Titel

Hochdruckpumpe Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere eine Radial- oder

Reihenkolbenpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffpumpen für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 103 55 030 A1 ist eine Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei weist die Hochdruckpumpe ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle angeordnet ist. Die Antriebswelle ist im Gehäuse drehbar gelagert und wird durch eine Brennkraftmaschine rotierend angetrieben. Hierbei weist die

Antriebswelle einen exzentrisch zu ihrer Drehachse ausgebildeten Wellenabschnitt auf, auf dem ein Übertragungselement in Form eines Polygonrings drehbar gelagert ist. Die Hochdruckpumpe weist mehrere im Gehäuse angeordnete Pumpenelemente mit jeweils einem Pumpenkolben auf, der durch den Polygonring in einer Hubbewegung in radialer Richtung zur Drehachse der Antriebswelle angetrieben wird. Der Pumpenkolben ist in einer Zylinderbohrung im Gehäuse oder einem Einsatz im Gehäuse dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner dem Übertragungselement abgewandten Stirnseite in der

Zylinderbohrung einen Pumpenarbeitsraum. Der Pumpenarbeitsraum weist über einen im Gehäuse verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal eine Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe, auf. An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals in den Pumpenarbeitsraum ist ein in den Pumpenarbeitsraum öffnendes Einlassventil angeordnet, das ein federbelastetes Ventilglied aufweist. Der Pumpenarbeitsraum weist außerdem über einen im Gehäuse verlaufenden Kraftstoffablaufkanal eine Verbindung mit einem Auslass auf, der beispielsweise mit einem Speicher verbunden ist. An der Mündung des

Kraftstoffablaufkanals in den Pumpenarbeitsraum ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum öffnendes Auslassventil angeordnet, das ebenfalls ein federbelastetes Ventilglied aufweist.

Die aus der DE 103 55 030 A1 bekannte Hochdruckpumpe hat den Nachteil, dass ein Anwendungsbereich im Hinblick auf sehr hohe Drücke begrenzt ist. Hierbei ist die Hochdruckbeständigkeit beispielsweise im Bereich der Mündung des Kraftstoffablaufkanals in den Pumpenarbeitsraum begrenzt, wobei es in diesem Bereich zu Beschädigungen des Gehäuses kommen kann. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Ausgestaltung verbessert ist. Speziell kann durch eine optimierte Ausgestaltung im Bereich des Pumpenarbeitsraums eine mechanische Belastbarkeit verbessert werden, so dass die Hochdruckpumpe auch für größere Drücke geeignet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckpumpe möglich. Vorteilhaft ist es, dass der Brennstoffkanal von einem Pumpenarbeitsraum zu einem

Richtungsventil führt und dass bei einem Förderhub des Pumpenkolbens eine Förderung von Brennstoff über das Richtungsventil ermöglicht ist. Im Betrieb wird der Pumpenkolben von der Antriebswelle angetrieben, wobei sich der Pumpenkolben in der Zylinderbohrung hin und her bewegt. Während eines Förderhubs des Pumpenkolbens wird Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum über den Brennstoffkanal und das Richtungsventil gefördert. Durch die Vorverrundung des Mündungsbereichs zwischen dem Brennstoffkanal und der Zylinderbohrung ist eine hohe mechanische Belastbarkeit gewährleistet. Hierdurch kann die Robustheit gesteigert und/oder der Anwendungsbereich im Hinblick auf hohe Drücke erweitert werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass die im Mündungsbereich ausgestaltete Vorverrundung zumindest im Wesentlichen vor einer Härtung ausgeführt ist. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ von Vorteil, dass an dem Mündungsbereich in einem gehärteten Zustand eine Nachverrundung ausgestaltet ist. Die Vorverrundung kann beispielsweise durch ein spanabhebendes Härtungsverfahren ausgestaltet sein. Beispielsweise kann durch Fräsen vor einer Härtung die Vorverrundung des Mündungsbereichs ausgestaltet werden. Die Bearbeitung kann auch im harten Zustand erfolgen, beispielsweise durch Schleifen, Druckfließläppen (AFM) oder durch elektrochemisches Abtragen (ECM). In vorteilhafter Weise wird hierbei zunächst ein Weichteil mit der Vorverrundung hergestellt. Dann erfolgt eine Härtung und anschließend kann eine Nachbearbeitung erfolgen, die ein

Nachverrunden des Mündungsbereichs umfasst. In vorteilhafter Weise ist die Vorverrundung des Mündungsbereichs zumindest

abschnittsweise entsprechend einer Teiloberfläche eines Ellipsoids ausgestaltet. Speziell kann die Vorverrundung des Mündungsbereichs abschnittsweise entsprechend einer Teiloberfläche einer Kugel ausgestaltet sein. Eine Hauptachse des Ellipsoids liegt hierbei vorzugsweise auf einer Achse des Brennstoffkanals. Speziell kann der Brennstoffkanal durch eine Bohrung ausgestaltet sein. Außerdem ist die Achse des Brennstoffkanals vorzugsweise senkrecht zu einer Achse der Pumpenbaugruppe, entlang der der

Pumpenkolben bewegbar in der Zylinderbohrung geführt ist. Hierdurch ist der

Brennstoffkanal vorzugsweise senkrecht zu der Zylinderbohrung orientiert. Die Achse des Brennstoffkanals kann hierbei auf die Achse der Zylinderbohrung der Pumpenbaugruppe treffen. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Verschneidungsform, die durch die

Vorverrundung gleichmäßig verrundet werden kann. Hierdurch ergeben sich symmetrische Kraftverhältnisse und somit eine hohe mechanische Belastbarkeit der Hochdruckpumpe im Bereich des Pumpenarbeitsraums.

In vorteilhafter Weise ist ein mittlerer Krümmungsradius der Nachverrundung deutlich kleiner vorgegeben als ein mittlerer Krümmungsradius der Vorverrundung. Hierbei können auch geeignete Übergänge durch einen variierenden Krümmungsradius geschaffen werden.

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 zeigt:

Fig. 1 eine Hochdruckpumpe in einer auszugsweise, schematischen, axialen

Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 den in Fig. 2 gezeigten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe aus der mit III

bezeichneten Blickrichtung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung Fig. 1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen, schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hochdruckpumpe 1 kann insbesondere als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. Speziell eignet sich die Hochdruckpumpe 1 als Brennstoffpumpe für

Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere

Anwendungsfälle.

Die Hochdruckpumpe 1 weist ein mehrteiliges Pumpengehäuse auf, wobei ein Zylinderkopf 2 ausschnittsweise dargestellt ist. Der Zylinderkopf 2 umfasst einen Ansatz 3, der in eine Bohrung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe 1 ragt. Innerhalb des Gehäuses ist eine Antriebswelle 4 angeordnet und gelagert. Die Antriebswelle 4 weist einen Nocken 5 auf, der im Betrieb zusammen mit der Antriebswelle 4 um eine Drehachse 6 der Antriebswelle 4 rotiert. Der Nocken 5 kann auch als Mehrfachnocken ausgestaltet sein oder durch einen exzentrischen Abschnitt der Antriebswelle 4 gebildet sein. Außerdem können an der Antriebswelle 4 auch weitere Nocken vorgesehen sein, die entsprechend dem Nocken 5 ausgestaltet sind.

Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Pumpenbaugruppe 7 auf, die dem Nocken 5 zugeordnet ist. Im Betrieb treibt der Nocken 5 auf geeignete Weise die Pumpenbaugruppe 7 an. Hierfür kann beispielsweise eine Laufrolle, die in einem Rollenschuh gelagert ist, auf einer

Lauffläche des Nockens 5 laufen.

Die Hochdruckpumpe 1 kann auch weitere Pumpenbaugruppen aufweisen, die dem

Nocken 5 oder einem weiteren Nocken zugeordnet sind. Je nach Ausgestaltung kann hierdurch eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe verwirklicht werden. Die Pumpenbaugruppe 7 weist einen Pumpenkolben 8 auf, der in einer Zylinderbohrung 9 des Zylinderkopfes 2 angeordnet ist. Die Zylinderbohrung 9 weist eine Achse 10 auf. Durch die Achse 10 der Zylinderbohrung 9 ist eine Achse 10 der Pumpenbaugruppe 7

vorgegeben. Der Pumpenkolben 8 ist entlang der Achse 10 betätigbar. Hierbei erfolgt eine in der Richtung 1 1 erfolgende Betätigung des Pumpenkolbens 8 durch einen Hub des Nockens 5. Eine Rückstellung des Pumpenkolbens 8 entgegen der Richtung 1 1 kann beispielsweise über eine Stößelfeder realisiert sein. Wenn der Pumpenkolben 8 in der Richtung 1 1 verstellt wird, dann entspricht dies einem Förderhub des Pumpenkolbens 8. Wenn der Pumpenkolben 8 entgegen der Richtung 1 1 verstellt wird, dann entspricht dies einem Saughub des Pumpenkolbens 8. Eine Stirnseite 15 des Pumpenkolbens 8 begrenzt in der Zylinderbohrung 9 einen

Pumpenarbeitsraum 16. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Zylinderbohrung 9 hierbei eine Stufe 17 auf. Ferner ist ein Brennstoffkanal 18 vorgesehen, über den Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum 16 führbar ist. In dem Brennstoffkanal 18 ist ein Einlassventil 19 angeordnet, das als Richtungsventil 19 ausgestaltet ist. Bei einem Saughub des

Pumpenkolbens 8 entgegen der Richtung 1 1 wird Brennstoff über den Brennstoffkanal 18 und das Einlassventil 19 in den Pumpenarbeitsraum 16 geführt. Hierfür kann der

Brennstoffkanal 18 Brennstoff von einer Vorförderpumpe oder dergleichen in den

Pumpenarbeitsraum 16 führen. Außerdem ist in dem Zylinderkopf 2 der Hochdruckpumpe 1 ein Brennstoffkanal 20 ausgestaltet. Der Brennstoffkanal 20 führt zu einem Auslassventil 21 , das als

Richtungsventil 21 ausgestaltet ist. Hierbei kann das Auslassventil 21 auf geeignete Weise in dem Zylinderkopf 2 ausgestaltet sein. Dadurch kann das Auslassventil 21 in den

Zylinderkopf 2 integriert werden. Es sind allerdings auch andere Ausgestaltungen denkbar.

Der Brennstoffkanal 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Bohrung ausgestaltet. Hierdurch ist der Brennstoffkanal 20 durch eine zylinderförmige Ausnehmung ausgestaltet. Eine Achse 22 des Brennstoffkanals 20 trifft auf die Achse 10 der Pumpenbaugruppe 7. Außerdem ist zwischen der Achse 22 des Brennstoffkanals 20 und der Achse 10 der Pumpenbaugruppe 7 ein Winkel 23 von zumindest näherungsweise 90° gebildet.

Der Brennstoffkanal 20 weist einen Durchmesser d _s auf. Der Brennstoffkanal 20 mündet in einem Mündungsbereich 24 in den Pumpenarbeitsraum 16. Der Mündungsbereich 24 ist zwischen dem Brennstoffkanal 20 und der Zylinderbohrung 9 vorgesehen. In dem

Mündungsbereich 24 ist eine Vorverrundung 25 ausgestaltet. Die Vorverrundung 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel an dem Zylinderkopf 2 ausgestaltet. Hierbei wird die

Vorverrundung 25 vorzugsweise an dem während der Verarbeitung noch als Weichteil ausgebildeten Zylinderkopf 2 ausgebildet. Hierfür kann ein spanabhebendes Verfahren zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann die Vorverrundung 25 zumindest teilweise durch Fräsen hergestellt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorverrundung 25 als Teilfläche einer Kugel mit einem Radius R ₃ ausgestaltet. Bei der Ausgestaltung der Vorverrundung 25 ergeben sich Übergangskanten 26, 27 in Form von Verschneidungskanten 26, 27. Die

Verschneidungskante 26 ergibt sich hierbei in Bezug auf die Zylinderbohrung 9. Die

Verschneidungskante 27 ergibt sich in Bezug auf den Brennstoffkanal 20. An den

Verschneidungskanten 26, 27 sind Nachverrundungen ausgestaltet. Hierbei ist an der Verschneidungskante 27 eine Nachverrundung mit einem Radius Ri ausgestaltet. An der Verschneidungskante 26 ist eine Nachverrundung mit dem Radius R ₂ ausgestaltet. Die Nachverrundung der Verschneidungskanten 26, 27 kann während der Herstellung des Zylinderkopfs 2 bereits am Hartteil erfolgen. Beispielsweise kann die Ausgestaltung der Nachverrundungen mit den Radien R-ι und R ₂ durch Schleifen, AFM oder ECM erfolgen.

Das elektrochemische Abtragen (ECM) ist ein abtragendes Fertigungsverfahren, das insbesondere zum Entgraten dient. Das elektrochemische Abtragen kann hierbei je nach Anwendungsfall auch im Mikrometerbereich erfolgen. Beim elektrochemischen Abtragen ist kein Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Zylinderkopf 2 erforderlich.

Werkstoffeigenschaften wie Härte oder Zähigkeit haben hierbei in der Regel keinen wesentlichen Einfluss auf die Herstellung. Beispielsweise kann der Zylinderkopf 2 als Anode dienen, während das Werkzeug als Kathode dient.

Beim Druckfließläppen (AFM) kann eine präzise Verrundung der Verschneidungskanten 26, 27 erfolgen. Hierbei können auch schwer zugängliche Stellen bearbeitet werden. Bei der Bearbeitung mit dem Druckfliesläppverfahren ergibt sich eine Verbesserung der

Oberflächenstruktur, insbesondere eine Verminderung der Oberflächenrauhigkeit. Hierbei ist ein Entgraten, Verrunden und Polieren mit hoher Präzision möglich. Die abrasiven Schleifkörper, die in dem Medium für das Druckfließläppen enthalten sind, können hierbei an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder der Radien R-ι, R ₂ an den Verschneidungskanten 26, 27 deutlich kleiner vorgegeben als der Radius R ₃ der Vorverrundung 25. Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorverrundung 25 als zumindest näherungsweise konische Vorverrundung 25 ausgestaltet. Die Übergänge an den Kanten 26, 27 sind hierbei nachverrundet. Der Übergang von der konischen Vorverrundung 25 in den Pumpenarbeitsraum 16 an der Kante 26 ist mit einem Radius R ₂ ausgestaltet. Der Übergang von der konischen Vorverrundung 25 auf den

Brennstoffkanal 20 an der Kante 27 ist mit einem Radius Ri ausgestaltet. Ein Radius 30 der Vorverrundung 25 ist hierbei an den Durchmesser d _s des Brennstoffkanals 20 angepasst. Hierbei ist der Radius 30 ungefähr halb so groß vorgegeben wie der Durchmesser d _s . Ein Radius 31 der Vorverrundung 25 ist größer vorgegeben als der Radius 30. Dadurch ergibt sich ein von dem Brennstoffkanal 20 zu dem Pumpenarbeitsraum 16 hin öffnender Konus. Somit werden günstige Strömungsverhältnisse während des Förderhubs des

Pumpenkolbens 8 erreicht.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt einer Hochdruckpumpe 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel aus der mit III bezeichneten Blickrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorverrundung 25 asymmetrisch ausgestaltet. Hierbei sind ein Radius R ₄ und ein Radius R ₆ vorgegeben. Der Radius R ₆ ist zumindest näherungsweise halb so groß wie der Durchmesser d _s des Brennstoffkanals 20. Der Radius R ₄ ist größer als der Radius R ₆ . Die sich ergebenden Verschneidungskanten 26, 27 sind nachverrundet.

Die Vorverrundung 25 kann als Teilfläche eine Ellipsoids ausgestaltet sein. Ferner kann die Vorverrundung 25 auch als verzerrter Konus ausgestaltet sein. Hierbei kann in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall und die herrschenden Strömungsverhältnisse und/oder die mechanische Belastbarkeit des Zylinderkopfs 2 im Bereich des Pumpenarbeitsraums 16, insbesondere des Mündungsbereichs 24, eine vorteilhafte Anpassung erfolgen.

Für die Verschneidungskanten 26, 27 können Nachverrundungen mit den Radien R-ι und R ₂ zum Einsatz kommen, wie es anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben ist. In diesem Fall ist jeder der Radien R ₄ und R ₆ deutlich größer vorgegeben als jeder der Radien R-ι und R ₂ .

Somit kann im Mündungsbereich 24 des Brennstoffkanals 20, der zu dem Auslassventil 21 führt, eine kostengünstige Vorverrundung 25 ausgestaltet werden. Hierbei kann eine mechanische Vorverrundung 25 beispielsweise mittels eines Fräsers in das Weichteil eingearbeitet werden. Dadurch ist eine optimierte Ausgestaltung der Vorverrundung 25 mit relativ niedrigen Kosten möglich. Ferner kann die Vorverrundung 25 durch nachträgliche Verrundungen, das heißt durch Nachverrundungen, optimiert werden. Hierbei können noch kleine Radien R-ι, R ₂ erzeugt werden, um die Verschneidungskanten 26, 27 abzurunden.

Das Nachverrunden kann hierbei in vorteilhafter Weise erst am Hartteil durch Schleifen, AFM oder ECM erfolgen.

Somit ist eine kostengünstige Ausgestaltung der Vorverrundung 25 mit eventuellen

Nachverrundungen möglich, die auch für sehr hohe Drücke geeignet ist. Speziell besteht eine vorteilhafte Eignung für sehr hohe Drücke, wie sie bei Common-Rail-Anwendungen von Vorteil sind. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.