Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine

Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Hochdruckpumpen finden heute insbesondere bei Coraraon- Rail-Einspritzsystemen ihren Einsatz. Die Aufgabe der Pumpe besteht dabei darin, den Kraftstoff unter hohem Druck der als „Rail" bezeichneten gemeinsamen Speicherleitung zuzuführen, von der aus der Kraftstoff über Injektoren in den Brennraum eingespritzt wird. Common-Rail-Einspritzsysteme haben bereits durch Steigerung des Systemdrucks einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung des Schadstoffausstoßes beitragen können. Der Vorteil des Common-Rail-Einspritzsystems liegt insbesondere in der Unabhängigkeit des Einspritzdruckes von Drehzahl und Last.

Es ist ein allgemeines Anliegen, den Systemdruck bei

Kraftstoffeinspritzvorrichtungen der vorstehend genannten Art weiter zu erhöhen. Systemdrücke bis 2000 bar sind beispielsweise bei Dieseleinspritzsystemen, bei denen ausschließlich Kolbenpumpen zum Einsatz gelangen, bereits möglich. Mit steigendem Druck nehmen jedoch die Leckageverluste zwischen

Pumpenkolben und Kolbenführung zu, da der Dichtspalt durch den hohen Arbeitsdruck eine Aufweitung erfährt. In der Folge sinkt der Wirkungsgrad der Pumpe. Es gilt daher Leckageverluste zu vermeiden .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe bzw. eine Kolbenpumpe zu schaffen, die auch bei Arbeitsdrücken über 2000 bar mögliche Leckageverluste gering hält , dabei einfach aufgebaut und kostengünstig zu fertigen ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe für eine

Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine besitzt einen in einem Führungsstück axial geführten Pumpenkolben und einen Pumpenkopf, wobei das Führungsstück, der Pumpenkolben und der Pumpenkopf einen Arbeitsraum begrenzen, der in Verbindung mit einem Zulauf und/oder einem Abgang für den zu fördernden Kraftstoff steht.

Erfindungsgemäß ist der Pumpenkolben zusätzlich in einer Führungshülse geführt, die in dem Arbeitsraum derart angeordnet ist, dass der bei Betrieb der Pumpe im Arbeitsraum vorherrschende Arbeitsdruck an der Außenumfangsflache und vorteilhafterweise auch an der dem Pumpenkopf zugewandten Stirnfläche der Führungshülse anliegt. Der an der dem Pumpenkopf zugewandten Stirnfläche der separaten Führungshülse anliegende Arbeitsdruck bewirkt, dass die Führungshülse gegen das Führungsstück gedrückt wird, so dass die dem Pumpenkopf abgewandte Stirnseite der Führungshülse dichtend am Führungsstück anliegt. Der an der Außenumfangsflache der separaten Führungshülse anliegende Arbeitsdruck bewirkt ferner, dass der an der Innenumfangsflache anliegende und häufig zur Aufweitung des Dichtspalts führende Druck durch den an der Außenumfangsflache anliegenden Druck zumindest teilweise kompensiert wird, indem beide Umfangsflachen von einer Druckkraft beaufschlagt werden, die der jeweils anderen entgegengesetzt ist. Eine Aufweitung des Dichtspaltes und damit einhergehende Leckageverluste können somit weiterstgehend vermieden werden. Die separate Führungshülse wird hierzu einfach in einen vergrößerten Arbeitsraum eingesetzt, der außenumfangseitig von einem hohlzylindrischen Ansatz des Führungsstücks oder des Pumpenkopfes begrenzt wird. Das

zusätzliche Material der Führungshülse kann dabei bei der Ausbildung des hohlzylindrischen Ansatzes des Führungsstücks oder des Pumpenkopfes eingespart werden, so dass der Einsatz einer zusätzlichen Führungshülse nicht zu veränderten Außenabmessungen oder einem veränderten Gewicht der Pumpe führen muss. Eine einfache zylinderförmige Führungshülse ist zudem leicht und kostengünstig herzustellen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die dem Pumpenkopf zugewandte Stirnfläche der Führungshülse zusätzlich von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Die Feder kann beispielsweise eine zwischen der Stirnfläche der Führungshülse und dem Pumpenkopf angeordnete Schrauben- oder Tellerfeder sein. Die zusätzliche Federkraft stellt den erforderlichen Anpressdruck der Führungshülse am Führungsstück während des Betriebes der Pumpe sicher.

Alternativ oder ergänzend kann die dem Pumpenkopf abgewandte Stirnfläche bzw. die dem Führungsstück zugewandte Stirnfläche der Führungshülse mit einer Beißkante versehen sein, die eine kreis- oder ringförmige, am Führungsstück anliegende Dichtkante ausbildet. Hierzu ist die dem Führungsstück zugewandte Stirnfläche der Führungshülse bevorzugt konisch verlaufend ausgebildet, wobei weiterhin bevorzugt die Beißkante außenseitig, d.h. an der den Arbeitsraum begrenzenden

Außenumfangsflache der Führungshülse angeordnet ist. Die Anordnung einer Beißkante besitzt den Vorteil, dass der Anlagebereich auf eine kreis- oder ringförmige Fläche reduziert wird, wodurch die Flächenpressung im Anlagebereich erhöht wird. Die Flächenpressung wird vorzugsweise so hoch gewählt, dass sie zu einer geringfügigen Verformung wenigstens einer Anlagefläche führt, wodurch eine noch größere Dichtigkeit gewährleistet wird.

Vorteilhafterweise ist ferner zwischen der dem Führungsstück zugewandten Stirnfläche der Führungshülse und dem Führungsstück

ein Leckageraum ausgebildet. Zur Ausbildung eines Leckageraumes kann auch eine an dieser Stirnfläche außenseitig angeordnete Beißkante beitragen. Wird hierzu nämlich die Stirnfläche konisch verlaufend ausgeführt oder erhält einen Freischnitt, ergibt sich zusammenwirkend mit einer ebenen Anlagefläche am Führungsstück ein Hohlraum, der als Leckageraum genutzt werden kann. Darüber hinaus kann ein Leckageraum auch durch eine entsprechende stirnseitige Ausnehmung in der Führungshülse und/oder in dem Führungsstück hergestellt werden. Der Leckageraum fängt etwaigen über den Dichtspalt zwischen Pumpenkolben und Führungshülse austretenden Kraftstoff auf. Dabei liegt an der den Leckageraum begrenzenden Stirnfläche der Führungshülse ein geringerer Druck als an den den Arbeitsraum begrenzenden Oberflächen an. Es ist somit sichergestellt, dass die Führungshülse in dichtender Anlage mit dem Führungsstück gehalten wird. Dies gilt insbesondere bei der Ausführungsform, bei der die Anpresskraft zusätzlich durch die Federkraft einer Feder bewirkt wird.

Weiterhin bevorzugt weist der Pumpenkopf einen in den Arbeitsraum hineinragenden, zylinderförmigen Ansatz auf, an dessen Außenumfangsflache der bei Betrieb der Pumpe im Arbeitsraum vorherrschende Arbeitsdruck anliegt. Vorzugsweise ist ferner in dem zylinderförmigen Ansatz des Pumpenkopfes der Zulauf und/oder der Abgang für den zu fördernden Kraftstoff angeordnet. Die vorgeschlagene Ausbildung des Pumpenkopfes mit einem zylinderförmigen in den Arbeitsraum hineinragenden Ansatz bewirkt, dass trotz der vorzugsweise hierin angeordneten Zulauf- und/oder Abgangsbohrungen eine erhöhte Festigkeit des Pumpenkopfes erzielt wird. Denn aufgrund der Bohrungsverschneidungen stellt der Pumpenkopf eine Schwachstelle im Hinblick auf die Druckfestigkeit der Pumpe dar, die in der Regel einer Erhöhung des Arbeitsdruckes im Wege steht. Durch die am zylinderförmigen Ansatz des Pumpenkopfes anliegenden Druckverhältnisse werden jedoch Druckspannungen im Material

bewirkt, dank derer die Bohrungsverschneidungen nicht mehr zu einem Festigkeitsproblem führen. Es können daher ohne Weiteres sowohl die Zugangsbohrung, als auch die Abgangsbohrung in diesem Bereich ausgeführt werden. Die Größe der Stirnfläche des zylinderförmigen Ansatzes des Pumpenkopfes bestimmt die wirksame Fläche und damit die Druckkraft, mit der diese Fläche bei Betrieb der Pumpe im Förderhub beaufschlagt wird. über die Größe der Stirnfläche kann daher das Spannungsverhältnis im Material beeinflusst werden, so dass es sich positiv auf die Festigkeit dieses Bereiches auswirkt.

Gleichwohl hinsichtlich der Ausbildung der Zulauf- und der Abgangsbohrung im Pumpenkopf insbesondere bei Ausbildung eines zylinderförmigen Ansatzes keine Bedenken bestehen, kann auch lediglich der Abgang im Pumpenkopf oder dem zylinderförmigen Ansatz des Pumpenkopfes angeordnet sein und der zu fördernde Kraftstoff dem Arbeitsraum über eine Bohrung in dem Führungsstück und über den Leckageraum zugeführt werden. Die Bohrung im Führungsstück ist derart angeordnet, dass sie in den Leckageraum, der zwischen Führungshülse und Führungsstück ausgebildet ist, mündet. Sie ersetzt somit eine im Pumpenkopf ausgebildete Zulaufbohrung, so dass durch Verzicht auf eine solche Bohrung die Festigkeit des Pumpenkopfes weiterhin erhöht werden kann. Mit Zuleitung des Kraftstoffes steigt der hydraulische Druck im Leckageraum bis die Führungshülse aus ihrem am Führungsstück anliegenden, ursprünglich dichtenden Sitz gehoben wird. Der Kraftstoff kann nunmehr über den Leckageraum in den Arbeitsraum gelangen. Die Führungshülse ist somit gleichsam als Füllventil ausgebildet. In der Saugphase der Pumpe fällt der Druck der Pumpe im Arbeitsraum unterhalb des Druckes im Leckageraum und das Ventil öffnet sich. Sofern die als Ventil ausgebildete Führungshülse zusätzlich durch Federkraft in ihrem Ventilsitz gehalten wird, ist die Federkraft derart zu bemessen, dass ein öffnen des Ventil in der Saugphase gewährleistet ist.

Der öffnungsdruck kann über den Dichtsitz der Führungshülse und die Federkraft eingestellt werden.

Alternativ kann anstelle einer Bohrung im Führungsstück der zu fördernde Kraftstoff dem Arbeitsraum über im Führungsbereich des Führungsstücks ausgebildete Strömungskanäle und über den Leckageraum zugeführt werden. Die Strömungskanäle münden in den Leckageraum, von wo aus der Kraftstoff mit steigendem Druck, der ein Anheben der Führungshülse bewirkt, in den Arbeitsraum gelangt. Die Wirkungsweise entspricht somit der vorstehend im Zusammenhang mit einer im Führungsstück angeordneten Zulaufbohrung genannten. In beiden Fällen bildet die Führungshülse zugleich ein Füllventil aus, das im Förderhub den Leckageraum gegenüber dem Arbeitsraum dichtend abschließt und im Sauhub die Zuleitung des Kraftstoffs über den Leckageraum ermöglicht. Zugleich verhindert die Führungshülse eine Aufweitung des Dichtspaltes zwischen ihr und dem Pumpenkolben, so dass auch bei Erhöhung des Arbeitsdruckes eine Zunahme der Leckageverluste verhindert wird. Im Zulaufpfad kann eine Zumesseinheit vorgesehen sein, um eine Regelung der Fördermenge der Pumpe zu ermöglichen.

Konkrete Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform und

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Beiden Ausführungsformen gemein ist, dass das Führungsstück 1, der Pumpenkolben 2 und der Pumpenkopf 3 einen Arbeitsraum 4 begrenzen, in dem eine separate, den Pumpenkolben 2 dicht umschließende Führungshülse 7 eingesetzt ist. Die dem

Führungsstück 1 zugewandte Stirnfläche der Führungshülse 7 liegt dabei am Boden des Führungsstücks 1 an. Durch den im Arbeitsraum 4 bei Betrieb der Pumpe vorherrschenden Arbeitsdruck wird die Führungshülse 7 in dichtender Anlage mit dem Führungsstück 2 gehalten. Eine zwischen der Führungshülse 7 und dem Pumpenkopf 3 angeordnete Feder 8 bewirkt einen zusätzlichen Anpressdruck. Bei der Ausführung entsprechend Fig. 1 handelt es sich um eine Tellerfeder 8 , während bei der Ausführung entsprechend Fig. 2 eine Schraubenfeder ihren Einsatz findet. Der Antrieb der Hochdruckpumpe erfolgt bei beiden

Ausführungsbeispielen über einen um eine Welle rotierenden Exzenter 14, auf dem eine mit dem Pumpenkolben 2 verbundene Rolle 15 abläuft. Zur Rückstellung des Pumpenkolbens 2 ist dieser ebenfalls federbelastet.

Die Führungshülse 7 führt bei beiden Ausführungsformen dazu, dass einer Aufweitung des Dichtspaltes zwischen Pumpenkolben 2 und Führungshülse 7 dadurch entgegen gewirkt wird, dass an der Außenumfangseite der Führungshülse 7 ebenfalls der bei Betrieb der Pumpe im Arbeitsraum vorherrschende Arbeitsdruck anliegt und somit den an der Innenumfangsflache anliegenden Arbeitsdruck zumindest teilweise kompensiert. Sollten dennoch Kraftstoff über den Dichtspalt zwischen Pumpenkolben 2 und Führungshülse 7 austreten, wird dieser in einem zwischen Führungshülse 7 und Führungsstück 1 ausgebildeten Leckageraum 10 aufgefangen. Zur Ausbildung des Leckageraumes 10 ist die dem Führungsstück 1 zugewandte Stirnfläche der Führungshülse 7 konisch verlaufend ausgebildet, so dass außenumfangseitig an der Stirnfläche eine ringförmige Beißkante 9 als Dichtkante ausgebildet wird. Diese schließt den Leckageraum 10 gegenüber dem Arbeitsraum 4 dichtend ab. Die Ausbildung einer Beißkante 9 ist nicht zwingend erforderlich, erhöht jedoch den Anpressdruck im Anlagebereich und damit die Dichtigkeit dieses Bereiches.

Ob mit oder ohne Ausbildung einer Beißkante besteht die Führungshülse 7 im Wesentlichen aus einem einfachen Rohrkörper, der leicht und damit kostengünstig herstellbar ist. Die einfache geometrische Form erlaubt ferner die Verwendung hochfester Materialien, die schwer zu bearbeiten sind und daher bei der Ausbildung komplizierter Bauformen häufig keine Verwendung finden .

Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe weist einen Zulauf und einen Abgang 5, 6 für den zu fördernden Kraftstoff im Pumpenkopf 3 auf. Um trotz der Bohrungen die Festigkeit des Pumpenkopfes 3 zu erhöhen, weist dieser einen zylinderförmigen Ansatz 11 auf, der in den Arbeitsraum 4 hineinragt und an dessen Außenumfangsflache der bei Betrieb der Pumpe im Arbeitraum vorherrschende Arbeitsdruck anliegt. Die Feder 8 stützt sich dabei gegen die Stirnfläche des zylinderförmigen Ansatzes 11 ab.

Im Unterschied zum Beispiel der Fig. 1 weist der Pumpenkopf 3 des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 lediglich einen Abgang 6 auf. Dadurch weist letzterer bereits eine höhere Festigkeit auf. Zudem wird nicht die Stirnfläche des zylinderförmigen Absatzes 11 des Pumpenkopfes 3 mittels der Feder 8 belastet, sondern ein gegenüber dem zylinderförmigen Ansatz 11 zurückliegender Bereich. Der Zulauf des Kraftstoffes erfolgt vorliegend über einen in den Leckageraum 10 mündende Bohrung 12 im Führungsstück 1. Alternativ (nicht dargestellt) können anstelle der Zulaufbohrung auch mehrere sich axial erstreckende und in den Leckageraum 10 mündende Strömungskanäle im Führungsbereich 13 des Führungsstücks 1 vorgesehen werden.

Jede beliebige Kolbenpumpe kann entsprechend der vorstehend beschriebenen Erfindung ausgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Vorteile sind daher bei allen Kolbenpumpentypen, wie beispielsweise der Ein- oder Mehrkolbenpumpe, der Reihenpumpe,

der V-Pumpe, der Axialkolbenpumpe, nutzbar. Der Aufbau der Pumpe setzt sich im Wesentlichen aus grundsätzlich bekannten, nach konventionellen Fertigungsverfahren hergestellten Komponenten zusammen. Die Kosten können somit gering gehalten werden.