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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere
für ein Common-Rail-Einspritzsystem, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Im
Stand der Technik sind ölgeschmierte Hochdruckpumpen für
Common-Rail-Systeme von Nutzkraftfahrzeugen bekannt, die mit der
im Pumpenbetrieb entstehenden Hochdruckleckage das Motoröl
mit Kraftstoff verdünnen. Jedoch wird es hinsichtlich der
Einhaltung zukünftiger Abgasnormen notwendig, eine Motorölverdünnung
mit Kraftstoff zu vermeiden.
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Weiterhin
sind im Stand der Technik kraftstoffgeschmierte Hochdruckpumpen
für Common-Rail-Systeme bekannt. Da diese Hochdruckpumpen
für Common-Rail-Systeme mit Drücken bis zu oberhalb
von 2000 bar arbeiten, sind die mechanischen Kräfte im
Inneren dieser Hochdruckpumpen und daher die Belastungen der einzelnen
Komponenten extrem hoch. Vor allem die tribologische Triebwerksbelastung
ist aufgrund der schlechten Schmierfähigkeit des Kraftstoffs,
insbesondere des Dieselkraftstoffs, dessen Schmierfähigkeit
bei den immer höher werdenden Kraftstofftemperaturen abnimmt,
gegenüber einer Schmierung mit Motoröl höher.
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Um
eine übermäßige Belastung des Triebwerks
durch eine beim Pumpenbetrieb einer kraftstoffgeschmierten Hochdruckpumpe
entstehende Kraftstoffleckage zu vermeiden, ist es daher notwendig,
die Kraftstoffleckage möglichst vollständig abzufangen
und diese in den Saugbereich der Pumpe zurückzuführen.
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In
SU 1724925 A1 ist
ein hermetisch abgedichtete Verdrängerpumpe beschrieben.
Innerhalb eines Arbeitsraums eines Zylinders ist ein Pumpenkolben
mit einer Pumpenkolbenstange angeordnet, welcher an einen auf-und-ab-bewegenden
Antrieb gekoppelt ist. Der Pumpenkolben ist mit einem Saugventil
versehen. Dichtelemente sind zwischen der Pumpenkolbenstange und
dem Zylinder angeordnet, um eine intermediäre Kammer zu
bilden, welche mit unter Druck stehendem Fluid gefüllt
ist. Wenn die Dichtelemente jedoch beschädigt werden und
der Druck in dem Arbeitsraum abfällt, wird die Pumpe sofort
abgeschaltet.
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Daher
ist es notwendig, eine Abdichtung für eine Hochdruckpumpe
zu schaffen, welche einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht
und durch welche das Triebwerk zuverlässig vor austretender
Kraftstoffleckage geschützt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine vorgesehen, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem,
mit einem Pumpengehäuse, welches zumindest teilweise als
Zylinderkopfelement ausgebildet ist, in welchem zumindest ein Pumpenelement
angeordnet ist, welches einen Pumpenkolben aufweist. An einem Umfangsabschnitt
des Pumpenkolbens ist ein Membranbalg mit einem ersten Ende dicht,
insbesondere mediendicht, an den Pumpenkolben angefügt,
und an einem zweiten Ende ist der Membranbalg dicht, insbesondere mediendicht,
an einen Abschnitt des Zylinderkopfelements gefügt. Durch
die erfindungsgemäße Konfiguration der Hochdruckpumpe
wird die Kraftstoffleckagemenge komplett abgefangen und ist in den
Saugbereich der Pumpe rückführbar. Dabei wird
die zur Pumpenkolbenschmierung erforderliche Leckagemenge nicht
beeinflusst. Eine Motorölverdünnung mit Kraftstoff
kann dadurch vermieden werden, was zur Einhaltung zukünftiger
Abgasnormen zwingend erforderlich ist. Andererseits wird auch die
Triebwerksbelastung reduziert.
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Die
erfindungsgemäße Konfiguration ist einerseits
für Common-Rail-Pumpen für Nutzkraftfahrzeuge
geeignet, bietet aber auch gleichzeitig eine Möglichkeit
zur Realisierung einer kostengünstigen Steckpumpe für
Personenkraftwagen.
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Vorzugsweise
ist das erste Ende des Membranbalgs an den Pumpenkolben geklebt,
geschweißt, geklipst oder geschraubt. Dies schafft auf
einfache Art und Weise eine zuverlässige mediendichte Verbindung
zwischen dem Pumpenkolben und dem ersten Ende des Membranbalgs.
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Darüber
hinaus ist es bevorzugt, wenn das zweite Ende des Membranbalgs an
den Abschnitt des Zylinderkopfelements geklebt, geschweißt,
geklipst oder geschraubt ist. Dies schafft eine zuverlässige
mediendichte Verbindung zwischen dem zweiten Ende des Membranbalgs
und dem Abschnitt des Zylinderkopfelements.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist das Zylinderkopfelement
eine Leckagerücklaufbohrung auf. Mittels der Leckagerücklaufbohrung kann
die aufgefangene Kraftstoffleckagemenge auf einfache Art und Weise
zu dem Saugraum der Hochdruckpumpe zurückgeführt
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform mündet die
Leckagerücklaufbohrung an einem ersten Ende in einen Pumpenarbeitsraum,
insbesondere in einen Saugraum der Hochdruckpumpe.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Membranbalg im Wesentlichen an einem
Endabschnitt des Pumpenkolbens vorgesehen ist, welcher an einem
Stützelement anliegt.
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Gemäß noch
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Membranbalg
einen elastischen Abschnitt, auf, wobei an einem ersten Ende des
elastischen Abschnitts ein umlaufender zylindrischer Abschnitt vorgesehen
ist, mit welchem der Membranbalg an den Abschnitt des Zylinderkopfelements
gefügt ist.
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Gemäß noch
einer weiteren Ausführungsform ist an einem zweiten Ende
des elastischen Abschnitts ein umlaufender Flansch vorgesehen, welcher
an den Umfangsabschnitt des Pumpenkolbens angefügt ist.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem umlaufenden zylindrischen Abschnitt an dem ersten
Ende des elastischen Abschnitts des Membranbalgs und dem Zylinderkopf
ein Raum ausgebildet.
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Weiterhin
mündet gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform die Leckagerücklaufbohrung an
einem zweiten Ende in den Raum.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigt:
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1 einen
Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß dem Stand
der Technik; und
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2 einen
Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß einer
Ausführungsform.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Schnitt durch eine Hochdruckpumpe 1 für eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Hochdruckpumpe 1 weist
ein mehrteiliges Pumpengehäuse 2 auf, in welchem
eine durch die Brennkraftmaschine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet ist.
Die Antriebswelle 3 ist beispielsweise über zwei
in Richtung der Drehachse 4 der Antriebswelle 3 voneinander
beabstandeten Lagerstellen drehbar gelagert. Die Lagerstellen können
in verschiedenen Teilen des Pumpengehäuses 2 angeordnet
sein, beispielsweise kann eine erste Lagerstelle in einem Grundkörper 5 des
Pumpengehäuses 2 und eine zweite La gerstelle in
einem mit dem Grundkörper 5 verbundenen Flanschteil 6 angeordnet
sein.
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In
einem zwischen den Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 3 einen
Nocken 7 oder einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 4 ausgebildeten
Abschnitt auf, wobei der Nocken 7 auch als Mehrfachnocken
ausgebildet sein kann. Die Hochdruckpumpe 1 weist wenigstens
ein oder mehrere im Gehäuse 2 angeordnete Pumpenelemente 8 mit
jeweils einem Pumpenkolben 9 auf, der durch den Nocken 7 der
Antriebswelle 3 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd
radialer Richtung zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3 angetrieben
wird. Im Bereich eines jeden Pumpenelements 8 ist ein mit
dem Grundkörper 5 verbundenes Pumpengehäuseteil 10 vorgesehen,
das als Zylinderkopf ausgebildet ist. Das Pumpengehäuseteil 10 weist
einen an einer Außenseite des Grundkörpers 5 anliegenden
Flansch 11 und einen durch eine Öffnung im Grundkörper 5 zur
Antriebswelle 3 hin durchragenden, zumindest annähernd
zylinderförmigen Ansatz 12 mit gegenüber
dem Flansch 11 kleinerem Durchmesser auf. Der Pumpenkolben 9 ist
in einer im Ansatz 12 ausgebildeten Zylinderbohrung 13 im
Pumpengehäuseteil 10 dicht verschiebbar geführt
und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten
Stirnseite in der Zylinderbohrung 13 einen Pumpenarbeitsraum 14.
Die Zylinderbohrung 13 kann sich bis in den Flansch 11 hinein
erstrecken, in dem dann der Pumpenarbeitsraum 14 angeordnet
ist. Der Pumpenarbeitsraum 14 weist über einen
im Pumpengehäuse 2 verlaufenden Kraftstoffzulaufkanal 15 eine
Verbindung mit einem Kraftstoffzulauf, beispielsweise einer Förderpumpe, auf.
An der Mündung des Kraftstoffzulaufkanals 15 in den
Pumpenarbeitsraum 14 ist ein in den Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes
Einlassventil 16 angeordnet. Der Pumpenarbeitsraum 14 weist
außerdem über einen im Pumpengehäuse 2 verlaufenden
Kraftstoffablaufkanal 17 eine Verbindung mit einem Auslass
auf, der beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher 18 verbunden
ist. Mit dem Hochdruckspeicher 18 sind ein oder mehrere
an Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren 19 verbunden,
durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. An der Mündung des Kraftstoffablaufkanals 17 in
den Pumpenarbeitsraum 14 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes
Auslassventil 20 angeordnet.
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Beim
Saughub des Pumpenkolbens 9, bei dem sich dieser radial
nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 14 durch
den Kraftstoffzulaufkanal 15 bei ge öffnetem Einlassventil 16 mit
Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil 20 geschlossen
ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 9, bei dem
sich dieser radial nach außen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 9 Kraftstoff
unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal 17 bei
geöffnetem Auslassventil 20 zum Hochdruckspeicher 18 gefördert,
wobei das Einlassventil 16 geschlossen ist.
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Zwischen
dem Pumpenkolben 9 und dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 ist
ein Stößel 21 angeordnet, über
den sich der Pumpenkolben 9 zumindest mittelbar am Nocken 7 der
Antriebswelle 3 abstützt. Der Stößel 21 ist
hohlzylinderförmig mit rundem Außenquerschnitt
ausgebildet und ist in einer Bohrung 22 des Grundkörpers 5 des
Pumpengehäuses 2 in Richtung der Längsachse 23 des
Pumpenkolbens 20 verschiebbar geführt. Die Längsachse
des Stößels 21 ist somit zumindest im
Wesentlichen identisch mit der Längsachse 23 des
Pumpenkolbens 9. Im Stößel 21 ist
in dessen der Antriebswelle 3 zugewandtem Endbereich ein
Stützelement 24 eingesetzt, in dem eine Rolle 25 drehbar
gelagert ist, die auf dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 abrollt.
Die Drehachse 26 der Rolle 25 ist zumindest annähernd
parallel zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3.
Das Stützelement 24 weist auf seiner der Antriebswelle 3 zugewandten Seite
eine Vertiefung 27 auf, in der die Rolle 25 drehbar
gelagert ist. Das Stützelement 24 und der Stößel 21 können
auch einstückig ausgebildet sein.
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Am
Stößel 21 oder am Pumpenkolben 9 greift
eine vorgespannte Feder 28, welche als Rückstellfeder
ausgebildet ist, an, die sich am Pumpengehäuseteil 10 abstützt.
Durch die Feder 28 werden der Pumpenkolben 9 und
der Stößel 21 zum Nocken 7 der
Antriebswelle 3 hin beaufschlagt, so dass die Anlage der
Rolle 25 am Nocken 7 auch beim zur Antriebswelle 3 hin
gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 9 und auch bei hoher
Drehzahl der Antriebswelle 3 sichergestellt ist. Der Pumpenkolben 9 kann mit
dem Stößel 21 gekoppelt sein, zumindest
in Richtung von dessen Längsachse 23. Alternativ
kann der Pumpenkolben 9 auch nicht mit dem Stößel 21 verbunden
sein, wobei dann durch die Rückstellfeder 28 die
Anlage des Pumpenkolbens 9 am Stößel 21 sichergestellt
wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Rückstellfeder 28 beispielsweise über
einen Federteller 29 an einem im Durchmesser vergrößerten
Kolbenfuß des Pumpenkolbens 9 angreift, der dadurch in
Anlage an einem am Stößel 21 von dessen
Mantel nach innen ragenden Flansch gehalten wird, der wiederum in
Anlage am Stützelement 24 gehalten wird, so dass
der gesamte Verbund aus Pumpenkolben 9, Stößel 21 und
Stützelement 24 mit Rolle 25 zum Nocken 7 der
Antriebswelle 3 hin beaufschlagt ist.
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In
Richtung der Drehachse 26 ist seitlich neben der Rolle 25 für
diese eine Abstützung 30 angeordnet, durch die
verhindert wird, dass sich die Rolle 25 in Richtung ihrer
Drehachse 26 aus dem Stützelement 24 heraus
bewegt. Die Rolle 25 kann an ihren der Abstützung 30 zugewandten
Seitenflächen konvex gewölbt ausgebildet sein,
beispielsweise zumindest annähernd kugelförmig
gewölbt. Die den Seitenflächen der Rolle 25 zugewandte
Fläche der Abstützung 30 kann zumindest
annähernd eben oder gewölbt ausgebildet sein.
Die Abstützung 30 kann als ein die Rolle 25 umgebender
Ring ausgebildet sein oder nur seitlich neben den Seitenflächen
der Rolle 25 angeordnet sein.
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2 zeigt
einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe 1 gemäß einer
Ausführungsform. Die Hochdruckpumpe 1 ist im Wesentlichen
aufgebaut, wie die Hochdruckpumpe 1, welche im Zusammenhang
mit 1 beschrieben wurde, und arbeitet daher auch im
Wesentlichen wie diese. Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise
wird daher weggelassen. Die Grundelemente der Hochdruckpumpe 1 werden
jedoch nochmals im Zusammenhang mit der Ausführungsform
beschrieben werden.
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Die
Hochdruckpumpe 1 weist ebenfalls ein mehrteiliges Pumpengehäuse 2 auf,
wovon ein Pumpengehäuseteil 10 als Zylinderkopfelement 31 ausgebildet
ist. In dem Pumpengehäuse 2 bzw. in dem als Zylinderkopfelement 31 ausgebildeten
Pumpengehäuseteil 10 sind ein Einlassventil 16 in
Form eines Saugventils 32 und ein Auslassventil 20 in
Form eines Rückschlagventils 33 vorgesehen, durch
welche ein Kraftstoffstrom durch die Hochdruckpumpe 1 auf die
oben bereits beschriebene Art und Weise hindurch geleitet wird.
In dem Zylinderkopfelement 31 ist ein Pumpenarbeitsraum 14 ausgebildet,
in welchem ebenfalls ein Pumpenkolben 9 vorgesehen ist.
Der Pumpenkolben 9 liegt mit seinem unteren Endabschnitt
an einem Stützelement 24 an, welches wie das Stützelement 24 gemäß 1 auf
einer Rolle 25 gelagert ist. In einem durch den Grundkörper 5 des
Pumpengehäuses 2 gebildeten Raum 34 sind das
Zylinderkopfelement 31 mit dem Pumpenkolben 9 und
eine einen zylindrischen Abschnitt 35 des Zylinderkopfelements 31 umgebene
Feder 28 aufgenommen. Die Feder 28 liegt mit ei nem
ersten Ende 36 dem Federteller 29 und mit einem
zweiten Ende an dem Zylinderkopfelement 31 an.
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Im
Gegensatz zu der im Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpe 1 ist
die Hochdruckpumpe 1 gemäß einer Ausführungsform
jedoch mit einem Kraftstoffleckageschutz versehen.
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Der
Kraftstoffleckageschutz besteht dabei im Wesentlichen aus einer
Abdichtung des Pumpenarbeitsraums 14 mittels eines Membranbalgs 38 bzw. eines
Wellenbalgs. Der Membranbalg 38 ist mit einem ersten Ende 41 über
eine Schweißnaht 42 mediendicht an einen Umfangsabschnitt
des Pumpenkolbens 9 angefügt. Mit einem zweiten
Ende 39 ist der Membranbalg 38 mediendicht über
eine Schweißnaht 40 an das Zylinderkopfelement 31 angeschweißt.
Das Zylinderkopfelement 31 ist darüber hinaus
mit einer Leckagerücklaufbohrung 43 versehen,
welche sich von einem zwischen dem zweiten Ende 39 des
Membranbalgs 38 und dem Zylinderkopfelement 31 ausgebildeten
Raum 44 parallel zu einer Längsachse L des Pumpenkolbens 9 bis
zu einem Abschnitt des Pumpenarbeitsraums 14 erstreckt,
in welchem das Einlassventil 16 angeordnet ist. Hier mündet
die Leckagerücklaufbohrung 43 in den Pumpenarbeitsraum 14. Über
diese Leckagerücklaufbohrung 43 kann eine Kraftstoffleckagemenge,
welche aufgrund der Abdichtung durch den Membranbalg 38 aufgefangen
wird, zu dem Pumpenarbeitsraum 14 bzw. dem Saugraum der
Hochdruckpumpe 1 zurückgeführt werden.
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Die
ebenfalls in 2 dargestellte Detailansicht
des Membranbalgs 38 zeigt, dass der Membranbalg 38 einen
elastischen Abschnitt 45 aufweist, wobei an einem ersten
Ende 46 des elastischen Abschnitts 45 ein umlaufender
zylindrischer Abschnitt 47 vorgesehen ist, über
welchem der Membranbalg 38 an das Zylinderkopfelement 31 angefügt
ist.
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An
einem zweiten Ende 48 des elastischen Abschnitts 45 ist
ein umlaufender Flansch 49 vorgesehen, welcher an den Umfangsabschnitt
des Pumpenkolbens 9 angefügt ist.
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Insgesamt
betrachtet wird mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 eine
kostengünstige Möglichkeit geschaffen, eine Kraftstoffleckagemenge
abzufangen und in den Saugbereich der Hochdruckpumpe zurückzuführen,
was die Lebens dauer der Hochdruckpumpe verlängert und eine Motorölverdünnung
mit Kraftstoff zuverlässig vermeidet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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