Titel

Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Stand der Technik

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

Vom Markt her sind Kraftstoff-Hochdruckpumpen für Kraftstoff Systeme von Brennkraftmaschinen bekannt. Diese Kraftstoff-Hochdruckpumpen verdichten den Kraftstoff auf einen hohen Druck und leiten ihn in eine Kraftstoff- Sammelleitung („Rail“) weiter, von wo der Kraftstoff direkt in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Ein Pumpenkolben ist im Pumpengehäuse geführt, und der Pumpenkolben wird von einer Kolbenfeder zu einem Antrieb hin beaufschlagt. Aus der DE 102013226088 A1 ist es bekannt, den Pumpenkolben an zwei axial voneinander beabstandeten Stellen gegenüber dem Pumpengehäuse zu lagern und zu führen, unter anderem beispielsweise durch ein ringförmiges Führungselement. Ferner ist es aus der DE 102013226088 A1 bekannt, zwischen dem Pumpenkolben und dem Gehäuse eine Hochdruckdichtung anzuordnen, die den Pumpenkolben gegenüber einem Hochdruckbereich abdichtet.

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 sind in Unteransprüchen angegeben.

Für eine optimale Dichtwirkung der Hochdruckdichtung ist es erforderlich, dass der im Hochdruckbereich herrschende hohe Fluiddruck (als Fluid kommt beispielsweise Benzin oder Diesel infrage) möglichst ungedrosselt bis zur Hochdruckdichtung anliegt. Dies hängt damit zusammen, dass die Hochdruckdichtung typischerweise über eine oder mehrere Dichtlippen verfügt, an deren vom Hochdruck abgewandtem Bereich ein vergleichsweise niedriger Fluiddruck anliegt. Die Dichtlippen werden daher zur Erzielung einer optimalen Dichtwirkung durch den im Hochdruck herrschenden hohen Fluiddruck gegen den beweglichen Pumpenkolben und/oder gegen einen Gehäuseabschnitt beaufschlagt.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Hochdruckpumpe wird durch die Fluidverbindung des ringförmigen Führungselements sichergestellt, dass der hohe Fluiddruck weitgehend ungedrosselt über das Führungselement hinweg bis zur Hochdruckdichtung anliegt, und zwar auch dann, wenn ein Führungsspalt zwischen dem Pumpenkolben und dem ringförmigen Führungselement nur vergleichsweise gering ist. Durch einen solchen geringen Führungsspalt wird jedoch sichergestellt, dass ein Verkippen einer Längsachse des Pumpenkolbens relativ zu einer idealen Führungsachse bzw. Mittelachse der Hochdruckdichtung vergleichsweise gering ist, wodurch zum einen Beschädigungen der Hochdruckdichtung unter anderem während der Montage und zum anderen eine ungleichmäßige Abdichtung durch die Hochdruckdichtung am Pumpenkolben und/oder einem gehäuseseitigen Abschnitt verhindert werden.

Erreicht wird dies konkret durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem Pumpengehäuse und einem Pumpenkolben. Das Pumpengehäuse kann beispielsweise mehreckig oder rotationssymmetrisch sein und ist meist aus Metall hergestellt. Der Pumpenkolben ist üblicherweise ein Stufenkolben, der mit einem Abschnitt, der einen größeren Durchmesser aufweist, einen Förderraum begrenzt, wohingegen ein Abschnitt, der einen geringeren Durchmesser aufweist, von einer Kolbenfeder gegen einen Antrieb beaufschlagt wird. Der Antrieb kann beispielsweise einen Exzenterabschnitt oder einen Nockenabschnitt umfassen. Häufig handelt es sich bei der Kraftstoff-Hochdruckpumpe um eine sogenannte „Steckpumpe“, die in eine Öffnung in einem Zylinderkopf eines Motorblocks eingesteckt und von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe gehört auch die besagte Hochdruckdichtung, die zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse angeordnet ist und den Pumpenkolben gegenüber einem Hochdruckbereich abdichtet. Diese Hochdruckdichtung kann ebenfalls ringförmig sein und eine oder mehrere Dichtlippen aufweisen. Auf der vom Hochdruckbereich abgewandten Seite wird die Hochdruckdichtung beispielsweise durch einen Haltering im Pumpengehäuse gehalten, welcher in das Pumpengehäuse eingepresst ist und insoweit beispielsweise den oben erwähnten gehäuseseitigen Abschnitt bilden kann.

Ferner gehört zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe das besagte ringförmige Führungselement, welches den Pumpenkolben im Gleitsitz mit geringem Führungsspiel führt und welches, von der Hochdruckdichtung aus gesehen, zu dem Hochdruckbereich hin angeordnet ist und mindestens eine Fluidverbindung aufweist, welche einen ersten zu einer ersten Stirnfläche des Führungselements benachbarten Bereich mit einem zweiten zu einer zweiten Stirnfläche des Führungselements benachbarten Bereich fluidisch verbindet. Das ringförmige Führungselement kann beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Messing, hergestellt und im Pumpengehäuse im Presssitz verankert sein. Erfindungsgemäß ist das radiale Führungsspiel zwischen dem Führungselement und dem Pumpenkolben möglichst gering.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Fluidverbindung eine insgesamt in axialer Richtung des Führungselements verlaufende Nut in einer Mantelfläche des Führungselements umfasst. Dies ist technisch sehr einfach und preiswert realisierbar. Es versteht sich jedoch, dass alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Nut beispielsweise eine insgesamt in axialer Richtung des ringförmigen Führungselements verlaufende Durchgangsbohrung vorgesehen werden kann.

Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die insgesamt in axialer Richtung des Führungselements verlaufende Nut in einer radial inneren oder in einer radial äußeren Mantelfläche des Führungselements angeordnet ist. Im letztgenannten Fall bleibt die Kontaktfläche zwischen dem Führungselement und dem Pumpenkolben durch die Fluidverbindung unbeeinflusst und damit optimal, im erstgenannten Fall wird der Fluidweg vereinfacht. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Fluidverbindung eine in radialer Richtung des Führungselements verlaufende Nut in einer Stirnfläche des Führungselements umfasst. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass das ringförmige Führungselement häufig in einer stufenförmigen Öffnung bzw. Bohrung im Pumpengehäuse aufgenommen ist und insbesondere mit der zum Hochdruckbereich hin weisenden Stirnfläche an einem Absatz der stufenförmigen Öffnung anliegt. Indem in dieser Stirnfläche eine insgesamt in radialer Richtung verlaufende Nut vorhanden ist, wird die Durchgängigkeit der Fluidverbindung sichergestellt.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das ringförmige Führungselement eine Mehrzahl von Fluidverbindungen aufweist. Dies erhöht den wirksamen Querschnitt der Fluidverbindung, wodurch der hohe Fluiddruck besonders gut bis zur Hochdruckdichtung durchgeleitet wird.

Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Fluidverbindungen in einer Umfangsrichtung des Führungselements gesehen gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Vor allem dann, wenn das Führungselements im Presssitz im Pumpengehäuse aufgenommen ist, wird hierdurch eine gleichmäßige Pressung sichergestellt.

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

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit einem ringförmigen Führungselement;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung des ringförmigen Führungselements von Figur 1; und

Figur 3 einen Längsschnitt durch einen vergrößerten Bereich der Kraftstoff- Hochdruckpumpe von Figur 1.

In den Figuren trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Pumpengehäuse 12, welches vorliegend beispielhaft insgesamt in etwa zylindrische Gestalt aufweist mit einer Längsachse 14. In dem Pumpengehäuse 12 ist vorliegend beispielhaft koaxial zur Längsachse 14 eine stufenförmige sacklochartige und beispielsweise durch eine Bohrung hergestellte Öffnung 16 vorhanden, in der ein Pumpenkolben 18 aufgenommen ist.

Der Pumpenkolben 18 ist als längliches zylindrisches Teil ausgebildet mit einem in axialer Richtung gesehen ersten Abschnitt 20 und einem zweiten Abschnitt 22. Der erste Abschnitt 20 hat einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 22. Der erste Abschnitt 20 ist einem Förderraum 24 zugewandt, wohingegen der zweite Abschnitt 22 einem nicht dargestellten Antrieb zugewandt ist.

Zu der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 gehört auch ein Einlassventil 26, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist, welches jedoch von einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 28 zwangsweise in einer geöffneten Stellung gehalten werden kann. Ferner gehören zu der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 30 sowie ein Druckbegrenzungsventil 32. In Figur 1 ist im Bereich einer oberen Stirnfläche (ohne Bezugszeichen) des Pumpengehäuses 12 ferner ein Membrandämpfer 34 zum Dämpfen von Niederdruckpulsationen vorhanden.

Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Kraftstoff Systems einer Brennkraftmaschine. Zum Einlassventil 26 gelangt der Kraftstoff, beispielsweise Benzin oder Diesel, von einer meist elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe. Der Pumpenkolben 18 wird an seinem in Figur 1 unteren Ende von einem Antrieb, beispielsweise einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine, in eine Hin- und Herbewegung versetzt, wodurch Kraftstoff über das Einlassventil 26 in den Förderraum 24 angesaugt, dort auf einen hohen Druck verdichtet und schließlich über das Auslassventil 30 zu einer Kraftstoff- Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen wird. Von dort gelangt der Kraftstoff über Injektoren in zugeordnete Brennräume.

Der Pumpenkolben 18 wird relativ zum Pumpengehäuse 12 an zwei voneinander axial beabstandeten Stellen geführt, nämlich einerseits knapp unterhalb vom Förderraum 24 durch ein erstes ringförmiges Führungselement 36 und knapp oberhalb von einem in Figur 1 unteren Ende durch ein zweites ringförmiges Führungselement 38. Das erste ringförmige Führungselement 36 wird nachfolgend noch stärker im Detail erläutert werden. Zwischen dem Pumpenkolben 18 und einem zum Förderraum 24 benachbarten Abschnitt der Öffnung 16 ist dagegen ein vergleichsweise ausgeprägter Spalt 39 vorhanden.

Wie aus Figur 3 hervorgeht, ist knapp unterhalb von dem ersten ringförmigen Führungselement 36 zwischen dem Pumpengehäuse 12 und dem Pumpenkolben 18 eine ringförmige Hochdruckdichtung 40 angeordnet. Diese kann beispielsweise aus einem PTFE-Material hergestellt sein. In axialer Richtung der Längsachse 14 gesehen ist zwischen dieser und dem ersten ringförmigen Führungselement 36 eine ringförmige Feder 42 verspannt. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder handeln. Durch diese wird die Hochdruckdichtung 40 gegen einen in den Figuren unterhalb von der Hochdruckdichtung 40 angeordneten Haltering 44 beaufschlagt, der im Presssitz in der Öffnung 16 des Pumpengehäuses 12 gehalten ist. Zwischen dem Haltering 44 und dem Abschnitt 20 des Pumpenkolbens 18 ist ein relativ stark ausgeprägter Spalt 46 vorhanden. In Figur 1 oberhalb von dem zweiten Führungselement 38 ist eine Niederdruckdichtung 48 angeordnet.

Nun wird auf Figur 2 Bezug genommen, in der der erste Führungsring 36 stärker im Detail dargestellt ist. Der erste Führungsring 36 kann aus einem Metallmaterial hergestellt sein, beispielsweise aus Messing. Er hat insgesamt eine gerade kreiszylindrische Gestalt mit einer gerade und in Einbaulage parallel zur Längsachse 14 verlaufenden inneren Mantelfläche 50, einer gerade und in Einbaulage parallel zur Längsachse 14 verlaufenden äußeren Mantelfläche 52, einer in Figur 2 oberen ersten Stirnfläche 54 und einer in Figur 2 unteren zweiten Stirnfläche 56. Der Durchmesser der inneren Mantelfläche 50 ist so gewählt, dass der erste Abschnitt 20 des Pumpenkolbens 18 nur mit einem vergleichsweise kleinen Führungsspiel im Gleitsitz in dem ersten ringförmigen Führungselement 36 geführt ist.

Das erste ringförmige Führungselement 36 weist zwei exakt gegenüber liegende und insoweit in einer Umfangsrichtung des ersten Führungselements 36 gesehen gleichmäßig verteilt angeordnete Fluidverbindungen 58 auf, welche einen ersten zu der ersten Stirnfläche 54 benachbarten Bereich 60 mit einem zweiten zu der zweiten Stirnfläche 56 benachbarten Bereich 62 fluidisch verbinden. Die beiden Fluidverbindungen 58 sind identisch. Daher wird nachfolgend nur eine der beiden Fluidverbindungen 58 im Detail erläutert.

Die Fluidverbindung 58 weist eine in axialer Richtung parallel zur Längsachse 14 verlaufende Nut 64 in der äußeren Mantelfläche 52 des ersten Führungselements 36 auf. Die Nut hat dabei einen insgesamt in etwa rechteckigen Querschnitt. Grundsätzlich sind aber auch andere Querschnitte denkbar. In einer nicht dargestellten Ausführungsform könnte die Nut auch schräg zur Längsachse 14 verlaufen. In einerweiteren nicht dargestellten Ausführungsform könnte die Nut auch in der inneren Mantelfläche vorhanden sein. Ferner weist die Fluidverbindung 58 eine in radialer Richtung (orthogonal zur Längsachse 14) verlaufende Nut 66 in der in den Figuren oberen ersten Stirnfläche 54 auf. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform könnte diese Nut auch schräg angeordnet sein, also eine in Umfangsrichtung weisende Richtungskomponente aufweisen. Die radial verlaufende Nut 66 mündet in die axial verlaufende Nut 64, wodurch eine durchgängige Fluidverbindung 58 geschaffen wird.

In der in den Figuren 1 und 3 gezeichneten Einbaulage liegt die obere erste Stirnfläche 54 des ersten ringförmigen Führungselements 36 an einem Absatz 68 der stufenförmigen Öffnung 16 an. Das erste ringförmige Führungselement 36 ist ferner mit seiner äußeren Mantelfläche 52 in der Öffnung 16 im Presssitz aufgenommen bzw. in dieser gehalten. Der während eines Kompressionshubs des Pumpenkolbens 18 im insoweit zu einem Hochdruckbereich gehörenden Förderraum 24 herrschende sehr hohe Fluiddruck wird vom Förderraum 24 über den Spalt 39 zu dem oberhalb von dem ersten ringförmigen Führungselement 36 liegenden ersten Bereich 60 und von dort über die radial verlaufenden Nuten 66 und die axial verlaufende Nuten 64 der beiden Fluidverbindungen 58 in den in den Figuren 1 und 3 unterhalb von dem ersten ringförmigen Führungselement 36 liegenden zweiten Bereich 62 übertragen.

Auf diese Weise liegt auch auf der radialen Außenseite der Hochdruckdichtung 40 der besagte hohe Fluiddruck an, wodurch diese einerseits nach radial einwärts gegen den Pumpenkolben 18 und andererseits axial nach unten gegen den Haltering 44 gedrückt wird. Somit kann die Hochdruckdichtung 40 für eine gute Abdichtung des hohen Fluiddrucks gegenüber dem in den Figuren 1 und 3 unterhalb von der Hochdruckdichtung 40 gelegenen Bereichs sorgen. Gleichzeitig wird der Pumpenkolben 18 durch das erste ringförmige Führungselement 36 aufgrund des geringen Führungsspalt nahezu spielfrei geführt, sodass er relativ zur Längsachse 14 nicht oder zumindest nicht wesentlich verkippen kann.