Brennkraftmaschine mit angebauter Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer angebauten

Hochdruckpumpe zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Zur Verbrennung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Zur Förderung des Kraftstoffs auf Hochdruck wird eine Hochdruckpumpe eingesetzt.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere als Radialkolbenpumpen ausgebildete Hochdruckpumpen bekannt, die mindestens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben umfassen. Der Pumpenkolben ist in radialer Richtung an einem Nocken oder an einem Exzenter einer Antriebswelle der Hochdruckpumpe abgestützt, so dass die Rotation der Antriebswelle den Pumpenkolben zu einer Hubbewegung antreibt. Andernends begrenzt der Pumpenkolben einen Elementraum des Pumpenelements, so dass die

Hubbewegung des Pumpenkolbens zu einer Verkleinerung des Elementraums führt, wobei der im Elementraum aufgenommene Kraftstoff verdichtet wird.

Bei der Umwandlung der rotatorischen Bewegung der Antriebswelle in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens werden die Kontaktflächen auf Reibung beansprucht. Dabei wird Wärme erzeugt, welche die Hochdruckpumpe erwärmt. Eine in der Regel unvermeidbare Hochdruckleckage führt zu einem weiteren Wärmeeintrag. Da durch die Erwärmung der Hochdruckpumpe die tribologisch beanspruchten Maschinenelemente der Hochdruckpumpe einem höheren Verschleiß ausgesetzt sind, werden Maßnahmen ergriffen, um die Temperatur der Hochdruckpumpe auf einem niedrigen Niveau zu halten. In der Regel wird hierzu die Hochdruckpumpe mit einer genau definierten Kühlmenge gekühlt, wobei als Kühlmedium Kraftstoff oder Öl eingesetzt wird.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kühlmenge zu reduzieren, um eine Leistungsoptimierung der Brennkraftmaschine zu erzielen. Zugleich soll die Temperatur der Hochdruckpumpe auf einem niedrigen Niveau gehalten werden, um den Verschleiß zu minimieren.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird eine Brennkraftmaschine mit einer angebauten

Hochdruckpumpe zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff. Die Hochdruckpumpe umfasst ein Pumpengehäuse, das in mindestens einem Kontaktbereich eine an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine anliegende Kontaktfläche aufweist. Erfindungsgemäß ist im Kontaktbereich zwischen dem Pumpengehäuse und dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine mindestens ein wärmeleitendes Material zur Reduzierung der inneren Kühllast oder ein wärmeisolierendes Material zur Reduzierung der äußeren Kühllast angeordnet.

Unter„Kühllast" wird vorliegend die aus der Hochdruckpumpe abzuführende Wärmelast verstanden, die erforderlich ist, um die Temperatur der

Hochdruckpumpe und damit den Verschleiß niedrig zu halten. Da die Ursache der Erwärmung der Hochdruckpumpe sowohl innerhalb, als auch außerhalb liegen kann, wird zwischen„innerer" und„äußerer" Kühllast unterschieden.

Um die innere Kühllast zu reduzieren, wird die Wärmeleitung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine durch

Anordnung eines wärmeleitenden Materials im Kontaktbereich verbessert. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Temperatur der Hochdruckpumpe oberhalb der Temperatur des Gehäuseteils der

Brennkraftmaschine liegt, so dass über das Gehäuseteil der Brennkraftmaschine Wärme abgeführt wird. Durch die vorgeschlagene Anordnung eines

wärmeleitenden Materials im Kontaktbereich kann die Wärmeabfuhr verbessert werden, was eine Reduzierung der zur Kühlung der Hochdruckpumpe

erforderlichen Kühlmenge möglich macht. Im Ergebnis wird auf diese Weise eine Leistungsoptimierung der Brennkraftmaschine erreicht.

Um die äußere Kühllast zu reduzieren, wird im Kontaktbereich zwischen dem Pumpengehäuse und dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine ein

wärmeisolierendes Material angeordnet. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Temperatur der Hochdruckpumpe unterhalb der Temperatur des Gehäuseteils der Brennkraftmaschine liegt, so dass es den Wärmeeintrag von dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine auf die Hochdruckpumpe zu minimieren gilt. Zugleich sinkt die Kühllast, was wiederum eine Reduzierung der Kühlmenge möglich macht.

Ob im Kontaktbereich zwischen dem Pumpengehäuse und dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine ein wärmeleitendes oder ein wärmeisolierendes Material angeordnet wird, hängt demnach von den jeweiligen Gegebenheiten,

insbesondere vom konkreten Anbauort der Hochdruckpumpe, ab. Entscheidend ist dabei, ob im Kontaktbereich die Temperatur der Hochdruckpumpe oberhalb oder unterhalb der Temperatur des Gehäuseteils der Brennkraftmaschine liegt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das wärmeleitende Material eine Wärmeleitpaste. Die Wärmeleitpaste verbessert nicht nur den Wärmeübergang vom Pumpengehäuse auf das Gehäuseteil der

Brennkraftmaschine aufgrund einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit, sondern ferner aufgrund einer Vergrößerung der Kontaktfläche. Denn die Wärmeleitpaste füllt Unebenheiten im Bereich der miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen am Pumpengehäuse und am Gehäuseteil der Brennkraftmaschine aus, so dass ein hierin eingeschlossenes Luftvolumen, das isolierend wirkt, verdrängt wird.

Vorzugsweise ist das wärmeleitende Material eine Wärmeleitpaste auf Öl- oder Silikonbasis. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das wärmeleitende Material ein Metall ist oder umfasst. Denn Metalle weisen in der Regel eine hohe

Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die Wärmeleitung verbessert wird. Bei dem Metall kann es sich insbesondere um Gold, Silber, Aluminium und/oder Kupfer handeln, da diese Metalle eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

Beispielsweise kann die Wärmeleitpaste Metall in Form von Metallpartikeln enthalten, beispielsweise in Form von Silber- oder Aluminiumpartikeln.

Ferner kann das Metall in Form einer Folie oder eines Blechs vorliegen. Die Folie oder das Blech kann beim Anbau der Hochdruckpumpe an die

Brennkraftmaschine in den Kontaktbereich mit eingelegt werden. Alternativ kann die am Pumpengehäuse ausgebildete Kontaktfläche oder die am Gehäuseteil der Brennkraftmaschine vorgesehene Gegenfläche bereits mit der Folie oder dem

Blech verkleidet sein. Wird anschließend das Pumpengehäuse mittels einer Schraubverbindung an der Brennkraftmaschine fixiert, kann über die

Schraubenanzugskraft die Folie bzw. das Blech derart verformt werden, dass ein eingeschlossenes Luftvolumen verdrängt wird. Analog der zuvor beschriebenen Ausführungsform, bei der eine Wärmeleitpaste eingesetzt wird, kann somit die

Wärmeleitfähigkeit zugleich dadurch verbessert werden, dass eine Vergrößerung der Kontaktfläche erreicht wird.

Das wärmeleitende Material kann auch durch eine ein wärmeleitendes Material enthaltende Beschichtung ausgebildet werden, die auf der Kontaktfläche des Pumpengehäuses und/oder auf dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine aufgebracht ist. Die Beschichtung ebnet Oberflächenrauigkeiten, so dass die Kontaktfläche vergrößert und zugleich das eingeschlossene, isolierend wirkende Luftvolumen minimiert wird.

Für den Fall, dass das Gehäuseteil der Brennkraftmaschine im Anbaubereich der Hochdruckpumpe heißer als das Pumpengehäuse ist, wird die Anordnung eines wärmeisolierenden Materials im Kontaktbereich vorgeschlagen. Das heißt, dass eine Wärmeleitung möglichst weitegehend unterbunden wird, um einen

Wärmeeintrag von außen in die Hochdruckpumpe zu verhindern. Bevorzugt bildet das im Kontaktbereich angeordnete wärmeisolierende Material eine Wärmeisolationsschicht oder einen Wärmeisolationskörper aus. Die Wärmeisolationsschicht kann vor dem Anbau der Hochdruckpumpe auf die Kontaktfläche des Pumpengehäuses oder auf das Gehäuseteil der

Brennkraftmaschine aufgebracht werden, so dass es nur noch die

Hochdruckpumpe anzuschlagen gilt. Der Wärmeisolationskörper wird vorzugsweise beim Anbau der Hochdruckpumpe an das Gehäuseteil der Brennkraftmaschine in den Kontaktbereich mit eingelegt.

Soll eine Wärmeisolierung erreicht werden, kommt es nicht darauf an, dass ein eingeschlossenes Luftvolumen im Kontaktbereich zwischen dem

Pumpengehäuse und dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine entfernt wird. Denn die isolierende Eigenschaft des Luftvolumens wirkt sich in diesem Fall als erwünscht aus.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das wärmeisolierende Material ein Kunststoff. Hierbei kann es sich insbesondere um einen geschäumten Kunststoff handeln, der ein Luftvolumen einschließt, da das Luftvolumen wärmeisolierend wirkt. Alternativ wird vorgeschlagen, dass das wärmeisolierende Material einen Kunststoff umfasst. Das heißt, dass zumindest ein Kunststoff enthalten ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das wärmeisolierende Material eine Keramik. Keramik weist den Vorteil auf, dass sie nicht brennbar ist und zudem eine hohe mechanische Belastbarkeit besitzt. Alternativ wird vorgeschlagen, dass das wärmeisolierende Material eine Keramik umfasst. Das heißt, dass in dem wärmeisolierenden Material zumindest ein keramischer Werkstoff enthalten ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gehäuseteil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei an das Gehäuseteil eine Hochdruckpumpe angebaut ist,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gehäuseteil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, wobei nur der Anbaubereich dargestellt ist,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Gehäuseteil einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, wobei nur der Anbaubereich dargestellt ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 zumindest in Teilen dargestellte Brennkraftmaschine 1 umfasst ein Gehäuseteil 5, an das eine Hochdruckpumpe 2 zur Versorgung der

Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoff angebaut ist. Die Hochdruckpumpe 2 weist ein Pumpengehäuse 3 auf, das in einem Kontaktbereich 4 über eine

Kontaktfläche 6 am Gehäuseteil 5 der Brennkraftmaschine 1 anliegt.

Die Kontaktfläche 6 ist vorliegend an einem Flanschabschnitt des

Pumpengehäuses 3 ausgebildet, über den die Hochdruckpumpe 2 mit dem Gehäuseteil 5 der Brennkraftmaschine 1 verbunden bzw. verschraubt ist. In der Fig. 1 sind beispielhaft zwei Schrauben als Befestigungselemente 9 dargestellt. Der Flanschabschnitt weist eine Durchführung für eine Antriebswelle 10 der Hochdruckpumpe 2 auf, die demzufolge in das Gehäuseteil 5 der

Brennkraftmaschine 1 zur Verbindung mit einer weiteren Welle (nicht dargestellt) hineinragt. Über die weitere Welle ist die Antriebswelle 10 in einer

Rotationsbewegung antreibbar, wobei sich die Antriebswelle 10 um ihre

Längsachse A bewegt. Das Pumpengehäuse 3 der Hochdruckpumpe 2 ist mit einem

Pumpenzylinderkopf 11 verbunden, an dem ein Hochdruckanschluss 12 ausgebildet ist.

Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, weisen die im Kontaktbereich 4 aufeinander liegenden Oberflächen des Pumpengehäuses 3 und des

Gehäuseteils 5 der Brennkraftmaschine Oberflächenrauigkeiten auf. Diese führen im Normalfall zu einem eingeschlossenen Luftvolumen, das isolierend wirkt. Vorliegend wird das Volumen jedoch von einem wärmeleitenden Material 7 ausgefüllt, so dass die Wärmeleitung zwischen dem Pumpengehäuse 3 und dem Gehäuseteil 5 der Brennkraftmaschine 1 verbessert wird. Die verbesserte Wärmeleitung begünstigt eine Wärmeabfuhr von der Hochdruckpumpe auf das Gehäuseteil 5 der Brennkraftmaschine 1, so dass die innere Kühllast reduziert wird. Entsprechend kann die erforderliche Kühlmenge zur Kühlung der

Hochdruckpumpe 2 reduziert werden. Dies setzt jedoch voraus, dass die

Temperatur der Hochdruckpumpe 2 oberhalb der Temperatur des Gehäuseteils 5 der Brennkraftmaschine 1 liegt. Ist dies nicht der Fall, wird im Kontaktbereich 4 ein wärmeisolierendes Material 8 angeordnet (siehe Bezugszeichen in

Klammern).

Die Darstellung der Fig. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die der Reduzierung der inneren Kühllast dient. Das heißt, dass im Kontaktbereich 4 ein wärmeleitendes Material 7 angeordnet ist, um die

Wärmeabfuhr von der Hochdruckpumpe 2 in das Gehäuseteil 5 zu verbessern. Das wärmeleitende Material 7 ist in diesem Fall eine Wärmeleitpaste, die den Vorteil besitzt, dass sie hohlraumfüllend ist.

Der Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung zu entnehmen, die der Reduzierung der äußeren Kühllast dient. Im Kontaktbereich 4 ist hierzu ein wärmeisolierendes Material 8 angeordnet, das eine Wärmeisolationsschicht bzw. einen Wärmeisolationskörper ausbildet. Bei dem Wärmeisolationskörper handelt es sich vorliegend um eine Keramikscheibe, durch die das

Befestigungselement 9 hindurch geführt ist. In der Fig. 4 sind zwei

Keramikscheiben dargestellt, wobei vorzugsweise die Anzahl der

Keramikscheiben der Anzahl der Befestigungselemente 9 entspricht.