Titel

Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common- Rail- Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem dient der Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck. Hierzu weist die Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement mit einem Hochdruck-Elementraum auf, in dem der Kraftstoff komprimiert und anschließend über einen Hochdruckabgang einem Hochdruckspeicher, dem so genannten Rail, zugeführt wird. Die Befüllung des Hochdruck-Elementraums mit Kraftstoff erfolgt in der Regel über ein Saugventil, das als mechanisches Saugventil oder als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein kann. Das elektromagnetisch betätigbare Saugventil ist in der Weise ansteuerbar, dass eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit zur Mengenzumessung entfallen kann.

Saugventile der vorstehend genannten Art sind anfällig gegenüber im Kraftstoff enthaltene Partikel. Denn diese können zu einem Verklemmen der beweglichen Ventilbauteile führen, so dass das Saugventil nicht vollständig schließt. In der Folge kommt es zu Undichtigkeiten und/oder zu Fehlfunktionen, die insbesondere bei einer Einstempelpumpe, d. h. bei einer Hochdruckpumpen mit nur einem Pumpenelement, zum sofortigen Abstellen des Motors führen können. Um derartige Fehlfunktionen zu verhindern, sind aus dem Stand der Technik Saugventile bekannt, die mit einem Sieb oder Filter ausgestattet sind. Ein mit einem Siebelement ausgestattetes Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 042 617 AI hervor. Das Siebelement ist ringförmig ausgebildet und in der Weise in eine außenumfangseitige Ringnut einer Ventilplatte eingesetzt, dass in der Ventilplatte ausgebildete und als Zulaufbohrungen dienende Radialbohrungen von dem Siebelement abgedeckt werden. Das Siebelement verhindert somit, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Saugventil eingetragen werden.

Die Anordnung eines Siebs am Saugventil ist jedoch nicht immer möglich. Dies gilt insbesondere wenn es sich bei dem Saugventil um ein in die Hochdruckpumpe integriertes Saugventil handelt und eine Ventilplatte fehlt. Ein solches Saugventil ist beispielhaft in der Offenlegungsschrift DE 10 2012 210 107 AI offenbart. Bei einem integrierten Saugventil wird der Ventilsitz durch ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet, so dass eine separate Ventilplatte entfallen kann.

Ein Sieb oder Filter am Saugventil ist verzichtbar, wenn dem Saugventil eine Zumesseinheit vorgeschaltet ist. Denn auch diese gilt es vor Partikeln zu schützen, so dass die Zumesseinheit in der Regel mit einem eigenen Sieb oder Filter ausgestattet ist. Entfällt jedoch die Zumesseinheit, da es sich beispielsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handelt, müssen die schädlichen Partikel auf andere Weise entfernt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, die derart weiterentwickelt ist, dass ein Saugventil der Hochdruckpumpe, wobei es sich insbesondere um ein in die Hochdruckpumpe integriertes und/oder elektromagnetisch betätigbares Saugventil handeln kann, wirksam vor im Kraftstoff enthaltenen Partikeln geschützt ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail- Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe weist ein mehrteilig ausgebildetes Gehäuse auf. Das Gehäuse umfasst ein Grundgehäuse, in dem ein Triebwerksraum ausgebildet ist, und einen mit dem Grundgehäuse verbundenen Zylinderkopf, in dem eine Zylinderbohrung zur hubbeweglichen Aufnahme eines Pumpenkolbens ausgebildet ist. Der Pumpenkolben begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung einen Hochdruck- Elementraum, der über ein Saugventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Erfindungsgemäß ist im Bereich einer Schnittstelle zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf eine Filterbaugruppe in einer als Zulauf für das Saugventil dienenden Bohrung des Grundgehäuses eingepresst.

Die in die Bohrung eingepresste Filterbaugruppe verhindert, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Saugventil gelangen und zu Undichtigkeiten und/oder Fehlfunktionen des Saugventils führen. Die Anordnung der Filterbaugruppe erfolgt hierzu in der Bohrung des Grundgehäuses, die als Zulauf für das Saugventil dient. Die Filterbaugruppe vermag somit ein unmittelbar am Saugventil und/oder an einer Zumesseinheit angeordnetes Sieb zu ersetzen. Das heißt, dass das Saugventil auch als siebloses integriertes und/oder elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein kann. Denn auf die konkrete Ausgestaltung des Saugventils und/oder das Vorhandensein einer Zumesseinheit kommt es nicht mehr an. Damit steigt der Gestaltungsfreiraum.

Ferner muss für eine Vielzahl von Hochdruckpumpen nur noch eine einzige Filterbaugruppe vorgehalten werden. Die Filterbaugruppe kann somit als Einheitsbaugruppe gefertigt werden, was zu einem Kostenvorteil führt.

Durch die Anordnung der Filterbaugruppe im Bereich einer Schnittstelle zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf wird zudem die Montage der Filterbaugruppe erleichtert. Denn vor der Verbindung von Grundgehäuse und Zylinderkopf ist die Bohrung, in welche die Filterbaugruppe eingepresst werden soll, von außen leicht zugänglich. Das Einpressen erfordert zudem kein Spezialwerkzeug, wodurch die Montage weiter vereinfacht wird.

Zur Verbindung mit dem Grundgehäuse weist der Zylinderkopf bevorzugt einen Flanschabschnitt auf, der an das Grundgehäuse angesetzt und vorzugsweise mit dem Grundgehäuse verschraubt wird. Der gemeinsame Kontaktbereich bildet in diesem Fall die Schnittstelle zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf aus.

Bevorzugt umfasst die Filterbaugruppe einen zumindest abschnittsweise hohlzylinder- förmigen Filterträger, der gemeinsam mit dem Grundgehäuse einen Ringraum innerhalb der als Zulauf für das Saugventil dienenden Bohrung begrenzt. Über den Ringraum ist demnach der Filterträger axial anströmbar und im Bereich des eigentlichen Filters von radial außen nach radial innen durchströmbar. Das axiale Anströmen trägt dazu bei, dass am Filterträger, insbesondere am Filter, anhaftende Partikel schneller weggespült werden. Zudem können große Filterflächen realisiert werden, da die axiale Abmessung im Unterschied zum Außendurchmesser des Filterträgers beliebig groß gewählt werden kann. Große Filterflächen setzen sich ebenfalls weniger schnell zu. Um den Kraftstoff in den Ringraum zwischen dem Filterträger und dem Grundgehäuse zu leiten, wird vorgeschlagen, dass das angeströmte Ende des Filterträgers geschlossen ist bzw. der Filterträger im Wesentlichen topfförmig ausgebildet ist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Filterträger mindestens eine umfangseitige Ausnehmung mit einem hierin angeordneten Filtergewebe aufweist. Vorzugsweise sind mehrere, in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Ausnehmungen vorgesehen, so dass der Filterträger im Bereich der in den Ausnehmungen angeordneten Filtergeweben gleichmäßig durchströmt wird. Der das Filtergewebe einfassende Filterträger verstärkt die Anordnung.

Vorzugsweise ist das Filtergewebe aus einem Drahtgewebe gefertigt. Auf diese Weise kann die Robustheit des Filtergewebes gesteigert werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Filtergewebe eine Maschenweite von 60 μηη bis 250 μηη, insbesondere von 100 μηη bis 200 μηη besitzt. Die Filterbaugruppe erlaubt somit die Beseitigung etwaiger im Kraftstoff enthaltener Partikel entsprechender Größe sowie größer, welche besonders schädlich sind.

Vorteilhafterweise ist der Filterträger, vorzugsweise mit Ausnahme des Filtergewebes, aus Kunststoff gefertigt. Beispielsweise kann zur Fertigung des Filterträgers das Filtergewebe mit Kunststoff umspritzt werden. Auf diese Weise können Herstellungsaufwand und -kosten reduziert werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Filterbaugruppe ein hülsen- oder hohlzylinderför- miges Einpressteil umfasst, das zumindest abschnittsweise ein radiales Pressübermaß gegenüber der Bohrung des Grundgehäuses aufweist. Das radiale Pressübermaß gewährleistet den Presssitz. Zur Optimierung des Presssitzes ist das Einpressteil bevorzugt aus Metall gefertigt. Vorzugsweise wird der Presssitz der Filterbaugruppe innerhalb der Bohrung des Grundgehäuses allein über das Einpressteil erreicht, so dass der Filterträger, ggf. bis auf das Filtergewebe, vollständig aus Kunststoff gefertigt sein kann.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Einpressteil außen auf dem Filterträger angeordnet und mit dem Filterträger kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise können das Einpressteil und der Filterträger in der Weise verbunden sein, dass das Einpressteil einen Abschnitt des Filterträgers umgibt. Zur Verbindung des Einpressteils mit dem Filterträger wird vorgeschlagen, dass das Einspritzteil und das Filtergewebe gemeinsam mit Kunststoff umspritzt werden. Die Verbindung erfolgt in diesem Fall in einem Arbeitsschritt mit der Herstellung des Filterträgers.

Vorteilhafterweise ist das Einspritzteil als metallische Hülse ausgeführt, die einen stirnseitig offenen ersten Endabschnitt des Filterträgers umgibt. Das Filtergewebe ist vorzugsweise im Bereich eines stirnseitig geschlossenen zweiten Endabschnitts des Filterträgers angeordnet. In dieser Ausgestaltung begünstigt die erfindungsgemäße Filterbaugruppe zugleich eine Entlüftung der Hochdruckpumpe.

Um einen Formschluss zwischen dem Einpressteil und dem Filterträger zu erreichen, kann das Einpressteil als Bundhülse ausgeführt sein.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist das Einpressteil einen hohlzylinderförmigen Ansatz mit verringertem Außendurchmesser zur Aufnahme des Filterträgers und/oder zur Begrenzung eines Ringraums innerhalb der Bohrung des Grundgehäuses auf. Das heißt, dass das Einpressteil eine gestufte Außenkontur besitzt. Diese erleichtert zum einen die Verbindung des Einpressteils mit dem Filterträger, da dieser nur noch auf den Ansatz des Einpressteils aufgeschoben bzw. aufgepresst werden muss. Zum anderen ist sichergestellt, dass zwischen dem Ansatz und dem Gehäuseteil ein Ringraum verleibt, über den der Filterträger anströmbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der hohlzylinderförmige Ansatz des Einpressteils mindestens eine als Einlass dienende Radialbohrung sowie mindestens eine als Auslass dienende Radialbohrung aufweist, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind und über einen im hohlzylinderförmigen Ansatz axial verschiebbar aufgenommenen und von der Federkraft einer Feder belasteten Ventilkolben verbindbar sind. Das heißt, dass durch die erfindungsgemäße Filterbaugruppe zugleich eine Überströmfunktion realisierbar ist. Diese bewirkt eine Dämpfung von im Zulaufbereich der Hochdruckpumpe auftretenden Druckpulsationen, so dass das Filtergewebe weniger belastet wird. In der Folge steigt die Robustheit der Filterbaugruppe. Insbesondere wird die Gefahr eines Maschenbruchs des Filtergewebes reduziert.

Bevorzugt dient dabei der hohlzylinderförmige Ansatz des Einpressteils selbst als Ventilkörper, in dem der Ventilkolben axial verschiebbar aufgenommen ist. Ein separater Ventilkörper ist somit verzichtbar, so dass eine kompakt bauende Anordnung erreicht wird.

Die mindestens eine als Einlass dienende Radialbohrung ist vorzugsweise auf Höhe des Filterträgers bzw. des Filtergewebes angeordnet, so dass weiterhin der Zulauf von Kraftstoff in Richtung des Saugventils gesichert ist. Ferner können Druckpulsationen gemindert werden, die aus der Zulaufbohrung 29 in die Bohrung 10 eingetragen werden. Diese können darauf zurückzuführen sein, dass das der Zumessung von Kraftstoff dienende Saugventil auch nach der Ansaugphase kurzzeitig geöffnet bleibt, um eine überschüssige Menge Kraftstoff aus dem Hochdruckelementraum zurück in den Zulaufbereich zu schieben.

Vorteilhafterweise umfasst die erfindungsgemäße Filterbaugruppe mindestens ein ringförmiges Dichtelement, das die im Bereich der Schnittstelle zwischen dem Grundgehäuse und dem Zylinderkopf der Hochdruckpumpe erforderliche Abdichtung gewährleistet. Als Bestandteil der Filterbaugruppe kann auf ein separat einzulegendes Dichtelement verzichtet werden, so dass die Montage weiter vereinfacht wird. Vorzugswei- se ist das Dichtelement aus einem Elastomer- Material gefertigt. Das heißt, dass das Dichtelement elastisch verformbar ist, so dass es nach der Montage unter einer Vorspannung am Grundgehäuse und am Zylinderkopf anliegt. Auf diese Weise wird eine optimale Abdichtung erreicht.

Bevorzugt ist das Saugventil in den Zylinderkopf der Hochdruckpumpe integriert. Durch die Integration des Saugventils in die Hochdruckpumpe kann der Aufbau der Hochdruckpumpe vereinfacht werden. Ferner wird eine kompakt bauende Anordnung erzielt, so dass der Bauraumbedarf sinkt.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Saugventil elektromagnetisch betätigbar ist. Das heißt, dass die Mengenzumessung des Kraftstoffs über das Saugventil erfolgen kann, so dass eine Zumesseinheit entbehrlich ist, wodurch der Aufbau der Hochdruckpumpe weiter vereinfacht wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Filterbaugruppe der Hochdruckpumpe der Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch die Filterbaugruppe der Hochdruckpumpe der Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe,

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Filterbaugruppe der Hochdruckpumpe der Fig. 4 und Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch die Filterbaugruppe der Hochdruck- pumpe der Fig. 4.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst ein Grundgehäuse 1, in dem ein Triebwerksraum 2 ausgebildet ist. Im Triebwerksraum 2 ist eine Nockenwelle 24 angeordnet, über welche ein Pumpenkolben 5 in einer Hubbewegung antreibbar ist. Der Pumpenkolben 5 ist hierzu über eine in einem Stößelraum 25 hubbeweglich aufgenommene Stößelbaugruppe 26 an der Nockenwelle 24 abgestützt. Eine Feder 27 hält die Stößelbaugruppe 26 in Anlage mit der Nockenwelle 24.

Andernends ist der Pumpenkolben 5 in einer Zylinderbohrung 4 eines Zylinderkopfes ü aufgenommen. Der Zylinderkopf 3 ist über einen Flanschabschnitt 28 mit dem Grundgehäuse 1 der Hochdruckpumpe verbunden. Der Pumpenkolben 5 begrenzt innerhalb der Zylinderbohrung 4 einen Hochdruck-Elementraum 6, der über ein Saugventil 7 mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Saugventil 7 ist vorliegend als integriertes Saugventil 7 aus gebildet.

Im Flanschabschnitt 28 des Zylinderkopfs 3 ist eine schräg verlaufende Zulaufboh- rung 29 ausgebildet, über welche das Saugventil 7 mit Kraftstoff versorgbar ist. Die Zu laufbohrung 29 ist hierzu über eine im Grundgehäuse 1 ausgebildete weitere Bohrung 10 mit dem Triebwerksraum 2 der Hochdruckpumpe verbunden. In die Bohrung 10 ist im Bereich einer Schnittstelle 8 zwischen dem Grundgehäuse 1 und dem Zylinderkopf 3 eine Filterbaugruppe 9 eingepresst, um das Saugventil 7 vor etwaigen im Kraftstoff enthaltenen schädlichen Partikeln zu schützen.

Wie insbesondere den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, weist die Filterbaugruppe 9 der in der Fig. 1 dargestellten Hochdruckpumpe einen hohlzylinderförmigen Filterträger 11 auf, der im Bereich eines ersten Endabschnitts von einem hülsenförmigen Einpressteil 15 umgeben ist. Das Einpressteil 15 ist aus Metall gefertigt und weist ein Pressübermaß gegenüber der Bohrung 10 des Grundgehäuses auf, so dass hierüber die Filterbaugruppe 9 in die Bohrung 10 einpressbar ist. Der Filterträger 11 ist im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt und weist in einem weiteren Endabschnitt, der dem Einpressteil 15 abgewandt ist, fensterartige Ausnehmungen 13 auf, in denen jeweils ein Filtergewebe 14 angeordnet ist. Ein zwischen dem Filterträger 11 und dem Grundgehäuse 1 verbleibender Ringraum 12 gewährleistet, dass zulaufender Kraftstoff das Filtergewebe 14 von radial außen nach radial innen durchströmt.

Die Filterbaugruppe 11 weist zudem ein ringförmiges Dichtelement 22 auf, das auf den Endabschnitt des Filterträgers 11 aufgepresst ist, auf dem auch das Einpressteil 15 angeordnet ist. Bei der Montage der Hochdruckpumpe wird die Filterbaugruppe 9 in der Weise orientiert, dass das Dichtelement 22 im Bereich der Schnittstelle 8 zwischen dem Grundgehäuse 1 und dem Zylinderkopf 3 zu liegen kommt, so dass der Bereich abgedichtet ist (siehe Fig. 1).

Der Fig. 4 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe zu entnehmen, die sich von der der Fig. 1 nur durch die Filterbaugruppe 9 unterscheidet. Insofern kann auf die vorhergehende Beschreibung der Hochdruckpumpe der Fig. 1 verwiesen werden.

Im Unterschied zur Filterbaugruppe 9 der Hochdruckpumpe der Fig. 1 weist die Filterbaugruppe 9 der Hochdruckpumpe der Fig. 4 neben der Filterfunktion zusätzlich eine Überströmfunktion auf.

Wie insbesondere den Figuren 5 und 6 zu entnehmen ist weist das Einpressteil 15 zur Realisierung der Überströmfunktion einen hohlzylinderförmigen Ansatz 16 auf, der gemeinsam mit dem Grundkörper 1 einen Ringraum 17 begrenzt (siehe Fig. 4). Der hohl- zylinderförmige Ansatz 16 weist auf Höhe eines außen aufgepressten Filterträgers 11 mehrere als Einlass dienende Radialbohrungen 18 auf. In einem axialen Abstand zu den Radialbohrungen 18 sind weitere Radialbohrungen 19 ausgebildet, die als Auslass dienen. Zur Verbindung der als Einlass dienenden Radialbohrungen 18 mit den als Auslass dienenden Radialbohrungen 19 ist im hohlzylinderförmigen Ansatz 16 ein Ventilkolben 21 axial verschiebbar aufgenommen, wobei die axiale Verschiebung entgegen der Federkraft einer Feder 20 bewirkt wird, die einerseits am Ventilkolben 21, andererseits an einem Stopfen 23 abgestützt ist, der in den hohlzylinderförmigen Ansatz 16 des Einpressteils 15 eingepresst ist. Übersteigt der Druck einlassseitig einen über die Federkraft der Feder 20 vorgegebenen Öffnungsdruck, wird der Ventilkolben 21 entge- gen der Federkraft der Feder 20 axial verschoben. Mit Herstellung einer Verbindung zwischen den als Einlass und als Auslass dienenden Radialbohrungen 18, 19 wird Druck abgebaut, so dass der Gefahr eines Maschenbruchs des Filtergewebes 14 der Filterbaugruppe 9 entgegengewirkt wird. Die Filterbaugruppe 9 der Hochdruckpumpe der Fig. 4 zeichnet sich demnach durch eine gesteigerte Robustheit aus.