Kolben-Kraftstoffpumpe Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Kraftstoffpumpe nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1. Vom Markt bekannt sind Kraftstoffsysteme von Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer mechanisch angetriebenen Kolben- Kraftstoffpumpe unter hohem Druck in ein Kraftstoffrail gefördert wird. Hierzu verfügt die Kolben-Kraftstoffpumpe über mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil. Das Auslassventil ist als federbeaufschlagtes Rückschlagventil ausgeführt, meist mit einem kugelförmigen Ventilelement.

Offenbarung der Erfindung

Das der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch eine

Kraftstoff-Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen genannt. Weitere für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung. Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Kolbenpumpe hat den Vorteil, dass ihre Herstellung vereinfacht und hierdurch die Herstellkosten gesenkt werden können, weil das Führungselement ohne zusätzliche Fügemaßnahmen sicher im Pumpengehäuse gehalten wird. Durch das Führungselement wird ferner die Zuverlässigkeit im Betrieb der Kolben-Kraftstoffpumpe erhöht, da ein Verkanten verhindert und dichtes Schließen gewährleistet werden. Die Führung des Ventilelements durch das Führungselement verringert außerdem den Verschleiß. Die Führung des Ventilelements sorgt auch für einen zeitlich verkürzten Schließvorgang, was den Wirkungsgrad der Kolben- Kraftstoffpumpe erhöht.

Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungselement einen Führungsabschnitt zur Führung des Ventilelements und einen Halterungsabschnitt zur Halterung in der Öffnung des Pumpengehäuses aufweist, wobei der Führungsabschnitt und der Halterungsabschnitt axial an unterschiedlichen Stellen des Führungselements angeordnet sind. Die Funktion "Führung" wird somit von der Funktion "Halterung" räumlich getrennt. Hierdurch bleibt die Qualität der Funktion "Führung" erhalten, auch wenn im Bereich "Halterung" auf Grund des radialen Einpressens radiale

Verformungen entstehen.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das Führungselement in einen Haltering eingepresst ist, der wiederum in das Pumpengehäuse eingepresst ist, wobei der Haltering vorzugsweise Kraftstoff-Durchlassöffnungen aufweist. Letztere können als axial verlaufende Kanäle oder als Zwischenräume zwischen sich nach radial außen erstreckenden flügel- oder lamellenartigen Befestigungsabschnitten ausgebildet sein. Das Führungselement kann somit sehr einfach aufgebaut werden, was seine

Herstellkosten senkt, da die Kraftstoffdurchleitungsfunktion von dem separaten Haltering wahrgenommen wird.

Vorgeschlagen wird auch, dass das Führungselement einen Hubanschlag aufweist, welcher den Öffnungshub des Ventilelements auf ein vorgegebenes Maß begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass der Schließimpuls des Ventilelements auf den Ventilsitz reduziert wird, indem der Flugweg des Ventilelements durch den Hubanschlag verringert wird. Die vorhandenen Beschleunigungen wirken daher nur noch auf einem begrenzten Weg, was zu einer geringeren Schließgeschwindigkeit des Ventilelements führt. Dies verringert die schädigenden Wirkungen beim Schließen, insbesondere den durch den Schließaufprall sowohl am Ventilelement als auch am Ventilsitz erzeugten Verschleiß. Außerdem sorgt der reduzierte Flugweg für einen zeitlich verkürzten

Schließvorgang, was den Wirkungsgrad der Kolben-Kraftstoffpumpe erhöht. Darüber hinaus führt die geringere Schließgeschwindigkeit zu einer geringeren

Aufprallgeschwindigkeit des Ventilelements am Ventilsitz, was zu einer

Geräuschverminderung im Betrieb der Kolben-Kraftstoffpumpe führt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolben- Kraftstoffpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass das Führungselement koaxial zum und radial außerhalb vom Ventilelement angeordnet ist und einen nach radial einwärts gerichteten Absatz aufweist, der den Hubanschlag bildet. Ein solches

Führungselement ist einfach herzustellen, und der nach radial einwärts gerichtete Hubanschlag kann beispielsweise durch einen ringförmigen Absatz ausgebildet sein, an dem das Ventilelement weitestgehend flächig in Anlage kommt, wodurch die Belastungen auf das Ventilelement gering gehalten werden. Darüber hinaus behindert ein solches Führungselement die Unterbringung der Ventilfeder nicht.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Führungselement mindestens abschnittsweise einen kleineren Innendurchmesser als das Ventilelement aufweist und koaxial zum Ventilelement angeordnet ist, und dass das zum Ventilelement hin weisende Ende des Führungsabschnitts den Hubanschlag bildet, oder dass es einen nach radial auswärts gerichteten Absatz aufweist, der den Hubanschlag bildet. Auch dies ist einfach zu fertigen und zu montieren und hat darüber hinaus noch den Vorteil der geringeren radialen Abmessungen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn auch eine Ventilfeder durch das

Führungselement geführt wird. Damit erfüllt das Führungselement nicht nur eine, sondern zwei oder gegebenenfalls sogar drei Aufgaben. Durch die Integration der verschiedenen Funktionen werden Bauteile und somit Fertigungs- und Montagekosten gespart. Diese Integration unterschiedlicher Funktionen in das besagte Führungselement kann nochmals erweitert werden, wenn es einen Stützabschnitt aufweist, an dem sich das vom Ventilelement entgegengesetzte Ende der Ventilfeder abstützt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ventilfeder eine spiralig oder sternartig geformte Flachmembranfeder ist, die an dem Führungselement oder direkt am Pumpengehäuse befestigt ist. Hierdurch kann die axial Bauhöhe des Auslassventils reduziert werden.

Bei dem Führungselement kann es sich um ein Sinter- oder ein MIM-Teil handeln. Ein derartiges Teil hat eine erhebliche mechanische Robustheit und somit einen auch auf Dauer nur sehr geringen Verschleiß. Schließlich wird auch noch vorgeschlagen, dass das Ventilelement topfformige Gestalt hat. Die umlaufende Wand eines solchen Ventilelements eignet sich besonders gut als Führungswand im Zusammenspiel mit dem oben erwähnten Führungselement.

Dennoch hat ein solches Ventilelement eine vergleichsweise geringe Masse und somit eine gute Dynamik, was wiederum dem Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kolben- Kraftstoffpumpe zu Gute kommt.

Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer

Brennkraftmaschine mit einer Kolben-Kraftstoffpumpe, die wiederum ein Auslassventil aufweist; Figur 2 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1 ;

Figur 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1 ;

Figur 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1 ;

Figur 5 einen Draufsicht auf das Auslassventil von Figur 4;

Figur 6 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1 ;

Figur 7 einen Draufsicht auf das Auslassventil von Figur 6;

Figur 8 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1 ;

Figur 9 einen Draufsicht auf das Auslassventil von Figur 8; Figur 10 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform des Auslassventils von Figur 1 ; und

Figur 1 1 einen Draufsicht auf das Auslassventil von Figur 10.

Ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine trägt in Figur 1 insgesamt das

Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 16 fördert. Diese führt zu einer durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Hochdruckpumpe in Form einer Kolben-Kraftstoffpumpe 18. Von dieser führt eine Hochdruckleitung 20 zu einem Kraftstoffrail 22. An dieses sind mehrere Injektoren 24 angeschlossen, die den

Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume (nicht dargestellt) einspritzen.

Die Kolben-Kraftstoffpumpe 18 umfasst ein nur bereichsweise angedeutetes

Pumpengehäuse 26, in dem ein Pumpenkolben 28 geführt ist. Dieser kann von einem nicht dargestellten Antrieb in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden, was durch einen Doppelpfeil 30 angedeutet ist. Der Pumpenkolben 28 und das Pumpengehäuse 26 begrenzen einen Förderraum 32. Dieser ist über ein Einlassventil 34 mit der Niederdruckleitung 16 verbunden. Ferner ist der Förderraum 32 über einen

Hochdruckkanal 36 mit einem Auslassventil 38 verbunden, welches auslassseitig wiederum mit der Hochdruckleitung 20 verbunden ist. Sowohl das Einlassventil 34 als auch das Auslassventil 38 sind als federbeaufschlagte Rückschlagventile ausgeführt. Nicht dargestellt, aber möglich ist dabei eine Ausführung des Einlassventils als Mengensteuerventil. Bei einem solchen kann das Einlassventil 34 während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 28 zwangsweise geöffnet werden, so dass der Kraftstoff nicht in das Kraftstoffrail 22, sondern zurück in die

Niederdruckleitung 16 gefördert wird. Hierdurch kann die von der Kolben- Kraftstoffpumpe 18 in das Kraftstoffrail 22 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden.

Die Ausgestaltung des Auslassventils 38 ist vorliegend von besonderer Bedeutung. Auf dieses wird daher nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 2 stärker im Detail eingegangen: Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Auslassventils 38 im Schnitt. In Figur 2 ganz links ist eine ringförmige Gegenplatte 40 in im Pumpengehäuse 26 vorhandene stufenförmige Öffnung 41 eingepresst, wobei die Gegenplatte 40 auf ihrer in Figur 2 rechten Stirnseite einen sich axial erstreckenden kragenartigen Abschnitt aufweist, der einen Ventilsitz 42 bildet. Dieser arbeitet mit einem topfförmigen Ventilelement 44 zusammen. Die Gegenplatte 40 ist ringförmig mit einem Innenkanal 43. Das topfförmige Ventilelement 44 umfasst einen Boden 46 und eine umlaufende

Führungswand 48. Die Öffnung 41 ist Teil des Hochdruckkanals 36.

Das Auslassventil 38 umfasst ferner ein zylindrisches Führungselement in Form einer vorliegend stufigen Hülse 50. Dieses weist einen in Figur 2 linken ersten Abschnitt 52 ("Führungsabschnitt") und einen in Figur 2 rechten zweiten Abschnitt 54

("Halterungsabschnitt") auf. Der erste Abschnitt 52 hat einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 54. Beide Abschnitte 52 und 54 sind durch einen sich radial erstreckenden Verbindungsabschnitt 56 miteinander verbunden. Das Führungselement 50 ist vorliegend als Blechteil durch Tiefziehen hergestellt. Der Innendurchmesser des ersten Abschnitts 52 ist ganz leicht größer als der Außendurchmesser der

Führungswand 48 des Ventilelements 44. Auf diese Weise ist das Ventilelement 44 gleitend im ersten Abschnitt 52 des Führungselements 50 in axialer Richtung beweglich, jedoch in radialer Richtung fest geführt. In einer Richtung vom Ventilsitz 42 weg bildet dabei die dem Ventilelement 44 zugewandte Stirnfläche des

Verbindungsabschnitts 56 einen Hubanschlag 58 für das Ventilelement 44

beziehungsweise den abragenden Rand von dessen Führungswand 48.

An ihrem in Figur 2 rechten Ende weist das Führungselement 50 einen nach radial einwärts gerichteten Steg 60 auf, dessen innerer Rand eine Öffnung 62 begrenzt. Zwischen dem Steg 60 des Führungselements 50 und dem Ventilelement 44 ist eine schraubenförmige Ventilfeder 64 verspannt. Der nach innen gerichtete Steg 60 bildet insoweit einen Stützabschnitt für das vom Ventilelement 44 entgegengesetzte Ende der Ventilfeder 64. Der Außendurchmesser der Ventilfeder 64 und der

Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 54 des Führungselements 50 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Ventilfeder 64 in dem zweiten Abschnitt 54 des Führungselements 50 radial geführt ist. Das Auslassventil 38 umfasst ferner einen Haltering 66, der mit seiner Außenwand 68 in die Öffnung 41 im Pumpengehäuse 26 eingepresst ist. In die Innenöffnung 70 des Halterings 66 ist wiederum der zweite Abschnitt 54 des Führungselements 50 eingepresst. Dabei liegt der Verbindungsabschnitt 56 mit seiner in Figur 2 nach rechts weisenden Seite an der in Figur 2 nach links weisenden Seite des Halterings 66 an. Das Führungselement 50 kann insoweit mit sehr geringer Pressung im Haltering 66 verpresst sein, gegebenenfalls auch einfach lose in den Haltering 66 eingesetzt sein, ohne dass dies die Funktionsfähigkeit des Auslassventils 38 beeinflussen würde. In dem Haltering 66 sind mehrere kanalartige Kraftstoffdurchlassöffnungen 71 vorhanden.

Im Betrieb der Kolben-Kraftstoffpumpe 18 hebt das Ventilelement 44 vom Ventilsitz 42 ab, wenn der Druck im Förderraum 32 während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 28 einen entsprechenden Öffnungswert erreicht. Der Hub des Ventilelements 44 wird jedoch durch den Hubanschlag 58 auf ein vorgegebenes Maß H begrenzt, welches dem Abstand zwischen dem Hubanschlag 58 und dem abragenden Rand der

Führungswand 48 des Ventilelements 44 bei geschlossenem Auslassventil 38 entspricht. Bei geöffnetem Auslassventil 38 strömt der Kraftstoff durch den Innenkanal 43 in der Gegenplatte 40, durch den Spalt zwischen Ventilsitz 42 und Boden 46 des Ventilelements 44, den Ringraum zwischen erstem Abschnitt 52 des

Führungselements 50 und der Innenwand der Öffnung 41 im Pumpengehäuse 26, die Kraftstoff-Durchlassöffnungen 71 schließlich in die Hochdruckleitung 20.

In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform eines Auslassventils 38 gezeigt. Dabei tragen hier wie nachfolgend solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen des Auslassventils von Figur 2 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie werden nachfolgend nicht nochmals erläutert.

Das Auslassventil 38 der Figur 3 unterscheidet sich von jenem der Figur 2

hauptsächlich durch die Ausgestaltung des Führungselements 50 und dessen

Halterung: In Figur 3 ist das Führungselement 50 als Sinter- oder MIM-Teil hergestellt. Radial außen hat das Führungselement 50 einen konstanten Durchmesser. Im Inneren weist es einen ersten ringförmigen Absatz auf, welcher den Hubanschlag 58 bildet, sowie einen zweiten Absatz, der den Stützabschnitt 60 für die Ventilfeder 64 bildet. Das Führungselement 50 ist durch sich nach radial außen erstreckende Flügel- oder Lamellenabschnitte 72 im Pumpengehäuse 26 verpresst, zwischen denen

Zwischenräume vorhanden sind, welche die Kraftstoff-Durchlassöffnungen 71 bilden. Bei den Ausführungsformen der Figuren 4 bis 1 1 ist das Ventilelement 44 nicht topfsondern umgekehrt pilzförmig mit einer Ventilplatte 46 und einem "Stiel" 48. Ferner weist das zylindrische Führungselement 50 einen kleineren Innendurchmesser als das Ventilelement 44 auf, ist jedoch wie zuvor koaxial zum Ventilelement 44 angeordnet. Das zum Ventilelement 44 hin weisende Ende des Führungselements 50 bildet den Hubanschlag 58. Das Führungselement 50 ist mittels mehrerer radial abragender Flügel 72 im Pumpengehäuse 26 gehalten, zwischen denen Durchlassöffnungen 71 für den Kraftstoff vorhanden sind. Schließlich handelt es sich bei der Ventilfeder 64 um eine Flachmembranfeder, die an der Oberseite des Führungselements 50 befestigt ist.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 4 bis 7 ist die Flachmembranfeder 64 mit einem spiralig nach innen gewickelten Federarm 74 ausgeführt, an dessen Ende der Stiel 48 des Ventilelements 44 anliegt (Figuren 6 und 7), oder in dessen Ende das durchmesserkleineres Ende des Stiels 48 des Ventilelements 44 eingepasst ist (Figuren 4 und 5).

Bei den Ausführungsformen der Figuren 8 bis 1 1 ist die Flachmembranfeder 64 rosettenartig ausgebildet mit einer Mehrzahl von radial sternförmig verlaufenden Federarmen 74, die in einem Zentrum 76 gehalten sind, an dem das Ende des Stiels 48 des Ventilelements 44 anliegt. Die Flachmembranfeder 64 der Figuren 10 und 1 1 weist darüber hinaus einen Zwischenring 78 auf.