschnitt aufweisen. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Nuten (52) einen wenigstens in etwa V-förmigen Querschnitt aufweisen.
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