Titel

Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 102015219 537 A1 beschreibt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe, die in einem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Mit ihr wird der Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck verdichtet, um dann mittels Injektoren direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt zu werden. Die bekannte Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist eine Kolbenpumpe, deren Fördermenge durch ein einlassseitiges Mengensteuerventil beeinflusst werden kann. Hierdurch entstehen in einem einlassseitigen Niederdruckbereich Druckpulsationen, die durch einen dort angeordneten Druckpulsationsdämpfer reduziert werden. Dieser umfasst eine Membrandose mit beispielsweise zwei im Wesentlichen in etwa parallel zueinander angeordneten Membranen, die randseitig miteinander verschweißt sind. In einem Aufnahmeraum eines Pumpengehäuses wird die Membrandose zwischen einem Haltering und einer Feder verklemmt.

Offenbarung der Erfindung

Das der vorliegenden 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.

Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe umfasst einen Niederdruckbereich und einen in dem Niederdruckbereich angeordneten Druckpulsationsdämpfer. Der Begriff „Niederdruckbereich“ ist auf einen einlassseitigen Bereich vor der Verdichtung des Kraftstoffs bezogen. Der Druckpulsationsdämpfer umfasst mindestens eine Membrandose und ist in einem Aufnahmeraum angeordnet ist, der beispielsweise von einem Gehäusedeckel der Kraftstoff-Hochdruckpumpe begrenzt wird.

Die Membrandose weist vorzugsweise zwei Membranen auf, die beispielsweise spiegelbildlich zueinander angeordnet sein können und zwischen denen ein Innenraum des Druckpulsationsdämpfers gebildet ist, der durch diese Membranen begrenzt wird. Der Innenraum kann beispielsweise mit einem kompressiblen gasförmigen Fluid (beispielsweise Luft oder Stickstoff) gefüllt sein, so dass bei bestimmten Außenbedingungen ein bestimmter Druck in dem Innenraum herrscht.

Zum Haltern der Membrandose in dem Aufnahmeraum ist eine Halteeinrichtung vorgesehen. Diese umfasst erfindungsgemäß einen Verbindungsabschnitt, der mit dem Pumpengehäuse sowohl in axialer als auch in radialer Richtung fest verbunden ist, insbesondere an einer inneren Mantelfläche, die den Aufnahmeraum begrenzt, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung befestigt ist. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe wird also auf den bisher vorhandenen Haltering und die bisher vorhandene Feder verzichtet. Stattdessen ist die Membrandose über die Halteeinrichtung und deren Verbindungsabschnitt sowohl in axialer als auch in radialer Richtung am Pumpengehäuse befestigt. Dabei kann vorliegend von einer axialer und einer radialen Richtung gesprochen werden, da es sich bei der Membrandose üblicherweise um ein wenigstens abschnittsweise und wenigstens im wesentlichen rotationssymmetrisches Teil handelt.

Aufgrund der Erfindung kann auf die bisherigen Bauteile Haltering und Feder verzichtet werden, wodurch Kosten gespart und die notwendige axiale Erstreckung (Bauhöhe) reduziert wird. Auch wird die Federvarianz eliminiert, und die Kosten werden durch den möglichen Entfall weiterer Schnittstellenkomponenten weiter reduziert. Da sich keine Feder mehr beispielsweise an einem den Aufnahmeraum begrenzenden Gehäusedeckel abstützen muss, entfällt die diesbezügliche Spezifikation, so dass auch der Deckel einfacher ausgebildet und somit preiswerter sein kann. Ähnliches gilt für die Ausgestaltung einer Gehäusefläche, an der sich bisher der Haltering abstützen musste.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsabschnitt an der inneren Mantelfläche im Presssitz festgelegt und/oder mit der inneren Mantelfläche verschweißt ist. Dies sind besonders einfache und zuverlässige sowie dauerfeste Verbindungsarten. Handelt es sich um die innere Mantelfläche eines Gehäusedeckels, kann die Membrandose auf einfache Weise im Gehäusedeckel vormontiert werden, wodurch nochmals Kosten gespart werden.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die beiden Membranen im Bereich eines radial äußeren Randes miteinander mittels einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schweißlinie verschweißt sind, und dass die Halteeinrichtung mindestens zwei Klemmabschnitte aufweist, zwischen denen die beiden Membranen in einem von der Schweißlinie radial einwärtigen Bereich verklemmt sind. Hierdurch wird die Schweißlinie entlastet und damit die Dauerfestigkeit der Membrandose verbessert. Die Entlastung basiert darauf, dass die Bewegungen der Membranen von der Schweißlinie ferngehalten oder zumindest reduziert werden, so dass die Biegebeanspruchung der Schweißverbindung reduziert wird.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass mindestens einer der Klemmabschnitte mit dem Verbindungsabschnitt einstückig ausgebildet ist. Dies reduziert die Anzahl der handzuhabenden Teile, wodurch die Montage vereinfacht und letztlich nochmals Kosten gespart werden.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Klemmabschnitte miteinander verschweißt sind. Auf diese Weise wird eine sehr dauerstabile Einheit geschaffen.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Klemmabschnitte miteinander verclipst sind. Dies ist preiswert realisierbar.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsabschnitt an die Membrandose einstückig angeformt ist. Auf diese Weise wird eine besonders stabile und einfach zu montierende Einheit geschaffen.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die beiden Membranen im Bereich eines Randes mindestens einer der beiden Membranen mittels einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schweißlinie miteinander verschweißt sind, wobei zwischen der Schweißlinie und einem zwischen den beiden Membranen gebildeten Innenraum ein Bereich vorhanden ist, in dem die beiden Membranen wenigstens abschnittsweise reibschlüssig aneinander anliegen. Die Entlastung der Schweißlinie im Hinblick auf die Bewegungen der Membranen wird hier nicht durch eine radial einwärtigen Klemmung erreicht, sondern durch einen „radial“ einwärtigen von der Schweißlinie vorhandenen Reibschluss zwischen den beiden Membranen. Auf diese Weise werden die Relativbewegungen der beiden Membranen im Betrieb von der Schweißlinie wenigstens im Wesentlichen ferngehalten.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zwischen der Schweißlinie und dem zwischen den beiden Membranen gebildeten Innenraum ein Umbug vorhanden ist. Unter einem solchen „Umbug“ wird verstanden, dass die beiden Membranen umgebogen sind, also eine Art eines gemeinsamen kragenartigen und sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitts gebildet wird. Der Umbug beträgt dabei vorzugsweise ungefähr 90° und erfolgt mit einem Radius, wobei der Radius der im Bereich des Umbugs inneren Membran kleiner ist als der Radius der im Bereich des Umbugs äußeren Membran. Ein solcher Umbug reduziert ebenfalls im Betrieb auf die Schweißlinie einwirkenden Biegebelastungen.

Bei einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass im Bereich des Umbugs ein radial innerer Abschnitt der einen Membran in einem radial äußeren Abschnitt der anderen Membran im Presssitz aufgenommen ist. Es wird also eine zusätzliche zylindrische Presspassung zwischen den beiden Membranen geschaffen, durch die ein starker Reibschluss zwischen den beiden Membranen erreicht wird, der Relativbewegungen der beiden Membranen zuverlässig von der Schweißlinie fernhält.

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

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe;

Figur 2 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Bereich der Kraftstoff- Hochdruckpumpe von Figur 1 in einer ersten Ausführungsform;

Figur 3 ein Detail III von Figur 2; Figur 4 eine Darstellung ähnlich zu Figur 3 für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einer zweiten Ausführungsform;

Figur 5 einen Bereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe von Figur 4 in einer abgewandelten Ausführungsform; und

Figur 6 eine Darstellung ähnlich zu Figur 5 für eine nochmals abgewandelte Ausführungsform.

Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche auch in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen.

In Figur 1 trägt ein Kraftstoff System insgesamt das Bezugszeichen 10. Es dient zur Bereitstellung von Kraftstoff für eine weiter nicht dargestellte Brennkraftmaschine in einer sehr vereinfachten schematischen Darstellung.

Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, eine meist elektrische Vorförderpumpe 16, eine Niederdruckleitung 18 einem Einlass 20 eines von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 22 betätigbaren Mengensteuerventils 24 einem Arbeitsraum 26 einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 zugeführt, beispielsweise mit einem von der Vorförderpumpe 16 bereitgestellten Vordruck von 4-8 bar, insbesondere ungefähr 6 bar. Beispielsweise kann das Mengensteuerventil 24 ein zwangsweise öffenbares Einlassventil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 sein.

Ein Kolben 30 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 kann mittels einer Nockenscheibe 32 in der Zeichnung vertikal bewegt werden. Hydraulisch zwischen dem Arbeitsraum 26 und einem Auslass 34 der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 28 sind ein als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Auslassventil 36 sowie ein ebenfalls als federbelastetes Rückschlagventil gezeichnetes Druckbegrenzungsventil 38 angeordnet. Der Auslass 34 ist über eine Hochdruckleitung 40 an einen Hochdruckspeicher 42 („common Rail“) angeschlossen.

Im Betrieb des Kraftstoff Systems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Das Mengensteuerventil 24 kann in Abhängigkeit von einem jeweiligen Bedarf an Kraftstoff geschlossen und geöffnet werden. Hierdurch wird die zu dem Hochdruckspeicher 42 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst. Bedingt durch die diskontinuierliche Arbeitsweise der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 treten an mehreren Abschnitten des Kraftstoffsystems 10 sogenannte Druckpulsationen auf, insbesondere auch stromaufwärts von dem Arbeitsraum 26, also in einem Niederdruckbereich 43 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 bzw. des Kraftstoffsystems 10. Um diese zu dämpfen, ist dort ein Druckpulsationsdämpfer 44 angeordnet.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, umfasst die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 28 ein Pumpengehäuse 46, welches im wesentlichen zylindrische bzw. rotationssymmetrische Form hat. Im in Figur 2 oberen Bereich des Pumpengehäuses 46 hat dieses eine Stirnseite 48, auf die ein haubenartiger Gehäusedeckel 50 aufgesetzt ist, der mit dem Pumpengehäuse 46 fluiddicht verbunden, beispielsweise verschweißt ist. Zwischen der Stirnseite 48 und dem Gehäusedeckel 50 wird ein Fluidraum 52 gebildet, der über einen Kanal 54 mit dem Niederdruckbereich 43 verbunden ist. In dem Fluidraum 52 ist der bereits oben erwähnte Druckpulsationsdämpfer 44 angeordnet, der vorliegend eine Membrandose 56 umfasst. Insoweit kann der Fluidraum 52 auch als Aufnahmeraum bezeichnet werden.

Die Membrandose 56 wiederum umfasst vorliegend zwei zueinander in einem mittigen Bereich im Wesentlichen identische und spiegelbildlich angeordnete Membranen 58a und 58b, die in der Draufsicht eine im wesentlichen kreisförmige Kontur aufweisen und rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Die beiden Membranen 58a und 58b sind, wie aus Figur 3 hervorgeht, an ihrem radial äußeren Rand miteinander fluiddicht durch eine Schweißlinie 60 verschweißt. Die Membrandose 56 ist in dem Fluidraum 52 durch eine Halteeinrichtung 62 gehalten. Auf die Halteeinrichtung 62 wird weiter unten noch stärker in Detail eingegangen werden. Zwischen den beiden Membranen 58a und 58b ist ein Innenraum 64 gebildet. Dieser wird also durch die beiden Membranen 58a und 58b begrenzt. Dieser Innenraum 64 ist mit einem Gas, beispielsweise Stickstoff oder Luft, befüllt, und zwar mit einem spezifischen Druck.

Die Halteeinrichtung 62 umfasst einen Verbindungsabschnitt 66, der vorliegend einstückig an die obere Membran 58a und somit an die Membrandose 56 angeformt ist. Hierzu ist die obere Membran 58a wie folgt ausgebildet (siehe auch Figur 3): ein Arbeitsbereich der Membran 58a wird durch einen bereits oben erwähnten mittigen Bereich 68 gebildet, in dem in Umfangsrichtung umlaufende sickenartige Ausformungen (ohne Bezugszeichen) vorhanden sind, die eine Bewegung der Membran 58a in einer axialen Richtung 70 ermöglichen. Da die Membranen 58a und 58b, wie oben erwähnt, im wesentlichen kreisförmige Kontur aufweisen und rotationssymmetrisch ausgebildet sind, kann die besagte axiale Richtung 70 definiert werden. Hierzu orthogonal ergibt sich eine entsprechende radiale Richtung 72. Durch die erwähnte Bewegung des mittigen Bereichs 68 der Membran 58a und des entsprechenden mittigen Bereichs (ohne Bezugszeichen) der Membran 58b wird die oben erwähnte Funktion der Dämpfung von Druckpulsationen erreicht.

Radial außerhalb von dem mittigen Bereich 68 weist die Membran 58a einen sich nach radial außen erstreckenden in Umfangsrichtung umlaufenden flachen ersten Abschnitt 74 auf. An dessen radial äußerem Rand ist ein Umbug 76 vorhanden, durch den die Membran 58a um vorliegend beispielhaft 90° nach unten umgebogen wird. Der Umbug 76 hat einen Radius R. Von dem Umbug 76 erstreckt sich in axialer Richtung nach unten ein in Umfangsrichtung umlaufender zweiter Abschnitt 78 in der Art eines zylindrischen Kragens. An diesen ist ein in Umfangsrichtung umlaufender dritter Abschnitt 80 angeformt, und zwar in einem Winkel von vorliegend beispielhaft ungefähr 45° nach schräg außen. In dem dritten Abschnitt 80 ist in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl von Öffnungen 82 vorhanden, durch die im Betrieb Kraftstoff strömen kann. An den dritten Abschnitt 80 ist wiederum ein vorliegend beispielhaft in Umfangsrichtung umlaufender vierter Abschnitt 84 angeformt, der sich in axialer Richtung 70 gerade und in Figur 3 nach unten erstreckt und insoweit ebenfalls in der Art eines zylindrischen Kragens ausgebildet ist.

Die Membran 58b weist radial außerhalb von deren mittigem Bereich 68 einen sich ebenfalls nach radial außen erstreckenden und in Umfangsrichtung umlaufenden flachen ersten Abschnitt 86 auf. An dessen radial äußerem Rand ist ein Umbug 88 vorhanden, durch den die Membran 58b um vorliegend beispielhaft 90° nach unten umgebogen wird. Der Umbug 88 hat einen Radius r. Von dem Umbug 88 erstreckt sich in axialer Richtung nach unten ein in Umfangsrichtung umlaufender zweiter Abschnitt 90 in der Art eines zylindrischen Kragens. Auf diese Weise bildet der zweite Abschnitt 90 der Membran 58b einen radial inneren Abschnitt und der zweite Abschnitt 78 der Membran 58a einen radial äußeren Abschnitt. Der zweite Abschnitt 90 der Membran 58b erstreckt sich in der axialen Richtung 70 jedoch weniger weit als der zweite Abschnitt 78 der Membran 58a. Am abragenden freien Rand des zweiten Abschnitts 90 der Membran 58b ist diese durch die bereits oben erwähnte Schweißlinie 60 mit dem zweiten Abschnitt 78 der Membran 58a verschweißt. Dabei ist der zweite und radial innere Abschnitt 90 der Membran 58b in dem zweiten und radial äußeren Abschnitt 78 der Membran 58a im Presssitz aufgenommen. Außerdem sind der Umbug 76 und der Umbug 88 sowie der erste Abschnitt 74 und der erste Abschnitt 86 so zusammengefügt, dass diese reibschlüssig aneinander anliegen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Bewegung der mittigen Bereiche 68 der beiden Membranen 58a und 58b von der Schweißlinie 60 wenigstens im Wesentlichen ferngehalten wird.

Der vierte Abschnitt 84 der Membran 58a ist an einer inneren Mantelfläche 92 des Gehäusedeckels 50 im Presssitz festgelegt. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform ist er zusätzlich oder alternativ mit der inneren Mantelfläche verschweißt. Auf diese Weise ist der vorliegend insbesondere durch den Umbug 76, den zweiten Abschnitt 78, den dritten Abschnitt 80 und den vierten Abschnitt 84 gebildete Verbindungsabschnitt 66 der Halteeinrichtung 62 mit dem Gehäusedeckel 50 und insoweit mit dem Pumpengehäuse 46 sowohl in der axialen Richtung 70 als auch in der radialen Richtung 72 fest verbunden. Somit ist die Membrandose 56 in dem Gehäusedeckel 50 unverrückbar und unverlierbar gehalten.

Eine alternative Ausführungsform einer Halteeinrichtung 62 wird nun unter Bezugnahme auf Figur 4 erläutert: bei dieser Ausführungsform sind die beiden Membranen 58a und 58b zueinander identisch ausgeführt, und die Schweißlinie 60 ist am abragenden Rand des ersten Abschnitts 74 der Membran 58a und des zweiten Abschnitts 86 der Membran 58b vorhanden. Die Halteeinrichtung 62 weist zwei federnde und zueinander hin vorgespannte Klemmabschnitte 94 und 96 auf, zwischen denen der erste Abschnitt 74 der Membran 58a und der erste Abschnitt 86 der Membran 58b verklemmt sind. Die beiden Membranen 58a und 58b sind insoweit in einem von der Schweißlinie 60 radial einwärtigen Bereich verklemmt. Der in Figur 4 obere Klemmabschnitt 94 ist an den in Figur 4 oberen Rand des zweiten Abschnitts 78 der Halteeinrichtung 62 angeformt und insoweit einstückig mit dem vorliegend vor allem durch den zweiten Abschnitt 78, den dritten Abschnitt 80 und den vierten Abschnitt 84 gebildeten Verbindungsabschnitt 66 einstückig ausgebildet. Der in Figur 4 untere Klemmabschnitt 96 ist am zweiten Abschnitt 78 auf in Figur 4 nicht näher dargestellte Art und Weise befestigt. Die Befestigung des unteren Klemmabschnitt 96 am zweiten Abschnitt 78 kann, wie aus Figur 5 ersichtlich ist, über eine einrastende Clips-Verbindung erreicht werden. Hierzu sind im zweiten Abschnitt 78 Öffnungen 98 vorhanden, in welche federnde Rastnasen 100 des unteren Klemmabschnitts 96 einrasten können.

Alternativ kann der untere Klemmabschnitt 96, wie aus Figur 6 ersichtlich ist, auch einfach am zweiten Abschnitt 78 verschweißt werden (Schweißlinie 102). In beiden Fällen ist darauf zu achten, dass die beiden Klemmabschnitte 94 und 96 relativ zueinander axial vorgespannt sind, so dass eine ausreichend starke Klemmkraft auf die ersten Abschnitte 74 und 86 der Membranen 58a und 58b ausgeübt wird.