DE102008042067A1

DE102008042067A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102008042067A1
Application number: DE200810042067
Authority: DE
Inventors: Jochen Aleker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-18

Abstract

Eine Hochdruckpumpe zur Einspeisung von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Zylinderkopf (1) mit einem in Richtung einer Antriebswelle (2) geöffneten Hohlzylinder (3), wobei die Antriebswelle (2) mit einem radial vorstehenden Nocken oder Exzenter (4) versehen ist und wobei in dem Hohlzylinder (3) ein Kolben (5) aufgenommen ist, der den Hohlzylinder (3) mit einem Ende überragt, wobei das Ende an einer auf dem Hohlzylinder (3) verschiebbaren Tasse (6) festgelegt ist, die von einer Druckfeder (7) nachgiebig an den Nocken oder Exzenter (4) angedrückt ist, wobei der Hohlzylinder (3) und die Tasse (6) zumindest in einem Teilbereich durch einen radialen Zwischenraum (8) voneinander getrennt sind, wobei der Zwischenraum (8) zumindest anteilig mit einem Schmierstoff gefüllt ist und parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens (5) beiderseits in Ringkammern (9, 10) mündet und wobei die Ringkammern (9, 10) durch Ringmembranen (9.1, 10.1) abgedichtet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Eine solche Hochdruckpumpe ist aus der DE19515191A1 bekannt. Sie der darin enthaltene Kolben wird durch einen radial vorstehenden Nocken oder Exzenter einer um eine Achse rotierende Antriebswelle hin- und herbewegt, beispielsweise durch den Exzenter einer Nockenwelle oder einer Ausgleichswelle einer Verbrennungskraftmaschine. Derartige Wellen sind stets in einem mit Schmieröl beaufschlagten und somit kontaminierten Raum angeordnet, um eine hinreichende Schmierung ihrer Lagerungen zu gewährleisten. Bei Einspritzpumpen für Dieselkraftstoff sind ähnliche Gegebenheiten vorhanden. Auch dabei ist die Antriebswelle in einem mit Schmieröl kontaminierten Raum angeordnet.
Treibstoff hat in Bezug auf eine Gleitlagerung extrem schlechte Schmiereigenschaften, wobei sich das diesbezügliche Verhalten durch die üblichen Additive noch weiter verschlechtern kann. Es besteht daher ein dringendes Bedürfnis, den Übertritt von Kraftstoff aus der Hochdruckpumpe in den Bereich der Antriebswelle zu verhindern.
Umgekehrt darf auch kein Schmieröl in den mit Kraftstoff gefüllten Raum gelangen, weil das Zünd- und Verbrennungsverhalten des Kraftstoffs dadurch nachteilig verändert wird. Insbesondere bei Stillstand einer Verbrennungskraftmaschine ist diese Gefahr durch die hohe Kriechneigung der Schmieröle in engen Spalten stets gegeben.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass die mit dem Treibstoff gefüllten Räume der Kraftstoffhochdruckpumpe und die mit dem Schmieröl beaufschlagten Räume der Verbrennungskraftmaschine durch zwei in Reihe hintereinander geschaltete, flüssigkeitstundurchlässige Ringmembranen vollkommen voneinander getrennt sind. Eine gegenseitige Durchmischung von Kraftstoff und Schmieröl ist daher völlig ausgeschlossen und sowohl eine perfekte Schmierung der Verbrennungskraftmaschine als auch ein ausgezeichneter Verbrennungsablauf stets gewährleistet.
In Anspruch 2 wird eine besonders flexible und durch elastische Rückstellkräfte besonders wenig belastete Ausführung der Ringmembran angegeben. Diese besteht aus polymerem Werkstoff und kann mit extrem geringer Wandstärke hergestellt werden. Für die Verformung ist daher kein nennenswerter Energieaufwand erforderlich, was den Kraftstoffverbrauch verringert. Außerdem ist die Bauform kostengünstig herstell- und montierbar.
Die in Anspruch 3 beschriebene Bauform hat den Vorteil, sich nochmals einfacher montieren zu lassen. Die Flachdichtung wird dabei zweckmäßig zwischen zwei während der Montage miteinander verpressten, unnachgiebigen Flächen des Zylinderkopfes und eines diesem gegenüberliegenden Maschinenteils angeordnet, beispielsweise zwischen dem Zylinderkopf und dem den Zylinderkopf tragenden Gehäuse.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 bietet den Vorteil einer weiter verbesserten Flexibilität und Robustheit. Außerdem ergibt sich eine Vergrößerung der jeweils von dem Faltenbalg umschlossenen Ringkammer. Diese ist überwiegend mit Luft gefüllt. Eine Vergrößerung der Ringkammer vermindert die Größe der Reaktionskräfte, die sich bei der betriebsbedingten Zusammenpressung und Ausdehnung der in der Ringkammer enthaltenen Luft um ein bestimmtes Maß ergeben. Für die Dauerhaltbarkeit und Schmierung der auf dem Hohlzylinder verschiebbaren Tasse ist daher eine groß dimensionierte Ringkammer von Vorteil.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 ergibt sich eine extrem große Ringkammer und demgemäss eine extrem niedrige Druckveränderung bei der betriebsbedingten Pulsationsbewegung des Kolbens oder bei einer Erwärmung. Die auf den Faltenbalg ausgeübten Kräfte sind demgemäss extrem gering.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 hat den Vorteil, dass der Faltenbalg durch die ihn außenseitig ganz umschließende Druckfeder mechanisch geschützt und dadurch besonders dünnwandig erzeugt und montiert werden kann. Die einer Verformung entgegenstehenden, elastischen Kräfte vermindern sich entsprechend niedrig, was den Kraftstoffverbrauch verringert.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass sich die Größe der zugehörigen Ringkammer nochmals vergrößert und die mechanische Belastung des Faltenbalges während der bestimmungsgemäßen Verwendung nochmals vermindert. Die betriebsbedingten Verformungen des Faltenbalges verteilen sich auf einer extrem großen Länge. Die spezifischen Verformungen sind demgemäss extrem gering, was den Verformungswiderstand verringert und die die Langlebigkeit verbessert.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 8 hat den Vorteil, das sich die Länge und damit zugleich der Herstellaufwand des Faltenbalges vermindert.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 hat den Vorteil, dass auch das Ende des Kolbens oder der damit verbundenen Tasse durch einen robusten Faltenbalg gegenüber dem Hohlzylinder dauerhaft abgedichtet ist. Die Gebrauchsdauer wird dadurch verbessert.
Anspruch 10 bietet den Vorteil, dass eventuelle Beschädigungen zumindest einer der Ringmembranen sofort detektiert werden können, beispielsweise durch eine Farbanzeige im Öl- oder Kraftstofffilter. Dies ist im Regelfalle unkritisch, weil es sehr unwahrscheinlich ist, dass beide Ringmembranen zugleich durchlässig werden. Somit kann bei einem Riss in nur einer Ringmembran noch keine gegenseitige Durchmischung von Kraftstoff und Schmieröl eintreten. Die gerissene Ringmembran oder die gesamte Hochdruckpumpe können daher rechtzeitig erneuert werden, bevor Schäden an der zugehörigen Einspritzpumpe oder der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine zu erwarten sind.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Sie wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Hochdruckpumpe, die als Steckpumpe ausgebildet und in einer Bohrung einer Verbrennungskraftmaschine montiert ist in längsgeschnittener Darstellung.
2 eine alternaive Bauform der Hochdruckpumpe in längsgeschnittener Darstellung.
3 die Hochdruckpumpe nach 1 in quergeschnittener Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In allen Figuren bezeichnen übereinstimmende Bezugszeichen übereinstimmende Gegenstände.
Die in 1 gezeigte Hochdruckpumpe ist zur Einspeisung von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bestimmt. Sie umfasst einen Zylinderkopf 1 mit einem in Richtung einer Antriebswelle 2 geöffneten Hohlzylinder 3, der in eine Bohrung des Gehäuses einer Verbrennungskraftmaschine eingefügt ist. Die Antriebswelle 2 bildet einen Bestandteil der Verbrennungskraftmaschine. Sie kann auch einen Bestandteil einer davon unabhängig arbeitenden Einspritzpumpe bilden und rotiert dann während der bestimmungsgemäßen Verwendung in einem gesonderten Gehäuse um Ihre Achse.
Der Pumpenraum 11 ist durch ein Sauventil mit einer Kraftstoffzuführung verbunden und durch ein Hochdruckventil mit einem Drucksammler für Kraftstoff, der sich unter hohem Druck befindet. Die Durchflussrichtung des Kraftstoffes durch die Steckpumpe ist durch einen Pfeil angedeutet.
Die Antriebswelle 2 ist mit einem radial vorstehenden Nocken oder Exzenter 4 versehen. In dem Hohlzylinder 3 ist ein Kolben 5 aufgenommen, der den Hohlzylinder 3 mit einem Ende überragt. Das Ende ist an einer auf dem Außenumfang des Hohlzylinders 3 verschiebbaren Tasse 6 festgelegt, die von einer Druckfeder 7 nachgiebig an den Nocken oder Exzenter 4 der Antriebswelle 2 angedrückt ist. Bei rotierender Antriebswelle 2 resultiert daraus eine hin- und hergehende Relativbewegung des Kolbens 5 in dem Hohlzylinder 6. Diese Relativbewegung wird dazu genutzt, abwechselnd über ein Saugventil 1.1 Kraftstoff in den Pumpenraum 11 einzusaugen und nachfolgend darin zu verdichten und über ein Hochdruckventil 1.2 in ein Common-Rail oder einen Hochdruckspeicher zu überführen, an den die Einspritzdüsen der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine angeschlossen sind.
Der Hohlzylinder 3 und die Tasse 6 sind zumindest in einem Teilbereich durch mehrere radiale Zwischenräume 8 von einander getrennt, die zumindest anteilig mit einem Schmierstoff gefüllt ist und parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 5 beiderseits in Ringkammern 9, 10 münden und wobei die Ringkammern 9, 10 durch Ringmembranen 9.1, 10.1 oder Faltenbälge gegenüber der mit Schmierstoff oder Kraftstoff kontaminierten Umgebung 10.4, 10.3 abgedichtet sind. Der mit Schmierstoff kontaminierte Raum 10.4 ist durch den Innenraum des Motorengehäuse der Verbrennungskraftmaschine gebildet, der an die Druckumlaufschmierung angeschlossen und mit Sprühöl beaufschlagt ist, der mit Kraftstoff kontaminierte Raum ist durch den Raum gebildet, der sich an das von dem Pumpenraum 11 abgewandte Ende des Dichtspaltes zwischen dem Kolben 5 und dem Hohlzylinder 3 anschließt. Er kann durch Kraftstoff kontaminiert sein, der den Dichtspalt beim Arbeitshub des Kolbens 5 passiert.
Durch die Ringmembranen 9.1, 10.1 ist der Schmierstoff daran gehindert, in einen Berührungskontakt mit dem Schmieröl oder dem Treibstoff der Verbrennungskraftmaschine zu gelangen und das Schmieröl daran, sich mit dem Treibstoff zu vermischen.
Beide Ringmembranen 9.1, 10.1 bestehen aus polymerem Werkstoff, beispielsweise aus Synthesegummi oder PTFE. Sie sind dadurch unter normalen Betriebsbedingungen und bei den in einer Verbrennungskraftmaschine auftretenden Temperaturen chemisch und thermisch resistent gegen eine Beaufschlagung mit Schmieröl oder Kraftstoff.
Die Ringmembranen 9.1, 10.1 enden in Längsrichtung an zumindest einem Ende in einer O-Ringdichtung, die in eine radial nach außen offene Nut eines an ihren Querschnitt angepassten Profils der Tasse 6, des Kolbens 5 und/oder des Hohlzylinders 3 dichtend eingefügt ist. Die Ringmembranen 9.1, 10.1 können auch als Faltenbälge aufgebildet sein.
Eine Ringmembran 9.1 ist an einem Ende als Flachdichtung gestaltet, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt und mit einer ebenen Dichtfläche versehen und in den Zwischenraum zwischen dem Zylinderkopf 1 und einer Andrückscheibe 12 eingefügt ist, die mit dem Zylinderkopf 1 verschraubt und verpresst ist. Eine direkte Verpressung zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine ist ebenfalls möglich.
Beide Ringmembranen 9.1, 10.1 sind vorliegend als Faltenbälge gestaltet. Sie umschließen demgemäss sehr große Ringkammern 9, 10, die in Richtung der Zwischenräume 8 offen sind, die vorliegend durch sich parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens 5 erstreckende Nuten gebildet sind, 3.
Ein Faltenbalg ist in dem radialen Zwischenraum zwischen der Druckfeder 7 und der Tasse 6 angeordnet, und zwar in dem Bereich zwischen dem dem Zylinderkopf 1 zugewandten Ende der Tasse 6 und dem Zylinderkopf 1.
Der andere Faltenbalg ist zwischen dem Hohlzylinder 3 und dem Ende des Kolbens 5 oder der Tasse 6 angeordnet.
Bei einer in 2 gezeigten Bauart übergreift der Faltenbalg die Druckfeder 7 auf ihrer ganzen Länge radial außenseitig.
3 zeigt eine Hochdruckpumpe nach 1 in quergeschnittener Darstellung Hierdurch wird verdeutlicht, dass mehrere Zwischenräume 8 zwischen dem Hohlzylinder 3 und der auf ihm verschiebbar gelagerten Tasse 6 vorgesehen sind, die durch gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Nuten gebildet und mit Schmierstoff gefüllt sind. Der Schmierstoff hat die primäre Aufgabe, den Reibungswiderstand zu vermindern, der sich bei einer Relativverschiebung der Tasse 6 auf dem Hohlzylinder 3 ergibt.
Der Schmierstoff enthält einen in Öl- und/oder Dieselkraftstoff löslichen Kontrastfarbstoff in Bezug auf die Farbe den verwendeten Schmieröls und Dieselkraftstoffes. Falls ein Bruch in einer der Ringmembranen 9.1, 10.1 oder Faltenbälge auftritt, die die Ringkammern 9, 10 von den mit Öl- bzw. Kraftstoff kontaminierten Räumen der Verbrennungskraftmaschine bzw. Hochdruckpumpe trennen, dann gelangt der Kontrastfarbstoff in den Treibstoff bzw. in das Schmieröl und kann darin detektiert werden, beispielsweise durch die Beobachtung eines Öl- und/oder Kraftstofffilters. Dies ermöglicht es, die fehlerhafte Ringmembran 9.1, 10.1 oder die Einspritzpumpe insgesamt auszutauschen, bevor es zu einer gegenseitigen Durchmischung von Kraftstoff und Ölbestandteilen kommt, die hohen Verschleiß, Schäden oder ein schlechtes Betriebsverhalten an der Verbrennungskraftmaschine nach sich ziehen können. Dies ist ein hervorhebenswerter, besonderer Sicherheitsaspekt, der durch die Erfindung erfüllt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19515191 A1 [0002]

Claims

Hochdruckpumpe zur Einspeisung von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Zylinderkopf (1) mit einem in Richtung einer Antriebswelle (2) geöffneten Hohlzylinder (3), wobei die Antriebswelle (2) mit einem radial vorstehenden Nocken oder Exzenter (4) versehen ist und wobei in dem Hohlzylinder (3) ein Kolben (5) aufgenommen ist, der den Hohlzylinder (3) mit einem Ende überragt, das an einer auf dem Hohlzylinder (3) verschiebbaren Tasse (6) festgelegt ist, die von einer Druckfeder (7) nachgiebig an den Nocken oder Exzenter (4) angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (3) und die Tasse (6) zumindest in einem Teilbereich durch einen radialen Zwischenraum (8) von einander getrennt sind, dass der Zwischenraum (8) zumindest anteilig mit einem Schmierstoff gefüllt ist und parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens (5) beiderseits in Ringkammern (9, 10) mündet und dass beide Ringkammern (9, 10) durch Ringmembranen (9.1, 10.1) gegenüber den durch Kraftstoff und Schmierstoff kontaminierten Räumen (10.3, 10.4) abgedichtet sind.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ringmembran (9.1, 10.1) aus polymerem Werkstoff besteht und in Längsrichtung an zumindest einem Ende in einer O-Ringdichtung endet, die in eine radial nach außen offene Nut eines an ihren Querschnitt angepassten Profils der Tasse (6) und/oder des Hohlzylinders (3) dichtend eingefügt ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ringmembran (9.1, 10.1) an einem Ende als Flachdichtung gestaltet und parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens (5) mit einer eben Dichtfläche verpresst ist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ringmembran (9.1, 10.1) als Faltenbalg gestaltet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg die Druckfeder (7) radial außenseitig umschließt.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg in einem radialen Zwischenraum zwischen der Druckfeder (7) und der Tasse (6) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg die Druckfeder (7) auf ihrer ganzen Länge übergreift.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faltenbalg zwischen dem dem Zylinderkopf (1) zugewandten Ende der Tasse (6) und dem Zylinderkopf (1) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faltenbalg zwischen dem Hohlzylinder (3) und dem Ende des Kolbens (5) oder der Tasse (6) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff einen in Öl- und/oder Dieselkraftstoff löslichen Kontrastfarbstoff in Bezug auf die Farbe von Schmieröl und Dieselkraftstoff enthält.