Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Vom Markt her bekannt sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen, bei welchen Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffbehälter angesaugt und beispielsweise in einen Hochdruckspeicher ("Rail") unter Druck gefördert wird. Der Hochdruckspeicher ist mit Einspritzventilen der

Brennkraftmaschine verbunden, welche individuell ansteuerbar sind und Kraftstoff in einer jeweils gewünschten Menge in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen können. Bekannt sind ferner sogenannte Pumpe-Düse oder Pumpe-Leitung-Düse-Anordnungen, bei denen eine Kraftstoffpumpe den Kraftstoff direkt einem druckgesteuerten Einspritzventil zufördert. Bekannt sind auch Einspritzsysteme mit Verteiler-Einspritzpumpen.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff- Einspritzpumpe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine Kraftstoff-Einspritzpumpe besonders leistungsfähig und dabei vergleichsweise einfach, leicht und kostengünstig ausgeführt werden kann. Auf diese Weise kann die Kraftstoff- Einspritzpumpe auch auf die Erfordernisse kleinerer Brennkraftmaschinen, insbesondere für Kleinkrafträder, optimiert werden. Beispielsweise kann die

Kraftstoff-Einspritzpumpe unabhängig vom Betriebszustand der

Brennkraftmaschine bedarfsgerecht eine benötigte Kraftstoffmenge zu einem Einspritzventil fördern, welches den Kraftstoff in einen Brennraum einspritzt. Weil ein hoher Arbeitsdruck der Kraftstoff-Einspritzpumpe mittels Magnetkraft erzeugt wird, kann mit dem Einspritzventil ein besonders feiner und gut verteilter

Sprühnebel des Kraftstoffs in dem Brennraum ermöglicht werden. Die

erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzpumpe kann besonders kompakt bauen und als einzige aktive Fördereinheit eines Kraftstoffeinspritzsystems zwischen Tank und Brennkraftmaschine angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorverdichterstufe und einer nachgeschalteten Hauptverdichterstufe, wobei die Vorverdichterstufe und die Hauptverdichterstufe in einem

gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Vorverdichterstufe und die

Hauptverdichterstufe können beispielsweise gemeinsam, insbesondere vollständig, in dem Gehäuse integriert sein.

Bei dem Gehäuse kann es sich zum Beispiel um ein Gehäuse handeln, dass durch Zusammenstecken von zwei Gehäuseteilen gebildet ist. Die Gehäuseteile können beispielsweise aus Stahl, zum Beispiel aus dem Material X2 CrMoSi 13-

1 -1 (FeCr13Mo1 Si1 ) bestehen. Die zusammengesteckten Gehäuseteile können in Weiterbildung mediendicht miteinander verbunden, beispielsweise

verschweißt, sein. Die Ausgestaltung der Vorverdichterstufe und der Hauptverdichterstufe ist nicht grundsätzlich eingeschränkt. Es kann sich jedoch in einem oder in beiden Fällen um Hubkolbenpumpen handeln, die jeweils einen Verdichtungsraum aufweisen, der jeweils durch ein Auslassventil und einen verschieblichen

Verdichtungskolben begrenzt ist. Diese beiden Hubkolbenpumpen können in Weiterbildung mit Verdichtungskolben ausgestaltet sein, die parallel zueinander, insbesondere koaxial zueinander, angeordnet sind bzw. in dieser Richtung verschieblich sind.

Insbesondere kann die Kraftstoff-Einspritzpumpe einen Pumpenkörper aufweisen, der in dem Gehäuse angeordnet ist, insbesondere eingeklemmt ist. Der Pumpenkörper kann generativ, zum Beispiel durch Lasersintern und/oder

Elektronenstrahlschmelzen, aufgebaut sein. Der Pumpenkörper besteht aus einem magnetischen Material, beispielsweise aus dem Stahl X2 CrMoSi 13-1 -1 (FeCr13Mo1 Si1 ). Der Pumpenkörper kann sowohl den Verdichtungsraum der Vorverdichterstufe als auch den Verdichtungsraum der Hauptverdichterstufe umfassen.

In Weiterbildung kann auf den Pumpenkörper pro Verdichterstufe jeweils eine elektrische Spule aufgewickelt sein. Durch die jeweilige Spule kann der jeweilige Verdichterkolben insbesondere gegen eine Federkraft auslenkbar sein.

Zur Realisierung eines magnetischen Widerstandes zwischen den Spulen ist es bevorzugt, dass der Pumpenkörper im Bereich zwischen den elektrischen Spulen also insbesondere im Bereich zwischen Vorförderpumpe und Hauptförderpumpe eine verminderte Wandstärke aufweist. Auf diese Weise wird einem

Übersprechen der magnetische Kräfte zwischen den beiden Verdichterstufen vorgebeugt. Beispielsweise kann die Wandstärke in diesem Bereich auf die Hälfte oder weniger reduziert sein. Wenn also die Wandstärke des

Pumpenkörpers benachbart zu diesem Bereich zum Beispiel 2mm beträgt, beträgt sie in diesem Bereich bevorzugt 1 mm oder weniger. Eine Reduktion der Wandstärke bis zu einer verbleibenden Wandstärke von 100μηι ist gleichwohl ebenfalls, insbesondere mittels generativen Aufbaus des Pumpenkörpers, möglich.

Zwischen Pumpenkörper und zumindest einer der elektrischen Spulen kann eine Isolationsschicht vorgesehen sein. Bevorzugt ist sie durch Aufwalzen und/oder

Aufspritzen einer thermoplasischen oder duroplastischen Masse, zum Beispiel Epoxidharz, aufgebracht. Durch Aufwalzen und/oder Aufspritzen lassen sich besonders dünne Isolationsschichten von beispielsweise 0,5mm oder darunter realisieren.

Insbesondere zur axialen Halterung der elektrischen Spule oder der elektrischen Spulen und/oder zur Realisierung eines zwischen Vorverdichterstufe und Hauptverdichterstufe ausgebildeten Verteilerraums, kann der Pumpenkörper im Bereich zwischen den elektrischen Spulen einen vergrößerten Durchmesser aufweisen. Zur Verminderung der Gesamtmasse der Pumpe kann dieser Bereich zumindest teilweise als eine nicht von Kraftstoff durchströmte Hohlstruktur ausgeführt werden. Es kommt auf diese Weise zu einer Reduktion von

Materialbedarf, Gewicht und Herstellungskosten der Pumpe, insbesondere im generativen Aufbauverfahren. Die Hohlstrukturen können beispielsweise lediglich mit stabilitätssichernden Strukturen wie Gittern und/oder Säulen versehen sein.

Weiterbildungen der Pumpe zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen

Vorverdichterstufe und die Hauptverdichterstufe eine Gasblasenbarriere in Form eines feinen Siebes angeordnet ist. Diese kann, insbesondere mittels generativen Aufbaus, mit dem Pumpenkörper einstückig ausgebildet sein. Die Maschenweite des Siebes kann beispielsweise 300μηι oder weniger betragen.

Auch Maschenweiten von 100μηι sind noch technisch realisierbar, insbesondere mittels generativem Aufbau.

Mit der Gasblasenbarriere kann erreicht werden, dass Gasblasen, die im Bereich der Vorverdichterstufe eventuell auftreten, nicht in den Bereich der

Hauptverdichterstufe gelangen können und somit stets die Einspritzung einer definierten Kraftstoffmenge gewährleistet ist.

Ferner kann vorgesehen sein, dass eine Einspritzdüse mit in die Einspritzpumpe integriert ist. In diesem Fall kann die Einspritzdüse beispielsweise stromabwärts der Hauptverdichterstufe angeordnet und von dem Gehäuse gehalten sein.

Zeichnungen

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzpumpe in einer

perspektivischen Außenansicht

Figur 2 die Kraftstoff-Einspritzpumpe aus Figur 1 im Längsschnitt

Figur 3 den Pumpenkörper der Kraftstoff-Einspritzpumpe aus Figur 1 in einem perspektivischen Längsschnitt

Figur 4 den Pumpenkörper der Kraftstoff-Einspritzpumpe aus Figur 1 in einer perspektivischen Außenansicht

Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzpumpe (nachfolgend auch„Pumpe") 100 in einer perspektivischen Außenansicht. Die länglich erstreckte Kraftstoff-Einspritzpumpe 100 ist in einem zweiteiligen Gehäuse 103 angeordnet und weist auf einer Stirnseite einen mit einem Gehäuseteil 103a einstückigen Kraftstoff zu lauf 101 auf, der beispielsweise mit dem Tank einer Brennkraftmaschine verbindbar ist. Beispielsweise kann die Pumpe 100 mit dem Kraftstoffzulauf 101 nach oben unterhalb eines Tanks einer Brennkraftmaschine angeordnet werden. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Pumpe 100, die beispielsweise mit einem Brennraum einer Brennkraftmaschine oder einem dazugehörigen Saugrohr verbindbar ist, weist die Pumpe 100 eine Einspritzdüse 17 einer an sich bekannten Bauart auf. Die Pumpe 100 weist ferner auf ihrer Mantelfläche einen elektrischen Stecker 102 auf. Die vorgeschlagene Pumpe 100 kann beispielsweise Teil eines Kraftsoffeinspritzsystems einer

Brennkraftmaschine eines Zweirades oder Dreirades sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zur Benzinversorgung des betreffenden Brennraums der Brennkraftmaschine lediglich diese Pumpe 100 als Druck erzeugende

Komponente zum Einsatz kommt, die verbreitet anzutreffende Kombination einer separaten Vorpumpe in Tanknähe und einer separaten Hochdruckpumpe in Brennraumnähe also insofern entfällt.

Figur 2 zeigt die Kraftstoff-Einspritzpumpe aus Figur 1 im Längsschnitt. In dem durch Zusammenstecken der Gehäuseteile 103a, 103b gebildeten Gehäuse 103 ist der generativ aufgebaute Pumpenkörper 3 (siehe auch Figur 3 und Figur 4) in Längsrichtung und radial eingeklemmt.

Der Pumpenkörper 3 weist in Längsrichtung mittig einen Mittenbereich 31 mit vergrößertem Durchmesser auf. Der Mittenbereich 31 ist zuflussseitig und düsenseitig über hohlzylindrische Verbindungsbereiche 32, 33, die einen reduzierten Außenumfang aufweisen, mit einem zuflussseitigen Endbereich 34 und einem düsenseitigen Endbereich 35 verbunden. Der zuflussseitige

Endbereich 34 und der düsenseitige Endbereich 35 weisen Außendurchmesser auf, die größer als die Außendurchmesser der Verbindungsbereiche 32, 33 sind.

Elektrische Spulen, nämlich eine Vorverdichterspule 6 und eine

Hauptverdichterspule 15, sind auf den Verbindungsabschnitten 32, 33 aufgewickelt, durch Isolationsschichten 41 , 42 von dem Pumpenkörper 3 isoliert und durch den elektrischen Stecker 102 von außen kontaktierbar.

Die Isolationsschichten 41 , 42 können beispielsweise aus einer dünnen Schicht bestehen und wie folgt hergestellt werden: Der rotationssymmetrische

Pumpenkörper 3 wird in eine rotierende Aufnahme eingespannt. Ein

Walzensystem, welches der Oberflächengeometrie des Pumpenkörpers 3 entspricht, dreht mit definiertem Spaltmaß in gegensätzlicher Richtung wie der Pumpenkörper. In den Spalt wird eine thermo- oder duroplastische Maße, wie z.B. Epoxidharz, eingebracht. Durch das gegenläufige Walzensystem aus Pumpenkörper 3 und Walze erhält der Pumpenkörper 3 eine dünne

Isolationsschicht 41 , 42, wie sie so dünn als separater Kunststoffträger insbesondere nicht oder nur schwer herstellbar ist, zum Beispiel mit einer Dicke von 250μηι oder darunter. Nach dem Aushärten der Isolationsmasse, zum Beispiel durch Heizstrecke, UV-Licht und/oder ähnliches kann die Spule 6, 15 direkt auf den Pumpenkörper 3 aufgewickelt werden. Alternativ kann die

Isolationsschicht 41 , 42 auch mit einer Flachformdüse auf den Pumpenkörper 3 aufgetragen werden. Alternativ kann eine dünne isolierende Folie aufgeklebt oder, zum Beispiel in einem Ofen, aufgeschmolzen werden.

Der Pumpenkörper 3 weist im zuflussseitigen Endbereich 34 eine zentrale Öffnung 51 auf, die sich im zuflussseitigen Verbindungsbereich 32 als zuflussseitiger zylindrischer Raum 53 fortsetzt, der durch die zuflussseitige Lauffläche 52 in radialer Richtung begrenzt wird. Parallel zu dem zuflussseitigen zylindrischen Raum 53 erstrecken sich in Längsrichtung zuflussseitige

Längsbohrungen 4, die an ihren Enden über Überströmbohrungen mit dem zuflussseitigen zylindrischen Raum 53 jeweils kommunizieren. Wie insbesondere in Figur 3 gut sichtbar, kann die Überströmbohrung, die an dem zuflussseitigen Ende dieser Längsbohrungen 4 angeordnet ist, als Verteilernut 2 ausgebildet sein.

Die Überströmbohrungen, die an dem dem Zufluss abgewandten Ende dieser Längsbohrungen 4 angeordnet sind, können als Langlöcher 55 ausgebildet sein.

Zwischen dem Bereich des Verbindungsbereichs 32, in dem die zuflussseitigen Längsbohrungen 4 angeordnet sind und dem Mittelbereich 31 des

Pumpenkörpers 3 ist in dem Verbindungsbereich 32 ein zuflussseitiger

Verdichtungsraum (Vorverdichtungsraum) 5 angeordnet, dessen

Innendurchmesser gegenüber dem des zuflussseitigen zylindrischen Raums 53 vergrößert ist. Die Wandstärke des Pumpenkörpers 3 ist in diesem Bereich mit verminderter Wandstärke 1 10 erheblich reduziert, beispielsweise von 2mm Wandstärke auf beispielweise 0,5mm Wandstärke.

Auch eine weitergehende Reduktion auf weniger als 0,5mm Wandstärke ist grundsätzlich stets möglich und insbesondere auch bevorzugt. Der Vorverdichtungsraum 5 kommuniziert mit einem im Mittelbereich 31 des

Pumpenkörpers 3 angeordneten Verteilerraum 10 über eine Gasblasenbarriere 12, die als feines Sieb mit dem Pumpenkörper einstückig ausgebildet ist. Der Verteilerraum 10 ist beispielsweise als mit seiner Achse quer zur Längsrichtung der Pumpe orientierter zylindrischer Raum ausgestaltet. Zwischen

Gasblasenbarriere 12 und Verteilerraum 10 ist ein Vorraum 76a angeordnet.

Wie in Figur 4 ersichtlich, kann die im Mittelbereich 31 vorgesehene

Materialmenge durch die Vorsehung einer Hohlstruktur 60 vermindert werden. Dabei werden bestimmte nicht von Kraftstoff durchströmte Bereiche des

Mittelbereichs 31 frei gelassen und lediglich mit Stützstrukturen 61 versehen. Der Pumpenkörper weist im düsenseitigen Endbereich 35 eine zentrale Öffnung 71 auf, die sich im düsenseitigen Verbindungsbereich 33 zu einem düsenseitigen Verdichtungsraum (Hauptverdichtungsraum) 14 aufweitet. Die Wandstärke des Pumpenkörpers 3 ist hier erheblich reduziert, beispielsweise von 2mm

Wandstärke auf 0,5mm Wandstärke.

Der Düsenseite abgewandt schließt sich der düsenseitige zylindrische Raum 73 an, der durch die düsenseitige Lauffläche 72 in radialer Richtung begrenzt wird. Parallel zu dem düsenseitigen zylindrischen Raum 73 erstrecken sich in

Längsrichtung düsenseitige Längsbohrungen 13, die an ihren Enden über Überströmbohrungen mit dem düsenseitigen zylindrischen Raum 73 jeweils kommunizieren. Wie insbesondere in Figur 3 gut sichtbar, können die

Überströmbohrungen, als beispielsweise runde Durchgangslöcher 75 ausgeführt sein.

Der düsenseitige zylindrische Raum 73 kommuniziert mit dem im Mittelbereich 31 des Pumpenkörpers 3 angeordneten Verteilerraum 10 über eine Bohrung 76b.

Im zuflussseitigen zylindrischen Bereich 53 ist ein zuflussseitiger

Verdichterkolben 8 (Vorverdichtungskolben) angeordnet, der über eine zuflussseitige Druckfeder 7 vorgespannt ist. Im düsenseitigen zylindrischen Bereich 73 ist ein düsenseitiger Verdichterkolben 77 (Hauptverdichtungskolben) angeordnet, der über eine düsenseitige Druckfeder 78 vorgespannt ist.

Zwischen Vorverdichtungsraum 5 und Verteilerraum 10 ist ein erstes

Rückschlagventil 9 angeordnet, das beispielsweise als Kugelventil ausgestaltet sein kann und in Richtung des Vorverdichtungsraums 5 sperrt.

Im Bereich der düsenseitigen zentralen Öffnung 71 ist ein zweites

Rückschlagventil 16 angeordnet, das ebenfalls als Kugelventil ausgestaltet sein kann und in Zuflussrichtung sperrt.

Stromabwärts des zweiten Rückschlagventils ist eine Einspritzdüse 17 vorgesehen, die eine Drossel 18 aufweist. Die Einspritzdüse 17 ist gemäß einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform aufgebaut. Die Pumpe 100 wird folgendermaßen betrieben: Kraftstoff gelangt beispielsweise von einem Tank eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise über die Schwerkraft angetrieben, in den Kraftstoffzulauf 101 der erfindungsgemäßen Pumpe 100. Über ein Filtervlies 1 fließt der Kraftstoff in die Verteilerringnut 2 im

Pumpenkörper 3 und somit in die zuflussseitigen Längsbohrungen 4.

Die Langlöcher 55 werden bei unbestromter Vorverdichtungsspule 6 über die zuflussseitige Druckfeder 7 offen gehalten, da sich der Vorverdichtungskolben 8 hierbei in seiner zuflussseitigen Endlage befindet. Somit gelangt der Kraftstoff aus den zuflussseitigen Längsbohrungen 4 in den Vorverdichtungsraum 5.

Sodann wird die Vorverdichtungsspule 6 bestromt, sodass sich der

Vorverdichtungskolben 8 in Richtung der Einspritzdüse 17 bewegt, um den magnetischen Widerstand im Pumpenkörper 3 zu überbrücken.

Auf seinem Weg in Richtung Einspritzdüse 17 verschließt der

Vorverdichtungskolben 8 die Langlöcher 55 und somit die zuflussseitigen Längsbohrungen 4 (Steuerkanten). Der Druck im Vorverdichtungsraum 5 erhöht sich. Nach Erreichen seines Öffnungsdrucks (zum Beispiel 4 bar) öffnet sich das erste Rückschlagventil 9 und gibt den Weg in den Verteilerraum 10 frei.

Der Kraftstoff strömt dabei über die Gasblasenbarriere 12 in den Verteilerraum 10. Gasblasen, welche sich eventuell nicht rechtzeitig unter dem

Vorverdichtungsdruck auflösen, wird der Weg in den Verteilerraum 10 verwehrt.

Der Kraftstoff fließt sodann in die düsenseitigen Längsbohrungen 13 des Pumpenkörpers 3. Dessen Durchgangslöcher 75 werden bei unbestromter Hauptverdichterspule 15 über die Druckfeder 78 offen gehalten, da sich der Hauptverdichtungskolben 77 hierbei in seiner zuflussseitigen Endlage befindet. Somit gelangt der Kraftstoff aus den düsenseitigen Längsbohrungen 13 in den Hauptverdichtungsraum 14.

Wird die Hauptverdichtungsspule 15 bestromt, bewegt sich der

Hauptverdichtungskolben 77 in Richtung der Einspritzdüse 17 um den magnetischen Widerstand im Pumpenkörper 3 zu überbrücken. Auf seinem Weg in Richtung Einspritzdüse 17 verschließt der Hauptverdichtungskolben 77 die Durchgangslöcher 75 und damit die düsenseitigen Längsbohrungen 13. Der Druck im Hauptverdichtungsraum 14 erhöht sich, bis das zweite

Druckbegrenzungsventil 16 öffnet (beispielsweise bei 8 bar). Der Kraftstoff fließt dann über die Drossel 18 zu der Einspritzdüse 17 welche die über den Hub des Hauptverdichtungskolbens 77 definierte Kraftstoffmenge in einen Brennraum oder in ein Saugrohr einer Brennkraftmaschine frei gibt.