Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe.

Vorzugsweise wird eine derartige Hochdruckpumpe als Förderpumpe zur Förderung von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt.

Speichereinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen FIu- iddruck bereitstellen können. Die Hochdruckpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen. Insbesondere müssen von derartigen Hochdruckpumpen große Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden sowohl hohe Anforderungen an die Materialien, aus denen die Komponenten der Hochdruckpumpe bestehen, als auch an die Konstruktion der Hochdruckpumpe gestellt.

Da Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu 2000 bar oder mehr ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglicht und dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegt. Zugleich soll die Hochdruckpumpe kostengünstig herstellbar sein. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einer drehbaren Antriebswelle, einer von der Antriebswelle antreibbaren Pumpeneinheit, die ein Zylindergehäuse mit einer Fluideintrittskammer und einer mit der Fluideintrittskammer hydraulisch koppelbaren Hoch- druckkammer aufweist, in der ein axial bewegbarer, mit der

Antriebswelle in Wirkverbindung stehender Hochdruckkolben angeordnet ist und die mit Hochdruck beaufschlagbar ist, und einem Volumenstromsteuerventil, das ausgebildet ist zum Einstellen des Fluidzuflusses in die Hochdruckpumpe, wobei das Volumenstromsteuerventil wenigstens teilweise in der Fluideintrittskammer angeordnet ist.

Der Begriff Fluid ist hier in seinem weiteren Sinne zu verstehen, das Fluid kann also sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein.

Eine derartige Hochdruckpumpe hat den Vorteil, dass eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Volumenstromregelventil und der Fluideintrittskammer der Hochdruckpumpe mög- lieh ist. Damit ist keine Verbindungsleitung zwischen dem Volumenstromregelventil und der Fluideintrittskammer der Hochdruckpumpe erforderlich. Es lässt sich insbesondere ein kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe mit integriertem Volumenstromregelventil realisieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Fluideintrittskammer in einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Abschnitt des Zylindergehäuses angeordnet, und der hohlzylinderförmige Abschnitt weist eine Außenwand auf. Dies ermög- licht eine einfache Anordnung des Volumenstromregelventils in der Fluideintrittskammer der Hochdruckpumpe. Damit ist ein einfaches Fertigungskonzept für die Hochdruckpumpe möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Hochdruckpumpe einen Anschlussstutzen mit einem inneren Fluidka- nal zum Zuführen von Fluid auf. Der Anschlussstutzen hat einen hohlzylinderförmigen Grundkörper mit einer Innenwand, die fluiddicht an der Außenwand des hohlzylinderförmigen Ab- Schnitts anliegt, und in dem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Zylindergehäuses ist eine Fluiddurchtrittsöffnung ausgebildet, mittels der der Fluidkanal hydraulisch mit der Fluideintrittskammer gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass nur ein einziger gemeinsamer Fluidanschluss zum Zuführen von Fluid zu der Hochdruckpumpe und dem Volumenstromregelventil erforderlich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem hohlzylinderförmigen Grundkörper im Bereich der Innenwand eine Ringnut ausgebildet, und der Anschlussstutzen ist derart an dem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Zylindergehäuses angeordnet, dass die Fluiddurchtrittsöffnung hydraulisch mit der Ringnut gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Anschlussstutzen in einem beliebigen Azimuthwinkel gegenüber dem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Zylindergehäuses ausgerichtet sein kann.

Besonders bevorzugt ist, wenn der Anschlussstutzen mittels einer Schnappverbindung mechanisch mit dem hohlzylinderförmi- gen Abschnitt des Zylindergehäuses gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache, rasche und sichere Kopplung zwischen dem Anschlussstutzen und dem hohlzylinderförmigen Abschnitt des Zylindergehäuses möglich ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Anschlussstutzen aus einem Material gebildet, das einen Kunststoff aufweist. Damit ist eine einfache und kostengünstige Ausführung des Anschlussstutzens möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Zylindergehäuse stromaufwärts der Hochdruckkammer und stromabwärts des Volumenstromsteuerventils ein Einlassventil angeordnet, und das Einlassventil ist teilweise innerhalb des Vo- lumenstromsteuerventils angeordnet. Damit ist ein sehr kompakter Aufbau der Einheit aus Hochdruckpumpe mit integriertem Volumenstromregelventil möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe in ei- nem Längsschnitt, und

Figur 2 eine schematische Ansicht der Hochdruckpumpe in einem Querschnitt entlang der Linie II-II' der Figur 1.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Hochdruckpumpe 10 mit einer Pumpeneinheit 12. Die Hochdruckpumpe 10 kann insbesondere zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei einem Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden . Die Hochdruckpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 16 auf, die mit einem Nockenring mit Nocken 18 in Wirkverbindung steht und um eine Drehachse D drehbar ist. In diesem Fall kann die Anzahl der Förder- und Kompressionshübe über die An- zahl der Nocken 18 vorgegeben werden. Die Anzahl der Förder- beziehungsweise Kompressionshübe entspricht dabei der Anzahl der Nocken. Anstelle des Nockenrings mit den Nocken 18 können auch ein Exzenterring und Gleitschuhe in Verbindung mit der Antriebswelle 16 zum Einsatz kommen. Ebenso können anstelle des Nockenrings mit den Nocken 18 auch ein kreisförmiger Ring und ein Pilzkolben in Verbindung mit der Antriebswelle 16 eingesetzt werden. Alternativ kann die Hochdruckpumpe 10 auch als Kurbeltriebpumpe ausgeführt sein.

Die Pumpeneinheit 12 besteht im Wesentlichen aus einem Zylindergehäuse 14 mit einer Längsachse L, einem Hochdruckkolben 20, einer in dem Zylindergehäuse 14 angeordneten Hochdruckkammer 21, einer Feder 26 und einer Stößelbaugruppe 28.

Das Zylindergehäuse 14, der Hochdruckkolben 20, die Hochdruckkammer 21 und die Feder 26 sind zueinander koaxial angeordnet. Das Zylindergehäuse 14 ist aus einem Metall, vorzugsweise einem Stahl gebildet.

Der Hochdruckkolben 20 ist axial bewegbar in der Hochdruckkammer 21 gelagert und steht mit der Antriebswelle 16 und den Nocken 18 in Wirkverbindung. Der Hochdruckkolben 20 wird mittels der Feder 26, die vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich vorzugsweise am Zylindergehäuse 14 und am Hochdruckkolben 20 abstützt, in ständiger Anlage an die Nocken 18 gehalten. Damit kann ein Abheben und Wiederauf- treffen des Hochdruckkolbens 20 auf die Nocken 18 vermieden werden, was zu Beschädigungen sowohl der Nocken 18 als auch des Hochdruckkolbens 20 führen könnte. Um die Hochdruckkammer 21 mit Fluid befüllen zu können, weist das Zylindergehäuse 14 eine Hochdruckkammerzulaufleitung 22 auf, in der vorzugsweise ein Einlassventil 23 angeordnet ist. Das Einlassventil 23 erleichtert die Befüllung der Hochdruckkammer 21 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Hochdruckkammerzulaufleitung 22. Das Zylindergehäuse 14 weist weiter eine Hochdruckkammerablaufleitung 24 und ein in dieser angeordnetes Auslassventil 25 auf. Über die Hochdruckkammerablaufleitung 24, das Auslassventil 25 und einen Hochdruckstutzen 29 kann das Fluid aus der Hochdruckkammer 21 in einer Strömungsrichtung F des Fluids in Richtung zu einem nicht dargestellten Fluidspeicher ausgestoßen werden.

Während eines Saughubs, das heißt einer bezüglich der Figur 1 abwärts gerichteten Bewegung des Hochdruckkolbens 20, wird Fluid, insbesondere Kraftstoff aus der Hochdruckkammerzulaufleitung 22 über das Einlassventil 23 in die Hochdruckkammer 21 gefördert, wobei das Auslassventil 25 geschlossen ist. Während eines Pumphubs, das heißt einer bezüglich der Figur 1 aufwärts gerichteten Bewegung des Hochdruckkolbens 20, wird der in der Hochdruckkammer 21 befindliche Kraftstoff komprimiert beziehungsweise über das Auslassventil 25 unter hohem Druck abgegeben, wobei das Einlassventil 23 geschlossen ist.

In dem Zylindergehäuse 14 ist eine Fluideintrittskammer 30 angeordnet, die über das Einlassventil 23 hydraulisch mit der Hochdruckkammer 21 gekoppelt ist. Die Fluideintrittskammer 30 ist derart in dem Zylindergehäuse 14 angeordnet, dass ein hohlzylinderförmiger Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 ausgebildet ist. Der hohlzylinderförmige Abschnitt 32 weist eine Außenwand 34 aus. In dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 sind eine oder mehrere Fluid- durchtrittsöffnungen 36 ausgebildet, die sich, bezogen auf die Längsachse L des Zylindergehäuses 14, in radialer Richtung erstrecken. In der Fluideintrittskammer 30 ist ein Volumenstromsteuerventil 40 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Volumenstromsteuerventil 40 lediglich teilweise in der Fluideintrittskammer 30 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen kann das Volumenstromsteuerventil 40 auch vollständig in der Fluideintrittskammer 30 angeordnet sein .

Das Volumenstromsteuerventil 40 dient dazu, den Fluidfluss in die Hochdruckpumpe 10 einzustellen. Das Volumenstromsteuerventil 40 hat eine Ventilzulaufleitung 42 und eine Ventilablaufleitung 44. Zentral in dem Volumenstromsteuerventil 40 ist ein Ventilstößel 46 ausgebildet. Abhängig von der axialen Stellung des Ventilstößels 46 kann ein Fluidfluss von der

Ventilzulaufleitung 42 zu der Ventilablaufleitung 44 ermöglicht sein oder dieser unterbunden werden.

Das Volumenstromsteuerventil 40 ist mittels einer Verschrau- bung 48 fest in dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen kann das Volumenstromsteuerventil 40 anstelle der Verschrau- bung 48 auch eine Rastverbindung aufweisen, um das Volumenstromsteuerventil 40 fest in dem hohlzylinderförmigen Ab- schnitt 32 des Zylindergehäuses 14 zu befestigen. Des Weiteren können zusätzlich oder alternativ Verbindungselemente zur Befestigung des Volumenstromsteuerventils 40 in dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 eingesetzt werden.

Mittels eines oder mehrerer Dichtelemente 50 kann ein Austreten von Fluid aus dem Volumenstromsteuerventil 40 nach außen beziehungsweise ein unbeabsichtigtes Eindringen von Fluid in die Ventilablaufleitung 44 verhindert werden. Durch eine derartige Anordnung des Volumenstromsteuerventils 40 in der Fluideintrittskammer 30 kann eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Volumenstromsteuerventil 40 und der Fluideintrittskammer 30 erreicht werden. Damit ist keine Verbindungsleitung zwischen dem Volumenstromsteuerventil 40 und der Fluideintrittskammer 30 der Hochdruckpumpe 10 erforderlich. Es kann so insbesondere ein besonders kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe 10 mit dem integrierten Volumen- Stromsteuerventil 40 erreicht werden.

In der hier gezeigten Ausführungsform ist das Einlassventil 23 teilweise innerhalb des Volumenstromsteuerventils 40 angeordnet. Damit lässt sich ein sehr kompakter Aufbau der Hoch- druckpumpe 10 mit einer Integration des Volumenstromsteuerventils 40 und des Einlassventils 23 in einem Bauraum des Zylindergehäuses 14 erreichen. Das Einlassventil 23 kann jedoch auch vollständig außerhalb des Volumenstromsteuerventils 40 angeordnet sein.

Die Hochdruckpumpe 10 weist weiter einen Anschlussstutzen 52 auf, mit einem hohlzylinderförmigen Grundkörper 54 und einem Rohrabschnitt 56. Der Anschlussstutzen 52 ist bevorzugt aus einem Material gebildet, das einen Kunststoff aufweist. Be- sonders bevorzugt ist ein Anschlussstutzen 52 vollständig aus einem Kunststoff gebildet.

Der hohlzylinderförmige Grundkörper 54 weist einen durchgehenden Fluidkanal 58 in Richtung der Längsachse L des Zylin- dergehäuses 14 auf. Der Fluidkanal 58 des Anschlussstutzens 52 dient dem Zuführen von Fluid zu der Fluideintrittskammer 30 und damit weiter zu der Hochdruckkammer 21 der Hochdruckpumpe 10. Der hohlzylinderförmige Grundkörper 54 hat eine Innenwand 62, die fluiddicht an der Außenwand 34 des hohlzylinderförmigen Abschnitts 32 des Zylindergehäuses 14 anliegt. Mittels der Fluiddurchtrittsöffnung 36 ist der Fluidkanal 58 hydraulisch mit der Fluideintrittskammer 30 gekoppelt. Damit kann erreicht werden, dass der Anschlussstutzen 52 als einziger gemeinsamer Fluidanschluß für die Hochdruckkammer 21 der Hochdruckpumpe 10 und das Volumenstromsteuerventil 40 ausgebildet ist .

In dem hohlzylinderförmigen Grundkörper 54 des Anschlussstutzens 52 ist eine Ringnut 60 ausgebildet, durch die ein FIu- idfluss von dem Fluidkanal 58 zu der Ventilzulaufleitung 42 des Volumenstromsteuerventils 40 unabhängig von der Stellung des Anschlussstutzens 52 in Bezug auf einen Azimuthwinkel ALPHA zwischen dem Anschlussstutzen 52 und einer vorgegebenen Bezugslinie (in der hier dargestellten Ausführungsform beispielhaft bezüglich einer Mittelachse M des Hochdruckstutzens 29) ermöglicht ist (Figur 2) .

In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Anschlussstutzen 52 mittels einer Schnappverbindung 64 in Richtung der Längsachse L des Zylindergehäuses 14 mit dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 gekoppelt. Die Schnappverbindung 64 ermöglicht eine sichere Kopplung zwischen dem Anschlussstutzen 52 und dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14.

Zwischen der Innenwand 62 des Grundkörpers 54 und der Außen- wand 34 des Zylindergehäuses 14 sind weitere Dichtelemente 66 angeordnet, mittels denen eine Fluidleckage zwischen dem hohlzylinderförmigen Abschnitt 32 des Zylindergehäuses 14 und dem Anschlussstutzen 52 vermieden werden kann. Insgesamt erlaubt eine Realisierung einer derartigen Hochdruckpumpe 10 einen sehr kompakten Aufbau der Pumpeneinheit 12, wodurch eine besonders kostengünstige Konstruktion der Hochdruckpumpe 10 mit wenigen Einzelteilen und ein sehr klei- ner Bauraum inklusive des Volumenstromsteuerventils 40 erreicht werden kann.

Im Folgenden soll die Funktionsweise der Hochdruckpumpe 10 beschrieben werden:

Im Ausgangszustand soll sich der Hochdruckkolben 20 in einer Position in der Pumpeneinheit 12 befinden, in der er einen maximalen Abstand von der Antriebswelle 16 aufweist, wie in Figur 1 dargestellt.

Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 um die Drehachse D wird der Hochdruckkolben 20 mittels der Nocken 18 in Richtung der Längsachse L zu der Antriebswelle 16 hinbewegt. Durch die Bewegung des Hochdruckkolbens 20 wird die Hoch- druckkammer 21 vergrößert und das Fluid wird über den Fluid- kanal 58 und die Ringnut 60 des Anschlussstutzens 52, die Fluiddurchtrittsöffnung 36 des Zylindergehäuses 14, die Ventilzulaufleitung 42 und die Ventilablaufleitung 44 des Volumenstromsteuerventils 40, und die Fluideintrittskammer 30 ü- ber das als Rückschlagventil ausgebildete Einlassventil 23 in die Hochdruckkammer 21 geführt. Dabei wird die Hochdruckkammer 21 mit Fluid befüllt.

Durch die weitere Drehbewegung der Antriebswelle 16 wird der Hochdruckkolben 20 durch die Nocken 18 in Richtung der Längsachse L von der Antriebswelle 16 wegbewegt und verdichtet dabei das in der Hochdruckkammer 21 befindliche Fluid. Hierbei können Drücke von bis zu 2000 bar in der Hochdruckkammer 21 auftreten. Das komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über die Hochdruckkammerablaufleitung 24 und das nun geöffnete Auslassventil 25 ausgestoßen werden.

Handelt es sich bei der Hochdruckpumpe 10 etwa um eine Kraft- stoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff zu einem als HochdruckkraftstoffSpeicher ausgebildeten FIu- idspeicher, dem so genannten Common-Rail gelangen.

Bezugs zeichenliste

10 Hochdruckpumpe

12 Pumpeneinheit 14 Zylindergehäuse

16 Antriebswelle

18 Nocken

20 Hochdruckkolben

21 Hochdruckkammer 22 Hochdruckkammerzulaufleitung

23 Einlassventil

24 Hochdruckkammerablaufleitung

25 Auslassventil 26 Feder 28 Stößelbaugruppe

29 Hochdruckstutzen

30 Fluideintrittskammer

32 hohlzylinderförmiger Abschnitt des Zylindergehäuses

34 Außenwand des hohlzylinderförmigen Abschnitts 36 Fluiddurchtrittsöffnung des Zylindergehäuses

40 Volumenstromsteuerventil

42 Ventilzulaufleitung

44 Ventilablaufleitung

46 Ventilstößel 48 Verschraubung

50 Dichtelement

52 Anschlussstutzen

54 hohlzylinderförmiger Grundkörper des Anschlussst.

56 Rohrabschnitt des Anschlussstutzens 58 Fluidkanal

60 Ringnut

62 Innenwand des Grundkörpers

64 Schnappverbindung

66 Dichtelement F Strömungsrichtung des Fluids

L Längsachse des Zylindergehäuses

D Drehachse M Mittelachse