Kraftstoffhochdruckpumpe Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.

Kraftstoffhochdruckpumpen in Kraftstoffeinspritzsystemen werden dazu verwendet, einen Kraftstoff mit einem hohen Druck zu beaufschlagen, wobei der Druck beispielsweise bei Benzin-Brennkraftmaschinen im Bereich von 250 bar - 400 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen im Bereich von 2000 bar - 2500 bar liegt. Je höher der Druck, der in dem jeweiligen Kraftstoff erzeugt werden kann, desto geringer sind Emissionen, die während der Verbrennung des Kraftstoffes in einer Brennkammer entstehen, was insbesondere vor dem Hintergrund vorteilhaft ist, dass eine Verringerung von Emissionen immer stärker gewünscht wird.

Um die hohen Drücke in dem jeweiligen Kraftstoff erzielen zu können, wird die Kraftstoffhochdruckpumpe typischerweise als Kolbenpumpe ausgeführt, wobei sich ein Kolben in einem Druckraum translatorisch bewegt und so dem Druckraum zugeführten

Kraftstoff periodisch verdichtet und entspannt. Der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird dann zumeist über einen Hochdruckanschluss einem Hochdruckdruckbereich , z. B. einem dem Druckraum hydraulisch nachgelagerten Druckspeicher, dem sog. Common-Rail, zugeführt, von wo der Kraftstoff dann über Injektoren in Brennräume der Brennkammern eingespritzt werden können.

Um zu verhindern, dass die hydraulisch dem Druckraum nachgelagerten, kraftstoffführenden Elemente des Kraftstoffeinspritzsystems durch zu hohe Überdrücke beschädigt werden, ist zumeist ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen, das über ^¬ schüssigen Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems absteuert, um diesen zu entlasten. Beispielsweise ist dabei bekannt, den überschüssigen Kraftstoff über eine Verbindungsbohrung des Druckbegrenzungsventiles mit dem Druckraum in den Druckraum selbst abzusteuern. Beispielsweise ist in DE 10 2004 013 307 AI ein Druckbegrenzungsventil in einer Kraftstoffhochdruckpumpe offenbart, das in einer Sack- lochbohrung angeordnet ist, und über eine zu der Sacklochbohrung im Winkel von etwa 90° angeordnete Bohrung mit dem Druckraum fluidisch in Verbindung steht.

Nachteilig an einer solchen Anordnung ist jedoch, dass die Sacklochbohrung als Totwassergebiet und Schmutzspeicher dient, bis das Druckbegrenzungsventil aktiviert wird, was bevorzugt eher selten der Fall sein sollte. Erst bei Inbetriebnahme des Druckbegrenzungsventils wird angesammelter Schmutz dann in den Druckraum befördert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine in dieser Hinsicht verbesserte Kraftstoffhochdruckpumpe vorzuschlagen .

Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen in einem Gehäuse angeordneten Druckraum auf, der einseitig durch eine Kolbenfläche an einem sich in dem Druckraum entlang einer Bewegungsachse translatorisch bewegenden Kolben begrenzt wird. Der Druckraum ist eingangsseitig mit einem Niederdruckzulauf zum Zuführen von Kraftstoff zu dem Druckraum und ausgangsseitig mit einem Hochdruckanschluss verbunden, der gemeinsam mit dem Gehäuse ein Auslassvolumen definiert. In dem Niederdruckzulauf ist ein Einlassventil derart angeordnet, dass eine Zulaufbohrung des Niederdruckzulaufes von einem direkt hydraulisch mit dem Druckraum in Verbindung stehenden Zulaufvolumen des Niederdruckzulaufes getrennt wird. Es ist ein Druckbegrenzungsventil zum Absteuern eines Überdruckes in dem Auslassvolumen vorgesehen, das in einer sich von dem Auslassvolumen in das Gehäuse hinein erstreckenden Bohrung angeordnet ist. Die Bohrung mündet in das Zulaufvolumen des Niederdruckzulaufes.

Die Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, ist daher nun nicht mehr als Sacklochbohrung wie bisher bekannt ausgebildet, sondern weist eine Verbindung mit dem Niederdruckzulauf auf und zwar in dem Bereich, in dem sich das Einlassventil befindet . Dadurch wird verhindert, dass die bisher vorhandene Sacklochbohrung bis zur Aktivierung des Druckbegrenzungsventils Schmutz speichert und dann in die Kraft- stoffhochdruckpumpe befördert, da die Bohrung, in der das

Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, bereits im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe beständig gespült wird.

Vorzugsweise ist die Bohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet, die einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen des Druckbegrenzungsventils und einen Verbindungsbereich zum Herstellen einer hydraulischen Verbindung zu dem Zulaufvolumen aufweist. Der Verbindungsbereich weist einen kleineren Querschnitt auf als der Aufnahmebereich .

Vorzugsweise weist das Druckbegrenzungsventil eine Rück ^¬ stellfeder mit einer Längsachse in Kraftrichtung der Rückstellfeder auf, wobei der Verbindungsbereich koaxial mit der Längsachse der Rückstellfeder angeordnet ist. Dadurch kann Kraftstoff, der durch das Druckbegrenzungsventil hindurch strömt, ohne Hindernisse laminar in das Zulauf olumen

abgesteuert werden. Vorteilhaft weist der Aufnahmebereich der Bohrung eine die

Bohrung senkrecht zur Längsachse der Rückstellfeder begrenzende Endwand auf, die entgegengesetzt zu dem Auslassvolumen ange ^¬ ordnet ist. Die Rückstellfeder stützt sich an der Endwand ab, wobei der Verbindungsbereich in der Endwand angeordnet ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Verbindungsbe ^¬ reiches kleiner ist als der Querschnitt des Aufnahmebereiches , da sich so automatisch die Endwand ausbildet, an der sich die Rückstellfeder abstützen kann. In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist die Bohrung einen Verbindungsdurchbruch zu dem Druckraum zum hydraulischen Verbinden der Bohrung mit dem Druckraum auf. Dabei sind der Verbindungsbereich und der Verbindungsdurchbruch beispielsweise durch zumindest einen Teilbereich der Endwand voneinander getrennt.

Durch Anordnen sowohl des Verbindungsbereiches als auch des Verbindungsdurchbruches wird eine Zirkulation des Kraftstoffes im Betrieb ermöglicht . Dadurch wird eine Ansammlung von Partikeln in einem hinteren Bereich der Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, vermieden bzw. reduziert. Verbindungsdurchbruch und Verbindungsbereich bilden dabei vorteilhaft sich ergänzende Strömungsquerschnitte beim

Absteuern von Überdruck durch das Druckbegrenzungsventil.

In einer Ausführungsform, in der der Verbindungsdurchbruch nicht vorhanden ist, wird die Ablaufbohrung, über die der Überdruck-Kraftstoff abgesteuert wird, im Vergleich zu den üblichen Anordnungen vollständig auf die Durchgangsbohrung verlagert. _n

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Dabei kann die Durchgangsbohrung, d. h. der Verbindungsbereich, soweit erweitert werden, dass keine Absteuerung in den Druckraum selbst erfolgt, sondern ausschließlich durch den Verbindungsbereich zu dem Zulauf olumen abgesteuert wird. Dies hat den Vorteil, dass Komponenten des Druckbegrenzungsventiles durch den Wechsel zwischen Druck- und Saugphase innerhalb der Kraft ^¬ stoffhochdruckpumpe nicht mehr senkrecht in Betriebsrichtung angeströmt und dadurch in Schwingung gebracht werden. Vorzugsweise ist der Verbindungsdurchbruch in einer sich parallel zu der Längsachse der Rückstellfeder erstreckenden Seitenwand der Bohrung angeordnet. Dadurch entsteht vorzugsweise eine Anordnung in einem Winkel von etwa 90° zu dem Verbindungsbereich, so dass der abzusteuernde Kraftstoff in ver- schiedene Raumrichtungen abgesteuert werden kann.

Vorzugsweise erstreckt sich eine Hochdruckanschlusslängsachse des Hochdruckanschlusses im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsachse des Kolbens. Eine Bohrungslängsachse der Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, ist in einem Winkel zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 2° und 8°, vorzugsweise zwischen 4° und 6°, zu der Hochdrucklängsachse angeordnet . Hydraulisch zwischen Druckraum und Auslassvolumen ist normalerweise ein Auslassventil angeordnet, dessen Längsachse zumeist ebenfalls senkrecht zu der Bewegungsachse des Kolbens angeordnet ist. Dieses Auslassventil befindet sich meistens dabei in einer Bohrung in dem Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe . Ist nun die Bohrung, in der sich das Druckbegrenzungsventil befindet, gewinkelt zu der Bohrung des Auslassventiles und damit zur Hochdruckausschlusslängsachse angeordnet, kann bei gleicher Wirkung das Auslassvolumen des Hochdruckanschlusses und somit der Hochdruckanschluss insgesamt kleiner ausgestaltet werden. Dadurch werden Kräfte, die beispielsweise auf eine Schweißnaht des Hochdruckanschlusses wirken, deutlich vermindert, und der Hochdruckanschluss wird deutlich stabiler.

Vorzugsweise weist die Bohrungslängsachse der Bohrung im We ^¬ sentlichen einen Winkel zwischen 95° und 105°, insbesondere 98° und 102°, zu der Bewegungsachse des Kolbens auf. Durch eine Abwinklung der Bohrung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, auch in einer weiteren Raumrichtung, kann der Hochdruckanschluss noch weiter verkleinert werden und können Kräfte somit reduziert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem in einer Bohrung angeordneten Druckbegrenzungsventil ;

Fig. 2 eine Querschnittansicht durch die Linie II-II in Fig.

1 von oben auf die Kraftstoffhochdruckpumpe mit dem Druckbegrenzungsventil ;

Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe aus Fig. 1 in einer Detailansicht im Bereich des Druckbegrenzungsventils; und

Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe aus Fig. 1 in einer weiteren Detailansicht im Bereich eines Druckraumes der Kraftstoffhochdruckpumpe .

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer Kraftstoffhochdruckpumpe 10. In einem Gehäuse 12 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ist ein Druckraum 14 angeordnet, in dem sich ein Kolben 16 entlang einer Bewegungsachse 18 translatorisch auf- und abbewegt und so einen in dem Druckraum 14 angeordneten Kraftstoff periodisch verdichtet und entspannt. Der sich in dem Druckraum 14 bewegende Kolben 16 weist eine Kolbenfläche 20 auf, die den Druckraum 14 nach unten hin begrenzt. Zum Zuführen des Kraftstoffes in den Druckraum 14 ist der Druckraum 14 eingangsseitig mit einem Niederdruckzulauf 22 verbunden.

Druckbeaufschlagter Kraftstoff wird ausgangsseitig über einen Hochdruckanschluss 24 zu einem Hochdruckbereich 25 geführt. Der Hochdruckanschluss 24 führt den druckbeaufschlagten Kraftstoff dann weiter zu einem beispielsweise nachgelagerten Common-Rail.

In dem Niederdruckzulauf 22 ist ein Einlassventil 26 angeordnet, das eine Zulaufbohrung 28 von einem Zulaufvolumen 30 trennt, das hydraulisch direkt mit dem Druckraum 14 in Verbindung steht. Das Zulaufvolumen 20 ist jedoch kein Teil des Druckraumes 14.

Der Hochdruckanschluss 24 ist so ausgebildet, dass er mit dem Gehäuse 12 gemeinsam ein Auslassvolumen 32 definiert, in das der druckbeaufschlagte Kraftstoff über ein Auslassventil 34 gelangt. Von diesem Auslassvolumen 32 erstreckt sich eine Bohrung 36 in das Gehäuse 12 hinein. In der Bohrung 36 ist ein Druckbegrenzungsventil 38 angeordnet, das Kraftstoff aus dem Hoch ^¬ druckanschluss 24 absteuert, wenn sich in dem Hochdruckbereich 25 ein zu starker Überdruck aufbaut.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittdarstellung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 entlang der Linie II-II in Fig. 1 in einer Ansicht von oben. Hier ist zu sehen, dass sich die Bohrung 36, in der das Druckbegrenzungsventil 38 angeordnet ist, komplett von dem Hochdruckanschluss 24 bzw. dem Auslassvolumen 32 bis zu dem Zulaufvolumen 30 erstreckt. Die Bohrung 36 ist daher als Durchgangsbohrung 42 ausgebildet. ₀

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Die Bohrung 36 weist einen Aufnahmebereich 44 auf, in dem das Druckbegrenzungsventil 38 aufgenommen ist, und umfasst weiter einen Verbindungsbereich 46, der die Verbindung zwischen dem Aufnahmebereich 44 und dem Zulaufvolumen 30 des Niederdruck- Zulaufes 22 herstellt. Der Verbindungsbereich 46 weist dabei einen kleineren Querschnitt auf als der Aufnahmebereich 44, so dass sich eine Rückstellfeder 48 des Druckbegrenzungsventiles 38 an einer dadurch entstehenden Endwand 50 der Bohrung 36 abstützen kann. Der Verbindungsbereich 46 ist damit in der Endwand 50 angeordnet.

Die Rückstellfeder 48 weist eine Längsachse 52 auf, die sich entlang einer Kraftrichtung der Rückstellfeder 48 erstreckt. Die Bohrung 36 verläuft koaxial mit dieser Längsachse 52 und zwar derart, dass auch der Verbindungsbereich 46 koaxial mit der

Längsachse 52 der Rückstellfeder 48 angeordnet ist. Dadurch kann über das Druckbegrenzungsventil 38 abgesteuerter Kraftstoff laminar direkt in das Zulaufvolumen 30 abgesteuert werden. Wie weiter aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, ist eine Hoch ^¬ druckanschlusslängsachse 54 des Hochdruckanschlusses 24 senk ^¬ recht zu der Bewegungsachse 18 des Kolbens 16 angeordnet. Auch eine Längsachse 56 des Auslassventiles 34 ist senkrecht zu der Bewegungsachse 18 des Kolbens 16 angeordnet. Eine Bohrungs- längsachse 58 der Bohrung 36 dagegen ist nicht, wie es bislang bekannt war, ebenfalls senkrecht zu der Bewegungsachse 18 des Kolbens 16 angeordnet, sondern in einem Winkel zu der Hoch ^¬ druckanschlusslängsachse 54. Dieser Winkel bewegt sich dabei in einem Bereich zwischen 1° und 10°, insbesondere zwischen 2° und 8°, vorzugsweise zwischen 4° und 6°. Dadurch kann das

Auslassvolumen 32 des Hochdruckanschlusses 24 kleiner gestaltet werden als dies bei einer senkrecht zu der Bewegungsachse 18 angeordneten Bohrungslängsachse 58 der Fall wäre, so dass auch wirkende Kräfte auf beispielsweise eine Schweißnaht 60 des Hochdruckanschlusses 24 geringer werden.

Fig. 3 zeigt eine Längsschnittansicht der Kraftstoffhoch- druckpumpe 10 aus Fig. 1 in einem Detailbereich des Druckbe- grenzungsventiles 38 bzw. der Bohrung 36. Hier ist zu sehen, dass die Bohrung 36 nicht nur horizontal gewinkelt (vgl. Fig. 2) zu der Hochdruckanschlusslängsachse 54 angeordnet ist, sondern auch senkrecht gewinkelt, so dass sich ein Winkel ß zwischen Boh- rungslängsachse 58 und Bewegungsachse 18 ergibt, der sich in einem Bereich zwischen 95° und 105°, insbesondere zwischen 98° und 102°, bewegt. Auch hierdurch kann das Auslassvolumen 32 kleiner gestaltet werden, so dass wirkende Kräfte verringert werden .

Fig. 4 zeigt eine weitere Längsschnittdarstellung im Detail in einem Bereich des Druckraumes 14. Hier ist zu sehen, dass die Bohrung 36 in einer bevorzugten Ausgestaltung nicht nur den Verbindungsbereich 46 zu dem Zulaufvolumen 30 aufweist, sondern auch einen Verbindungsdurchbruch 62, der die Bohrung 36 direkt mit dem Druckraum 14 verbindet. Der Verbindungsdurchbruch 62 ist dabei in einer Seitenwand 64 der Bohrung 36 angeordnet, die sich parallel zu der Längsachse 52 der Rückstellfeder 48 erstreckt und damit den Aufnahmebereich 44 für das Druckbegrenzungsventil 38 mit definiert.

Dadurch, dass der Verbindungsdurchbruch 62 zusätzlich zu dem Verbindungsbereich 46 vorhanden ist, kann im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 eine Zirkulation des Kraftstoffes erzielt werden, wodurch die Bohrung 36 beständig durchgespült und von Verschmutzungen gereinigt werden kann.

Auch beim Herstellungsprozess der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 hat das Vorhandensein des Verbindungsbereiches 46 große Vor- teile. Denn die normalerweise vorhandene Ablaufbohrung von der Bohrung 36 in den Druckraum 14 hinein wird für gewöhnlich durch ein Anbohren des Druckraumes 14 erzeugt. Dadurch entsteht eine Undefinierte Kontur, die einerseits durch die Toleranz- Schwankungen schwierig zu entgraten ist, andererseits beim weiteren Bearbeiten der Baukurve wie z. B. dem Honen zur Beschädigung der Bauteile führen kann. Zusätzlich besteht der Nachteil, wenn die Bohrung 36 als Sacklochbohrung ausgeführt ist, dass sich im hinteren Bereich insbesondere beim Herstel- lungsprozess (Honen) Partikel ansammeln können und die Bohrung 36 verstopfen können. Bislang ist es bekannt, beispielsweise durch speziell angefertigte Spüllanzen, die mit Hochdruck den Honschlamm entfernen, die Bohrung 36 auszuspülen. Da jedoch das Druckbegrenzungsventil 38 im Herstellungsprozess zumeist be- reits in der Bohrung 36 vorhanden ist, besteht immer die Gefahr, dass die Rückstellfeder 48 beim Honprozess bzw. beim Lanzenspülen beschädigt wird. Dies kann nun dadurch verhindert werden, dass vorteilhaft lediglich der Verbindungsbereich 48 vorsehen wird, der so ausgestaltet ist, dass auf den Verbindungsdurchbruch 62 verzichtet werden kann. In vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei sogar auf das Lanzenspülen verzichtet werden, was zu einer Steigerung der Prozesssicherheit oder Vereinfachung des Prozesses führen kann. Ist dagegen der Verbindungsdurchbruch 62 vorhanden, kann auch im Herstellungsprozess eine Zirkulation der Reinigungssuspension beim Waschen erzeugt werden, wodurch die Bohrung 36 besser gespült werden kann.