Kraftstoff-Hochdruckpumpe

Stand der Technik

Aus der DE 102004 013307 A1, der DE 102019202 271 A1, der DE 102019 200 025 A1 , der DE 102018218919 A1 und der DE102018209033 A1 der Anmelderin sind bereits Kraftstoff-Hochdruckpumpen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.

Derartige Kraftstoff-Hochdruckpumpen haben insbesondere im Zusammenhang mit Benzindirekteinspritzung in den zurückliegenden Jahren eine weite Verbreitung gefunden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung basiert zunächst auf der Erkenntnis, dass es im Dauerbetrieb derartiger Kraftstoff- Hochdruckpumpen zu funktionsbeeinträchtigenden Verschleißphänomenen an dem Ventilelement und/oder an dem Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils kommen kann, die auf Reibung zwischen dem Ventilelement und dem Ventilkörper im Bereich des Ventilsitzes basieren. Insbesondere kann es dazu kommen, dass mit dem Verschleiß ein Abfall des Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventils einhergeht. Die Kraftstoff- Hochdruckpumpe vermag dann Kraftstoff nur noch eingeschränkt auf einen hohen Druck zu verdichten.

Die vorliegende Erfindung basiert darüber hinaus auf dem Wunsch nach einer Lösung des oben angegebenen Problems, die im Vergleich zum herkömmlichen Produkt keine zusätzlichen Kosten verursacht bzw. ohne zusätzliche Bauteile und Montageschritte auskommt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil entlang der axialen Erstreckung, in der der radial innere Bereich des Haltelements in der Spiralfeder aufgenommen ist, die Windungen der Spiralfeder aneinander anliegen.

Die letzten zum Ventilsitz hin weisenden Windungen der Spiralfeder sind beispielsweise auf Block angeordnet.

Es kommen insbesondere keine in axialer Richtung federnden Windungen der Spiralfeder mit dem radial inneren Bereich des Haltelements, der in die Spiralfeder aufgenommen ist, in Berührung.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden sowohl longitudinale Schwingungen der Spiralfeder (in axialer Richtung) als auch transversale Schwingungen (senkrecht zur axialen Richtung) der Spiralfeder in ihrem zum Ventilsitz hin weisenden Endbereich gedämpft. Dadurch wird die Übertragung von Schwingungen der Spiralfeder auf das Halteelement reduziert. In der Folge reduziert sich somit auch die zwischen dem Ventilelement und dem Ventilkörper auftretende Reibung und damit der Verschleiß. Die Funktion des Druckbegrenzungsventils und somit auch der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ist somit länger unbeeinträchtigt.

Die aufgezeigte Maßnahme ist mit Hinblick auf den entstehenden Fertigungsaufwand im Wesentlichen neutral im Vergleich zur Verwendung einer gewöhnlichen Spiralfeder, deren Windungen alle voneinander beabstandet sind.

Die Anzahl der Windungen der Spiralfeder, die aneinander anliegen (Totwindungen), ist insbesondere mindestens so groß wie der Quotient aus der axialen Erstreckung des von dem radial äußeren Bereich abragenden radial inneren Bereichs des Haltekörpers dividiert durch die axiale Erstreckung einer einzelnen Windung der Spiralfeder.

Die Anzahl der Totwindungen kann somit 2 oder mehr als 2 oder 3 oder mehr als 3 sein.

Es kann vorgesehen sein, dass der Quotient aus der Anzahl der am zum Ventilsitz hin weisenden, aneinander anliegenden Windungen der Spiralfeder und der Gesamtanzahl der Windungen der Spiralfeder im Intervall von 0,25 bis 0,4 liegt. Um eine planparallele Anlage der Spiralfeder an dem radial äußeren Bereich des Halteelements zu gewährleisten, wodurch sich die Übertragung von Schwingungen und das Auftreten von Verschleiß nochmals verringert, kann es vorgesehen sein, dass das zum Ventilsitz weisende axiale Ende der Spiralfeder, insbesondere die letzte zum Ventilsitz weisende Windung, senkrecht zur axialen Richtung plan geschliffen ist.

Ist überdies vorgesehen, dass bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil an beiden axialen Enden der Spiralfeder gleichviele Windungen der Spiralfeder aneinander anliegen, so weist die Spiralfeder insbesondere zwei im Wesentlichen gleichartig ausgebildete axiale Enden auf. Sie kann ohne Weiteres in beiden Orientierungen in dem Druckbegrenzungsventil verbaut werden, wobei in beiden Fällen die oben beschriebenen Wirkungen eintreten.

Dadurch, dass bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil an beiden axialen Enden der Spiralfeder gleichviele Windungen der Spiralfeder aneinander anliegen, ist die erfindungsgemäße Kraftstoff-Hochdruckpumpe also sicherer und einfacher herstellbar.

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine Vergrößerung des Druckbegrenzungsventils aus Figur 1 ,

Figur 3 ein herkömmliches Druckbegrenzungsventil und

Figur 4 ein Druckbegrenzungsventil gemäß einer weiteren Verbesserung.

In Figur 1 trägt eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 weist ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Pumpengehäuse 12 auf, in oder an dem die wesentlichen Komponenten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 angeordnet sind. So weist die Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 einen Kraftstoffanschluss 11, ein Einlass- und Mengensteuerventil 14, einen in einem Förderraum 16 angeordneten, durch eine nicht gezeigte Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzbaren Förderkolben 18, ein Auslassventil 20 und ein Druckbegrenzungsventil 22 auf. In dem Gehäuse 12 ist ein erster, zylindrischer Kanal 24 vorhanden, der sich koaxial zum Förderraum 16 und zum Förderkolben 18 erstreckt und der vom Förderraum 16 zu einem zweiten zylindrischen Kanal 26 führt, der in einem Winkel von 90° zum ersten Kanal 24 angeordnet ist und in dem das Druckbegrenzungsventil 22 aufgenommen ist. Eine Längsachse des Pumpengehäuses 12 trägt in Figur 1 das Bezugszeichen 28, eine Längsachse des zweiten zylindrischen Kanals 26 trägt das Bezugszeichen 29. In Figur 1 oben ist in dem Pumpengehäuse 12 ein Druckdämpfer 30 angeordnet.

Die Längsachse 29 des zweiten zylindrischen Kanals 26 verläuft in der axialen Richtung, auf die im Rahmen der Erfindung mit Hinblick auf das Druckbegrenzungsventil und seinen Subkomponenten Bezug genommen wird.

Im Betrieb saugt der Förderkolben 18 bei einem Saughub einen Kraftstoff, beispielsweise einen Kraftstoff wie Benzin, über das Einlass- und Mengensteuerventil 14 in den Förderraum 16 an. Bei einem Förderhub wird der im Förderraum 16 befindliche Kraftstoff verdichtet und über das Auslassventil 20 beispielsweise in einen Hochdruckbereich 32, beispielsweise zu einer Kraftstoff- Sammelleitung („Rail“) ausgestoßen, wo der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Der Hochdruckbereich 32 ist über einen als Auslassstutzen ausgebildeten Auslass 34 mit der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 verbunden. Die Kraftstoffmenge, die bei einem Förderhub ausgestoßen wird, wird dabei durch das elektromagnetisch betätigte Einlass- und Mengensteuerventil 14 eingestellt.

Das Druckbegrenzungsventil 22 verbindet, wie oben bereits erwähnt, in einem geöffneten Zustand den Hochdruckbereich 32 mit dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Dabei öffnet das Druckbegrenzungsventil 22 dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 und dem Förderraum 16 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 einen Grenzwert überschreitet. Durch das Druckbegrenzungsventil 22 wird also verhindert, dass der Druck in dem auslassseitigen Hochdruckbereich 32 unzulässig hoch ist. Zur Realisierung dieser Funktion ist der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventil 22 entsprechend gewählt und über Lebensdauer der Kraftstoff-Hochdruckpumpe sichergestellt.

Die Subkomponenten des Druckbegrenzungsventils 22 gemäß dem Ausführungsbeispiel werden nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf Figur 2 stärker im Detail erläutert.

Zu dem Druckbegrenzungsventil 22 gehört zunächst ein hülsenartiger Ventilsitzkörper 38, der in den zylindrischen Kanal 26 eingepresst ist. An der in Figur 2 rechten Seite des Ventilsitzkörpers 38 ist ein kegeliger Ventilsitz 42 ausgebildet, der mit dem kugeligen Ventilelement 44 zusammenwirkt.

Zu dem Druckbegrenzungsventil 22 gehört ferner eine am Pumpengehäuse 12 abgestützte Spiralfeder 52, die das Haltelement 46 in Schließrichtung gegen das Ventilelement 44 drückt.

Das Haltelement 46 weist auf der von dem Ventilelement 44 abgewandten Seite, radial außen eine Ringschulter 464 auf, an der die Spiralfeder 52 anliegt. Zur flächigen Anlage der Spiralfeder 52 an der Ringschulter 464 ist vorgesehen, dass die letzte zum Ventilsitz 42 weisende Windung 521 der Spiralfeder 52 senkrecht zu axialen Richtung plan geschliffen ist.

Der Ventilkörper 46 weist auf der von dem Ventilelement 44 abgewandten Seite, radial innen einen von dem Ventilelement 44 weg weisenden Zapfen 465 auf, der von den äußeren zum Ventilelement 44 weisenden Windungen 521 der Spiralfeder 52 aufgenommen ist.

Es ist vorgesehen, dass bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 22 entlang der axialen Erstreckung e, in der der Zapfen 465 des Haltelements 46 in der Spiralfeder 52 aufgenommen ist, die Wndungen 521 der Spiralfeder 52 aneinander anliegen, also auf Block liegen bzw. Totwindungen der Spiralfeder 52 sind. In der Figur 2 sind das die drei äußeren zum Ventilsitz 42 weisenden Windungen 52t der Spiralfeder 52. Die im Beispiel sechs weiteren Windungen 52f der Spiralfeder 52 sind hingegen voneinander beabstandet, sodass sie in longitudinaler und transversaler Richtung schwingen können.

Um die Wrkung der Erfindung nochmals zu illustrieren, ist ihr in der Figur 3 ein herkömmliches Druckbegrenzungsventil 22h einer herkömmlichen Kraftstoffhochdruckpumpe gegenübergestellt, wie sie zum Beispiel aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Bei dem herkömmlichen Druckbegrenzungsventil 22h sind alle Wndungen 521 h der Spiralfeder 52h voneinander beabstandet. Durch die Pfeile 77h sind longitudinale und transversale Schwingungen dargestellt, zu denen die Spiralfeder 52h durch den in dem zylindrischen Kanal 26h herrschenden Volumenstrom und durch dort ggf. auftretende Kavitation angeregt wird. Ersichtlich setzen sich diese Schwingungen 77h bis in den Bereich fort, in dem die Spiralfeder 52h an dem Halteelement 46h anliegt und übertragen sich von dort weiter über das Ventilelement 44h bis auf den Ventilsitz 42h.

Durch die so zwischen dem Ventilelement 44h und dem Ventilsitz 42h auftretende Reibung kommt es im Dauerbetrieb zu Verschleißphänomenen an dem Ventilelement 44h und/oder dem Ventilsitz 42h des herkömmlichen Druckbegrenzungsventils 22h. Insbesondere kann es dazu kommen, dass mit dem Verschleiß ein Abfall des Öffnungsdrucks des herkömmlichen Druckbegrenzungsventils 22h einhergeht. Die herkömmliche Kraftstoff- Hochdruckpumpe vermag dann Kraftstoff nur noch eingeschränkt auf einen hohen Druck zu verdichten.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil 22 ist, wie mit Bezug auf Figur 2 bereits erläutert, die Ausbreitung von Schwingungen in den Bereich des Ventilelements 44 und des Ventilsitzes 42 durch die an einander anliegenden Windungen 52t erheblich gedämpft, so dass es nicht mehr oder nur noch in sehr geringem Umfang zu Verschleiß an dem Ventilelement 44 und/oder dem Ventilsitz 42 kommt. Die Lebensdauer der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 ist somit wesentlich erhöht.

Figur 4 zeigt ein Druckbegrenzungsventil 22 gemäß einerweiteren Verbesserung. Sie zeichnet sich fadurch aus, dass bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil 22 an beiden axialen Enden der Spiralfeder 52 gleichviele Windungen 521 der Spiralfeder 52 aneinander anliegen.