Titel Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Derartige Hochdruckpumpen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Vorzugsweise sind sie als Radialkolbenpumpe aufgebaut und weisen dementsprechend mehrere radial um eine Antriebswelle angeordnete Pumpenelemente auf, von denen jedes einen axial verschiebbar geführten Pumpenkolben umfasst, der über einen Stößel an einem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abgestützt ist, so dass der Pumpenkolben über die Antriebswelle in einer Hubbewegung antreibbar ist. Bei einer Hubbewegung eines Pumpenkolbens wird Kraftstoff über einen Zulauf in einen vom Pumpenkolben begrenzten Pumpenarbeitsraum des jeweiligen Pumpenelementes angesaugt, auf Hochdruck gefördert und über einen Ablauf einem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt.

Eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe wird beispielsweise in der Offenle- gungsschrift DE 10 2007 008 261 A1 beschrieben. Sie umfasst einen Pumpenkörper und ggf. einen Zylinderkopf, wobei im Pumpenkörper wenigstens ein Nockentrieb mit einem Abgriffselement aufgenommen ist. Das Abgriffselement steht mit einer Stößeleinrichtung in Verbindung, welche einen Pumpenkolben umfasst. Durch eine in einer Nockenwelle eingebrachte Nockengeometrie ist das Abgriffselement in eine Hubbewegung in Richtung einer Hubachse versetzbar. Dabei wird die Hubbewegung auf eine dem Abgriffselement zugeordnete Stößeleinrichtung bzw. einen Pumpenkolben übertragen. Zur Führung des Pumpenkolbens ist im Pumpenkörper oder im Zylinderkopf eine Führungsbohrung vorgesehen, die ein Radialspiel besitzt. Das Radialspiel bildet einen Ringspalt aus, der einen Leckagestrom vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich und damit eine hydraulische Führung bzw. Gleitführung des Pumpenkolbens ermöglicht. Denn der als Leckagestrom durch den Ringspalt strömende Kraftstoff stellt eine ausreichende Schmierung der Pumpenkolbenmantelfläche sowie der Führungsbohrung sicher. Die hydraulische Führung dient somit als Verschleißschutz, da Pumpenkolben und Führungsbohrung aufgrund der Schmierung bei einer Bewegung des Pumpenkolbens innerhalb der Führungsbohrung einem geringeren Verschleiß unterliegen. Insofern ist ein gewisser Leckagestrom vorteilhaft. Zugleich gilt es jedoch die mit dem Leckagestrom einhergehenden Leckageverluste möglichst gering zu halten, wobei der in den Niederdruckbereich gelangende Kraftstoff auch zur Schmierung der sich gegenüber dem Gehäuse bewegenden Elemente der Stößeleinrichtung verwendet wird.

Der Niederdruckbereich umfasst in der Regel einen Niederdruckraum, der von einem axial verschiebbar in einer Bohrung des Pumpengehäuses geführten Stößel einer Stößeleinrichtung begrenzt wird. Der Niederdruckraum kann somit auch als Stößelraum bezeichnet werden. Über die Hubbewegung des Stößels erfährt der Stößelraum eine Volumenveränderung, die es zur Vermeidung von Druckschwankungen auszugleichen gilt. Darüber hinaus gilt es der über den Leckagestrom bewirkten Veränderung der Kraftstoffmenge Rechnung zu tragen. Der Stößelraum kann hierzu mit einem Niederdruckspeicher verbunden sein, über den ein Kraftstoffmengenausgleich erfolgt. Zur Herstellung einer Verbindung des Stößelraums mit einem solchen Niederdruckspeicher ist jedoch oftmals ein kompliziertes Netz von Verbindungsleitungen erforderlich, das zum Einen das Gehäuse der Pumpe schwächt, zum Anderen die Herstellung des Gehäuses aufwendig gestaltet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe bereit zu stellen, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll das Gehäuse der Hochdruckpumpe einfach und damit kostengünstig herzustellen sein.

Offenbarung der Erfindung

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildeungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Die vorgeschlagene Kraftstoff-Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle und wenigstens ein Pumpenelement angeordnet sind. Das wenigstens eine Pumpenelement umfasst einen axial verschiebbar geführten Pumpenkolben, der über einen in einer Bohrung des Gehäuses axial verschiebbar geführten Stößel an einem Nocken oder Exzenter der Antriebswelle abgestützt ist. Somit ist der Pumpenkolben über die Antriebswelle in eine Hubbewegung versetzbar, bei der Kraftstoff über einen Zulauf in einen vom Pumpenkolben begrenzten Pumpenarbeitsraum angesaugt, auf Hochdruck gefördert und über einen Ablauf einem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt wird.

Erfindungsgemäß begrenzt der Stößel in der Bohrung, in der er aufgenommmen ist, einen Niederdruckraum, der über eine von der Bohrung abzweigende, vorzugsweise gerade geführte Ausgleichsbohrung in Verbindung mit dem Zulauf steht. Somit kann bei einer Hubbewegung des Stößels bzw. des Pumpenkolbens ein Kraftstoffmengenausgleich über die Ausgleichsbohrung erfolgen. Durch eine direkte Verbindung des vom Stößel begrenzten Niederdruckraums bzw. Stößelraums mit dem Zulauf, kann sogar der Zulauf selbst bzw. die zur Verbindung mit dem Zulauf vorgesehene Gehäusebohrung zum Mengenausgleich heran gezogen werden, so dass eine Verbindung zu einem Niederdruckspeicher durch aufwendig gestaltete Bohrungen im Gehäuse entbehrlich sind. Vorzgusweise ist lediglich eine Stichbohrung vom Stößelraum zum Zulauf vorgesehen, um das Gehäuse möglichst wenig zu schwächen und die Herstellung der Bohrung im Gehäuses einfach zu halten. Dabei besteht die Stichbohrung weiterhin bevorzugt aus einer gerade geführten Bohrung, die senkrecht oder schräg zur Bohrung verläuft, in welcher der Stößel aufgenommen ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Zulauf eine Bohrung des Gehäuses, die als Ausgleichsbohrung nutzbar ist. Das heißt, dass der Zulauf zumindest teilweise in dem Gehäuseteil angeordnet ist, in dem auch die Ausgleichsbohrung und/oder der Stößelraum ausgebildet sind. Die als Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung des Zulaufs kann dabei koaxial zur Ausgleichsbohrung bzw. senkrecht oder schräg zur Bohrung angeordnet sein, in welcher der Stößel aufgenommen ist. Beispielsweise kann die Gehäusebohrung des Zulaufs auch lediglich einen Abschnitt der Ausgleichsbohrung ausbilden. Vorzugsweise besitzt die als Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäuseboh- - A -

rung des Zulaufs einen gleich großen oder größeren Bohrungsquerschnitt als der in den Stößelraum mündende Abschnitt der Ausgleichsbohrung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungform ist vorgesehen, dass der Zulauf eine Bohrung des Gehäuses umfasst, die mit der Ausgleichsbohrung in Verbindung steht, so dass hierüber die Ausgleichsbohrung eine Erweiterung erfährt. Vorzgusweise ist hierzu die als Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung des Zulaufs senkrecht oder schräg zur Ausgleichsbohrung angeordnet. Vorzugsweise ist die als Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung des Zulaufs parallel zur Bohrung angeordnet, in welcher der Stößel aufgenommen ist. Weiterhin vorzugsweise mündet die Ausgleichsbohrung in die als Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbare Bohrung des Zulaufs. Durch eine Erweiterung der Ausgleichsbohrung steht ein größeres Volumen zur Aufnahme von Kraftstoff zwecks Mengenausgleichs zur Verfügung, so dass ein Staudruck im Stößelraum sicher vermieden wird.

Vorteilhafterweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Zulauf wenigstens eine Bohrung des Gehäuses umfasst, die mit der Ausgleichsbohrung und zugleich mit einer Gehäuseausnehmung in Verbindung steht, in der die Antriebswelle aufgenommen ist, so dass hierüber die Ausgleichsbohrung eine Erweiterung erfährt. Die als Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbare Gehäusebohrung des Zulaufes stellt somit zugleich eine Verbindung des Stößelraumes mit einem weiteren vom Stößel begrenzten Niederdruckraum sicher, so dass mittels eines Mengenausgleichs der Hubbewegung des Stößels in beiden Niederdruckräumen Rechnung getragen werden kann.

Sowohl die Stößelbewegung, als auch ein mengenausgleichender und/oder leckagebedingter Kraftstoffstrom können zu Druckschwankungen führen, die im Zulaufbereich unerwünscht sind. Daher ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Zulauf und der Ausgleichsbohrung und/oder einer die Ausgleichsbohrung erweiternden Bohrung ein Rückschlagventil angeordnet, das den Zulauf vor Druckschwankungen sichert.

Um den Aufbau des Gehäuses und damit der Hochdruckpumpe weiter zu vereinfachen, sind vorzgusweise die Ausgleichsbohrung und/oder wenigstens eine weitere die Ausgleichsbohrung erweiternde Bohrung in einem den Zulauf zumindest teilweise aufnehmenden Gehäuseteil ausgebildet. Somit wird zudem lediglich das Gehäuseteil durch die Ausbildung der Ausgleichsbohrung und etwaiger die Ausgleichsbohrung erweiternder Bohrungen geschwächt, in welchem bereits zumindest eine Bohrung für den Zulauf vorgesehen ist.

Der Durchmesser der Ausgleichsbohrung ist auf die jeweilige Länge der Aus- gleichsborhung abzustimmen. Insgesamt sollte der Durchmesser der Ausgleichsbohrung derart bemessen sein, dass ein Staudruck in dem vom Stößel begrenzten Niederdruckraum wirksam verhindert wird. Umfasst der Zulauf eine Bohrung, die zur Erweiterung der Ausgleichsbohrung nutzbar ist, kann der Durchmesser der Ausgleichsbohrung entsprechend kleiner ausgelegt sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist gehäsueseitig eine Ausgleichsbohrung vorgesehen, deren Durchmesser über die gesamte axiale Erstreckung gleich bleibend ist. Eine solche Bohrung ist besonders einfach herzustellen, so dass das Pumpengehäuse kostengünstig produzierbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließlich einer Weiterbildung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Pumpenelement einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe und

Fig. 2 einen den Bereich des Zulaufs darstellenen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch ein Pumpenelement einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.

Die in der Fig 1 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 1 , das zumindest ein erstes Gehäuseteil 1.1 und einen als Zylinderkopf ausgebildetes zweites Gehäuseteil 1.2 zur Aufnahme eines Pumpenelementes 3 besitzt. Das Pumpenelement 3 umfasst einen Pumpenkolben 4, der in einer Bohrung des Zylinderkopfes 1.2 axial verschiebbar geführt und mittels eines Stößels 6 an einem Nocken 7 einer Anztriebswelle 2 abgestützt ist. Der Stößel 6 ist hierzu in einer Bohrung 5 des ersten Gehäuseteiles 1.1 axial verschiebbar geführt. Antriebswellenseitig ist der Stößel 6 zudem mit einer Rolle 16 als Abgriffselement verbunden. Eine gehäuseseitig am Zylinderkopf 1.2 abgestützte Druckfeder 17 hält den Stößel 6 bzw. die mit dem Stößel verbundene Rolle 16 in AnIa- ge mit dem Nocken 7 der Antriebswelle 2. Bei einer Rotation der Antriebswelle 2 wird der Stößel 6 über die auf dem Nocken 7 der Antriebswelle 2 ablaufende Rolle 16 in eine Hubbewegung versetzt, die den Pumpenkolben 4 mitführt. Dabei führt der Pumpenkolben 4 abwechslend einen Saug- und einen Förderhub aus. Beim Saughub des Pumpenkolbens 4 wird Kraftstoff aus einem Zulauf 8 in einen Pumpenarbeitsraum 9 angesaugt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 4 wird der im Pumpenarbeitsraum 9 befindliche Kraftstoff auf Hochdruck verdichtet und danach über einen Ablauf einem Kraftstoffhochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.

Die Bohrung 5 des Gehäuseteils 1.1 , in welcher der Stößel 6 aufgenommen ist, bildet zugleich einen vom Stößel 6 begrenzten Niederdruckraum 10 aus. Bei einer Hubbewegung des Stößels 6 verändert sich das Volumen des Niederdruckraumes 10, so dass ein Kraftstoffmengenausgleich erforderlich ist. Hierzu ist bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe eine Ausgleichsbohrung 11 vorgesehen, die den Niederdruckraum 10 direkt mit dem Zulauf 8 verbindet, so dass Kraftstoff in die Ausgleichsbohrung 11 strömen kann. Um einen Staudruck in dem Niederdruckraum 10 zu vermeiden, ist die Ausgleichsbohrung 1 1 mit einem ausreichend großen Durchmesser auszustatten. Alternativ oder ergänzend kann - wie in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt - der Zulauf 8 eine Bohrung 12, 13 des Gehäuseteils 1.1 umfassen, durch welche die Ausgleichsbohrung 1 1 eine Erweiterung erfährt. Die als Erweiterung nutzbare Bohrung 12, 13 ist in dem vorliegenden Beispiel zudem mit einer Gehäuseausnehmung 14 verbunden, in welcher die Antriebswelle 2 aufgenommen ist. Dadurch kann die Gehäuseausnehmung 14 zusätzlich zur Erweiterung der Ausgleichsbohrung 1 1 nutzbar gemacht werden.

Fig. 2 zeigt einen Auschnitt im Bereich eines Zulaufes 8 einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe. Um die Übertragung von Druckschwankungen auf den Zulauf 8 zu verhindern, ist der Zulauf gegenüber der Ausgleichsbohrung 1 1 und den Bohrungen 12, 13 über ein Rückschlagventil 15 absperrbar. Das Rückschlagventil 15 weist vorliegend ein kugelförmiges Ventilglied auf, das mit einem kegelflörmigen Ventilsitz zusammenwirkt. Über den jeweils in der Ausgleichsbohrung 11 und/oder den Bohrungen 12, 13 herrschenden Kraftstoffd ruck wird das Ventilglied entweder in Anlage mit dem Ventilsitz gehalten oder in eine Öff- nungnsstellung bewegt, um den Niederdruckraum 10 zwecks Mengenausgleichs mit dem Zulauf 8 zu verbinden. Der Zulauf 8 weist zur Ausbildung des Rück- schlagventiles 15 eine Bohrung 12 auf, die zu einer ersten Erweiterung der Ausgleichsbohrung 1 1 führt. Darüber hinaus setzt sich die Bohrung 12 in eine Bohrung 13 geringeren Durchmessers fort, die in Verbindung mit der Gehäuseaus- nehmung 14 zur Aufnahme der Antriebswelle 2 steht, so dass die Ausgleichsbohrung 11 über die Bohrung 13 sowie die Gehäuseausnehmung 14 eine zusätzliche Erweiterung erfährt. Ein Staudruck im Niederdruckraum 10 kann somit wirkungsvoll verhindert werden.