Titel

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Die DE 10 2015 219 537 A1 offenbart ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Diese ist ausgeführt mit einem federbeaufschlagten Einlassventil und einem federbeaufschlagten Auslassventil. Das Einlassventil ist als Mengensteuerventil ausgebildet mit einem Stößel, der durch eine Feder ein Ventilelement des Einlassventils während eines Förderhubs der Kraftstoffpumpe in eine zwangsweise geöffnete Stellung beaufschlagen kann. Durch eine Bestromung eines elektromagnetischen Aktors des Mengensteuerventils wird der Stößel gegen die Kraft der Feder vom Ventilelement weggezogen, so dass dieses schließen kann. Auf diese Weise kann die Menge des von der Kraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffs beeinflusst werden. Zu dem Einlassventil gehört auch eine Beaufschlagungseinrichtung in Form einer Spiralfeder, welche das Ventilelement des Einlassventils in Richtung zu einem Ventilsitz beaufschlagt. Der Ventilsitz ist an einem ringartigen Ventilkörper ausgebildet, der in einem Pumpengehäuse verstemmt ist.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen genannt.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe hat den Vorteil, dass sie mit einem deutlich höheren Systemdruck dauerhaft betrieben werden kann als bisherige derartige Kraftstoffpumpen. Ein typischer Systemdruck, der mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe dauerhaft möglich ist, beträgt ungefähr 500 bar, gegenüber einem bisher typischen Systemdruck von ungefähr 350 bar. Dabei können die sonstigen Elemente der bisherigen Kraftstoffpumpe völlig unverändert bleiben. Mit dem erfindungsgemäßen Quotienten sind keinerlei Bauraumeinschränkungen verbunden. Ferner sind weiterhin Strömungsquerschnitte mit geringer Drosselung realisierbar, und auch das Verschleißverhalten im Kontakt zum Ventilelement wird nicht beeinträchtigt.

Konkret wird dies erreicht durch eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine. Eine solche Kraftstoffpumpe kommt sowohl bei Diesel- als auch bei Benzin- Brennkraftmaschinen zum Einsatz. Üblicherweise verdichtet sie den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn in eine Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“), von wo aus der Kraftstoff mittels Injektoren direkt in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe umfasst ein Pumpengehäuse und einen Pumpenkolben. Der Pumpenkolben ist im Pumpengehäuse geführt. Die Kraftstoffpumpe ist daher eine Kolbenpumpe.

Zu der Kraftstoffpumpe gehört ein Einlassventil, welches beispielsweise über eine Kraftstoff leitung mit einer elektrischen Vorförderpumpe verbunden sein kann. Das Einlassventil ist typischerweise in der Art eines Rückschlagventils ausgebildet mit einem Ventilelement, welches beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein kann. Typischerweise öffnet das Einlassventil bei einem Saughub der Kraftstoffpumpe und schließt mindestens zeitweise bei einem Förderhub der Kraftstoffpumpe. Zu dem Einlassventil gehört ein ringartiger Ventilkörper mit einem ringförmigen Ventilsitz, an dem das Ventilelement bei geschlossenem Einlassventil fluiddicht anliegt. Eine Beaufschlagungseinrichtung - typischerweise eine Feder - beaufschlagt das Ventilelement in Richtung zum Ventilsitz und drückt das Ventilelement beispielsweise bei geschlossenem Einlassventil auf bzw. gegen den Ventilsitz.

Erfindungsgemäß beträgt ein Quotient einer axialen Gesamtlänge des Ventilkörpers geteilt durch einen Außendurchmesser des Ventilkörpers mindestens 0,3. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Quotient liegt dabei in einem besonders günstigen Bereich, der sich technisch und wirtschaftlich als optimal herausgestellt hat. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Quotient einer axialen Gesamtlänge des Ventilkörpers geteilt durch einen Außendurchmesser des Ventilkörpers im Bereich von 0,34 liegt. Hier sind die oben genannten Vorteile besonders prägnant.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die axiale Gesamtlänge des Ventilkörpers mindestens 4,6 mm beträgt. Ein solcher Ventilkörper passt sehr einfach auch in bisherige Pumpengehäuse.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die axiale Gesamtlänge des Ventilkörpers im Bereich von ungefähr 5,5 mm liegt. Ein solcher Ventilkörper passte einfach auch in bisherige Pumpengehäuse, und dennoch ist er äußerst stabil.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Quotient einer axialen Gesamtlänge des Ventilkörpers geteilt durch einen Innendurchmesser des Ventilkörpers mindestens 0,6 beträgt. Dabei ist zu beachten, dass ein großer Innendurchmesser des Ventilsitzes zwar ein günstiges Durchfluss-Druckgefälle unterstützt, jedoch Nachteile beim Verschleiß des Ventilsitzes im Kontakt mit dem Ventilelement durch die schwellende Druckbelastung im geschlossenen Zustand des Einlassventils haben kann. Bei ungünstigen Verhältnissen der Abmessungen kann es hier zu Relativbewegungen zwischen Ventilelement und Ventilsitz und entsprechender Reibarbeit kommen. Ziel ist es daher, bei Druckwechseln möglichst wenig Relativbewegung zwischen Ventilsitz und Ventilelement zu erzeugen, gleichzeitig aber eine hohe Ventildynamik sicherzustellen. Das vorgeschlagene minimale Verhältnis zwischen axialer Gesamtlänge des Ventilkörpers und Innendurchmesser des Ventilkörpers stellt ein Optimum dar, welches eine hohe Ventildynamik bei geringem Verschleiß ermöglicht.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Quotient einer axialen Gesamtlänge des Ventilkörpers geteilt durch einen Innendurchmesser des Ventilkörpers im Bereich von 0,82 liegt. Bei einem solchen Wert sind die oben genannten Vorteile besonders prägnant. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Pumpengehäuse aus einem Stahlmaterial 1 .4418 oder 1.4057 hergestellt ist. Bei einem solchen Stahlmaterial sind die oben genannten Vorteile besonders prägnant.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper vorzugsweise einen wenigstens im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist und im Pumpengehäuse verschraubt ist. Dies vereinfacht die Bearbeitung der Außenkontur und ermöglicht eine lösbare Befestigung des Ventilkörpers im Pumpengehäuse.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper im Pumpengehäuse verstemmt ist. Hierzu weist der Ventilkörper vorzugsweise auf seiner äußeren Mantelfläche eine umlaufende Stufe, also einen Absatz auf. Eine solche Befestigung des Ventilkörpers im Pumpenkörper ist sehr zuverlässig und preiswert.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffpumpe mit einem Pumpengehäuse und einem Einlassventil mit Ventilkörper und Ventilelement;

Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Kraftstoffpumpe von Figur 1 , welcher insbesondere das Einlassventil zeigt; und

Figur 3 eine Explosionsdarstellung im Längsschnitt des Einlassventils der Figuren 1 und 2.

Eine als Kolbenpumpe ausgebildete Hochdruck-Kraftstoffpumpe trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoffpumpe 10 gehört zu einem nicht weiter gezeichneten Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine. Sie verdichtet den Kraftstoff im Betrieb typischerweise auf einen Systemdruck von mindestens 500 bar und fördert den Kraftstoff zu einem Kraftstoffrail, an welches mehrere Injektoren angeschlossen sind, die den Kraftstoff im Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Die Kraftstoffpumpe 10 umfasst ein Einlassventil 12 und ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 14, sowie ein Pumpengehäuse 16. Auf das Einlassventil 12 wird weiter unten noch stärker im Detail eingegangen werden. In dem Pumpengehäuse 16 ist eine Aufnahmeöffnung 18 für einen Pumpenkolben 20 vorhanden. Der Pumpenkolben 20 kann in der Aufnahmeöffnung 18 parallel zu einer Längsachse 22 der Aufnahmeöffnung 18 bewegt werden. Hierzu dient ein in der Zeichnung nicht dargestellter Antrieb. Bei diesem kann es sich beispielsweise um eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle der Brennkraftmaschine handeln.

Der Pumpenkolben 20 ist vorliegend beispielhaft als Stufenkolben ausgebildet mit einem Abschnitt 24 mit kleinerem Durchmesser und einem Abschnitt 26 mit größerem Durchmesser. Der Abschnitt 26 des Pumpenkolbens 20 mit größerem Durchmesser begrenzt zusammen mit dem Pumpengehäuse 16 einen Förderraum 28. Dieser ist über nicht weiter bezeichnete Kanäle fluidisch mit dem Einlassventil 12 und dem Auslassventil 14 verbunden. Das Pumpengehäuse 16 kann als ein insgesamt rotationssymmetrisches oder mehreckiges Teil ausgebildet sein. Der Pumpenkolben 20 ist im Pumpengehäuse 16 in der Aufnahmeöffnung 18 aufgenommen, die als eine gestufte Sacklochbohrung ausgebildet ist mit Abschnitten, die jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Das Einlassventil 12 ist vorliegend als Mengensteuerventil ausgebildet. Wie im Detail aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, weist das Einlassventil 12 ein vorliegend beispielhaft plattenartiges Ventilelement 30 sowie einen ringförmigen Ventilsitz 32 auf, der an einem ringartigen Ventilkörper 34 ausgebildet ist. Der Ventilkörper 34 hat eine Längsachse 35, und der Ventilsitz 32 erstreckt sich in axialer Richtung koaxial zu der Längsachse 35. Eine Feder 36 beaufschlagt das Ventilelement 30 gegen den ringförmigen Ventilsitz 32. Die Feder 36 stützt sich hierzu an einem sogenannten Ventiltopf 38 ab. Mit 40 ist eine Beaufschlagungseinrichtung bezeichnet, welche zur Steuerung der von der Kraftstoffpumpe 10 geförderten Kraftstoffmenge das Einlassventil mittels eines Stößels 41 zwangsweise in geöffneter Stellung halten kann. Bei einer Bewegung des Pumpenkolbens 20 in Figur 1 nach unten (Saughub) hebt das Ventilelement 30 gegen die Kraft der Feder 36 vom Ventilsitz 32 ab, wodurch Kraftstoff durch das Einlassventil 12 in den Förderraum 28 strömen kann. Bei einer Bewegung des Pumpenkolbens 20 in Figur 1 nach oben (Förderhub) wird das Ventilelement 30 durch die Kraft der Feder 36 sowie den im Förderraum 28 ansteigenden Druck gegen den Ventilsitz 32 gedrückt (wenn das Ventilelement 30 von der Beaufschlagungseinrichtung mit dem Stößel 41 nicht zwangsweise in die geöffnete Stellung gedrückt wird). Nach Erreichen eines gewissen Drucks, beispielsweise vorliegend eines Systemdrucks von ungefähr 500 bar, öffnet das Auslassventil 14, wodurch der Kraftstoff mit dem besagten Systemdruck aus dem Auslassventil 14 beispielsweise zum Kraftstoff rail hin strömen kann.

Wie aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht, ist der Ventilkörper 34 ringartig ausgebildet. Eine axiale Gesamtlänge des Ventilkörpers 34 ist mit 42 bezeichnet, ein maximaler Außendurchmesser des Ventilkörpers 34 mit 44. Der Ventilkörper 34 weist eine innere und sich in axialer Richtung des Ventilkörpers 34 erstreckende Durchgangsöffnung 46 auf, welche einen Innendurchmesser 48 hat. Eine radial äußere Mantelfläche 50 des Ventilkörpers 34 weist einen stufenförmigen Absatz 52 auf. Die äußere Mantelfläche 50 weist somit neben einem in Einbaulage zum Ventilsitz 32 benachbarten Abschnitt mit dem maximalen Außendurchmesser 44 noch einen vom Ventilsitz 32 entfernt angeordneten Abschnitt mit einem minimalen Außendurchmesser 54 auf.

Vorliegend beträgt ein Quotient der axialen Gesamtlänge 42 des Ventilkörpers 34 geteilt durch den maximalen Außendurchmesser 44 des Ventilkörpers 34 mindestens 0,3, vorliegend beispielhaft ungefähr 0,34. Die axiale Gesamtlänge 42 des Ventilkörpers 34 beträgt vorliegend mindestens 4,6 mm, typischerweise ungefähr 5,5 mm. Ein Quotient der axialen Gesamtlänge 42 des Ventilkörpers 34 geteilt durch den Innendurchmesser 48 der inneren Durchgangsöffnung 46 des Ventilkörpers 34 beträgt mindestens 0,6, vorliegend beispielhaft ungefähr 0,82.

Das Pumpengehäuse 16 ist vorliegend beispielhaft aus einem Stahlmaterial

1 .4418 oder 1 .4057 hergestellt. Ferner ist vorliegend beispielhaft der Ventilkörper

34 in einer Öffnung 56 des Pumpengehäuses 16 durch eine Verstemmung 58 verstemmt, wobei die Verstemmung 58 an dem Absatz 52 des Ventilkörpers 34 angreift.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform hat der Ventilkörper einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser, also keinen Absatz. Ferner kann bei dieser nicht dargestellten Ausführungsform auf der radial äußeren Mantelfläche des Ventilkörpers ein Gewinde vorhanden sein, mit dem der Ventilkörper in die Öffnung des Pumpengehäuses eingeschraubt ist. Zusätzlich zur Verschraubung kann der Ventilkörper auch noch verstemmt sein.