Titel

Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Stand der Technik

Bereits in der DE 10 2004 013 307 Al wurde von der Anmelderin eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgestellt.

Derart ausgebildete Kraftsoff-Hochdruckpumpen haben einerseits den funktionalen Vorteil, dass das Druckbegrenzungsventil nicht während des Förderhubs öffnet und somit kurzzeitig während des Förderhubs der Kraftstoff- Hochdruckpumpe auftretende Druckspitzen den Liefergrad der Kraftstoff- Hochdruckpumpe nicht verschlechtern. Andererseits sind derart ausgebildete Kraftstoff-Hochdruckpumpen vergleichsweise einfach zu fertigen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung der Erfinder, dass die an der Innenkontur des Ventilkörpers des Druckbegrenzungsventils angeordnete Ventilsitzfläche im Betrieb der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einem Verschleiß unterliegt.

Als ein Wirkmechanismus dieses Verschleißes konnte von den Erfindern identifiziert werden, dass während einer Saugphase der Kraftstoff- Hochdruckpumpe, wenn der Pumpenkolben sich also in die den Förderraum vergrößernde Richtung bewegt, der Druck des Kraftstoffs in dem Förderraum den Dampfdruck dieses Kraftstoffs gelegentlich unterschreitet, sodass es zur Ausbildung von Dampfblasen in dem Förderraum kommen kann. Sobald die Saugphase der Kraftstoff-Hochdruckpumpe beendet ist und der Druck des Kraftstoffs in dem Förderraum den Dampfdruck dieses Kraftstoffs wieder überschreitet, kollabieren diese Dampfblasen implosionsartig, was auch als Kavitation bezeichnet wird. Die Kavitation führt bereits grundsätzlich zu Erosionserscheinungen in dem Förderraum und in den mit dem Förderraum fluidisch kommunizierenden Bereichen der Kraftstoff-Hochdruckpumpe, so auch im Ventilsitzbereich des Druckbegrenzungsventils. Die Kavitationserosionserscheinungen im Ventilsitzbereich des Druckbegrenzungsventils machen sich als Verschleiß bemerkbar, der mit einer Undichtigkeit des Druckbegrenzungsventils und einer verschlechterten Funktion der Kraftstoff-Hochdruckpumpe einhergehen kann.

Es wurde weiterhin von den Erfindern beobachtet, dass Kavitation und die mit ihr verbundenen Erosionserscheinungen in dem Förderraum bzw. in dem mit dem Förderraum fluidisch kommunizierenden Raumbereich der Pumpe nicht gleichmäßig auftreten, sondern in besonders hohem Maße an solchen Orten, an denen die Ausbreitung von Druckwellen, die sich im Rahmen der Kavitation bilden, auf eine wesentliche räumliche Beschränkung, also auf ein festes Hindernis stoßen. Dadurch, dass die Druckwellen auf ein festes Hindernis stoßen, kommt es zu einer weiteren Überhöhung des lokalen Drucks und infolgedessen bevorzugt an diesen Orten zu Erosionsprozessen.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die im Wesentlichen zylindrische Sacklochbohrung auf der axialen Höhe der Ventilsitzfläche durch eine zusätzliche Ausnehmung im Gehäuse im Vergleich zu einer zylindrischen Sacklochbohrung in radialer Richtung aufgeweitet ist, sodass die Ausnehmung ein radial außerhalb der Ventilsitzfläche angeordnetes Dämpfungsvolumen bildet, wird erreicht, dass die Ventilsitzfläche nur noch in weit geringerem Maße ein solches festes Hindernis darstellt. Stattdessen können sich Druckwellen an der Ventilsitzfläche vorbei in die Ausnehmung des Gehäuses hinein ausbreiten. An der Ventilsitzfläche erfolgt nur noch vermindert Kavitationserosion. Insofern es innerhalb der Ausnehmung zu Kavitationserosion kommt, ist dies für die Funktion der Kraftstoff-Hochdruckpumpe im Allgemeinen unschädlich.

Durch die Erfindung wird also erreicht, dass ein Verschleiß der Kraftstoff- Hochdruckpumpe im Bereich des Druckbegrenzungsventils vermindert wird. Die Funktion der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist somit über Lebensdauer abgesichert. Bei der Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann es sich im Rahmen der Erfindung insbesondere um eine Kolbenpumpe handeln, die einen flüssigen Kraftstoff, beispielsweise einen Kraftstoff wie Benzin, auf einen Druck von beispielsweise 20 MPa oder 35 MPa zu verdichten vermag.

Bei dem Druckbegrenzungsventil kann es sich insbesondere um ein Rückschlagventil handeln, insbesondere mit einer konischen oder kalottenförmigen Dichtsitzfläche und einem kugelförmigen Ventilelement.

Die Sacklochbohrung, in der das Druckbegrenzungsventil erfindungsgemäß angeordnet ist, ist im Wesentlichen zylindrisch, sodass hierauf gerichtet im Rahmen der Anmeldung auf eine axiale und eine radiale Richtung Bezug genommen werden kann. Unter einer Sacklochbohrung wird insbesondere eine Bohrung verstanden, die - abgesehen von der erfindungsgemäßen Ausnehmung, siehe unten - als durch einen Bohrer, beispielsweise Spiralbohrer, in das Gehäuse eingebracht gedacht werden kann, der in das Gehäuse eingedrungen ist, ohne es zu durchdringen. Die Sacklochbohrung endet also innerhalb des Gehäuses, beispielsweise an einem Bohrungsgrund.

Die im wesentlichen zylindrische Form der Sacklochbohrung kann von der exakten Form einerseits durch die Ausnehmung abweichen; anderseits ist es auch möglich, dass die Sacklochbohrung eine andere Bohrung im Gehäuse schneidet, beispielsweise eine Kolbenbohrung, oder dass die Sacklochbohrung durch eine in dem Gehäuse vorgesehene Verbindung fluidisch mit der Kolbenbohrung verbunden ist. Die Verbindung kann insbesondere koaxial zu der Kolbenbohrung sein und/oder im Vergleich zu dieser im Durchmesser bzw. Querschnitt verjüngt sein.

Die Kolbenbohrung und/oder die Verbindung kann insbesondere rechtwinklig zu der Sacklochbohrung ausgebildet sein, beispielsweise diese rechtwinklig schneiden.

Zentral für die vorliegende Erfindung ist eine zusätzliche Ausnehmung im Gehäuse, durch die die im Wesentlichen zylindrische Sacklochbohrung auf der axialen Höhe der Ventilsitzfläche aufgeweitet ist, sodass die Ausnehmung ein radial außerhalb der Ventilsitzfläche angeordnetes Dämpfungsvolumen bildet.

Die zusätzliche Ausnehmung kann insbesondere als Volumen gedacht werden, das ausgehend von einer zunächst zylindrischen Sacklochbohrung im Inneren der zylindrischen Sacklochbohrung zusätzlich vom Gehäuse abgetragen ist.

Die Vorsehung der zusätzlichen Ausnehmung im Gehäuse als Teil der Sacklochbohrung ist nicht dahingehend zu verstehen, dass die Sacklochbohrung zu einer beliebigen nach außen offenen Innenkontur des Gehäuses entartet. Vielmehr ist die Sacklochbohrung nach wie vor ihrem Wesen nach zylindrisch. Das Volumen der Ausnehmung - und damit ebenso das zusätzliche Dämpfungsvolumen - kann beispielsweise kleiner sein als das Volumen des zylindrischen Teils der Sacklochbohrung oder sogar jeweils kleiner als das Volumen des hochdruckseitig des Druckbegrenzungsventils angeordneten Teils des zylindrischen Teils der Sacklochbohrung und/oder kleiner als das Volumen des förderraumseitig des Druckbegrenzungsventils angeordneten Teils des zylindrischen Teils der Sacklochbohrung.

Die zusätzliche Ausnehmung - und damit ebenso das zusätzliche Dämpfungsvolumen - kann eine Erstreckung in axialer Richtung aufweisen, die geringer ist als ein Viertel der Erstreckung in axialer Richtung der im wesentlich zylindrischen Sacklochbohrung. Die zusätzliche Ausnehmung - und damit ebenso das zusätzliche Dämpfungsvolumen - kann eine Erstreckung in axialer Richtung aufweisen, die geringer ist als die Erstreckung des Ventilkörpers in axialer Richtung.

Anderseits kann vorgesehen sein, dass die zusätzliche Ausnehmung - und damit ebenso das zusätzliche Dämpfungsvolumen - eine Erstreckung in axialer Richtung aufweist, die größer ist als die Erstreckung des Ventilelements in axialer Richtung.

Die zusätzliche Ausnehmung - und damit ebenso das zusätzliche Dämpfungsvolumen - kann eine Erstreckung in radialer Richtung aufweisen, die mindestens 20% des Durchmessers des zylindrischen Teils der Sacklochbohrung beträgt. Die radiale Erstreckung der Sacklochbohrung ist als im Bereich der Ausnehmung um mindestens 20% erhöht. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung ein Hinterstich in der Sacklochbohrung. Es handelt sich also insbesondere um einen mit dem zylindrischen Teil der Sacklochbohrung koaxialen ringförmigen Volumenabtrag von dem Gehäuse im Inneren der Sacklochbohrung. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Sacklochbohrung im Bereich des Hinterstichs um mindestens 20% erhöht ist, und/oder eine axiale Erstreckung des Hinterstichs größer ist als die axiale Erstreckung des Ventilelements aber insbesondere kleiner ist als die axiale Erstreckung des Ventilkörpers.

In einem anderen speziellen Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung eine Ausfräsung in der Sacklochbohrung. Es handelt sich also insbesondere um einen zu dem zylindrischen Teil der Sacklochbohrung asymmetrischen, lediglich in eine radiale Richtung gerichteten Volumenabtrag von dem Gehäuse im Inneren der Sacklochbohrung, wie sie beispielsweise durch ein Fräswerkzeug herstellbar ist. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Ausfräsung in dieser radialen Richtung mindestens 20% des Durchmessers der Sacklochbohrung beträgt und/oder eine axiale Erstreckung der Ausfräsung größer ist als die axiale Erstreckung des Ventilelements aber insbesondere kleiner ist als die axiale Erstreckung des Ventilkörpers.

In einem nochmals anderen speziellen Ausführungsbeispiel ist die Sacklochbohrung als Stufenbohrung ausgebildet ist, mit einem Bereich mit größerem Durchmesser, der den ersten Endbereich und den Bereich, in dem die Ventilsitzfläche angeordnet ist, umfasst, und mit einem Bereich mit kleinerem Durchmesser, der den anderen Endbereich umfasst. Die Ausnehmung ist in diesem Fall ein Teil des Bereiches um den die Sacklochbohrung im Bereich mit größerem Durchmesser erweitert ist. Ihr fluidisch förderraumseitig des Druckbegrenzungsventils gelegener Teilbereich ist das von ihr gebildete Dämpfungsvolumen. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Stufenbohrung im Bereich mit größerem Durchmesser mindestens 10% größer ist als der Durchmesser der Stufenbohrung im Bereich mit kleinerem Durchmesser.

In einem nochmals anderen speziellen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Gehäuse aus einem Gehäusekörper und einem auf dem Gehäusekörper fixierten Gehäusedeckel besteht, wobei ein Dämpferraum der Kraftstoff- Hochdruckpumpe zwischen dem Gehäusekörper und dem Gehäusedeckel ausgebildet ist und wobei in dem Gehäuse eine Verbindungsbohrung ist, die sich ausgehend von dem Dämpferraum zu der Sacklochbohrung erstreckt und die durch einen in die Verbindungsbohrung eingebrachten Verschluss, beispielsweise durch eine in den dem Gehäusedeckel zugewandten Teil der Bohrung eingepresste Kugel, fluiddicht verschlossen ist. Die Ausnehmung ist in diesem Fall die Verbindungsbohrung, das von ihr gebildete Dämpfungsvolumen ist in diesem Fall der von der Kugel aus gesehen vom Gehäusedeckel abgewandte Teil der Verbindungsbohrung. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsbohrung eine Erstreckung in die bezüglich der Sacklochbohrung axiale Richtung aufweist, die größer ist als die des Ventilelements aber kleiner ist als die des Ventilkörpers.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe mit einer vergrößerten Darstellung des Druckbegrenzungsventils,

Figur 2 eine erste erfindungsgemäß modifizierte Ausführungsform,

Figur 3 eine zweite erfindungsgemäß modifizierte Ausführungsform,

Figur 4 eine dritte erfindungsgemäß modifizierte Ausführungsform,

Figur 5 eine vierte erfindungsgemäß modifizierte Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung

In der Figur 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoff- Hochdruckpumpe dargestellt.

Es handelt sich um eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 30 mit einem Gehäuse 58 und einem in dem Gehäuse 58 angeordneten Förderraum 60, einem in dem Gehäuse 58 verschiebbaren, den Förderraum 60 begrenzenden Pumpenkolben 62, einem von einem Niederdruckbereich 18 zum Förderraum 60 hin öffnenden Einlassventil 34, einem vom Förderraum 60 zu einem flüssigkeitsdicht mit dem Gehäuse 58 verbundenen Hochdruck-Anschluss 63 hin öffnendes Auslassventil 44 und einem vom Hochdruck-Anschluss 63 zum Förderraum 60 hin öffnendes Druckbegrenzungsventil 56. Das Druckbegrenzungsventil 56 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Sackloch-Bohrung 69 des Gehäuses 58 angeordnet, die an ihrem ersten Endbereich 201 von einem von dem Hochdruck-Anschluss 63 und dem Gehäuse 58 begrenzten Raum 68 ausgeht und an ihrem anderen Endbereich 202 mit dem Förderraum 60 fluidisch kommuniziert. Das Druckbegrenzungsventil 56 weist einen in der im Wesentlichen zylindrischen Sackloch-Bohrung 69 festgelegten hülsenförmigen Ventilkörper 102 auf, an dessen Innenkontur eine Ventilsitzfläche 72 ausgebildet ist. Das Druckbegrenzungsventil 56 weist ein Ventilelement 74 auf, das bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 56 von einer im anderen Endbereich 202 der Sacklochbohrung 69 am Gehäuse 58 abgestützten Ventilfeder 76 gegen die Ventilsitzfläche 72 gedrückt wird.

In den Figuren 2 bis 5 sind erfindungsgemäße Weiterbildungen der bekannten Kraftstoff-Hochdruckpumpe 30 gezeigt. Ihnen ist gemeinsam, dass die im Wesentlichen zylindrische Sacklochbohrung 69 auf der axialen Höhe der Ventilsitzfläche 72 durch eine zusätzliche Ausnehmung 10 im Gehäuse 58 im Vergleich zu einer zylindrischen Sacklochbohrung in radialer Richtung aufgeweitet ist, sodass die Ausnehmung 10 ein radial außerhalb der Ventilsitzfläche 72 angeordnetes Dämpfungsvolumen bildet.

Es ist vorgesehen, dass der Pumpenkolben 62 in einer Kolbenbohrung 64 des Gehäuses 58 verschiebbar ist, wobei die Kolbenbohrung 64 rechtwinklig zu der Sacklochbohrung 69 verläuft.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Kolbenbohrung 64 und die Sacklochbohrung 69 sich entweder schneiden oder durch eine Verbindung 70b fluidisch miteinander verbunden sind.

Das in der Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich überdies auch dadurch aus, dass die Ausnehmung 10 ein Hinterstich 108 in der Sacklochbohrung 69 ist. Der Durchmesser der Sacklochbohrung D im Bereich des Hinterstichs 108 ist um mindestens 20% erhöht und eine axiale Erstreckung des Hinterstichs AH ist größer als die axiale Erstreckung des Ventilelements AVE aber kleiner ist als die axiale Erstreckung des Ventilkörpers AVK.

Das in der Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich anderseits auch dadurch aus, dass die Ausnehmung 10 eine Ausfräsung 107 in der Sacklochbohrung 69 ist. Wie in dem in Figur 3 ebenfalls dargestellten Schnitt A-A erkennbar, handelt es sich bei der Ausfräsung 107 um eine Ausnehmung 10, die asymmetrisch nur in der in der Figur 3 oberen Richtung ausgenommen ist. In diesem Beispiel ist vorgesehen, dass die Ausfräsung 107 in radialer Richtung mindestens 20% des Durchmessers der Sacklochbohrung D beträgt und eine axiale Erstreckung der Ausfräsung AA größer ist als die axiale Erstreckung des Ventilelements AVE aber kleiner ist als die axiale Erstreckung des Ventilkörpers AVK-

Das in der Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich anderseits dadurch aus, dass die Sacklochbohrung 69 als Stufenbohrung 106 ausgebildet ist, mit einem Bereich mit größerem Durchmesser 106a, der den ersten Endbereich 201 und den Bereich, in dem die Ventilsitzfläche 72 angeordnet ist, umfasst, und mit einem Bereich mit kleinerem Durchmesser 106b, der den anderen Endbereich 202 umfasst.

Die Ausnehmung 10 bzw. das Dämpfungsvolumen kann insofern in dem Raumbereich der Sacklochbohrung 69 gesehen werden, um den der Bereich mit größerem Durchmesser 106a radial über den Bereich mit kleinerem Durchmesser 106b übersteht und der auf der vom Hochdruck-Anschluss 63 abgewandten Seite des Ventilkörpers 102 liegt.

Das in der Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich anderseits dadurch aus, dass das Gehäuse 58 aus einem Gehäusekörper 58a und einem auf dem Gehäusekörper 58a fixierten Gehäusedeckel 58b besteht, wobei ein Dämpferraum 32 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 30 zwischen dem Gehäusekörper 58a und dem Gehäusedeckel 58b ausgebildet ist und wobei in dem Gehäuse 58 eine Verbindungsbohrung 105 ist, die sich ausgehend von dem Dämpferraum 32 zu der Sacklochbohrung 69 erstreckt und die durch einen in die Verbindungsbohrung 105 eingebrachten Verschluss, beispielsweise durch eine in den dem Gehäusedeckel 58b zugewandten Teil der der Verbindungsbohrung 105 eingepresste Kugel 105a, fluiddicht verschlossen ist. Im Beispiel ist vorgesehen, dass die Verbindungsbohrung 105 eine Erstreckung in die bezüglich der Sacklochbohrung 69 axiale Richtung AVB aufweist, die größer ist als die des Ventilelements AVE aber kleiner ist als die des Ventilkörpers AVK.