Titel

Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beispielsweise aus der DE 102014207 194 A1 ist eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe für ein Kraftstoff System einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist eine Kolbenpumpe. Bei einer Bewegung eines Pumpenkolbens wird Kraftstoff durch ein Auslass-Rückschlagventil in einen Hochdruckbereich ausgestoßen. Das Auslass-Rückschlagventil hat die Funktion zu verhindern, dass Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich wieder zurück in den Förderraum fließt. Gleichzeitig muss das Auslass-Rückschlagventil ermöglichen, dass Kraftstoff vom Förderraum in den Hochdruckbereich strömen kann. Das Ventilelement des Auslass-Rückschlagventils ist üblicherweise eine Ventilkugel, die in geschlossenem Zustand an einem Ventilsitz eines Ventilsitzelements anliegt. Eine Öffnungsbewegung der Ventilkugel wird durch ein Anschlagelement begrenzt. Eine radiale Führung des Ventilelement wird durch sich axial erstreckenden Führungsstege erreicht.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass beim Einpressen des Auslassventils in einen Auslasskanal die Führungsstege mit dem abragenden Ende axial zwar auf das gegenüberliegende Teil gedrückt werden. Durch fertigungsbedingte Maßabweichungen in der Länge der Führungsstege kann es jedoch dazu kommen, dass einzelne Führungsstege keinen Kontakt mit dem gegenüberliegenden Teil haben. Dadurch ist es möglich, dass diese Führungsstege „frei schwingen“, wodurch deren Dauerfestigkeit beeinträchtigt wird. Darüber hinaus kann es durch radiale Bewegungen des Ventilelements zu weiteren Belastungen kommen, die die Dauerfestigkeit der Führungsstege beeinträchtigen können. Dem wird erfindungsgemäß dadurch begegnet, dass die Steifigkeit der Führungsstege auf sehr einfache Art und Weise erhöht wird.

Konkret wird eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Dabei kann es sich sowohl um ein Diesel- Kraftstoffsystem als auch um ein Benzin- Kraftstoffsystem handeln. Die Kraftstoff- Hochdruckpumpe dient dazu, den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck zu verdichten und in einen Hochdruckbereich zu fördern, von wo er mittels Injektoren direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei der Kraftstoff-Hochdruckpumpe handelt es sich üblicherweise um eine Kolbenpumpe. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst ein Pumpengehäuse und ein in dem Pumpengehäuse angeordnetes Auslass-Rückschlagventil. Das Pumpengehäuse kann eine insgesamt im wesentlichen zylindrische Form aufweisen, und das Auslass-Rückschlagventil kann ein federbelastetes Kugelventil sein.

Hierzu verfügt das Auslass-Rückschlagventil über ein Ventilsitzelement, ein Ventilelement und ein Anschlagelement für das Ventilelement. Am Ventilsitzelement ist ein Ventilsitz vorhanden, gegen den das Ventilelement im geschlossenen Zustand beaufschlagt wird. Das Anschlagelement kann vom Ventilsitzelement in Öffnungsrichtung gesehen „hinter“ dem Ventilelement angeordnet sein, so dass es den Öffnungsweg des Ventilelements begrenzt. Das Auslass-Rückschlagventil kann in einen Auslasskanal der Kraftstoff- Hochdruckpumpe eingesetzt bzw. in diesen eingepresst sein. Hierzu können das Ventilsitzelement und/oder das Anschlagelement wenigstens abschnittsweise über eine kreiszylindrische Außenkontur verfügen. Das Ventilsitzelement und/oder das Anschlagelement können mittels Metallspritzguss hergestellt sein.

Zu dem Auslass-Rückschlagventil gehört auch eine Mehrzahl von sich in einer axialen Richtung erstreckenden und in Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandeten Führungsstegen, die das Ventilelement in radialer Richtung führen und die entweder einstückig mit dem Ventilsitzelement oder einstückig mit dem Anschlagelement ausgebildet sind. Die oben erwähnte Erhöhung der Steifigkeit wird dadurch erreicht, dass benachbarte Führungsstege am vom Ventilsitzelement oder vom Anschlagelement abragenden Ende durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Dabei ist die Ortsangabe „am abragenden Ende“ weit zu verstehen in dem Sinne, dass sie auch eine Anordnung eines Verbindungsabschnitts beinhaltet, die einen gewissen Abstand von einer Stirnfläche des abragenden Ende des eines Führungsstegs hat. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wirken Belastungen nicht mehr auf einzelne Führungsstege, sondern auf den Verbund der miteinander verbundenen Führungsstege, wodurch die Belastbarkeit erhöht wird.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsabschnitt einstückig an die benachbarten Führungsstege angeformt ist. Dies erleichtert die Herstellung und führt zu einer optimalen Dauerfestigkeit.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Verbindungsabschnitte einen umlaufenden geschlossenen Ring bilden. Dies ist konstruktiv optimal und sorgt für eine maximale Festigkeit. Dabei ist anzumerken, dass der Ring auch aus einzelnen geraden Segmenten bestehen kann, solange diese die Bewegung des Ventilelements in axialer Richtung nicht behindern.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Ring kreisförmig ist. Hierdurch werden sowohl die Kraftstoffströmung als auch die Bewegung des Ventilelements in axialer Richtung am wenigsten beeinträchtigt.

Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass ein Innendurchmesser des Rings größer ist als ein Innendurchmesser der Führungsstege. Durch diese Weiterbildung wird eine ungehinderte Bewegung des Ventilelements sichergestellt.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt mindestens eines Verbindungsabschnitts trapezförmig ist. Dies erleichtert die Herstellung, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren, und sorgt für eine optimale Steifigkeit in radialer Richtung bei gleichzeitig geringer Erstreckung in axialer Richtung. Bei einer Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Kanten des Trapezes abgerundet sind. Auf diese Weise wird die Dauerfestigkeit nochmals erhöht, da Spannungsspitzen vermieden werden.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Verbindungsabschnitt einen Anschlag zum Ventilsitzelement (wenn die Führungsstege an das Anschlagelement angeformt sind) oder zum Anschlagelement (wenn die Führungsstege an das Ventilsitzelement angeformt sind) hin bildet. Der Verbindungsabschnitt trägt somit zur Erhöhung der Anschlagfläche zum gegenüberliegenden Element bei, wodurch die Steifigkeit nochmals erhöht wird.

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

Figur 1 einen teilweisen Schnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Auslass-Rückschlagventil;

Figur 2 eine perspektivische explodierte Darstellung des Auslass- Rückschlagventils von Figur 1;

Figur 3 eine perspektivische explodierte Darstellung eines Anschlagelements des Auslass-Rückschlagventils von Figur 1; und

Figur 4 eine Schnittdarstellung des Auslass-Rückschlagventils von Figur 1.

Eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein insgesamt im wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12, in dessen Längsrichtung ein Pumpenkolben 14 aufgenommen ist. Bei der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 handelt es sich also um eine Kolbenpumpe. Der Pumpenkolben 14 und das Pumpengehäuse 12 begrenzen einen Förderraum 16. Kraftstoff gelangt in diesen über ein Einlassventil 18, welches als elektromagnetisch gesteuertes Mengensteuerventil ausgebildet ist. Vom Förderraum 16 gelangt der komprimierte Kraftstoff über ein Auslass- Rückschlagventil 20 zu einem Hochdruckauslass 22 und weiter in einen Hochdruckbereich 24. Dieser umfasst beispielsweise eine Kraftstoff- Sammelleitung („Rail“), an die eine Mehrzahl von Injektoren angeschlossen ist, die den Kraftstoff direkt in jeweils zugeordnete Brennräume einspritzen. Als Kraftstoff kommen sowohl Diesel als auch Benzin in Frage.

Hydraulisch parallel zu dem Auslass-Rückschlagventil 20 ist ein Druckbegrenzungsventil 26 angeordnet, durch welches Kraftstoff vom Hochdruckauslass 22 unter bestimmten Betriebsbedingungen in den Förderraum 16 zurückströmen kann. Das Auslass-Rückschlagventil 20 ist in einem stufenförmigen Auslasskanal 28 angeordnet, der im Pumpengehäuse 14 ausgebildet ist und dessen Längsachse 29 vorliegend beispielhaft in radialer Richtung des Pumpengehäuses 12 verläuft. Die Längsachse 29 bildet auch die Längsachse des Auslass-Rückschlagventils 20.

Nun wird die Ausgestaltung des Auslass-Rückschlagventils 20 unter Bezugnahme auf die Figuren 2-4 im Detail erläutert: das Auslass- Rückschlagventil 20 umfasst ein Ventilsitzelement 30, ein vorliegend beispielhaft als Ventilkugel ausgebildetes Ventilelement 32, ein vorliegend beispielhaft insgesamt zylindrisches und topfförmiges Anschlagelement 34 und eine im montierten Zustand zwischen dem Anschlagelement 34 und dem Ventilelement 32 verspannte Ventilfeder 36. Die Ventilfeder 36 ist vorliegend beispielhaft als Schraubenfeder ausgebildet.

Das Ventilsitzelement 30 weist einen in den Figuren 2 und 4 am rechten Ende angeordneten zylindrischen und stutzenartigen Einführabschnitt 38 auf. Der Einführabschnitt 38 ist in einen Abschnitt 28a des Auslasskanals 28 fluiddicht eingepresst. An den zylindrischen Einführabschnitt 38 schließt sich ein ebenfalls zylindrischer Basisabschnitt 40 an. Dieser hat einen größeren Außendurchmesser als der Einführabschnitt 38, wodurch zwischen dem Einführabschnitt 38 und dem Basisabschnitt 40 ein Absatz 42 gebildet wird. Dieser liegt an einem entsprechenden Absatz 28b des Auslasskanals 28 an. Auf diese Weise ist das Ventilsitzelement 30 des Auslass-Rückschlagventils 20 in dem Auslasskanal 28 in axialer Richtung exakt positioniert.

Sowohl der Einführabschnitt 38 als auch der Basisabschnitt 40 werden von einem zentrischen Strömungskanal 44 durchsetzt. Dessen in den Figuren 2 und 4 linker Rand bildet einen ringförmigen Ventilsitz 46 für das Ventilelement 32.

Das Anschlagelement 34 weist einen Mantelabschnitt 48 und einen Bodenabschnitt 50 auf. In dem Bodenabschnitt 50 ist eine zentrische Durchgangsöffnung 52 vorhanden. Sowohl das Ventilsitzelement 30 als auch das Anschlagelement 34 sind vorliegend beispielhaft durch Metall-Spritzgießen hergestellt. Grundsätzlich sind aber auch andere Herstellungsverfahren denkbar.

Radial außen sind auf dem Mantelabschnitt 48 des Anschlagelements 34 mehrere, vorliegend nämlich beispielhaft drei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnete und radial nach außen abragende flügelartige Einpressabschnitte 54 vorhanden, mit denen das Anschlagelement 34 in einen Abschnitt 28c des Auslasskanals 28 eingepresst ist. In axialer Richtung erstreckt sich in Verlängerung jeweils eines Einpressabschnitts 54 ein Führungssteg 56 vom Anschlagelement 34 in Richtung zum Ventilsitzelement 30. Die Führungsstege 56 sind einstückig mit dem Mantelabschnitt 48 des Anschlagelements 34 ausgebildet. Die radiale Außenseite der Führungsstege 56 liegt auf einem Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Außenseiten der Einpressabschnitte 54.

Die radiale Innenseite der Führungsstege 56 liegt auf einem Durchmesser, der größer ist als ein Innendurchmesser des Mantelabschnitts 48. Der Durchmesser des kugelförmigen Ventilelements 32 wiederum ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Innenseite der Führungsstege 56, jedoch größer als der Innendurchmesser des Mantelabschnitts 48. Zwischen dem Ventilelement 32 und den Führungsstegen 56 liegt somit einerseits ein gewisses radiales Spiel vor. Auf diese Weise wird andererseits zwischen den Führungsstegen 56 und dem Mantelabschnitt 48 ein Anschlag 58 gebildet, durch den eine Öffnungsbewegung des Ventilelements 32 in axialer Richtung 29 begrenzt wird.

Insbesondere aus Figur 3 erkennt man, dass benachbarte Führungsstegen 56 durch Verbindungsabschnitte 60 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsabschnitte 60 sind dabei einstückig an die benachbarten Führungsstege 56 angeformt. Ferner bilden die Verbindungsabschnitte 60 vorliegend beispielhaft insgesamt einen umlaufenden kreisförmigen Ring 62. Insbesondere aus den Figuren 3 und 4 erkennt man, dass ein Innendurchmesser D1 des Rings 62 größer ist als der Durchmesser D2, auf dem die Innenseiten der Führungsstege 56 liegen. Die Verbindungsabschnitte 60 sind an dem vom Anschlagelement 34 abragenden Ende der Führungsstege 56 angeordnet. Sie bilden, wie aus Figur 4 ersichtlich ist, zum Ventilsitzelement 30 hin einen Anschlag, durch den das Anschlagelement 34 in axialer Richtung 29 exakt zum Ventilsitzelement 30 positioniert ist. Aus Figur 4 ist auch ersichtlich, dass der Querschnitt der Verbindungsabschnitte 60 trapezförmig ist, wobei die Außenkanten des Trapezes abgerundet sind. In den Figuren ist jene Ausführungsform gezeigt, bei der die Führungsstege 56 an das Anschlagelement 34 angeformt sind. Grundsätzlich denkbar, jedoch nicht dargestellt, ist jedoch auch eine solche Ausführungsform, bei der die Führungsstege an das Ventilsitzelement angeformt sind und sich von diesem in Richtung zum Anschlagelement hin erstrecken. Ferner versteht sich, dass auch mehr oder weniger Führungsstege 56 und Einpressabschnitte 54 vorgesehen sein können. Auch müssen diese nicht zwingend in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Die Führungsstege 56 müssen auch nicht zwingend in Verlängerung von den Einpressabschnitten 54 angeordnet sein. Es können unterschiedliche Anzahlen von Führungsstegen 56 und von Einpressabschnitten 54 vorgesehen sein. Der Querschnitt der

Verbindungsabschnitte kann ferner auch nicht-trapezförmig sein, beispielsweise kreisförmig oder elliptisch.