Titel

Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoff- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist bspw. aus DE 102018211 237 A1 bekannt. Diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe weist ein Pumpengehäuse und einen daran montierten Pumpendeckel mit einem Niederdruckraum auf. In einer im Pumpengehäuse ausgebildeten Ausnehmung ist ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, wobei die Ausnehmung mit einem Förderraum strömungsverbunden ist, in dem ein Kolben läuft. Eine weitere Kraftstoffpumpe ist auch aus DE 10327 411 A1 bekannt. Bei derartigen Hochdruck-Kraftstoffpumpen können am Druckbegrenzungsventil unzulässiger Verschleiß und Kavitationserosion auftreten.

Offenbarung der Erfindung

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

Erfindungsgemäß wird eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoff- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Hochdruck- Kraftstoffpumpe ein Pumpengehäuse und einen auf dem Pumpengehäuse montierten (ggf. nicht zerstörungsfrei vom Pumpengehäuse lösbaren) Pumpendeckel aufweist, der zusammen mit dem Pumpengehäuse einen Niederdruckraum begrenzt. Im Pumpengehäuse ist eine Ausnehmung ausgebildet, in der ein Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Die Ausnehmung ist über einen Kanal mit dem Niederdruckraum strömungsverbunden, wobei der Kanal an seinem dem Niederdruckraum zugewandten Ende den gleichen oder einen größeren Querschnitt aufweist als an seinem der Ausnehmung mit dem Druckbegrenzungsventil zugewandten Ende.

Auf diese Weise wird eine Anbindung des Druckbegrenzungsventils an den Niederdruckraum bzw. den im Niederdruckraum angeordneten Niederdruckdämpfer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe erzielt. Durch diese Anbindung wird erreicht, dass Druckpulsationen/Volumenströme an der Feder des Druckbegrenzungsventils reduziert und somit der Verschleiß und die Kavitationserosion am Druckbegrenzungsventil verringert werden können. Zudem kann Kavitationserosion durch Dampf im Förderraum sowie das "Atmen" des Ventilkörpers vermieden werden. Außerdem können die sich im Fehlerfall Vollförderung im Hochdrucksystem einstellenden Staudrücke reduziert und der Liefergrad der Pumpe erhöht werden. Durch die mögliche Verjüngung des Kanalquerschnitts lassen sich ggf. akustische Vorteile erreichen, da dadurch die Eigenfrequenz der Ausnehmung modifiziert werden kann.

Es ist erkannt worden, dass bei herkömmlichen Hochdruck-Kraftstoffpumpen Verschleiß durch eine axiale und radiale Bewegung der Federaufnahme sowie durch ein "Atmen" des Ventilkörpers aufgrund wechselnden Druckaufbau/- abbaus im Förderraum verursacht werden kann. Es wurde weiter erkannt, dass Kavitationserosion durch Öffnen des Ventils (aufgrund der Bewegung der Federaufnahme) und in den Saugphasen im Förderraum entstehenden Dampf verursacht werden kann. Die Bewegung der Federaufnahme kann durch ein axiales und radiales Schwingen der Feder aufgrund von Druckpulsationen/ Volumenströmen im Förderraum verursacht werden. Diese Punkte können mit der vorgeschlagenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe vermieden werden.

Bei der vorliegenden Hochdruck-Kraftstoffpumpe handelt es sich insbesondere um eine Kolbenpumpe. Eine solche Pumpe weist einen Förderraum und einen darin angeordneten Kolben auf, der oszillierend angetrieben werden kann. Der die Ausnehmung mit dem Niederdruckraum strömungsverbindende Kanal ist in einer Wandung des Pumpengehäuses ausgebildet, die den Niederdruckraum zum Pumpengehäuse hin begrenzt und den Niederdruckraum von der Ausnehmung abtrennt. Der Kanal kann sich entlang einer Mittellängsrichtung insbesondere geradlinig erstrecken. Die Ausnehmung ist mit einem Auslass der Hochdruck-Kraftstoffpumpe strömungsverbunden (i.e. mit der Hochdruckseite), an dem bspw. ein Anschlussflansch vorgesehen sein kann. Parallel zum Druckbegrenzungsventil kann ein Auslassventil angeordnet sein.

Das Druckbegrenzungsventils kann mehrere Funktionen haben. Zum einen kann das Druckbegrenzungsventil dafür sorgen, dass der Druck im Rail einen festgelegten Wert nicht übersteigt (z.B. bei Drucküberschwingern oder beim Heißabstellen). Damit wird sichergestellt, dass die zulässige Belastung der betroffenen Komponenten nicht überschritten wird. Solange der Druck im Rail unter dem maximal zulässigen Wert liegt, muss das Druckbegrenzungsventil gegenüber dem Niederdrucksystem bzw. dem Förderraum abdichten, um einen Druckverlust im Rail zu verhindern. Das Druckbegrenzungsventil kann einen Ventilkörper, eine Kugel, eine Federaufnahme und/oder eine Feder aufweisen.

Gemäß einer Weiterbildung können die Mittellängsachse des Kanals und die Mittellängsachse des Niederdruckraumes und/oder die Mittellängsachse des Pumpengehäuses parallel zueinander angeordnet oder zueinander kongruent sein. Dadurch kann eine in Bezug auf das Pumpengehäuse bzw. den Niederdruckraum zentrische Anordnung des Kanals erreicht werden. Dies trägt zu einer guten Anbindung des Druckbegrenzungsventils an den Niederdruckdämpfer bei. Druckpulsationen am Druckbegrenzungsventil und Bewegungen der Feder des Druckbegrenzungsventils können abermals reduziert werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann der Querschnitt des Kanals entlang der Mittellängsachse des Kanals zum Niederdruckraum konisch zunehmen. Hiermit lassen sich akustische Vorteile erreichen, da dadurch die Eigenfrequenz der Ausnehmung modifiziert werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung kann der Kanal einen ersten axialen Kanalabschnitt und einen zweiten axialen Kanalabschnitt aufweisen, wobei der zweite Kanalabschnitt dem Niederdruckraum zugewandt ist und einen größeren Querschnitt als der erste Kanalabschnitt aufweist. Auch hiermit lässt sich die Anregung der Schwingungen dämpfen, so dass akustische Vorteile erreicht werden können. Mit anderen Worten ist der Kanal als gestufter Kanal, bspw. als Stufenbohrung ausgebildet, der sich zum Niederdruckraum hin aufweitet bzw. dessen größerer Querschnitt (bspw. größerer Durchmesser) dem Niederdruckraum zugewandt ist.

Gemäß einer Weiterbildung kann ein Förderraum vorgesehen sein, in dem ein Kolben läuft, wobei die Wandung, die den Förderraum und die Ausnehmung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, voneinander trennt, kanalfrei ausgebildet ist. Dies trägt zu einer guten Anbindung des Druckbegrenzungsventils an den Niederdruckraum bzw. den im Niederdruckraum angeordneten Niederdruckdämpfer bei. Es besteht über die Wandung keine direkte Strömungsverbindung vom Förderraum zur Ausnehmung.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Mittellängsachse der Ausnehmung für das Druckbegrenzungsventil orthogonal zur Mittellängsachse des Pumpengehäuses orientiert sein. Dies trägt zu einer kompakten Ausgestaltung der Hochdruck- Kraftstoffpumpe bei, da eine geringe Bauhöhe erzielt werden kann.

Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine; und

Fig.2 eine Ausführungsform der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einem Längsschnitt.

Figur 1 zeigt ein Kraftstoff-Einspritzsystem 10 für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14 mittels einer Vorförderpumpe 16 in eine Niederdruckleitung 18 und von dort einem Niederdruckanschluss 20 (Einlass 20) einer Kraftstoff- Hochdruckpumpe 22 zugeführt.

Ein Kraftstoff, bspw. Benzin, wird in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 auf einen hohen Druck verdichtet und durch einen Hochdruckanschluss 24 (Auslass 24) über ein Hochdruckrail 25 und einen Hochdruckinjektor 26 einem Brennraum 28 der Brennkraftmaschine zugeführt. Dort kann der Kraftstoff mit über ein Saugrohr 30 zugeführter Luft vermischt und, bspw. durch einen mit einer Zündkerze erzeugten Funken, entzündet werden.

Optional kann ein Teil des über den Niederdruckanschluss 20 der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 22 zugeführten Kraftstoffs nach einem Durchfluss durch die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 ohne Verdichtung durch einen weiteren Niederdruckanschluss 32 wieder aus der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 heraus und über einen Niederdruckinjektor 34 in das Saugrohr 30 geführt werden. Dort kann sich dieser Teil des Kraftstoffs mit der zugeführten Luft vermischen bevor das Gemisch in den Brennraum 28 gelangt.

Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 ist als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Kolben 36 bspw. mittels einer Nockenscheibe 38 angetrieben werden kann (Bewegungsrichtung in der Zeichnung vertikal orientiert).

Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 genauer erläutert.

Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 weist ein Pumpengehäuse 40 auf, an oder in dem die Komponenten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 22 angeordnet sind. Auf dem Pumpengehäuse 40 ist insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar ein Pumpendeckel 42 montiert, der mit dem Pumpengehäuse 40 verbunden, bspw. verschweißt, sein kann. Der Pumpendeckel 42 begrenzt zusammen mit dem Pumpengehäuse 40 einen Niederdruckraum 44. Im Niederdruckraum 44 ist ein Niederdruckdämpfer 45 angeordnet.

Seitlich am Pumpengehäuse 40 ist am Einlass 20 ein Anschlussstutzen (Einlassstutzen) montiert (in Fig.2 nicht dargestellt). Der Einlass 20 bzw. der einlassseitige Anschlussstutzen ist über einen Verbindungskanal (nicht gezeigt) mit dem Niederdruckraum 44 strömungsverbunden. Über einen weiteren Verbindungskanal (nicht dargestellt) ist der Niederdruckraum 44 mit dem Förderraum 50 strömungsverbunden, in dem der Kolben 36 angeordnet ist. Dadurch kann Kraftstoff vom Niederdruckraum 44 in den Förderraum 50 geführt werden.

Seitlich am Pumpengehäuse 40 ist am Auslass 24 ein Anschlussstutzen 52 (Auslassstutzen 52) befestigt. Am Auslass 24 sind zudem ein Auslassventil 54 und ein Druckbegrenzungsventil 56 vorgesehen. Das Druckbegrenzungsventil 56 ist in einer im Pumpengehäuse 40 ausgebildeten Ausnehmung 58 angeordnet. Das Auslassventil 54 ist in einer im Pumpengehäuse 40 ausgebildeten Ausnehmung 60 angeordnet.

Die Ausnehmungen 58, 60 sind im Beispiel parallel zueinander orientiert und mit dem Auslass 24 bzw. dem Anschlussstutzen 52 strömungsverbunden. Das Auslassventil 54 ist über einen Durchtritt 62 zudem mit dem Förderraum 50 strömungsverbunden. Das Druckbegrenzungsventil 56 besteht insbesondere aus mehreren Komponenten und kann bspw. einen Ventilkörper 64, eine Kugel 66, eine Federaufnahme 68 und/oder eine Feder 70 aufweisen (vgl. vergrößerter Teilausschnitt in Fig.2).

Die Ausnehmung 58, in der das Druckbegrenzungsventil 56 angeordnet ist, ist über einen Kanal 72 mit dem Niederdruckraum 44 strömungsverbunden. Der Kanal 72 ist in einer Wandung 74 des Pumpengehäuses 40 ausgebildet, die den Niederdruckraum 44 zum Pumpengehäuse 40 hin begrenzt und den Niederdruckraum 44 von der Ausnehmung 58 abtrennt.

Der Kanal 72 erstreckt sich entlang einer Mittellängsachse 76 insbesondere geradlinig. Der Kanal 72 weist an seinem dem Niederdruckraum 44 zugewandten Ende den gleichen oder einen größeren Querschnitt auf als an seinem der Ausnehmung 58 mit dem Druckbegrenzungsventil 56 zugewandten Ende.

Im Beispiel sind die Mittellängsachse 76 des Kanals 72 und die Mittellängsachse 77 des Niederdruckraums 44 und/oder die Mittellängsachse 78 des Pumpengehäuses 40 parallel zueinander angeordnet oder zueinander kongruent. lm Beispiel weist der Kanal 72 einen ersten axialen Kanalabschnitt 80 und einen zweiten axialen Kanalabschnitt 82 auf, wobei der zweite Kanalabschnitt 82 dem Niederdruckraum 44 zugewandt ist und einen größeren Querschnitt als der erste Kanalabschnitt 80 aufweist. Im Beispiel ist der Kanal 72 als gestufter Kanal in Form einer Stufenbohrung ausgebildet, die sich zum Niederdruckraum 44 hin aufweitet (kleinerer Durchmesser im ersten Kanalabschnitt 80 als im zweiten Kanalabschnitt 82). Bei nicht dargestellten Ausführungsformen kann der Querschnitt des Kanals 72 entlang der Mittellängsachse 76 des Kanals 72 zum Niederdruckraum 44 hin konisch zu nehmen.

Der Förderraum 50, in dem der Kolben 36 läuft, ist mittels einer Wandung 84 von der Ausnehmung 58 abgetrennt, in der das Druckbegrenzungsventil 56 angeordnet ist. Die Wandung 84 ist kanalfrei ausgebildet. Mit anderen Worten besteht keine direkte Strömungsverbindung zwischen dem Förderraum 50 und der Ausnehmung 58 durch die Wandung 84.

Die Mittellängsachse 86 der Ausnehmung 58 für das Druckbegrenzungsventil 56 ist orthogonal zur Mittellängsachse 78 des Pumpengehäuses 40 orientiert.

Durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 36 wird das im Förderraum 50 befindliche Medium (Kraftstoff) verdrängt und über das Auslassventil 54, welches vom Förderraum 50 weg öffnet, und den Auslass 24 bzw. den Anschlussstutzen 52 bspw. zu einem Hochdruckrail 25 gefördert. Das Druckbegrenzungsventil 56 ist antiparallel zum Auslassventil 54 geschaltet (entgegengesetzte Öffnungsrichtung), um unzulässig hohen Drücken im Hochdruckbereich des Kraftstoff systems 10 vorzubeugen.