Hochdruckpumpe mit integriertem Differenzdruckventil

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Hochdruckpumpe, eine

Hochdruckpumpe und ein Kraftstofffördersystem.

Hintergrund der Erfindung

Diesel-Hochdruckpumpen, die Common- Rail-Einspritzsysteme mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgen, umfassen ein Überström- bzw.

Differenzdruckventil, das in das Gehäuse der Hochdruckpumpe eingeschraubt ist.

Ein derartiges Differenzdruckventil ist in der Regel in das Gehäuse eingeschraubt und stellt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckkreis der Hochdruckpumpe und einem Pumpenrücklauf bereit. Das Differenzdruckventil dient dazu, den Pumpeninnenraum zum Pumpenrücklauf auf ein bestimmtes Druckniveau zu begrenzen und eine Übermenge in den Pumpenrücklauf bzw. in einen Tank zu leiten. Das Differenzdruckventil sorgt für einen definierten Innenraumdruck und kann hiermit die Zwangsschmierung der Lagerstellen und den Fülldruck sicherstellen.

Ein Differenzdruckventil umfasst beispielsweise einen Ventilträger, der als Hülse ausgeführt ist, sowie einen Kolben, eine Druckfeder und einen Stopfen, die in der Hülse aufgenommen sind. Der federgelagerte Kolben bewegt sich hierbei in der Hülse und begrenzt über seine Steuerkante und den Abiaufbohrungen im

Ventilträger den Pumpeninnenraumdruck. Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Aufbau einer Hochdruckpumpe mit

Differenzdruckventil zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Metall gefertigt sein, beispielsweise aus einem gegossenen Rohling, der nachbearbeitet wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse einen Pumpenraum im Inneren des Gehäuses, in dem der Kraftstoff verdichtet wird und ein Differenzdruckventil mit einem Kolben, der in einem Ventilträger des

Differenzdruckventils aufgenommen ist. Das Differenzdruckventil ist dazu ausgeführt, einen Ventileingang mit einem Ventilausgang zu verbinden, wenn der Kolben mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt ist. Der Ventilausgang ist in der Regel mit einer Rücklaufleitung in Richtung eines Tanks verbunden. Der Ventileingang ist in der Regel mit dem Pumpenraum verbunden, beispielsweise über eine weitere Bohrung im Gehäuse. Auf diese Weise kann bei einem entsprechend hohen Innendruck im Pumpenraum das Differenzdruckventil öffnen und den Innendruck ausgleichen. Das Differenzdruckventil kann beispielsweise ein Überdruckventil sein.

Der Ventilträger ist als Bohrung im Gehäuse ausgeführt. Auf diese Weise können ein kostenintensiver gesonderter Ventilträger (beispielsweise in der Form einer Metallhülse), ein Verschlussstopfen, ein Sicherungsblech und eine

Anschlagscheibe entfallen. Außerdem lässt sich zusätzlich der

Bearbeitungsaufwand des Pumpengehäuses reduzieren.

Es ist zu verstehen, dass eine Bohrung ein Loch im Gehäuse mit im

Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt sein kann. Beispielsweise kann die Bohrung bereits beim Gießen des Gehäuses vorgesehen sein. Auch kann die Bohrung durch zerspanendes Bearbeiten des Gehäuses geschaffen werden.

In jedem Fall kann der Ventilträger aus dem Material des Gehäuses gebildet sein, d.h. der Kolben ist direkt im Gehäuse aufgenommen bzw. direkt in der

Bohrung geführt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse wenigstens eine Verbindungsbohrung auf, die den Ventileingang mit dem Ventilausgang verbindet. Die Verbindungsbohrung kann (im Wesentlichen) parallel zur

Ventilträgerbohrung verlaufen. In einer geschlossenen Stellung kann der Kolben die Verbindungsbohrung verschließen, so dass kein Kraftstoff aus dem

Ventileingang in den Ventilausgang gelangen kann. In einer geöffneten Stellung kann der Kolben die Verbindungsbohrung freigeben.

Das Gehäuse kann eine Mehrzahl von Verbindungsbohrungen aufweisen, die um die Ventilträgerbohrung angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindungsbohrung über eine Rücklaufbohrung mit der Ventilträgerbohrung verbunden. Die

Verbindungsbohrung muss nicht direkt mit der Ventilträgerbohrung verbunden sein, sondern kann über eine weitere Bohrung und/oder Nut mit der

Ventilträgerbohrung verbunden sein. Die Rücklaufbohrung kann beispielsweise ein Flanschlagerrücklauf oder ein

Gehäuselagerrücklauf sein. Die Rücklaufbohrung kann schräg oder im

Wesentlichen orthogonal zur Ventilträgerbohrung verlaufen und/oder die Ventilträgerbohrung durchstoßen, so dass mehrere Verbindungsbohrungen gleichzeitig mit der Ventilträgerbohrung verbunden werden.

Eine Steuerkante des Differenzdruckventils kann ein Teil einer Öffnung in der Wand der Ventilträgerbohrung sein, die in einer geschlossenen Stellung des Kolbens durch den Kolben verschlossen ist und in einer (vollständig) geöffneten Stellung des Kolbens freigegeben ist. Die Öffnungsfläche der Öffnung in einer Zwischenstellung des Kolbens zwischen der geschlossenen Stellung und der geöffneten Stellung kann durch die Form der Steuerkante (die beispielsweise ein Rand bzw. Kante der Öffnung ist) eingestellt bzw. gesteuert werden.

Beispielsweise kann eine Rücklaufbohrung, die durch die Ventilträgerbohrung verläuft, diese Öffnung bereitstellen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerkante des

Differenzdruckventils durch einen Hinterschnitt in der Ventilträgerbohrung gebildet. Der Hinterschnitt kann eine Verbindung zu der oder den

Verbindungsbohrungen bereitstellen. Ein Hinterschnitt kann ein Abschnitt in der Ventilträgerbohrung sein, der einen größeren Durchmesser aufweist als ein Außendurchmesser des Kolbens.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Hinterschnitt eine Ringnut, die die Ventilträgerbohrung zumindest abschnittsweise umgibt. Die Steuerkante kann mit einem Hinterschnitt bzw. Hinterstich, beispielsweise in der Form einer Nut um die Kolbenbohrung, ausgeführt sein, mit der eine Kennlinie des Differenzdruckventils gezielt verändert werden kann. Die Steuerkante bzw. der Hinterschnitt wird direkt im Gehäuse gefertigt.

Die Ringnut kann eine schräg zur Ventilträgerbohrung verlaufende Seitenwand aufweisen. Die Ringnut kann in Umfangsrichtung um die Ventilträgerbohrung segmentiert sein. Die Ringnut kann schräg zur Ventilträgerbohrung verlaufen. Die Form der Kennlinie kann durch Variation der Nuttiefe, der Nutgeometrie und/oder der Umfangsgeometrie beeinflusst werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilausgang als Bohrung ausgebildet, die koaxial zu der Bohrung mit dem Ventilträger ausgeführt ist. Diese Bohrung kann ein Rücklaufstutzen sein, in den eine Leitung mit einem Anschlussstutzen aufgenommen werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Gehäuse weiter eine Feder und einen Federteller, wobei die Feder an einem Ende an dem

Ventilkolben und auf einer anderen Seite an dem Federteller abgestützt ist. Die Feder dient dazu, den Kolben gegen den Kraftstoff druck in Richtung des

Ventileingangs zu bewegen, so dass der Kolben bei zu niedrigem Druck die Steuerkante und damit auch die Verbindungsbohrung zum Ventilausgang abdeckt. Mittels der Federkennlinie kann eine Kennlinienformung für den

Pumpeninnenraumdruck angepasst werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Federteller am Ende einer Bohrung für den Ventilausgang (beispielsweise im Rücklaufstutzen)

aufgenommen. Der Federteller, der scheibenförmig ausgeführt sein kann, verschließt dabei den Federraum vor dem Ventilausgang. Da die Bohrung für den Ventilausgang in der Regel einen größeren Durchmesser als die

Ventilträgerbohrung aufweist, ist auf diese Weise eine Auflagefläche gebildet, auf der der Federteller abgelegt ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Federteller durch einen im Ventilausgang aufgenommenen Anschlussstutzen auf die Ventilträgerbohrung geklemmt. Ein Toleranzvorteil kann sich durch das Klemmen des Federtellers durch den Niederdruck-Anschlussstutzen auf die zur Kolbenführung rechtwinklige Auflagefläche ergeben, da die Bearbeitung in einer Spannlage erfolgt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Federteller eine

Drosselöffnung auf, die den Ventilausgang mit einem Federraum verbindet. Auch der Kolben kann eine Drosselöffnung aufweisen, die den Federraum mit dem Ventileingang verbindet. Die beiden Drosselöffnungen können axial zur

Ventilträgerbohrung verlaufen.

Weiter kann der Federteller Löcher, beispielsweise in Umfangsrichtung verlaufende Langlöcher, aufweisen, die eine Verbindung zwischen dem

Ventileingang und der oder den Verbindungsbohrungen bereitstellen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben als Hohlzylinder mit einer Mittelwand ausgeführt. In der Mittelwand kann sich eine Drosselöffnung befinden. Durch einen beidseitig hohlen Kolben kann sich eine

Gewichtseinsparung um ca. 70% ergeben. Ein mittiger Kraftangriff (der Feder an der Mittelwand) kann die Schiefstellung des Kolbens reduzieren und kann zu einer gleichmäßigen Bewegung des Kolbens führen. Auch kann die Baulänge des Differenzdruckventils um ca. 25% oder mehr reduziert werden. Ein weiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe mit einem

Gehäuse, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist. Neben dem Differenzdruckventil kann das Gehäuse noch weitere Komponenten der Hochdruckpumpe, wie etwa weitere Ventile, Anschlüsse, Pumpkolben usw. aufnehmen.

Ein weiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftstofffördersystem für ein Fahrzeug, beispielsweise einen Pkw, Lkw oder Bus. Das Kraftstofffördersystem umfasst einen Tank, eine Hochdruckpumpe, so wie sie obenstehend und untenstehend beschrieben ist, und ein Common-Rail- Einspritzsystem (das auch Speichereinspritzsystem genannt wird). Die

Hochdruckpumpe ist dazu ausgeführt, Kraftstoff aus dem Tank zu fördern und dem Common- Rail- Einspritzsystem verdichtet zuzuführen. Das

Differenzdruckventil der Hochdruckpumpe kann dabei überschüssigen Kraftstoff in den Tank zurück leiten.

Zusammenfassend wird das Differenzdruckventil vollständig in das Gehäuse integriert. Die Funktionen des Differenzdruckventils, wie etwa Kolbenführung, eine Ventilsteuerkante und/oder eine Niederdruckführung, werden durch das

Pumpengehäuse direkt umgesetzt. Ein gedämpfter Federraum kann trotzdem erhalten bleiben.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftstoffverteilungssystem gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Pumpengehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt eine andere dreidimensionale Ansicht des Pumpengehäuses aus Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine andere dreidimensionale Ansicht des Pumpengehäuses aus Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht von Ventilkomponenten für ein

Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Federtellers für ein

Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Kolbens für ein Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 8 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Pumpengehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 9 zeigt eine andere dreidimensionale Ansicht des Pumpengehäuses aus Fig. 8.

Fig. 10 zeigt eine andere dreidimensionale Ansicht des Pumpengehäuses aus Fig. 8. Fig. 11 zeigt schematisch eine Ventilträgerbohrung für ein Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 12 zeigt schematisch eine Ventilträgerbohrung für ein Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 13 zeigt schematisch eine Ventilträgerbohrung für ein Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 14 zeigt schematisch eine Ventilträgerbohrung für ein Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 15 zeigt schematisch eine Ventilträgerbohrung für ein Pumpengehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffverteilungssystem 10, das eine Hochdruckpumpe 12 aufweist, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 14 in ein Common- Rail- Einspritzsystem 16 fördert. Das Kraftstoffverteilungssystem 10 kann

beispielsweise in einem Fahrzeug mit einem Dieselmotor verbaut sein.

Die Hochdruckpumpe 12 wird mit Kraftstoff aus dem Tank 14 versorgt.

Umgekehrt speist die Hochdruckpumpe 12 Kraftstoff in das Common-Rail- Einspritzsystem 16 ein, über das die Injektoren 18 des Einspritzsystems 16 mit Kraftstoff versorgt werden.

Das Kraftstoffverteilungssystem 10 weist darüber hinaus ein Rücklaufsystem 20 auf, über das überschüssiger Kraftstoff zurück in den Tank 14 geleitet wird. Der zurückgeleitete Kraftstoff stammt dabei unter anderem aus dem Flanschlager 22 der Hochdruckpumpe 12, dem Gehäuselager 24 der Hochdruckpumpe 12 und einem Differenzdruckventil 26.

Das Differenzdruckventil 26 dient zum Druckausgleich zwischen einem

Pumpenraum 28 der Hochdruckpumpe 12 und dem Niederdrucksystem 20 und öffnet sich, wenn der Druck im Pumpenraum 28 einen vorgegeben Druck überschreitet.

Fig. 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht von Bohrungen im Inneren eines Pumpengehäuses 30 der Pumpe 12. In der Fig. 2 sind eine Ventilträgerbohrung 32 bzw. Kolbenbohrung 32, die an einem Ende einen Ventileingang 34 umfasst, eine Bohrung 36, die einen Ventilausgang 38 umfasst, eine Rücklaufbohrung 40 für das Flanschlager 22, eine Rücklaufbohrung 42 für das Gehäuselager 24 und eine Rücklaufbohrung 44 für den Pumpeninnenraum 28 zu erkennen. Die Rücklaufbohrung 44 ist über eine weitere Bohrung 46 mit der Ventilträgerbohrung 32 verbunden. Die Bohrungen 36, 32 und 46 verlaufen koaxial, wobei sie jeweils einen kleineren Durchmesser als die vorhergehende Bohrung aufweisen.

Das Differenzdruckventil 26 umfasst einen Kolben 48, der in der

Ventilträgerbohrung 32 dichtend geführt ist und der in einer geschlossenen Stellung des Differenzdruckventils 26 auf einem Absatz 50 zwischen den

Bohrungen 32, 46 abgestützt ist.

Auf einem weiteren Absatz 52 zwischen den Bohrungen 36, 32 ist ein Federteller 54 abgestützt, der mit dem Kolben 48 einen Federraum 56 in der

Ventilträgerbohrung 32 definiert, in der eine Druckfeder 58 aufgenommen ist. Der Federteller 54 verschließt die Ventilträgerbohrung 32 in Richtung der

Eingangsbohrung 36. Hierdurch ergibt sich ein geschlossener Federraum 56. Die Feder 58 ist an einem Ende über einen Vorsprung 60 am Federteller 54 geschoben und befindet sich mit einem anderen Ende in einem Hohlraum 62 im Kolben 48.

In der Bohrung 36 befindet sich ein Rücklauf-Anschlussstutzen 63, der den Federteller 54 an seiner Position hält und an das Ende der Bohrung 36 auf d Anschlagfläche bzw. den Absatz 52 klemmt.

Das Gehäuse 30 aus der Fig. 2 ist in den Fig. 3 und 4 in weiteren Perspektiven gezeigt. Am Ende der Ausgangsbohrung 36 befindet sich eine Ringnut 64, die um die Ventilträgerbohrung 32 herumläuft und in die die Rücklaufbohrung 42 mündet. Parallel zur Ventilträgerbohrung 32 verlaufen paarweise vier

Verbindungsbohrungen 66, die auch in die Ringnut 64 münden und die den Federraum 56 entkoppeln. Die Ringnut 64 kann als Verteileröffnung zum

Verteilen des aus den Bohrungen 42, 66 stammenden Kraftstoffes in Richtung der Ausgangsbohrung 36, der auf der Ringnut 64 aufliegt, verstanden werden.

Wie in den Fig. 5 und 6 weiter unten gezeigt ist, weist der Federteller 54 auf radialer Höhe der Ringnut 64 drei Langlöcher 68 auf, durch die der Kraftstoff aus der Ringnut 64 in die Ausgangsbohrung 36 strömen kann. Bei der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist die Rücklaufbohrung 40 mit ihrem Ende durch die Ventilträgerbohrung 32 geführt, so dass die

Verbindungsbohrungen 66 angeschnitten werden und somit die

Verbindungsbohrungen 66 über die Rücklaufbohrung 40 mit der

Ventilträgerbohrung 32 verbunden sind. Die Rücklaufbohrung kann

beispielsweise orthogonal zur Ventilträgerbohrung 32 verlaufen.

In der geschlossenen Stellung verschließt der Ventilkolben 48 die dadurch gebildeten Öffnungen 70 in der Wandung der Ventilträgerbohrung 32. In der geöffneten Stellung gibt der Kolben 48 diese Öffnungen 70 frei, so dass Kraftstoff aus der Eingangsbohrung 46 in die Verbindungsbohrungen 66 strömen kann.

Die Öffnungen 70 stellen mit ihrem Rand eine Steuerkante 72 des

Differenzdruckventils 26 bereit. Je weiter der Kolben 48 die Öffnungen freigibt, umso mehr abgesteuerter Kraftstoff kann in die Verbindungsbohrungen 66 parallel zur Ventilträgerbohrung 32 gelangen. Die Rücklaufmenge strömt dann durch die Langlöcher 68 des Federtellers 54 in den Rücklaufstutzen 63.

In der Fig. 5 werden die Komponenten 63, 54, 58, 48 des Differenzdruckventils 26 gezeigt, die in die Bohrungen 36, 32 im Gehäuse 30 befestigt werden.

In der Fig. 6 ist ein Federteller 54 gezeigt. Der Federteller 54 kann ein

scheibenförmiger Körper sein, der in der Mitte einen Vorsprung 60 aufweist, der dazu dient, das Ende einer Feder zu fixieren. In Umfangsrichtung ist der

Vorsprung 60 von drei nierenförmigen Langlöchern 68 umgeben. Im Zentrum des

Federtellers 60 kann sich eine Drosselöffnung 71 befinden, durch die eine kleine Menge Kraftstoff strömen kann. Die in den Federteller 54 integrierte Drossel 71 kann die Kolbenbewegung dämpfen. In der Fig. 7 ist ein Kolben 48 gezeigt. Der Kolben kann eine zylinderförmige

Wandung 73 aufweisen, die in der Mitte von einer Mittelwand 74 in zwei

(möglicherweise gleich große) Kammern 62 unterteilt wird. Eine der Kammern dient zur Aufnahme eines Endes der Feder 58. Beispielsweise im Zentrum der Mittelwand kann sich eine Drosselöffnung 76 befinden, die eine Verbindung zwischen Eingangsbohrung 46 und Federraum 56 schafft. Bei der in den Fig. 8 bis 10 gezeigten Ausführungsform mündet die

Rücklaufbohrung 40 in die Rücklaufbohrung 42, die direkt in die

Ausgangsöffnung 36 (bzw. die Ringnut 64) mündet. Die Ventilträgerbohrung 32 weist an ihrer Innenseite einen Hinterschnitt 80 auf, der einen so großen

Außendurchmesser hat, dass er die Verbindungsbohrungen 66 anschneidet.

Analog den Öffnungen 70 stellt der Hinterschnitt 80 eine Verbindung zwischen der Ventilträgerbohrung 32 und den Verbindungsbohrungen 66 bereit, die von dem Kolben 48 verschlossen und geöffnet werden kann.

Die Steuerkante 72 des Differenzdruckventils wird in diesem Fall von dem Hinterschnitt 80 bereitgestellt.

Dies ist schematisch in der Fig. 11 gezeigt, die die Ventilträgerbohrung 32 und einen Hinterschnitt 80a in der Form einer durchgehenden Ringnut 80a von oben und von der Seite zeigt. Die Ringnut 80a umgibt die Ventilträgerbohrung 32 in der gesamten Umfangsrichtung und hat in Öffnungsrichtung 82 des

Differenzdruckventils 26 (die parallel zur Mittellinie oder Achse der

Ventilträgerbohrung 32 verläuft) einen gleichbleibenden Durchmesser.

In den Fig. 12 bis 15 sind weitere Ausführungsformen von Hinterschnitten 80b bis 80e gezeigt.

Eine Ringnut 80b umgibt die Ventilträgerbohrung 32 in der gesamten

Umfangsrichtung und verjüngt sich in Öffnungsrichtung.

Eine Ringnut 80c umgibt die Ventilträgerbohrung 32 in der gesamten

Umfangsrichtung und verbreitert sich in Öffnungsrichtung.

Ein Hinterschnitt 80d ist in Umfangsrichtung um die Ventilträgerbohrung 32 segmentiert und kann als abschnittsweise Ringnut 80d aufgefasst werden.

Eine Ringnut 80e umgibt die Ventilträgerbohrung 32 in der gesamten

Umfangsrichtung, verläuft aber im Gegensatz zu den in den Fig. 11 bis 14 gezeigten Ausführungsformen nicht in einer Ebene orthogonal zur

Öffnungsrichtung 82, sondern schräg zu dieser Ebene. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener

Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den

Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.