Kraftstoffhochdruckpumpe eines Einspritzsystems

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe eines Einspritzsystems, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, in dem in einem

kraftstoffbefüllten Triebwerksraum eine Antriebswelle angeordnet ist, durch die wenigstens ein Pumpenkolben zumindest mittelbar in einer Hubbewegung angetrieben wird und wobei der Triebwerksraum über ein einen federbelasteten Steuerkolben aufweisendes Überströmventil mit einem Niederdrucksystem des Einspritzsystems verbunden ist.

Stand der Technik

Eine derartige Kraftstoffhochdruckpumpe ist aus der DE 10 2009 027 146 A1 bekannt. Diese Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen saugseitigen

Niederdruckbereich auf, in dem ein Überströmventil angeordnet ist, welches ein in einem Pumpengehäuse befestigtes Ventilgehäuse mit einem Einlass, einem Auslass, einem Ventilkörper und einer Ventilfeder aufweist. Dabei zeichnet sich die Vorrichtung dadurch besonders aus, dass das Ventilgehäuse des

Überströmventils in dem Pumpengehäuse verpresst oder verstemmt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, die kostengünstig bauteiloptimiert ist. Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Steuerkolben gehäuselos in eine Ausnehmung in dem Pumpengehäuse eingesetzt ist, und dass in die Ausnehmung im Bereich eines Ventilraums ein mit dem Triebwerksraum verbundener Zulaufkanal und ein mit dem Niederdrucksystem verbundener Steuerkanal einmünden. Durch diese Ausgestaltung beziehungsweise das direkte Einsetzen der Komponenten des Überströmventils, beispielsweise des Steuerkolbens in eine Ausnehmung in dem Pumpengehäuse wird ein separates

Ventilgehäuse für das Überströmventil eingespart. Die Ausnehmung, die beispielsweise in das Pumpengehäuse hinein gebohrt wird, muss dabei nur im Bereich der Führung des Steuerkolbens mit einer Präzision gefertigt sein, die für die zuverlässige Führung des Steuerkolbens beispielsweise mit einem Spiel von 10 bis 30 μηι genügt.

Auch ist es denkbar, die Ausnehmung als Stufenausnehmung auszubilden, die im Bereich der Führung des Steuerkolbens einen gegenüber dem übrigen Bereich der Ausnehmung geringeren Durchmesser aufweist, der entsprechend präzise bearbeitet ist. Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung, nämlich insbesondere den Steuerkolben gehäuselos in die Ausnehmung in dem Pumpengehäuse einzusetzen, eine kostengünstige Bauteiloptimierung des Überströmventils, bei dem dessen Ventilgehäuse bei einem nur geringen

Mehraufwand bei der Bearbeitung durch die den Steuerkolben und die weiteren Komponenten des Überströmventils aufnehmenden Ausnehmung in dem

Pumpengehäuse ersetzt ist.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Werkstoff des Steuerkolbens zumindest angenähert den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff des Pumpengehäuses auf. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass ein Verklemmen des Steuerkolbens in der Ausnehmung bei einer Erwärmung oder Abkühlung der Bauteile ausgeschlossen ist. Beispielsweise können das Pumpengehäuse und der Steuerkolben aus Aluminium gefertigt sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in die Ausnehmung ein Anlagekörper für die Steuerkolbenfeder eingesetzt. Dieser Anlagekörper kann beispielsweise als Kugel ausgebildet sein, wobei die Kugel in die Ausnehmung eingepresst wird. Dabei wird der Anlagekörper soweit in die Ausnehmung zur Vorspannung der Steuerkolbenfeder eingepresst bis ein gewünschter Öffnungsdruck eingestellt ist. In Weiterbildung der Erfindung ist in die Ausnehmung ein

Rücklaufanschlussstutzen eingesetzt, wobei der Rücklaufanschlussstutzen eine Federanlage für die Steuerkolbenfeder bildet. Diese Ausgestaltung bildet eine weitere Vereinfachung, bei der der separate Anlagekörper für die

Steuerkolbenfeder eingespart wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein eine Steuerkolbenfeder aufnehmender Steuerfederraum über einen Ausgleichskanal mit dem

Niederdrucksystem verbunden. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass beim Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe beziehungsweise des Überströmventils der Steuerfederraum druckausgeglichen zu dem Niederdrucksystem ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Steuercharakteristik des Überströmventils bei allen Betriebszuständen gleich ist. Dabei kann zusätzlich in den Ausgleichskanal eine Dämpfungsdrossel eingesetzt sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein eine Steuerkolbenfeder aufnehmender Steuerfederraum über einen in den Steuerkolben eingelassenen Drosselkanal mit dem mit dem Ventilraum in Verbindung stehenden Zulaufkanal verbunden. Dabei ist dann der Steuerfederraum über einen Ausgleichskanal gegebenenfalls mit eingesetzter Dämpferdrossel mit dem Niederdrucksystem verbunden. Dabei ist weiterhin der Durchsatz durch den Drosselkanal geringer als der Durchsatz durch den Ausgleichskanal gegebenenfalls unter Einbezug der Dämpferdrossel. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass einerseits eine zuverlässige Entlüftung des Systems erfolgt, und andererseits eine Mindestmenge Kraftstoff, beispielsweise für Kühlzwecke, das Überströmventil durchströmt.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Steuerkolben eine Federausnehmung zur weitgehenden Aufnahme der Steuerfeder auf. Diese Ausgestaltung trägt zu einer platzsparenden Ausgestaltung des Überströmventils bei.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Druckhalteventil vorgesehen, das in die Ausnehmung eingesetzt ist, vorzugsweise direkt angrenzend an den

Aufnahmekörper für die Steuerkolbenfeder. Mit dem Druckhalteventil wird eine Drucküberhöhung in dem Federraum eingestellt, wobei diese Drucküberhöhung eine Dämpfung der Bewegung des Steuerkolbens bewirkt. ln weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung

Führungsabschnitte zur Führung des Steuerkolbens auf. Dabei ist wiederum in weiterer Ausgestaltung im Bereich zwischen benachbarten Führungsabschnitten eine zumindest einen Teilabschnitt des Steuerkanals bildende

Strömungsausnehmung angeordnet. Diese Ausgestaltung stellt einerseits eine zuverlässige Führung für den Steuerkolben dar, wobei bei dieser Ausgestaltung wiederum der Steuerkolben und das Pumpengehäuse einen zumindest sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Den Bereich zwischen dem Führungsabschnitten als Steuerkanal zu nutzen, bietet den Vorteil einer platzsparenden Bauweise, die zudem fertigungstechnisch leicht umsetzbar ist. Dabei sind vorteilhaft drei Führungsabschnitte auf den Umfang der Ausnehmung verteilt, während die dazwischenliegenden Strömungsausnehmungen beispielsweise als Nuten in das Pumpengehäuse eingefräst sein können. Die Öffnungsquerschnittsfläche des Überströmventils, die sich bei einer

Druckbeaufschlagung einstellt, kann durch die Nuttiefe und die axiale Lage der Nuten zueinander gezielt eingestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der

Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überströmventils,

Figur 2 in einer Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der

Erfindung,

Figur 3 in einer Schnittdarstellung ein drittes Ausführungsbeispiel des

Überströmventils und Figur 4 einen Schnitt A-A gemäß Figur 3.

Ausführungsformen der Erfindung Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Teilbereich eines

Pumpengehäuses 1 einer Kraftstoffhochdruckpumpe. Die

Kraftstoffhochdruckpumpe ist für ein Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine ausgelegt, wobei der Kraftstoffhochdruckpumpe aus einem Niederdrucksystem Kraftstoff zugeführt wird und in einen Triebwerksraum 2 der Kraftstoffhochdruckpumpe eingeleitet wird. Aus dem Triebwerksraum 2 der

Kraftstoffhochdruckpumpe wird der eingebrachte Kraftstoff über eine

Zumesseinheit in einen Pumpenarbeitsraum eingeführt, in dem der eingeführte Kraftstoff von einem zumindest mittelbar von einer Antriebswelle 3 in einer Hubbewegung bewegten Pumpenkolben den in den Pumpenarbeitsraum eingebrachten Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert. Die Antriebswelle 3 kann als Nockenwelle oder Exzenterwelle ausgebildet sein. Zwischen der Antriebswelle 3 und dem Pumpenkolben kann ein Rollenstößel vorgesehen sein mit einer auf einem Nocken der Antriebswelle laufenden Rolle. Aus dem

Hochdruckspeicher wird dort gespeicherter Kraftstoff bedarfsweise und gesteuert von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen.

Da die Zumesseinheit den in dem Pumpenarbeitsraum einzubringenden

Kraftstoff bedarfsweise steuert, ist ein Überströmventil 4 an der

Kraftstoffhochdruckpumpe verbaut, mit dem beispielsweise bei konstanter

Mengenförderung durch das Niederdrucksystem der überschüssige Kraftstoff zurück in das Niederdrucksystem oder den Kraftstofftank abgesteuert wird.

Das Überströmventil 4 ist in das Pumpengehäuse 1 im Bereich oberhalb eines Gehäuselagers 5 der Nockenwelle 3 integriert. Das Gehäuselager 5 der

Nockenwelle 3 ist kraftstoffgeschmiert und mit einem Kraftstofflagerkanal 6 verbunden, durch den der das Gehäuselager 5 schmierende Kraftstoff in das Niederdrucksystem abgeführt wird. ln das Pumpengehäuse 1 ist eine Ausnehmung 7 zur Aufnahme der

Komponenten des Überströmventils 4 eingelassen, beispielsweise hinein gebohrt. In die Ausnehmung 7 mündet stirnseitig ein Zulaufkanal 8, der die Ausnehmung 7 mit dem Triebwerksraum 2 verbindet. Der Zulaufkanal 8 kann als eine Kombination von einer Gussausnehmung und einer Bohrung in

Verlängerung der Ausnehmung 7 ausgebildet sein. In die Ausnehmung ist ein Steuerkolben 9 beispielsweise mit einem Spiel von 10 bis 30 μηι eingesetzt, der von einer in einem Steuerfederraum 13 angeordneten Steuerkolbenfeder 10 gegen den Boden der Ausnehmung gedrückt wird. Die Steuerkolbenfeder 10 wird von einem Anlagekörper 1 1 , der in diesem Ausführungsbeispiel als Kugel ausgebildet ist, und in die Ausnehmung 7 eingepresst ist, gehalten. Das Maß der Tiefe der Einpressung der Kugel bestimmt den Öffnungsdruck des Steuerkolbens 9. Neben dem Zulaufkanal 8 mündet in die Zylinderwand der Ausnehmung 7 ein Steuerkanal 12, der mit dem Kraftstofflagerkanal 6 zusammengeführt ist. Der Steuerkanal 12 ist als Bohrung ausgeführt, die von dem Triebwerksraum 2 aus in das Pumpengehäuse 1 eingearbeitet ist.

Bei steigendem Kraftstoffdruck in dem Triebwerksraum 2 wird der Steuerkolben 9 von dem Kraftstoff in Richtung des Federraums 13 bewegt und verbindet den durch die Verstellung des Steuerkolbens 9 entstandenen Ventilraum oberhalb des Zulaufkanals 8 mit diesem und dem Steuerkanal 12, so dass Kraftstoff in den Steuerkanal 12 abgesteuert wird. Im Bereich oberhalb der Zusammenführung des Steuerkanals 12 und des Kraftstofflagerkanals 6 ist in eine entsprechende Bohrungsausnehmung 14 ein Rücklaufanschlussstutzen 15 eingesetzt, beispielsweise eingepresst. An den Rücklaufanschlussstutzen 15 ist

beispielsweise eine Schlauchleitung anschließbar, die mit dem Kraftstofftank verbunden ist.

Der Steuerkolben 9, der wie das Pumpengehäuse 1 vorzugsweise aus

Aluminium gefertigt ist, weist eine Steuerkolbenausnehmung 16 auf, die über einen Drosselkanal 17 mit dem Steuerfederraum 13 verbunden ist. Weiterhin ist der Steuerfederraum 13 über einen Ausgleichskanal 18 mit dem Steuerkanal 12 verbunden. Durch den Drosselkanal 17 strömt kontinuierlich eine geringe Menge Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 8 in den Steuerfederraum 13 und weiter in das Niederdrucksystem. lm Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist bei dem

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 der Kraftstofflagerkanal 6 als in den

Steuerfederraum 13 einmündende Schrägbohrung ausgebildet. Weiterhin ist der Steuerkanal in Form von zwei übereinanderliegenden Steuerbohrungen 19a, 19b ausgebildet, die in den Kraftstofflagerkanal 6 einmünden. Schließlich ist der Rücklaufanschlussstutzen 15 bei dieser Ausführung direkt in die Ausnehmung 7 eingesetzt und ersetzt als Federanlage den Anlagekörper für die

Steuerkolbenfeder 10. Durch die Übereinanderliegenden und unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Steuerbohrungen 19a, 19b kann der hydraulische

Durchfluss durch das Überströmventil 4 über den Druck geformt werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von den

Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass die Ausnehmung 7 drei auf deren Zylinderumfang verteilt angeordnete

Führungsabschnitte 20 (Figur 4) zur Führung des Steuerkolbens 9 aufweist. Zwischen den Führungsabschnitten 20 sind Strömungsausnehmungen in Form von Nuten 21 in das Pumpengehäuse 1 eingearbeitet. Die

Öffnungsquerschnittsfläche dieses Überströmventils 4 beziehungsweise des Ventilraums 26 in die Nuten 21 wird durch die Tiefe der Nuten 21 und deren axialer Lage bestimmt. Die Nuten 21 bilden bei diesem Ausführungsbeispiel den Steuerkanal 12. Der Steuerkolben 9 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Federausnehmung 22 zur weitgehenden Aufnahme der Steuerkolbenfeder 10 auf. Die Steuerkolbenfeder 9 ist von dem hohl ausgebildeten Anlagekörper 11 gehalten, wobei durch den Anlagekörper 11 der abgesteuerte Kraftstoff abgeführt wird - wie durch die Strömungspfeile dargestellt ist - . Anschließend an den Anlagekörper 1 1 ist ein Druckhalteventil 23 in die Ausnehmung 7 eingesetzt, das insbesondere in der Federausnehmung 22 eine Drucküberhöhung für eine Dämpfung der Bewegungen des Steuerkolbens 9 einstellt. Beispielsweise beträgt der Öffnungsdruck des Druckhalteventils 23 0,2 bar und der maximale Durchfluss

150 l/h. Das Druckhalteventil 23 weist einen an einer Federplatte 24 gehaltenen Verschlusskörper 25 auf, der mit dem Anlagekörper 11 zusammenwirkt und die Durchtrittsbohrung durch diesen beherrscht. Anschließend an das

Druckhalteventil 23 ist der Rücklaufanschlussstutzen 15 in die Ausnehmung 7 eingesetzt, der die Anlage für die Federplatte 24 und den Anlagekörper 1 1 bildet.