Titel

Hochdruckpumpe Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, die insbesondere als Radial- oder

Reihenkolbenpumpe ausgestaltet ist. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der

Hochdruckpumpen für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 10 2009 003 054 A1 ist eine Hochdruckpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen bekannt. Die bekannte Hochdruckpumpe weist eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebswelle auf, wobei die Antriebswelle einen der Pumpenbaugruppe zugeordneten Nocken umfasst. Die

Pumpenbaugruppe umfasst eine Laufrolle, die mit ihrer Rollenoberfläche an einer

Lauffläche des Nockens abrollt. Die Hochdruckpumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse auf. Die Antriebswelle ist an Lagerstellen in Gehäuseteilen des Gehäuses gelagert. Ein als Zylinderkopf ausgestaltetes Gehäuseteil weist einen Ansatz auf, der eine Zylinderbohrung umfasst. In der Zylinderbohrung ist ein Kolben verschiebbar geführt, der einen

Pumpenarbeitsraum in der Zylinderbohrung begrenzt. Ferner ist ein Auslassventil vorgesehen, über das unter hohem Druck stehender Brennstoff aus dem

Pumpenarbeitsraum der Pumpenbaugruppe zu einem Brennstoffkanal führbar ist, der mit einem Common-Rail verbunden ist.

Eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe, wie sie aus der DE 10 2009 003 054 A1 bekannt ist, hat den Nachteil, dass die geförderte Hochdruckmenge nur

niederdruckseitig über eine Zumesseinheit geregelt werden kann. Bei einem solchen Brennstoffeinspritzventil kommt daher ein Druckbegrenzungsventil zum Einsatz, das an dem Common-Rail angeordnet ist und zum Niederdruckbereich führt. Wenn der

Brennstoffdruck im Common-Rail über einen bestimmten Grenzwert steigt, der durch den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils bestimmt ist, dann öffnet das

Druckbegrenzungsventil und der Brennstoff wird vom hohen Druckniveau des Common- Rails auf ein Rücklaufdruckniveau entspannt und in den Niederdruckbereich abgeführt. Das Druckbegrenzungsventil führt hierbei die Absteuermenge über eine separate Leitung in den Niederdruckbereich. Solche Lösungen zur Druckabsenkung mittels des Druckbegrenzungsventils, die direkt am Common-Rail vorgesehen sind, haben den Nachteil, dass es notwendig ist, das Common- Rail über eine separate Leitung, in der das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, mit dem Niederdruckbereich zu verbinden. Wenn das Druckbegrenzungsventil öffnet, dann kann die entstehende Wärme nur an die Umgebungsluft abgeführt werden, was eine starke

Erwärmung des Druckbegrenzungsventils zur Folge hat und zu einem entsprechend großen Verschleiß führt.

Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein verbesserter Aufbau einer Brennstoffeinspritzanlage mit solch einer Hochdruckpumpe ermöglicht ist. Insbesondere kann ein Brennstoffeinspritzsystem mit der Hochdruckpumpe robust und einfach ausgestaltet werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckpumpe möglich.

Vorteilhaft ist es, dass das Druckbegrenzungsventil zumindest teilweise in einem

Pumpenkolben der Pumpenbaugruppe ausgestaltet ist. Hierbei kann das

Druckbegrenzungsventil insgesamt in den Pumpenkolben der Pumpenbaugruppe integriert sein. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann allerdings auch ein zusätzliches Bauteil vorgesehen sein, das beispielsweise mit dem Pumpenkolben verbunden ist, wobei das Druckbegrenzungsventil teilweise in dem Pumpenkolben und teilweise in diesem

zusätzlichen Bauteil ausgestaltet ist. Wenn das Druckbegrenzungsventil insgesamt in dem Pumpenkolben der Pumpenbaugruppe ausgestaltet ist, dann ergibt sich eine platzsparende

Ausgestaltung, bei der insbesondere eine Bauhöhe der Pumpenbaugruppe entlang einer Achse, die senkrecht zu der Antriebswelle ist, klein vorgegeben sein kann.

In vorteilhafter Weise ist eine Zylinderbohrung vorgesehen, in der der Pumpenkolben geführt ist, wobei eine Stirnseite des Pumpenkolbens einen Pumpenarbeitsraum in der Zylinderbohrung begrenzt und wobei ein in dem Pumpenkolben ausgestalteter

Eingangskanal, der zu dem Druckbegrenzungsventil führt, an der Stirnseite des

Pumpenkolbens in den Pumpenarbeitsraum mündet. Der Eingangskanal kann vorzugsweise auf der Achse der Pumpenbaugruppe liegen. Somit wird ein weitgehend ungedämpftes Ansprechen des Druckbegrenzungsventils von dem Druck im

Pumpenarbeitsraum ermöglicht. Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass ein in dem Pumpenkolben ausgestalteter

Ausgangskanal, der einerseits zu dem Druckbegrenzungsventil führt, andererseits zumindest mittelbar zu einem Antriebselement der Pumpenbaugruppe, das mit der

Antriebswelle zusammenwirkt, führt. Hierdurch kann über das Druckbegrenzungsventil zugleich eine Schmierung im Bereich des Antriebselements der Pumpenbaugruppe gewährleistet werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Antriebselement als Rolle ausgestaltet ist, die an einer Lauffläche eines Nockens der Antriebswelle anliegt, wobei die Rolle in einem Rollenschuh der Pumpenbaugruppe gelagert ist, wobei der Rollenschuh eine Durchgangsbohrung aufweist und wobei der Ausgangskanal mittels der

Durchgangsbohrung des Rollenschuhs zu der Rolle führt. Somit kann eine Schmierung sowohl zwischen der Rolle und dem Rollenschuh als auch zwischen der Rolle und dem Nocken der Antriebswelle erfolgen. Der Brennstoff wird dann in den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe geführt. Die entstehende Wärme kann hierbei in vorteilhafter Weise über die einzelnen Bauteile der Hochdruckpumpe abgeführt werden. Außerdem kommt es zu einer Mischung des erwärmten, über das Druckbegrenzungsventil geführten Brennstoffs mit dem kühlen beziehungsweise abgekühlten Brennstoff im Triebwerksraum. Die

Temperaturbelastung einzelner Bauteile ist somit ausreichend gering, um einen

temperaturbedingten Verschleiß von vornherein zu verhindern.

Vorteilhaft ist es auch, dass der Pumpenkolben an dem Rollenschuh gelagert ist. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass der Pumpenkolben ein Lagerelement aufweist, mit dem der

Pumpenkolben in einer Vertiefung des Rollenschuhs gelagert ist, dass der Ausgangskanal des Pumpenkolbens in die Vertiefung des Rollenschuhs mündet und dass die

Durchgangsbohrung des Rollenschuhs in die Vertiefung des Rollenschuhs mündet. Somit wird zum einen eine Beweglichkeit, insbesondere eine gewisse Verkippbarkeit, des

Pumpenkolbens bezüglich des Rollenschuhs gewährleistet. Zum anderen kann zugleich eine gewisse Abdichtung gewährleistet werden, um den über das Druckbegrenzungsventil geführten Brennstoff zu der Lagerfläche an dem Rollenschuh zu führen. Dadurch ist eine zuverlässige Schmierung der Rolle trotz der gewährleisteten Beweglichkeit möglich. Vorteilhaft ist es auch, dass an dem Lagerelement des Pumpenkolbens eine Gleitschicht vorgesehen ist. Solch eine Gleitschicht kann in vorteilhafter Weise eine auf Kohlenstoff basierende Gleitschicht sein. Dadurch kann die Beweglichkeit zwischen dem

Pumpenkolben und dem Rollenschuh verbessert werden. Dies ist insbesondere bei schlechter schmierenden Brennstoffen, die über das Druckbegrenzungsventil geführt werden, von Vorteil. Hierdurch kann auch unabhängig von der momentanen Qualität des getankten Brennstoffs ein Verschleiß zwischen dem Pumpenkolben und dem Rollenschuh verhindert werden. Entsprechend ist es vorteilhaft, dass an der Vertiefung des

Rollenschuhs eine Gleitschicht vorgesehen ist. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu einer Gleitschicht an dem Pumpenkolben als Maßnahme realisiert werden. Speziell ist es vorteilhaft, dass an der Vertiefung des Rollenschuhs eine auf Kohlenstoff basierende Gleitschicht vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es, dass zwischen dem Lagerelement des Pumpenkolbens und der Vertiefung des Rollenschuhs ein Dichtsitz gebildet ist und/oder dass das Lagerelement des

Pumpenkolbens als teilkugelförmiges Lagerelement ausgestaltet ist und/oder dass die Vertiefung des Rollenschuhs als kegelstumpfförmige Vertiefung ausgestaltet ist. Somit kann eine vorteilhafte Kupplung zwischen dem Pumpenkolben und dem Rollenschuh erzielt werden, bei der ein Lösen der Verbindung durch eine Selbstzentrierung verhindert ist. Dadurch kann über die Lebensdauer eine zuverlässige Positionierung zwischen dem Pumpenkolben und dem Rollenschuh gewährleistet werden. Außerdem kann hierbei in vorteilhafter Weise eine Stößelfeder der Pumpenbaugruppe den Pumpenkolben gegen den Rollenschuh beaufschlagen.

Vorteilhaft ist es, dass das Druckbegrenzungsventil einen Ventilschließkörper und ein Federelement aufweist, die in einem innerhalb des Pumpenkolbens ausgestalteten

Ventilraums angeordnet sind, und dass das Federelement den Ventilschließkörper gegen den Druck im Pumpenarbeitsraum beaufschlagt. Somit ist eine robuste Ausgestaltung des Druckbegrenzungsventils möglich.

Somit kann das Druckbegrenzungsventil in den Pumpenkolben der Pumpenbaugruppe integriert werden. Das Druckbegrenzungsventil kann hierbei mit dem Triebwerksraum der Hochdruckpumpe direkt durch die als Verbindungsbohrung dienende Durchgangsbohrung des Rollenschuhs und des Ausgangskanals des Pumpenkolbens verbunden sein. Im

Betrieb ist das Druckbegrenzungsventil unter gewöhnlichen Bedingungen geschlossen. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum einen gewissen Grenzwert überschreitet, dann öffnet das Druckbegrenzungsventil und eine Absteuermenge wird über das

Druckbegrenzungsventil und den Ausgangskanal des Pumpenkolbens in den

Triebwerksraum abgeführt. Das Druckbegrenzungsventil kann hierbei als federbelastetes Druckbegrenzungsventil ausgeführt werden, welches durch Verschieben einer Kugel oder eines Kolbens gegen die Federkraft des Federelements öffnet. Der Ventilschließkörper kann allerdings auch auf andere Weise ausgestaltet sein. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hochdruckpumpe in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 eine Hochdruckpumpe in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen

Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 für eine

Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 und einen Zylinderkopf 3 auf. Der Zylinderkopf 3 weist einen Ansatz 4 auf, der in eine Bohrung 5 des Gehäuses 2 eingebracht ist. In dem

Gehäuse 2 ist außerdem eine Antriebswelle gelagert, die einen Nocken 7 aufweist.

Der Begriff des Nockens 7 ist hierbei allgemein zu verstehen. Bei dem Nocken 7 kann es sich um einen Einfach- oder Mehrfachnocken 7 handeln. Ferner kann der Nocken 7 auch als exzentrischer Abschnitt der Antriebswelle 6 ausgestaltet sein.

Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Pumpenbaugruppe 8 auf, wobei eine Achse 9 der Pumpenbaugruppe 8 senkrecht zu einer Drehachse 10 der Antriebswelle 6 orientiert ist. Der Ansatz 4 des Zylinderkopf 3 weist eine Zylinderbohrung 11 auf, wobei die Achse 9 der Pumpenbaugruppe 8 mit der Achse 9 der Zylinderbohrung 1 1 übereinstimmt. In der

Zylinderbohrung 11 ist ein Pumpenkolben 12 der Pumpenbaugruppe 8 entlang der Achse 9 geführt. Die Pumpenbaugruppe 8 weist außerdem einen Rollenschuh 13, an dem eine Lagerfläche 14 ausgebildet ist, und eine Rolle 15 auf, die an der Lagerfläche 14 des Rollenschuhs 13 gelagert ist. Die Rolle 15 liegt außerdem an einer Lauffläche 16 des Nockens 7 an. Die Pumpenbaugruppe 8 weist ein Druckbegrenzungsventil 20 auf. Das

Druckbegrenzungsventil 20 ist in die Pumpenbaugruppe 8 integriert. In diesem

Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 20 in den Pumpenkolben 12 der Pumpenbaugruppe 8 integriert. Der Pumpenkolben 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Führungsteil 21 , ein Einsatzteil 22 und ein Lagerteil 23 auf. Das Einsatzteil 22 ist in das Führungsteil 21 eingesetzt und mit dem Führungsteil 21 verbunden. Das Lagerteil 23 ist mit einem rohrförmigen Abschnitt 24 in eine Zylinderbohrung 25 des Führungsteils 21 eingesetzt und mit dem Führungsteil 21 verbunden. Ferner weist das Lagerteil 23 eine Stützfläche 26 auf, die radial zu der Achse 9 über eine Außenseite 27 des Führungsteils 21 ragt. Zwischen einer Stirnseite 28 des Ansatzes 4 des Zylinderkopfs 3 und der Stützfläche 26 des

Lagerteils 23 ist eine Kolbenfeder 29 angeordnet, die den Pumpenkolben 12 mit seinem Lagerteil 23 gegen den Rollenschuh 13 beaufschlagt. Der Pumpenkolben 12 ist mit seinem Führungsteil 21 in der Zylinderbohrung 11 geführt. Ferner weist der Rollenschuh 13 an einer dem Pumpenkolben 12 zugewandten Seite 30, die von der Lagerfläche 14 abgewandt ist, eine Vertiefung 31 auf. Die Vertiefung 31 ist bezüglich der Achse 9 als kegelstumpfförmige Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 ausgestaltet. Das Lagerteil 23 weist ein Lagerelement 32 auf, das teilweise in der

Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 angeordnet ist. Durch das Zusammenwirken zwischen dem Lagerelement 32 und der Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 sind der Pumpenkolben 12 und der Rollenschuh 13 zueinander positioniert, wobei eine gewisse Beweglichkeit, insbesondere ein Verkippen, des Rollenschuhs 13 relativ zu der Achse 9 ermöglicht ist. Das Lagerelement 32 ist als teilkugelförmiges Lagerelement ausgestaltet.

In diesem Ausführungsbeispiel ist an dem Lagerelement 32 des Pumpenkolbens 12 eine Gleitschicht 33 vorgesehen, die auf Kohlenstoff basiert. Hierdurch wird eine Reibung zwischen dem Lagerelement 32 und der Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 verringert. Ferner ist zwischen dem Lagerelement 32 und der Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 ein Dichtsitz 34 im Bereich der Gleitschicht 33 gebildet.

Eine Stirnseite 40 des Pumpenkolbens 12, die an dem Einsatzteil 22 ausgebildet ist, begrenzt in der Zylinderbohrung 11 einen Pumpenarbeitsraum 41. Im Betrieb kann über ein Saugventil 42 Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum 41 geführt werden. Ferner ist ein Auslassventil 43 vorgesehen, über das der unter hohem Druck stehende Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 41 beispielsweise zu einem Common-Rail geführt werden kann. In der Zylinderbohrung 25 des Führungsteils 21 des Pumpenkolbens 12 ist ein Ventilraum

44 des Druckbegrenzungsventils 20 ausgestaltet. In dem Ventilraum 44 sind ein als Kugel

45 ausgestalteter Ventilschließkörper 45 und eine Ventilfeder 46 des

Druckbegrenzungsventils 20 angeordnet. Die Ventilfeder 46 stützt sich hierbei an dem rohrförmigen Abschnitt 24 des Lagerteils 23 ab. In dem Einsatzteil 22 des Pumpenkolbens 12 ist ein Eingangskanal 47 ausgestaltet, der zu dem Druckbegrenzungsventil 20 führt. Hierbei mündet der Eingangskanal 47 einerseits an der Stirnseite 40 des Pumpenkolbens 12 in den Pumpenarbeitsraum 41 und andererseits in den Ventilraum 44, wobei die

Verbindung zwischen dem Eingangskanal 47 und dem Ventilraum 44 über den

Ventilschließkörper 45 gesteuert ist. Die Ventilfeder 46 gibt hierbei den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 20 vor.

Wenn der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 20 erreicht ist, dann wird Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 41 in den Ventilraum 44 abgesteuert. Die abgesteuerte Brennstoffmenge gelangt über einen Ausgangskanal 48, der abschnittsweise in dem rohrförmigen Abschnitt 24 und abschnittsweise in dem Lagerelement 32 auf der Achse 9 ausgebildet ist, in die Vertiefung 31. Aus der Vertiefung 31 gelangt der Brennstoff weiter über eine in dem Rollenschuh 13 ausgestaltete Durchgangsbohrung 49 an die Lagerfläche 14 zwischen dem Rollenschuh 13 und der Rolle 15. Hierdurch ist eine Schmierung der Rolle 15 gewährleistet. Hierdurch ist auch Schmierung der Rolle 15 bezüglich der

Lauffläche 16 ermöglicht.

Somit führt der Ausgangskanal 48, der in dem Pumpenkolben 12 ausgestaltet ist, einerseits zu dem Druckbegrenzungsventil 20 und andererseits mittels der Durchgangsbohrung 49 des Rollenschuh 13 zu dem als Rolle 15 ausgestalteten Antriebselement 15 der

Pumpenbaugruppe 8, das mit dem Nocken 7 der Antriebswelle 6 zusammen wirkt. Die

Durchgangsbohrung 49 des Rollenschuhs 13 mündet hierbei einerseits in die Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 und andererseits an der Lagerfläche 14 in den Lagerbereich der Rolle 15. Im gewöhnlichen Betrieb wird der Ventilschließkörper 45 des Druckbegrenzungsventils 20 so gegen den Druck im Pumpenarbeitsraum beaufschlagt, dass das

Druckbegrenzungsventil 20 geschlossen ist. Wenn allerdings der Druck im

Pumpenarbeitsraum 41 den Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 20 übersteigt, weil beispielsweise die von dem Common-Rail abgenommene Brennstoffmenge kleiner als die geförderte Brennstoffmenge ist, dann kann eine Absteuerung in einen Triebwerksraum 50 innerhalb des Gehäuses 2 der Hochdruckpumpe 1 erfolgen. Somit kann eine direkte Verbindungsleitung vom Druckbegrenzungsventil zu einem Tank oder eine Niederdruckkreislaufleitung entfallen. Ferner ist kein Anschluss am Common-Rail für ein Druckbegrenzungsventil erforderlich. Ferner vereinfacht sich die Ausgestaltung einer Brennstoffeinspritzanlage mit der Hochdruckpumpe 1 , da keine Leitung zwischen dem Common-Rail und dem Tank oder einem Rücklauf erforderlich ist. Ferner ist die durch das Druckbegrenzungsventil 20 gewährleistete Schutzfunktion für das Triebwerk der

Hochdruckpumpe 1 , dass die Antriebswelle 6 mit dem Nocken 7, die Rolle 15 und den Rollenschuh 13 umfasst, sowie für die Pumpenbaugruppe 8 verbessert. Denn durch das Druckbegrenzungsventil 20 werden zusätzliche Fehlfunktionen, beispielsweise ein

Verschluss im Bereich des Auslassventils 42, abgefangen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass insbesondere im Volllastbetrieb Drucküberschwinger im Pumpenarbeitsraum 41 innerhalb des Zylinderkopfs 3 durch das

Druckbegrenzungsventil 20 gedämpft werden können, wenn das Druckbegrenzungsventil 20 entsprechend abgestimmt ist. Außerdem können die Bauteile des

Druckbegrenzungsventils 20 über den Brennstoff im Triebwerksraum 50 der

Hochdruckpumpe 1 gekühlt werden. Ferner wird die Anzahl der benötigten Dichtstellen nach außen reduziert, da das Druckbegrenzungsventil 20 innerhalb des Gehäuses 2 der Hochdruckpumpe 1 angeordnet ist. Entsprechend werden auch erforderliche

Anschlussstellen reduziert und somit die Montage der Brennstoffeinspritzanlage

vereinfacht.

Fig. 2 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen

Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem

Ausführungsbeispiel ist an der Vertiefung 31 des Rollenschuhs 13 eine Gleitschicht 55 vorgesehen, die auf einem Kohlenstoff basiert. Durch die Gleitschicht 55 kann in

Abhängigkeit von der Qualität des Brennstoffs, insbesondere einer Schmierfähigkeit des Brennstoffs, das Reibverhalten zwischen dem Lagerelement 32 und dem Rollenschuh 13 verbessert werden. Die Lagerung des Pumpenkolbens 12 mit seinem teilkugelförmigen Lagerelement 32 an dem Rollenschuh 13 kann dadurch verbessert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.